锂离子电池储能安全管理中的机器学习方法综述

随着当前电化学储能技术的广泛应用,电池储能电站的安全运维问题日渐突出。传统电池管理系统仅能获得各电池单体的电压、电流及温度,并且受限于硬件处理能力、数据传输带宽及延迟等条件,掌握海量电池单体储能系统的健康与安全运行状态成为关键技术难题。机器学习方法在锂离子电池运行状态预测领域的应用为储能电池系统安全管理创造了条件。针对锂离子电池安全管理需求,首先对锂离子电池滥用及热失控风险机理的相关研究进行了介绍。随后,讨论了锂离子电池管理系统架构及其应用特点,并详细论述了机器学习方法在锂离子电池健康与安全状态分析方面的应用。最后,对储能电站锂离子电池的安全管理进行了展望。     

储能系统用三元锂离子电池热失控火灾特性

锂离子电池是储能系统的重要组成部分，但储能系统用三元锂离子电池的热失控火灾特性尚未厘清，严重制约了此类储能设施消防控灭火手段的应用和储能行业的安全发展。通过储能系统用三元锂离子电池的热失控实验、量热实验和热扩展实验，研究了电池单体热失控和电池模组热扩展的发展规律。实验结果表明，储能系统用三元锂离子电池在热失控后会直接起火燃烧，释放出大量可燃气体，燃爆剧烈，会形成持续的喷射火，电池单体热失控容易触发相邻电池单体发生热失控，形成链式反应。     

磷酸铁锂电芯过充产物实验研究及热失控判断方法

为实现储能电站锂离子电池热失控状况的可靠判断,避免因电池过充热失控导致储能电站火灾,以磷酸铁锂电池作为研究对象,模拟电池过充热失控过程,研究热失控过程中产物情况。同时融合电池本体参数情况提出一种电池热失控判断方法,并分析论证该方法的有效性。结果表明,电池泄压阀开启30 s后环境中会产生大量粒径范围在0～0.3μm的固态粒子产物,且融合热失控产物和电池本体参数的热失控判断方法在实践中具备一定的优势性。     

化学储能电站消防安全风险分析

在整理化学储能电站相关事故案例的基础上,简述了锂电池热失控原因,归纳了当前化学储能电站消防系统存在的不足和存在的消防安全风险,并比较分析储能电池站主流消防技术,针对性地提出储能电站消防安全提升措施.     

一种锂离子电池储能电站运行状态监测平台

随着我国储能电站相关数字化建设工作的大规模展开,对储能电站状态监测平台的建设仍处于摸索阶段。锂离子电化学储能以其高效率、高适应性在储能电站中得到广泛应用。为了提高锂离子电池在工作时的稳定性和安全性,建立了一套锂离子电池储能电站状态全景动态监测平台。阐述了锂离子电池储能电站状态全景动态监测平台的拓扑架构、信息流、数据流、典型设计方案和电站状态分析应用,主要介绍的平台功能是充放电行为分析、设备状态分析和自定义对比分析。     

基于数字孪生的锂离子储能电站环境控制方法

随着集装箱式锂离子储能电站的功率密度和能量密度越来越高,传统的单一式风冷热管理技术已不能满足日益增长的高热流密度要求。通过建立锂离子储能电站的数字孪生模型,对温度分布情况、散热情况进行检测与模拟,实现了电站电池舱内部的高效智能热管理,为电站提升电池使用性能以及安全稳定运行提供支撑。     

基于局部异常因子的锂离子电池储能系统故障诊断

锂离子电池在过充、高温及外短路等滥用工况下工作会导致火灾等事故的发生。通过对锂离子电池进行早期故障诊断，定位故障的具体位置并及时采取相应措施，可以有效避免故障进一步升级为热失控。为此，基于锂离子电池储能系统的运行数据，采用局部异常因子算法对其进行故障诊断分析。通过计算单日及多日的电压运行数据，确定故障电池的具体位置，分析故障电池的异常情况。研究结果验证了局部异常因子算法应用于锂离子电池储能系统故障诊断的有效性。     

