设为首页 加入收藏 APP客户端 数字报
安徽应急与安全| 福建应急与安全| 甘肃应急与安全| 陕西应急与安全| 河南应急与安全| 山东应急与安全

锂离子电池储能发展

一手抓安全性能 一手抓标准规范

中国应急管理报 记者 李金素 2021-12-03 13:37:33

●安全始终是锂离子电池储能行业发展的难点之一,同时,相关规程规范的缺失,也加剧着锂离子电池储能行业的安全发展压力。

●“一般来讲,导致锂离子电池发生火灾爆炸事故的直接原因是电池热失控。造成热失控,一方面是电芯内部本身有缺陷,另一方面,由外部撞击产生放热,也会导致热失控。可以确定的是,提高电池一致性,是确保电池组安全性和可靠性的重要路径。”

●“目前,国内储能安全的标准及相应规范还是比较滞后。发生事故必须把事故的真实原因找到,针对问题去提解决方案和整改措施。标准规范滞后的一部分,需要有关部门加紧研究和整改。”


日前,北京市丰台区储能电站起火爆炸事故调查报告发布。报告认为,南楼起火直接原因系西电池间内的磷酸铁锂电池发生内短路故障,引发电池热失控起火。北楼爆炸直接原因为南楼电池间内的单体磷酸铁锂电池发生内短路故障,引发电池及电池模组热失控扩散起火,事故产生的易燃易爆组分通过电缆沟进入北楼储能室并扩散,与空气混合形成爆炸性气体,遇电气火花发生爆炸。调查历时半年之久,对事故的来龙去脉进行了科学严谨的分析并得出结论,对行业的健康持续发展具有深刻的借鉴和指导意义。

今年4月14日,“储能国际峰会暨展览会(2021)”在北京国家会议中心隆重召开。作为中国储能产业最权威的产业研究报告,《储能产业研究白皮书2021》(以下简称白皮书)也在此次大会上公开发布。白皮书预计,“十四五”期间,我国的电化学储能市场将正式跨入规模化发展阶段。中国能源研究会理事长史玉波在会上表示,作为储能的重要表现形式,电化学储能具有设备机动性好、响应速度快、能量密度高和循环效率高等优势,伴随电化学成本净增力的显现,在可再生能源发展刚需下,电化学储能将迎来快速发展。

根据能量转换方式,电化学储能主要包括锂离子电池储能、铅蓄电池储能和液流电池储能。其中,锂离子电池具有循环特性好、响应速度快的特点,是目前电化学储能中主要的储能方式。一些对于电力供应要求有高质量且供应稳定的行业,例如医院、银行、指挥控制中心、通信基站等,大多使用锂离子电池储能作为应急UPS电源,保障供电的稳定性。但是锂离子电池自身也有缺点,安全始终是锂离子电池储能行业发展的难点之一。同时,相关规程规范的缺失,也在加剧着锂离子电池储能行业的安全发展压力。

提高电池一致性

降低事故风险

“一般来讲,导致锂离子电池发生火灾爆炸事故的直接原因是电池热失控。造成热失控,一方面是电芯内部本身有缺陷,例如电芯电压不平衡,使用老化或者电芯内产生枝晶现象从而造成短路。由此,电池组本身的BMS(电池管理系统)、内部结构设计、电芯质量、工艺管理等都非常重要。另一方面,由外部撞击产生放热,也会导致热失控。”如果新能源创新实验室技术总监黄峰表示,针对锂离子电池热失控的情况,目前国内主流的解决方法主要是从外部保护和内部改进两个方面进行改进。外部保护主要是指系统方面的升级改进,内部改进是指提高电池自身安全性能。

“安全预警和自动控制是提升电池安全性的两个主要方面。目前,大多数安全技术是基于利用多种传感器对锂电池的环节数据进行采集及分析,依据一定的运行数字模型,对采集数据进行在线分析,判断锂电池出现热失控风险的概率,从而自动触发安全应对装置及运营告警,控制热失控影响,将电池火灾风险降到最低。”黄峰补充说,但从根本上讲,锂离子电池热失控很难被预测。热失控的根本原因在于电芯内部不均衡、不一致,这会导致性能劣化的电池更快地衰变,甚至直接失效;也有一部分会产生热失控、燃烧和爆炸。这就意味着,如果电芯内的每一个微观的电极材料颗粒、隔膜到宏观的极片、壳体封装都百分之百一致,那么所组成的电池组就会有更好的安全稳定性。并且这个衰变到短路的过程会十分缓慢,且给出的电压信号不明显。通常情况下,发生事故的电池,往往是在短短的几分钟之内就进入了热失控。事故发生后,电池几乎全毁,事故调查困难重重,技术人员往往无法追踪,这也让相关研究遇到了困难。

