锂离子电池储能电站早期预警系统研究

研究背景

近年来，各种电化学储能项目如雨后春笋一般涌现，遍布在用户侧、电网侧、发电侧、新能源并网及微电网等各个领域。国内外近期发生多起锂离子电池储能电站火灾事故，2018年7月2日，韩国一风力发电园区内ESS储能设备发生重大火灾事故，造成706m2规模电池建筑和3500块以上锂电池全部烧毁，可见火灾事故一旦发生就会造成严重后果，此时对锂离子电池热事故特征参数进行识别、热失控早期预警、安全联动和消防防护显得尤为重要。

锂离子电池储能电站的安全问题是需要警钟长鸣的重大课题。随着锂离子电池新材料的研发、电池制作技术的创新以及众多科研机构和企业的参与，锂离子电池的性能正日益提高，单体安全性能也得到极大提高。但由于大规模储能系统单体电池容量更大，电池簇单体数量更多，电池簇并联数量更大，电池堆电流更大，电池簇充放电深度更深，电池簇运行一致性和寿命要求更为严格，在使用过程中极易出现局部热失控现象，存在巨大的安全隐患。

本文针对锂离子电池热失控特征参数识别、复合型热失控火灾探测器、多级预警机制和安全联动策略做了研究，在此基础上对储能电站消防预警系统进行架构设计。

创新点及解决的问题

研究锂离子电池储能电站消防预警技术对于储能系统的安全运行具有重要意义。本文通过对电池热失控及热扩散特征识别展开讨论，由于锂离子电池发生热失控时会伴随着可燃气体缓慢释放，如果能够提取电池热失控早期气体参数并对其进行研究分析，可以在此基础上建立电池系统的热失控预警机制。本文采用加热方式和过充方式诱发电池热失控气体提取试验，通过采气试验进行气体成分含量分析，确定了将一氧化碳和温度作为典型的侦测依据来实现锂电池热失控的早期预警。并将这种电池热失控早期预警判断应用到了储能电站消防预警系统中，同时结合多级预警及防护机制和安全联动策略做了深入研究，确定了锂离子电池储能电站消防预警系统的设计架构，从系统部件、联动通信、人员安全3个方面对系统设计做了简要说明，在保证快速有效的检测出电池热失控状态的同时快速联动消防设施，极大提高了储能系统运行的可靠性。

重点内容导读 

1  热失控特征识别

1.1  热失控及热扩散特征识别

1.2  基于气体特征量的识别

图1  热失控产生背景

图2  电池火灾探测过程

图3  热失控气体采集箱整体布置图

图4  复合传感器综合探测数据趋势图

图5  过充方式诱发热失控气体成分提取试验布置图

2  锂离子电池储能电站消防预警系统研究

2.1  储能电站消防预警系统应用现状

图6  典型40英尺预置舱储能电站火灾探测报警系统

2.2  锂离子电池储能电站消防预警系统应用设计

图7  40英尺预置锂离子储能站多级预警及防护应用方案

2.3  储能电站消防预警系统架构设计研究

图8  多级安全联动策略示意图

图9  储能电站消防预警系统架构设计

结  论

随着锂离子电池储能电站的规模化应用，如何保证储能电站的消防安全成为其发展的第一要务。本文在电池热失控及热扩散识别特征参数分析基础上，提出了适用于锂离子电池储能电站火灾早期预警的复合型热失控火灾探测器，并在站内进行多级预警和防护设计，与站内监控系统等进行联动控制，在保证快速有效地检测出电池热失控状态的同时快速联动消防设施，实现有效安全防护，极大提高了储能系统运行的可靠性。

然而，目前国内针对电化学储能电站消防方面的规范标准要求较低，且不能满足现场需求，工程中应用的火灾预警系统为建筑物中使用的探测预警装置，配置的灭火剂和灭火措施的有效性均未得到验证，后续需要针对锂离子电池储能电站的火灾早期预警及消防安全进行系统及深入的研究。

标签：锂离子,储能,预警系统,失控,电站,电池
来源： https://blog.51cto.com/u_15127589/2743205