中國儲能網(wǎng)訊：4月24-26日，由中國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會儲能應(yīng)用分會主辦的第九屆中國國際儲能大會在浙江省杭州市洲際酒店召開。在4月24日下午的“國際儲能市場與政策專場”，TüV 南德意志集團(tuán)儲能事業(yè)部高級技術(shù)經(jīng)理張書博在會上分享了主題報(bào)告《二次鋰電池儲能系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)緩解》，以下為演講實(shí)錄：
張書博：各位儲能界的朋友們，大家下午好！很高興利用這個時間跟大家分享一下儲能電池的風(fēng)險(xiǎn)緩解的問題，我今天講的內(nèi)容是從電池本身來分析如何降低它的風(fēng)險(xiǎn)。
在2018年可以說韓國的儲能電池市場火了，怎么火了？有兩方面的含義，剛剛田女士給大家展示過韓國的儲能電池份額在全球不是很高，但是去年韓國儲能電站有報(bào)道的火災(zāi)就有16起，韓國大概有1000多座儲能電站，那么平均不到100個電站就發(fā)生一次火災(zāi)。這說明什么問題呢？儲能電池的風(fēng)險(xiǎn)還是非常大。如何降低儲能電池的風(fēng)險(xiǎn)呢？事實(shí)上鋰離子儲能電池發(fā)展的歷史并不長，但是各種國際標(biāo)準(zhǔn)、國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)還是不少的，例如IEC 62619，JIS 8715-2，UL 1973和VDE 2510-50等。
前面Mr.KODAMA先生介紹了日本儲能電池的發(fā)展?fàn)顩r時介紹，日本在2011年有一場大地震，這場地震對于日本人民來說是一場大災(zāi)難，但對于儲能電池發(fā)展卻是一個機(jī)遇。在這個地震后，日本的儲能電池增長是非常迅速的。實(shí)際上儲能電池的增長離不開政府的鼓勵和支持。政府一些相應(yīng)的補(bǔ)貼措施刺激了儲能市場的增長。但是政府不能補(bǔ)貼那些性能和安全性不好的電池。這就需要制定準(zhǔn)入的條件，這些條件就是通過合適的標(biāo)準(zhǔn)來保障電池的安全性和性能。
SBA 1101就是在2011年福島核電站事故之后由日本電池工業(yè)協(xié)會推出的鋰離子儲能電池的安全標(biāo)準(zhǔn)，這個標(biāo)準(zhǔn)在2012年就是轉(zhuǎn)化成日本的國標(biāo)JIS 8715-2。 IEC（國際電工委員會）在JIS 8715-2的基礎(chǔ)上制定了鋰離子儲能電池安全標(biāo)準(zhǔn)IEC 62619，這個標(biāo)準(zhǔn)大部分采用了日本的JIS 8715-2標(biāo)準(zhǔn)。這些標(biāo)準(zhǔn)都是從風(fēng)險(xiǎn)控制角度來考慮如何通過測試來驗(yàn)證電池的安全問題。
除了安全標(biāo)準(zhǔn)，還有很多性能標(biāo)準(zhǔn)。剛剛田女士也講到了在南澳，鋰離子儲能對于新能源儲能并網(wǎng)應(yīng)用的案例。在南澳電網(wǎng)出現(xiàn)故障的時候，這個儲能電池系統(tǒng)，發(fā)揮了很重要的作用。那么如何判斷儲能電池能滿足并網(wǎng)應(yīng)用的要求呢? 電池IEC 61427-2標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了調(diào)頻調(diào)峰等并網(wǎng)應(yīng)用對電池的考核方法。TüV SüD 獨(dú)立開發(fā)的PPP 51088標(biāo)準(zhǔn)就描述了基于IEC 61427-2對儲能電池并網(wǎng)應(yīng)用的加速測試方法。
對于鋰離子儲能電池，電氣風(fēng)險(xiǎn)、熱風(fēng)險(xiǎn)、化學(xué)風(fēng)險(xiǎn)和機(jī)械風(fēng)險(xiǎn)是其最主要的風(fēng)險(xiǎn)。這些風(fēng)險(xiǎn)可能是由于電擊、起火、泄漏和跌落擠壓造成的。
對于鋰離子儲能電池，熱風(fēng)險(xiǎn)和電氣風(fēng)險(xiǎn)尤其值得我們特別關(guān)注。
關(guān)于第一個電擊危害，首先要考慮防直接觸電。直接觸電就時直接接觸帶電體而產(chǎn)生的觸電。當(dāng)你的儲能電池的最大電壓超過60伏的時候，這個電池就有直接觸電風(fēng)險(xiǎn)。注意這里指的是電池的最大電壓，而不是標(biāo)稱電壓。有些標(biāo)準(zhǔn)中把這個概念寫錯了。對于最大電壓為60伏的電池系統(tǒng)，標(biāo)稱電壓可能只有52伏左右。防止直接觸電的方法可以是通過帶電體的絕緣保護(hù)；也通過蓋板或外殼保護(hù)；或者通過障礙保護(hù)；還可以通過無法接近保護(hù)。