“可以确定的是,提高电池一致性,是确保电池组安全性和可靠性的重要路径。同时,提供外部保护的相关安全技术发展也能为预防事故发生争取宝贵的时间。在预警技术方面,监测电池是否泄漏气体的传感器,至少能够在电池发生事故前5分钟进行有效预警;自毒化技术,在电池热失控的前期,自身能够释放化学物质,使得电池内部钝化,从而打断热失控的链条,避免事故发生。”黄峰说。

就如何提升电池安全性,宁德时代新能源科技股份有限公司高级工程师陈小波特别强调了电池安全防护的生命周期,“动力电池安全是系统工程,对电池的安全防护应该是全生命周期的。电池从开发设计到生产制造,到售后服务再到回收再生,都存在安全风险,要想办法规避这些风险。”他提出,在产品设计层面,要提高安全阈值,电池包从设计环节就要做到防水、防火、防撞、防高压漏电,同时做到高可靠性。注重制造过程的质量与安全管控,注重动力电池全生命周期的安全性,例如在早期阶段,需要注意软硬件故障及工艺、生产层面的问题;中期阶段需要关注偶然性失效问题,例如电芯的膨胀、低压连接件的老化、低压线束老化等。最后,要加强售后维护、安全预警与产品的报废处理。

另外,电化学储能电站设计合理性也很重要,要考虑到建设地周围的温度及气候,同时保证变压器、继电器等关键配套设备的安装和质量问题,这样才能提升储能电站整体安全环境,确保锂离子电池储能安全。

标准规范跟上

安全发展同步

技术标准滞后已成为影响这一产业规范化发展的主要症结。锂电池储能行业缺乏有效的引导政策和激励措施,这可能导致项目上设计过于简单、检验测试缺乏权威性统一性、电池安全存在隐患等问题。

“目前,国内储能安全的标准及相应规范还是比较滞后。发生事故必须把事故的真实原因找到,针对问题去提解决方案和整改措施。标准规范滞后的一部分,需要有关部门加紧研究和整改。”中关村储能产业技术联盟常务副理事长俞振华表示,从全球储能产业发展状况来看,锂电由于在动力电池领域的广泛应用,特性已被行业熟知,全球新建储能项目也基本以锂电为主,锂电的主流厂商在欧美市场保持比较低的事故率,部分项目的安全使用时间已经超过8年,国外很多有价值的经验已经转化成为规范和标准。这充分说明虽然锂电池存在易燃、热失控的风险,但通过严格有效的管控、从安全角度提高准入门槛,还是可以保障锂离子电池储能系统的安全性。加强安全管理既有必要,也能够让产业发展更健康。

据了解,目前我国锂离子电池储能行业的技术标准有国家标准和行业标准,具体包括《电化学储能电站设计规范》(GB51048—2014),《电化学储能电站监控系统与电池管理系统通信协议》(DL/T1989—2019),《电池储能功率控制系统 变流器 技术规范》(NB/T31016—2019),《光储系统用功率转换设备技术规范》(NB/T10186—2019)。

“尽管目前已颁布的标准涵盖了对电池本体的技术要求、装备技术条件等方面的内容,但对储能电站控制保护设备基本技术条件、储能电站及电池系统运行维护、储能电站运行环境要求、储能电站消防安全等方面的标准仍然缺乏。”黄峰补充道,“锂离子电池储能行业若要发展提速,我们认为还应聚焦在电池的安全性和可靠性等关键问题上,加大技术路线图的研究投入力度。”

扫码在手机端打开页面
其他 科技装备 内容

中国应急管理报新媒体中心维护,违法和不良信息举报电话:010-87986113

关于我们 | 投稿邮箱 | 版权声明 | 订阅指南 | 网站导航

互联网新闻信息服务许可证 京ICP备06009719号-3

京公网安备 11010502037833号