基于锂离子电池储能系统的消防安全技术研究

随着大型锂离子电池组在电网中应用的增多,基于锂离子电池储能系统的消防安全愈发重要。提出根据锂离子电池热失控实验,观察到少量可燃气体的泄漏现象,通过对泄漏气体成分的分析,可以将CO含量和系统温度作为系统预警的主要依据,并建立锂离子电池的热失控防护机制。在储能系统中加入了锂离子电池热失控预警判断,并且联合多级防护机制以及安全联动技术,设计了基于锂离子电池储能系统的消防安全系统整体框架,并对消防安全系统中的部件、通信、人员安全这3个方面进行了阐述。该系统可以准确监控锂离子电池热失控状态,同时可快速联动消防安全装置,显著提高电池储能系统运行时的安全性和稳定性。     

锂电池储能电站火灾风险分析与对策探讨

介绍了锂电池储能电站火灾管理情况,从热失控机理、特征、原因等方面进行分析,指出目前储能电站面临的风险,从新建储能电站的设计、电池选择、预制舱设计、消防介质选择等方面提出应对措施,并对已建储能电站提出改造建议。     

基于电化学储能电站的消防系统设计研究

电化学储能电站中储能电池的安全风险较高,热失控将引起严重后果。根据储能电站常见火灾原因与预控措施设计消防系统,针对磷酸铁锂电池构建监测告警体系,采用全氟己酮作为灭火试剂提升灭火性能。     

基于气体分析的锂离子电池热失控早期预警研究进展

锂离子电池由于能量密度高、循环寿命长、自放电率低和环境友好等优势得到了广泛应用，但其安全方面仍存在隐患，在遭遇滥用时可能会引发电池失效甚至发生火灾爆炸事故，阻碍了其在电动汽车和储能电站方面的大规模应用。针对锂离子电池的安全预警方面的研究引发了相关人员的极大关注，其中，基于电池气体分析的热失控早期预警机制相比于传统的电、热信号在可靠性、准确性、反应速度等方面有所提高。该文总结了锂离子电池在热失控过程中的气体来源，全面对比分析了触发方式、阴极材料、电池型号、荷电状态（SOC）及健康状态（SOH）对热失控产气组分、含量以及产气总量的影响规律，回顾了锂离子电池热失控过程中温度-压力演化特性的研究现状，总结了目前基于气体成分和内部压力的早期预警方案，并对现有研究的不足和潜在研究方向进行了讨论。     

锂离子电池储能系统火灾防控技术

综述了锂离子电池储能系统的火灾危险性与储能电站的国内外火灾防控标准,分析了锂离子电池储能系统消防现状,提出其火灾防控的设计思路,为锂离子储能消防工程提供参考。     

磷酸铁锂储能电池热失控及其内部演变机制研究

目前国内磷酸铁锂电池储能电站大规模建设投运,但磷酸铁锂电池热失控风险较为突出,储能电站火灾隐患始终存在。该文针对磷酸铁锂储能电池设计了绝热热失控定点冷却实验,开展了磷酸铁锂电池热失控不同阶段的材料特性演变研究;然后得到了电池自发热起始温度、自加热起始温度、泄压阀打开温度和热失控最高温度,并分析了不同热失控阶段电池正极、负极、隔膜等固态组件的成分和结构变化规律。结果表明,磷酸铁锂电池热失控初期反应主要集中在负极和电解液中,热失控风险安全处置温度范围为60～100℃。研究结果可为磷酸铁锂电池储能电站的安全防护和热失控预警提供重要数据支撑。     

低压环境下锂离子电池热失控特性研究进展

理解低压环境下锂离子电池热失控特性，对高原低压环境电池储能系统的安全运行以及航空运输至关重要。对低压环境下锂离子电池单体的热失控特性[包含喷发特性、表面温度、点燃时间、热释放速率(HRR)、质量损失率(MLR)和总产热量(THR)等]以及电池模组热失控蔓延特性进行综述。低压环境下，锂离子电池单体燃爆响应时间变长，HRR、MLR和THR均降低。对今后的研究方向给出建议，为低压环境下锂离子电池的安全设计提供理论支持。     

