磷酸铁锂储能电站电池预制舱消防系统研究

为确保磷酸铁锂储能电站安全可靠运行,降低磷酸铁锂储能电池的火灾风险,针对磷酸铁锂储能电站电池预制舱的火灾防火和灭火系统控制策略展开研究。以磷酸铁锂电池早期热失控及热扩散的特征气体参数为探测对象,对电池热失控状态进行预测预警,及早预测电池异常状态。采用与电池管理系统（BMS）智慧联动,提出多层次火灾报警控制策略,以控制电池舱爆炸风险隐患,保障储能系统安全。     

预制舱式磷酸铁锂电池储能系统安全性分析研究

电化学储能是开展电网调峰平谷、风/光能并网,实现“双碳”目标的关键环节,在政策导向和市场需求的双擎推动下迅猛发展,国内以磷酸铁锂电池储能预制舱/电站等形式大量涌现。然而,锂离子电池储能系统本身具有燃烧爆炸风险、成组密集布置进一步增加其发生热失控火灾事故的风险,同时由于电化学储能系统涉及固体、液体、气体及电气火灾等多种形式,给灭火救援处置提出了新的挑战。本文对电化学储能电站的安全性进行分析,并通过锂离子电池储能箱的全尺寸实验进行验证,获取其热失控过程中温度、气体浓度等多种参数,揭示锂离子电池储能箱热失控过程的机理,分析规模化电化学储能系统的火灾风险。研究结果显示,磷酸铁锂电池在热失控燃爆过程中电芯温度、环境温度出现明显变化,其中电芯温度可达700 ℃以上,在规模化应用条件下,磷酸铁锂电池热失控风险高,发生燃爆事故的危害大。因此,电化学储能电站需要从产品标准、设计规范、应急处置等方面加强安全管控,尤其需要开展适用于锂离子电池储能系统的预警装置和热管理技术研究。     

CO2惰化式锂离子电池储能集装箱研究

锂离子电池作为储能载体之一,为新能源并网、电网调峰与调频提供了重要支持。锂离子电池储能技术发展的同时,安全问题不能忽视。通过分析锂离子电池储能集装箱爆炸事故原因可知：锂离子电池热失控释放出的可燃烟气是爆炸的主要成因。根据燃烧三要素原理,设计了CO₂气体保护式磷酸铁锂电池热失控阻燃对比试验。根据试验结果,初步规划设计了CO₂惰化式锂离子电池储能集装箱,以期为锂离子电池储能电站的安全设计提供技术支撑。     

热过载锂电池失控特性及其早期探测模式研究

为提高消防部门应对锂电池火灾时的灭火救援能力,开展了热过载条件下三元锂、锰酸锂及磷酸铁锂电池的热失控试验,发现三元锂及锰酸锂电池的热失控特性较为类似,依次经历了"变形—冒烟—火星四溅—着火"四个阶段,而磷酸铁锂电池仅冒出大量白烟,未发生燃烧;对锂电池热失控逸出的气体进行了分析,发现锂电池特别是磷酸铁锂电池热失控会产生大量CO、H_2、CH_4、C_2H_2、C_2H_4、PF_5等有毒有害烟气,消防部队在扑救此类火灾时,必须引起高度警惕。在此基础上,探讨了锂电池火灾的早期探测报警模式,提出了气体探测作为锂电池火灾探测主要指标的较优方案。     

锂离子电池热失控气体燃爆特征实验研究

为研究储能电站电池单元的火灾危险性,针对锂离子电池发生热失控后释放混合气体的爆炸危险性和火灾危险性进行实验研究,测定分析锂离子电池电解液的危险性以及不同环境气氛下锂离子电池的热失控特性。结果表明：按锂离子电池热失控释放主要气体组分配制的混合气体具有较大的爆炸危险性,爆炸下限为6.1%,最大爆炸压力可达0.61~0.76 MPa,可对建筑物造成严重破坏;配制的混合气体最小点火能为0.3 mJ。锂离子电池电解液在120~130 ℃温度下挥发蒸气危险性较高,爆炸下限为2.3%,且燃烧后产生的刺激性气体可能导致人体的二次伤害。实验采用三元锂电池热失控触发温度为125~150 ℃。研究结果可以为锂离子电池储能电站可燃气体探测、通风设计等提供支持。     

磷酸铁锂电池储能预制舱消防给水设施及设计参数

在碳达峰、碳中和背景下,风、光等可再生能源将逐渐成为主导能源,但其发电不连续、不稳定,需要配置储能设施。磷酸铁锂电池储能预制舱在储能市场应用较多,但磷酸铁锂电池热失控风险大,具有较大火灾危险性,而现行的消防设计标准偏低。研究了磷酸铁锂电池的火灾特点及其灭火介质的适用性,确定水基灭火剂是其较好的灭火介质。结合储能电站磷酸铁锂电池模组火灾细水雾灭火实体试验等相关试验成果以及有关储能电站火灾事故教训,研究了适用于磷酸铁锂电池储能预制舱的消防给水措施,提出了相关设计参数。并结合工程实例论述了磷酸铁锂电池储能预制舱消防给水设计方案,即磷酸铁锂电池储能预制舱内设置细水雾灭火系统,着火舱和邻近舱设置外部冷却水系统。     

