中國儲(chǔ)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(huì)儲(chǔ)能應(yīng)用分會(huì)主辦的第九屆中國國際儲(chǔ)能大會(huì)在浙江省杭州市洲際酒店召開。在4月25日下午的“儲(chǔ)能電站與技術(shù)應(yīng)用（三）”專場，煙臺(tái)創(chuàng)為新能源科技有限公司 總工程師李明明在會(huì)上分享了主題報(bào)告《基于氣相分析的熱失控預(yù)警應(yīng)用技術(shù)研究》，以下為演講實(shí)錄：
李明明：各位專家、同仁大家下午好！關(guān)于電化學(xué)儲(chǔ)能電站的安全是目前多方的焦慮點(diǎn)，特別是近期已經(jīng)連續(xù)發(fā)生了多起電動(dòng)汽車火災(zāi)事故，使得如火如荼的儲(chǔ)能項(xiàng)目建設(shè)也更加重視儲(chǔ)能電站的運(yùn)維安全。下面我拋磚引玉，將公司最近幾年的研發(fā)和應(yīng)用成果，基于氣相分析的熱失控預(yù)警應(yīng)用技術(shù)研究給大家做一下匯報(bào)。
首先請?jiān)试S我簡單介紹一下創(chuàng)為公司，創(chuàng)為新能源以儲(chǔ)能安全解決方案為主營業(yè)務(wù)，專注新能源汽車、儲(chǔ)能電站安全防護(hù)領(lǐng)域技術(shù)研究和解決方案提供與實(shí)施。公司是國家高新技術(shù)企業(yè)、泰山產(chǎn)業(yè)領(lǐng)軍人才單位、科技型中小企業(yè)、山東省軟件企業(yè)和省中小企業(yè)“隱形冠軍企業(yè)”。從2011年成立研發(fā)團(tuán)隊(duì)來，一直致力于儲(chǔ)能安全技術(shù)方面的研究。每年產(chǎn)值增長率是100%。目前承擔(dān)了多項(xiàng)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)牽頭制定工作，在儲(chǔ)能安全標(biāo)準(zhǔn)方面參與了多個(gè)省市地方標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)于儲(chǔ)能電站建設(shè)和運(yùn)營的標(biāo)準(zhǔn)。創(chuàng)為熱失控預(yù)警技術(shù)已經(jīng)在新能源汽車行業(yè)形成了大規(guī)模應(yīng)用。
儲(chǔ)能的安全我認(rèn)為涉及到多個(gè)緯度的協(xié)同運(yùn)維管理，是一個(gè)系統(tǒng)性的安全保證方案策略。我今天主要從這三個(gè)方面給大家做下匯報(bào)，一是儲(chǔ)能安全法規(guī)現(xiàn)狀，二是熱失控預(yù)警研究，三是儲(chǔ)能系統(tǒng)的應(yīng)用方案。
目前隨著電動(dòng)汽車火災(zāi)事故事件和社會(huì)影響力的不斷發(fā)酵，今天下午一位專家報(bào)告中也統(tǒng)計(jì)報(bào)告了多起的火災(zāi)事故。我們看一下，韓國的儲(chǔ)能電站事故目前影響也比較大，國內(nèi)也有幾起儲(chǔ)能項(xiàng)目事故?？梢姶笠?guī)模的儲(chǔ)能電池堆火災(zāi)事故一旦發(fā)生就會(huì)造成嚴(yán)重后果，只有通過數(shù)據(jù)在線檢測，實(shí)現(xiàn)早期熱事故預(yù)警，才能有效防止安全事故發(fā)生，做到防患于未燃，同時(shí)與電池管理系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)和消防系統(tǒng)進(jìn)行融合聯(lián)動(dòng)控制，才能有效保護(hù)儲(chǔ)能電站的安全。從法規(guī)方面看，汽車標(biāo)準(zhǔn)比較活躍，從2014年發(fā)展新能源汽車一直到現(xiàn)在出臺(tái)了不少關(guān)于電動(dòng)汽車安全方面的交通行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。可以看到JT/T1240標(biāo)準(zhǔn)3月1日開始實(shí)施，標(biāo)準(zhǔn)中提出了預(yù)警和防護(hù)。