风光电站储能电池研究综述

介绍了适用于新能源发电的化学电池:铅酸电池、锂离子电池、钠硫电池、全钒液流电池的组成结构、储能原理,从原理上详细分析其特点及存在的问题,从技术特性、经济特性和安全性方面比较了各类储能电池,并在分析风光电站储能电池特性需求的基础上得出结论,全钒液流电池是风光电站储能系统的最佳选择。     

用户侧电化学储能系统新型灭火剂研发与应用

用户侧储能系统直接面向生产、医疗和社区等用户,储能安全运行是重中之重。因缺乏针对锂离子电池的专用灭火剂,储能系统的发展受到约束。在锂离子热失控机理分析基础上,搭建了适用于锂离子火灾灭火测试的平台,对现有灭火剂的优劣势进行了分析,以全氟己酮为核心,搭配降温剂和防腐材料开发出了一种锂离子电池专用灭火剂。实验结果表明,该灭火剂具有10 s扑灭明火能力,并实现电池降到室温时间小于15 s,72 h无复燃。进一步对开发的新型灭火剂进行绝缘实验测试,该灭火剂对金属无腐蚀性,并且浸泡下电子器件能够正常运行。研究结果能够为锂离子电池储能系统的消防安全提供有效的试验支撑和安全保障。     

储能电站可靠性与安全性技术研究进展

锂离子电池已被广泛应用在储能领域,但锂离子电池储能系统存在安全隐患.采用先进的管控、预警及消防技术是提升储能电站可靠性及安全性的方法.从当前储能系统的可靠性及安全性角度入手,基于前期安全性相关技术研究成果,从构建合理的储能系统管理制度和规范、提升电池的本征安全性,以及模组管控技术、事故前期预判与报警技术、高效消防技术等...     

不同压强细水雾对磷酸铁锂电池模组的灭火效果

电化学储能电站大规模应用急需解决储能电池的消防问题。目前关于细水雾扑灭锂离子电池的火灾试验多集中在小容量单体电池,试验平台与真实储能舱消防环境相差甚远。因此,根据细水雾灭火效果验证机制,根据真实储能电池运行工况设计试验方案,按实际储能舱搭建试验平台。试验对象采用344 Ah储能用磷酸铁锂电池模组,在过充滥用下使电池模组热失控并燃烧,使用4种不同压强细水雾扑救并比较其灭火效果。试验证明了一定压强细水雾能够有效扑灭磷酸铁锂电池模组火灾,扑灭过程存在冷却和阻隔热辐射机制,观察到细水雾屏障现象。研究得出10MPa以下的细水雾压强与灭火时间呈反比关系,随着压强增大,灭火速率和降温速率均提高。实验结果表明,针对大容量磷酸铁锂电池模组的消防设计,选择6 MPa及以上细水雾作为灭火剂比较经济高效。该研究结果可为磷酸铁锂储能电站的消防措施、电池模组灭火规范的制定提供试验支撑。     

深圳宝清锂电池储能电站关键技术及系统成套设计方法

大容量电池储能是电力系统一种全新的调节手段,可作用于发输变配用各个环节,具有广阔的发展前景。文中依托调峰调频锂离子电池储能电站———深圳宝清电池储能电站(4 MW/16MW.h),对兆瓦级电池储能系统关键技术进行了系统性、体系化的研究,提出了集成锂离子电池、电池管理系统、能量转换系统和监控系统等大容量储能系统关键设备的成套设计方法。示范工程运行结果表明:储能电站可实现配电网侧削峰填谷、调频、调压、孤岛运行等多种电网应用功能。     

储能用LiFePO4锂离子电池的热安全特性

以方形磷酸铁锂(LiFePO4)锂离子电池为对象,研究充放电倍率、环境温度对电池性能的影响,确定电池热生成速率与荷电状态(SOC)的关系式.为寻找热安全的温度阈值,开展电池热失控实验.在适宜的温度区间(25～40℃)工作时,电池的热性能良好,内阻和热生成随着环境温度的升高而变小;电池正极极耳温度要高于负极极耳,正极极耳下方可作为实际储能系统温度监控的特征点.电池热失控过程自发热起始点温度约为86.0℃.