中國儲能網(wǎng)訊：隨著新能源技術(shù)的快速發(fā)展，電池儲能系統(tǒng)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用越來越廣泛。然而，電池儲能系統(tǒng)在運(yùn)行過程中可能會出現(xiàn)各種故障，嚴(yán)重影響其性能和安全性。本文將深入分析電池儲能系統(tǒng)的故障模式、失效風(fēng)險，并提出相應(yīng)的應(yīng)對策略。02
電氣典型故障模式及失效風(fēng)險
（一）電池過充過放故障
故障模式：在充電過程中，若充電控制策略失效或充電設(shè)備出現(xiàn)故障，電池可能會被過度充電。例如，電池管理系統(tǒng)（BMS）對充電電壓的檢測不準(zhǔn)確，無法在達(dá)到電池額定充電上限電壓時及時停止充電。同樣，在放電過程中，可能因為負(fù)載突變或BMS對放電控制不當(dāng)，導(dǎo)致電池過放。
失效風(fēng)險：過充會使電池內(nèi)部產(chǎn)生大量氣體，導(dǎo)致電池鼓包，嚴(yán)重時可能引發(fā)電池爆炸。電池過放則會導(dǎo)致電池極板不可逆的硫化或其他化學(xué)反應(yīng)，使電池容量永久性下降，縮短電池使用壽命，并且可能造成電池內(nèi)部短路，引發(fā)熱失控。
（二）電池短路故障
故障模式：電池內(nèi)部短路可能是由于電池制造過程中的雜質(zhì)混入、電池極板損壞或者長期使用導(dǎo)致的枝晶生長穿透隔膜引起的。外部短路可能是因為電池組連接線路絕緣損壞、安裝不當(dāng)使正負(fù)極直接接觸等原因造成。
失效風(fēng)險：短路會瞬間產(chǎn)生巨大的電流，使電池溫度急劇升高，引發(fā)熱失控，產(chǎn)生燃燒甚至爆炸等嚴(yán)重后果。同時，短路會對電池本身造成不可逆的損壞，大量的熱量還可能損壞周圍的電池和電氣設(shè)備。
（三）電氣連接故障
故障模式：電池儲能系統(tǒng)中的電池通過大量的連接線和接頭組成電池組。連接點可能出現(xiàn)松動、腐蝕等情況。例如，長期在高濕度環(huán)境下，連接點的金屬部分容易生銹，或者在電池系統(tǒng)運(yùn)行過程中，由于震動導(dǎo)致連接螺絲松動。
失效風(fēng)險：連接松動會導(dǎo)致接觸電阻增大，在充放電過程中，連接點會產(chǎn)生大量的熱量，這不僅會進(jìn)一步加劇連接點的損壞，還可能引發(fā)火災(zāi)。連接點腐蝕會降低電氣連接的可靠性，導(dǎo)致電池組的電壓、電流傳輸異常，影響電池系統(tǒng)的正常運(yùn)行。
熱管理典型故障模式及失效風(fēng)險
（一）冷卻系統(tǒng)故障
故障模式：對于液冷系統(tǒng)，可能出現(xiàn)冷卻液泄漏、水泵故障或者熱交換器堵塞等問題。冷卻液泄漏可能是由于管道老化、接頭松動等原因造成。水泵故障包括電機(jī)損壞、葉輪卡死等情況。熱交換器堵塞可能是因為冷卻液中的雜質(zhì)沉淀。對于風(fēng)冷系統(tǒng)，風(fēng)扇故障是主要問題，如風(fēng)扇電機(jī)燒壞、扇葉損壞等。
失效風(fēng)險：冷卻系統(tǒng)故障會導(dǎo)致電池產(chǎn)生的熱量無法及時散發(fā)出去。隨著電池溫度不斷升高，會加速電池內(nèi)部的化學(xué)反應(yīng)，使電池性能下降。當(dāng)溫度超過一定限度（如鋰離子電池超過80℃），可能引發(fā)熱失控，導(dǎo)致電池燃燒或爆炸，同時高溫也會對電池管理系統(tǒng)等電氣設(shè)備造成損壞。