針對電化學(xué)儲(chǔ)能電站消防方面標(biāo)準(zhǔn)缺失，目前關(guān)于滅火劑和滅火措施的有效性均未得到有效性驗(yàn)證，需要針對儲(chǔ)能電站的消防安全進(jìn)行系統(tǒng)性深入性的研究?，F(xiàn)在是各個(gè)地區(qū)，北京、山西、江蘇省出臺(tái)了相應(yīng)的地標(biāo)，已經(jīng)提供了一個(gè)的安全防護(hù)思路。大家可以在會(huì)后找一下相應(yīng)的文件。對于研究團(tuán)隊(duì)來說，團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)有幾個(gè)聯(lián)盟在做一些相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)。在基礎(chǔ)研究方面清華、北理工、中科大等在做相關(guān)研究，我們做了多傳感器融合預(yù)警技術(shù)和不同滅火藥劑的應(yīng)用研究。這是電動(dòng)汽車鋰離子動(dòng)力電池的安全測試要求。對于附錄C中對熱事故檢測的參考。
對于鋰電池本體安全來說，存在主要的危險(xiǎn)是一個(gè)熱失控現(xiàn)象，它除正常重放電外還存在潛在的副反應(yīng)。一旦發(fā)生熱失控過程是不可逆轉(zhuǎn)的，通過改良材料、正負(fù)極圖層或者通過一些添加劑可以改善安全性能，但無法根除。對于熱失控的誘發(fā)和蔓延，如何防治？這是我們應(yīng)該主要關(guān)心的一個(gè)問題。鋰離子電池火災(zāi)具有一定的特殊性，因?yàn)樗哂袕?fù)燃性。我們可以看如果在紅色線，上面這個(gè)紅色的線條是會(huì)形成防蔓延。BMS工作是在圖上的藍(lán)色區(qū)域運(yùn)行，也就是主動(dòng)安全管理的工作范圍，這個(gè)時(shí)間如果發(fā)現(xiàn)電池的異常或潛在的熱事故信號那是最好的。對于如何界定藍(lán)色線和紅色線之間的邊界，我們在邊界上去如何發(fā)現(xiàn)它，當(dāng)有單顆電芯一旦發(fā)生熱失控，我們需要立即識別并采取進(jìn)一步措施，防止熱蔓延火災(zāi)事件是我們需要做的工作。
對于熱失控會(huì)產(chǎn)生哪些氣體，不同溫度下釋放什么樣的氣體。大部分研究結(jié)果表明是對于氫氣和一氧化碳這種比較明顯的氣體會(huì)有識別信號。下面是我們在做的一些工作。這里重點(diǎn)介紹一下。我們主要做的工作是氣體探測類型選型研究，然后定量數(shù)據(jù)的確認(rèn)研究。第二是電池系統(tǒng)真實(shí)熱失控及火災(zāi)發(fā)生、發(fā)展過程中各項(xiàng)理化參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測平臺(tái)。第三是研制熱失控探究預(yù)警裝置對熱失控實(shí)現(xiàn)早期預(yù)警。下邊是氣體定性的研究。我們采用加熱磷酸鐵電池和三元電池，當(dāng)熱失控發(fā)生時(shí)采用氣袋采樣的方式，做了有氧氣、氮?dú)?、一氧化碳、乙烯、丙烯的含量的分析。在試?yàn)開始后抽取一代基礎(chǔ)氣體，后面的二三四五袋氣體樣品是每隔兩分鐘左右抽取一袋氣體，通過數(shù)據(jù)表我們可以看到氣體成分的對比量是多少，我們認(rèn)為一氧化碳可以作為一個(gè)特征氣體。預(yù)警是不是一定要到400-500PPM呢？不是的,后面就做了另外一個(gè)實(shí)驗(yàn)。目前BMS對于電池的管控溫度在45~60攝氏度進(jìn)行斷電保護(hù)，我們通過過充方式，通過氣袋采集分析法，從電池電極測量溫度從60攝氏度到100攝氏度，每10攝氏度進(jìn)行氣袋采樣的氣體分析。通過數(shù)據(jù)表我們可以看到如果是電池的表體溫度接近80攝氏度，看危險(xiǎn)氣體有哪些是稀出的。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，大家可以看到在70攝氏度和80攝氏度之間，CO數(shù)據(jù)對應(yīng)了150-340PPM之間，這個(gè)點(diǎn)是非常危險(xiǎn)的點(diǎn)，可以作為預(yù)警的定量值，后期經(jīng)過多次試驗(yàn)是驗(yàn)證比較有效的值。