细水雾对磷酸铁锂储能电池模组性能影响研究

细水雾可有效扑灭储能电站磷酸铁锂电池热失控火灾并抑制其复燃,但在灭火过程中细水雾喷放对处于非热失控状态的正常电池的影响尚未明确,一定程度上限制了其在储能电池消防安全领域的推广应用。以正常326 Ah磷酸铁锂储能电池模组为试验对象,系统研究了细水雾持续喷放对其充放电性能、安全性能及数据监测模块（BMU）功能的影响。结果表明：在15 min的细水雾持续喷放及后续观察期间,3组电池模组均未出现外壳形变、未产生可燃气体、未出现温度升高及电火花等异常现象,且各单体电压平稳,BMU数据采集功能正常,试验前后电池模组充放电性能未出现明显波动,验证了细水雾在磷酸铁锂储能电池模组火灾扑救过程中的可靠性。     

预制舱式磷酸铁锂电池储能电站防火设计

预制舱式磷酸铁锂电池储能电站在我国应用较为广泛,其消防安全问题是国内外关注的焦点问题。本文通过开展磷酸铁锂储能电池模块在过充条件下的燃烧特性试验,分析总结了预制舱式磷酸铁锂电池储能电站火灾发生发展的特点,并以此为依据,从火灾危险性、防火间距、火灾预警策略、灭火系统设计、消防给水及消防车道等方面提出储能电站防火设计的基本原则。     

储能电站用锂离子电池热失控早期预警参数研究

讨论储能用磷酸铁锂电池在过充条件下的电压、表面温度以及所释放特征气体浓度特征参数变化规律,分析热失控机理、发展过程和早期预警阈值。实验结果表明：过充可促发电池内部一系列放热化学反应,引起温度、电压升高并伴有大量可燃气体产生,其中H2 含量最高且最先被气体探测器感知;电池电压、表面温度和H2 质量浓度特征参数建议报警范围分别为：4.8～6.6V、60～116 ℃、20～50 mg/L。     

锂电池过热诱导失控及其抑制技术

为提高锂离子电池典型应用场所的消防安全等级,优化锂电池生产场所、电动汽车以及储能电站的消防安全设计,分析了三元锂电池过热诱导的火灾行为,并采用"预先抑制、早期喷放"的策略,开展了全密闭环境下三元锂电池单体和模组的热失控抑制试验。研究发现:全密闭环境下的三元锂电池单体在热的作用下,依次经历了鼓包、冒烟、火星喷射及爆燃4个热失控阶段。三元锂电池过热诱导热失控时,电池电压突变较温度更早,宜以电压值作为热失控的早期特征探测参数,灵敏度和精度都更高。全密闭环境下,FK-5-1-12灭火剂对三元锂电池单体的热失控具有良好的抑制效果,并能避免爆燃现象,但未能避免三元锂电池模组的爆燃现象;避免爆燃的关键是热失控探测效能、初始流量设计和喷放时机选择。     

电池储能系统火灾预警与灭火系统设计

基于某梯次电池储能系统实际工程项目需求,结合电池热失控机理,提出了基于VOC、可燃气体、温度、烟雾等的多级预警系统及分级预警策略,对电池进行全周期、连续性监测,确保快速有效地检测出电池热失控状态,实现灭火系统的早期介入。在传统的七氟丙烷灭火系统基础上,增加水喷淋灭火系统,确保能够有效扑灭火灾。以退役磷酸铁锂电芯热失控为例验证了该系统的有效性。     

基于气体检测的锂电池热失控预警研究进展

由于锂离子电池热失控过程中往往伴随着特征气体的产生,可以通过检测气体的释放及其浓度来对锂电池热失控进行预警。介绍热失控气体的产生机理,总结电池类型、电池参数、外部环境条件对热失控气体的影响,不同热失控特征气体的产生现象等方面的研究现状,分析现有的基于气体检测的锂离子电池热失控早期预警研究的进展,并对其下一步的发展进行了展望,以期为提高锂离子电池的运行安全提供指导。     

七氟丙烷对磷酸铁锂储能电池的灭火效果

以磷酸铁锂储能电池为实验对象，研究了自由膨胀、夹板限定膨胀的空间条件下，七氟丙烷灭磷酸铁锂储能电池火灾过程中温度、电压的变化，分析灭火效果。结果表明，对于自由膨胀的电池火灾，七氟丙烷可以有效终止其热失控反应；对于膨胀受限的电池，电池本身热失控过程更剧烈，灭火后持续升温时间更长，电池出现第二次热失控甚至出现复燃现象。在实际应用中，应当综合考虑安全性以及成本问题，给电池设置适当的膨胀空间，七氟丙烷灭火剂也应尽早释放。     

火灾预警系统监测信号漂移和毛刺抑制研究

摘 要：预制舱式磷酸铁锂电池储能电站安全事故会造成严重的经济损失和社会影响,研发火灾预警系统进行及时干预和快速响应,是非常有必要的。基于特征气体（H2、CO）体积分数和BMS温度信号开发了火灾预警系统,但该系统气体探测器监测信号存在毛刺及漂移等异常问题会导致系统误报。经过延时和多探测器数据对比等方式消除了异常问题的影响,应用案例分析验证了该系统的有效性和可靠性。