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        沈陽蓄電池研究所主辦

        業務范圍:科研成果轉讓、技術難題的攻關、現場指導、新工藝的采用和推廣,蓄電池產品生產許可證企業生產條件審查的咨詢等。

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        儲能電池熱失控風險解析

        作者: 蔣步祥 來源:TUV南德光伏檢測認證

        近年來,隨著越來越多的儲能電站投入運行,國內外出現的大規模儲能電站火災事故呈高發態勢,儲能安全問題引發越來越多人的關注。據報道,韓國在過去兩年內發生了23起儲能電站火災事故;近期美國亞利桑那州一座儲能電站起火,造成四名消防員受傷,給儲能行業的發展蒙上了陰影。國內方面,雖然儲能電站應用處于初期階段,但已發生的幾起火災同樣引起人們對產業發展的擔憂。通過對這些事故的統計調查發現,導致儲能電站起火的原因很多,包括電池、電氣設備本身的質量問題,也包括系統保護措施設計的缺陷,PCS和BMS以及EMS等系統之間的控制及保護功能協調性不當等,以及施工過程中出現的質量問題、運行和維護管理不當等均也是儲能電站起火的原因。

        圖1 韓國23起事故統計信息

        針對儲能系統的起火、爆炸等事故發生的原因,鋰電池本身的熱失控,以及電池模塊和系統的熱失控擴散,成為鋰離子電池使用中最為嚴重的安全事故。

        何為熱失控以及熱失控擴散?熱失控往往是由于鋰離子電池內部短路(發生了擠壓變形、穿刺或者高溫炙烤等導致隔膜被破壞引發正負極短路),或者由于電池外部短路,導致鋰離子電池內部短時間內積累了大量熱量,引發正負極活性物質和電解液等發生分解,導致鋰離子電池起火和爆炸,進而蔓延擴散。如果電池系統中,由于一個電芯產生熱失控而引發其他電芯熱失控,即為熱失控擴散。

        圖2 電池熱失控發生模型

        很多科研機構以及各電池企業都致力于研究通過技術手段來規避電芯發生熱失控的誘因,并通過開發穩定可靠的觸發方法來檢驗發生熱失控以及熱失控蔓延時造成的危害程度。目前,國內外包含儲能用電池熱失控要求和測試方法的相關標準有IEC62619:2017, UL9540A:2018,GB/T36276-2018等。各標準對應的應用情景不盡相同,在技術要求、觸發熱失控方式、測試方法手段等方面存在差異。

        圖3 不同標準中的熱失控測試對比

        通過對熱失控以及熱擴散測試的研究,可以提供一些防范措施,主要有:

        結合電芯熱擴散系數,設計合理的電池間距,避免觸發熱失控電芯相鄰電芯溫度的急劇升高,降低因熱傳導導致的觸發熱失控蔓延的風險;

        設計合理并且可靠的熱交換策略,例如液冷技術、風冷技術、吸熱相變材料技術等,在電芯發生熱失控時,及時將該電芯散發出來的熱量及時導出電池模塊或系統。

        BMS電路中設計合理的、必要的限制功能元件,例如當部分回路電流、電壓、溫度出現異常時可快速、準確的切斷回路,可有效避免電能傳導導致熱失控發生;

        設計開發具有阻燃、降溫、滅火以及隔氧等功能的新材料應用在電池系統中;

        設計可靠的能量以及有害物質(包括氣體、液體、固體等)定向及定量釋放策略,并配合可承受一定機械應力的結構,避免高溫噴出物以及噴出物燃燒產生的火焰對周圍電芯模塊等的影響。

        TüV 南德常州電池實驗室擁有多個專業的安全濫用測試室,具有防爆、廢氣清洗凈化、廢水回收處理和浸水式滅火等功能,可以提供鋰電池以及系統的熱失控和熱失控蔓延測試評估服務,也可以配合客戶為研發提供定制化測試服務。

        圖4 專業的安全濫用測試室

        TüV 南德常州電池實驗室實驗室總占地面積約6000㎡,擁有高性能進口充放電系統、進口大型步入式環境試驗箱、大型三綜合振動測試平臺以及專業的安全濫用測試室,可以為新能源汽車、動力電池和儲能電池產品提供性能測試、環境可靠性測試及安全濫用測試等服務。產品覆蓋鋰電池單體、模組、Pack(電池包)及系統級別的各類產品,可以滿足UN38.3、國標(GB/T 36276、GB/T 31467、GB 38031)、歐洲標準 (ECE R100、ISO 12405、IEC 62133、IEC 62660、IEC 62619、IEC62620、IEC63056) 以及美國標準(UL 2580、UL1973、UL9540),致力于提供優質、安全、可靠的一站式測試服務和解決方案。


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