對于氣體分析來說如果采用氣相分析，你要考慮到電池包內(nèi)部的影響，它還有一些電解液成分還有一些隔膜。有些傳感器會(huì)交叉感染。我們后期輔助了大量關(guān)于隔膜的實(shí)驗(yàn)。時(shí)間關(guān)系不過多分析。主要做了電解液的分析的判別。如何去除電解液、塑膠、膠體、金屬漆等的的干擾，還要實(shí)現(xiàn)運(yùn)行過程中可能由于某一顆電芯會(huì)有破裂，需要對電解液漏液進(jìn)行預(yù)警。這是剛剛做的幾個(gè)預(yù)制艙式儲(chǔ)能箱電池包熱失控預(yù)警實(shí)驗(yàn)，真實(shí)的一個(gè)儲(chǔ)能箱，通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)曲線我們可以看到，一氧化碳和氫氣的數(shù)據(jù)變化上升值是非常相似的，做實(shí)驗(yàn)用的是整包電池。我們通過這些試驗(yàn)可以看到基于氣體的分析，需要多傳感器的融合應(yīng)用。對于交叉感染來說特別像一氧化碳和氫氣，你如何去把氫氣和一氧化碳兩個(gè)信號區(qū)分開來，這是非常難的一項(xiàng)工作。我們對預(yù)警就分成幾級預(yù)警，不一定是火災(zāi)事故但可能是熱事故或者電氣早期火災(zāi)信號的危險(xiǎn)源，均需要識別并提供預(yù)警信息。
通過這些實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，我們認(rèn)為整個(gè)儲(chǔ)能電站的安全防護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)該是系統(tǒng)化的設(shè)計(jì)，應(yīng)該同BMS、PCS、排風(fēng)或者紅外的熱成像視頻監(jiān)測等多重聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)智慧立體的消防。遇到危險(xiǎn)狀況下，因?yàn)榧b箱受制于空間的問題，有的儲(chǔ)能是分布式的，消防車沒法進(jìn)去，你只能使用管道有效輸送到pack或者模組當(dāng)中去。我特意加了一張汽車的，汽車就這么使用的，每個(gè)pack進(jìn)行一個(gè)防護(hù)。對于儲(chǔ)能來說，對系統(tǒng)安全融合、數(shù)據(jù)共享進(jìn)行聯(lián)動(dòng)是必然的趨勢。比如因?yàn)閮?chǔ)能電站電池起火以后，不一定是爆炸對人產(chǎn)生危險(xiǎn)，可能產(chǎn)生的燃燒產(chǎn)生的毒性氣體，可能導(dǎo)致人身危險(xiǎn)。我們的主張是在每一個(gè)儲(chǔ)能里面，pack首先要進(jìn)行安全防護(hù)，對電池箱單元體、電池柜、儲(chǔ)能集裝箱淹沒防護(hù)和外部消防應(yīng)急接口設(shè)置四重消防保護(hù)。每級火災(zāi)防控的火災(zāi)探測器自動(dòng)啟動(dòng)滅火，緊急狀況下可通過手動(dòng)啟動(dòng)滅火，也可通過消防主站后臺(tái)系統(tǒng)啟動(dòng)消防裝置,不同滅火介質(zhì)分階段介入。
基于儲(chǔ)能電池?zé)崾Э啬Ｐ停⒎旨夘A(yù)警機(jī)制，根據(jù)預(yù)警級別的不同采取相應(yīng)的應(yīng)對措施。智慧消防系統(tǒng)應(yīng)做到火災(zāi)隱患數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性高、數(shù)據(jù)算法的適用性強(qiáng)、與消防裝置的聯(lián)動(dòng)性好、信息維護(hù)管理的友好性好、遠(yuǎn)程交互指令的實(shí)用操作性強(qiáng)和遠(yuǎn)端訪問層的靈活性高。目前，我們研發(fā)的裝置已經(jīng)在新能源汽車有了規(guī)?；膽?yīng)用，在儲(chǔ)能電站方面也有近百個(gè)應(yīng)用現(xiàn)場。為了儲(chǔ)能的安全我們會(huì)不懈努力，持續(xù)研發(fā)，迭代技術(shù)，感謝聆聽，謝謝大家！