（二）溫度傳感器故障
故障模式：溫度傳感器可能由于長期使用導(dǎo)致精度下降、線路斷路或短路等情況。例如，溫度傳感器的熱敏元件在長時間高溫環(huán)境下可能會發(fā)生性能變化，使測量的溫度與實際溫度存在偏差。
失效風(fēng)險：如果溫度傳感器故障，熱管理系統(tǒng)會無法準(zhǔn)確獲取電池溫度信息?？赡軐?dǎo)致冷卻系統(tǒng)不能及時啟動或停止，使電池溫度失控。例如，當(dāng)電池溫度已經(jīng)過高，但傳感器誤測為正常溫度，就不會啟動冷卻措施，從而引發(fā)電池?zé)崾Э氐葒?yán)重后果。
（三）控制策略故障
故障模式：熱管理控制策略是基于一定的算法和規(guī)則來調(diào)節(jié)冷卻系統(tǒng)的運(yùn)行。如果控制策略軟件出現(xiàn)漏洞或者控制參數(shù)設(shè)置錯誤，就會導(dǎo)致熱管理系統(tǒng)不能正常工作。例如，在電池溫度與冷卻系統(tǒng)運(yùn)行之間的控制邏輯出現(xiàn)錯誤，使得冷卻系統(tǒng)不能根據(jù)電池溫度的變化進(jìn)行合理的調(diào)節(jié)。
失效風(fēng)險：錯誤的控制策略會使冷卻系統(tǒng)不能有效地控制電池溫度，導(dǎo)致電池在不合適的溫度環(huán)境下運(yùn)行。這會加速電池的老化和性能下降，增加熱失控的風(fēng)險，最終可能導(dǎo)致電池系統(tǒng)的失效。
應(yīng)對策略
針對電池儲能系統(tǒng)的故障模式和失效風(fēng)險，可以采取以下應(yīng)對策略：
1.加強(qiáng)電池管理系統(tǒng)（BMS）的可靠性：定期對BMS進(jìn)行檢測和維護(hù)，確保其對電池電壓、電流和溫度等參數(shù)的準(zhǔn)確監(jiān)測和控制。采用冗余設(shè)計，提高BMS的可靠性。
2.優(yōu)化充電控制策略：開發(fā)更加智能和精確的充電控制算法，避免電池過充和過放。同時，對充電設(shè)備進(jìn)行定期檢查和維護(hù)，確保其正常運(yùn)行。
3.提高電池制造質(zhì)量：在電池制造過程中，嚴(yán)格控制生產(chǎn)工藝，防止雜質(zhì)混入和極板損壞。采用高質(zhì)量的隔膜材料，抑制枝晶生長，降低電池內(nèi)部短路的風(fēng)險。
4.加強(qiáng)電氣連接的維護(hù)：定期檢查電池組的連接點，確保連接牢固，防止松動和腐蝕。在高濕度環(huán)境下，采取防潮措施，如使用密封膠等。
5.完善冷卻系統(tǒng)的設(shè)計和維護(hù)：對于液冷系統(tǒng)，定期檢查冷卻液的液位和質(zhì)量，及時更換老化的管道和接頭，確保水泵和熱交換器的正常運(yùn)行。對于風(fēng)冷系統(tǒng)，定期清潔風(fēng)扇和散熱片，確保散熱效果。
6.提高溫度傳感器的精度和可靠性：選用高質(zhì)量的溫度傳感器，并定期進(jìn)行校準(zhǔn)。同時，采用冗余的溫度傳感器配置，提高溫度測量的可靠性。
7.優(yōu)化熱管理控制策略：對熱管理控制策略進(jìn)行充分的測試和驗證，確保其能夠根據(jù)電池溫度的變化進(jìn)行合理的調(diào)節(jié)。定期對控制策略進(jìn)行更新和優(yōu)化，提高熱管理系統(tǒng)的性能。
通過以上應(yīng)對策略，可以有效降低電池儲能系統(tǒng)的故障風(fēng)險，提高其運(yùn)行的可靠性和安全性，為儲能技術(shù)的發(fā)展提供有力支持。