對于60伏以下的電池系統(tǒng)不需要考慮防觸電，這是不是意味著完全不用考慮絕緣問題呢？其實(shí)不然，對于電池來說，發(fā)生起火和爆炸的危險(xiǎn)可能由于電池短路造成的。如果你的電池的絕緣做的不好，即使60伏以下的電池也可能發(fā)生短路，對電池來說這是十分危險(xiǎn)的。
另外一個預(yù)防電擊危害的要求是防間接觸電，間接觸電是指電氣設(shè)備發(fā)生了一個故障，使原本不帶電的部件帶電，當(dāng)我們觸摸到這些部件而引起的觸電就是間接觸電。根據(jù)我剛剛說的IEC62485-5，當(dāng)電池最大電壓大于120伏時就需要防止間接觸電。那間接觸電的防止方法是什么呢？我們可以通過自動斷開電源保護(hù)來防止間接觸電，也可以通過二類結(jié)構(gòu)或等效絕緣保護(hù)，還可以通過不導(dǎo)電場所，等電位連接或電氣隔離保護(hù)。
我們可以參照通用電氣安全的五項(xiàng)安全原則要求電池用戶進(jìn)行停電操作。即安全斷電，防止開關(guān)重合閘，確認(rèn)斷電狀態(tài)，短路并接地，和屏蔽鄰近帶電體。但對電池來說第四項(xiàng)短路并接地要慎用，前面說過電池短路十分危險(xiǎn)。電池是沒有辦法真正斷電的，在電池進(jìn)行安裝和維護(hù)的時候，如果沒有辦法真正斷電，就需要配戴個人防護(hù)用品，比如絕緣手套、絕緣安全帽和全臉護(hù)目鏡，并使用絕緣工具進(jìn)行工作。
第二個危害是熱的危害。我們需要關(guān)注一個危害是由什么原因造成的。對每個電池來說都有一個正常的操作窗口。左邊那個圖是充電窗口，右邊的是放電窗口，當(dāng)電池的電壓、電流和溫度都在操作窗口之內(nèi)，你的電池是安全的。當(dāng)超出這個操作窗口，電池的溫度可能持續(xù)上升，當(dāng)溫度上到一定程度，電池的某些材料就會達(dá)到自加熱溫度，電池溫度將會不可逆轉(zhuǎn)地上升，直到電池產(chǎn)生熱失控。電池有一個防止熱失控的非常重要的零部件，就是BMS（電池管理系統(tǒng)）。BMS保障電池工作在操作窗口之內(nèi)。電池?zé)o論在發(fā)生過電壓、過電流和過溫的時候，電池都可以得到一定的保護(hù)，不會再給電池充電，從而這個電池的熱失控風(fēng)險(xiǎn)會降低很多。很多電池企業(yè)在設(shè)計(jì)電池管理系統(tǒng)時，忽略了對BMS設(shè)計(jì)的一個最重要的要求，就是BMS的功能安全。因?yàn)閷τ陔姵毓芾硐到y(tǒng)來說，BMS都是通過主動保護(hù)實(shí)現(xiàn)安全功能，就是需要進(jìn)行采樣，當(dāng)電壓、電流和溫度不在工作窗口范圍時，BMS必須使你的電池進(jìn)入安全模式。
對于BMS進(jìn)行功能安全評估時，我們需要考慮系統(tǒng)失效、隨機(jī)失效和潛在失效。BMS保證電池在操作窗口內(nèi)工作必須考慮到：軟件的可靠性；電壓測量的可靠性；不分?jǐn)嚅_關(guān)的檢測；傳感器斷線檢測；聯(lián)鎖功能檢測；降額功能測試；超出操作窗口的功能檢查；檢查BMS測量準(zhǔn)確性；零部件或通訊故障下的表現(xiàn)。
下面介紹化學(xué)風(fēng)險(xiǎn)，電池發(fā)生泄露時會有電解液流出。電解液是有毒的，會對金屬件造成腐蝕，也會造成環(huán)境污染。有的標(biāo)準(zhǔn)中也對電池出現(xiàn)泄壓之后要求有聲光報(bào)警，這些在設(shè)計(jì)的時候都是要考慮的。另外電池泄壓時，電解液不能泄露到電池外面。在控制化學(xué)危害中十分重要的一個文件就是安全數(shù)據(jù)表，在選用電芯的時候要求供應(yīng)商提供數(shù)據(jù)表，確認(rèn)到潛在危害的種類，包括確認(rèn)第一救助方法，滅火方法，消除事故方法，處置和儲存，曝露控制，物理和化學(xué)特性，穩(wěn)定性，反應(yīng)性，毒性和環(huán)境信息。
最后，我給大家介紹一下機(jī)械危害。剛剛Mr.KODAMA先生介紹了，在日本申請電池補(bǔ)貼的時候，會增加測試，單體要增加針刺和擠壓測試。也可以在系統(tǒng)級別做一個50千牛的擠壓測試。這些都是模擬地震時，這個電池可能會承受的一些機(jī)械危害。
今天給大家介紹的電池的幾項(xiàng)主要的風(fēng)險(xiǎn)和緩解風(fēng)險(xiǎn)的措施，行業(yè)內(nèi)很多企業(yè)有很多不同的避免風(fēng)險(xiǎn)的成功經(jīng)驗(yàn)，大家可以互相學(xué)習(xí)，使儲能電池越來越安全。謝謝大家！
