江森自控公司工程消防產品經理Derek Sandahl日前對如何防止鋰離子電池熱失控并引發(fā)火災的最佳方法進行了分析和探討洛淑。他在發(fā)表的一篇文章中指出别伏，安全管理鋰離子電池儲能系統(tǒng)應該成為儲能行業(yè)頭等大事请梢。
如今很多國家都制定了雄心勃勃的減排目標，以減少全球碳排放量辐马。由此產生的對可再生能源的投資正在推動儲能系統(tǒng)（ESS）行業(yè)的快速增長佑惠。根據(jù)調研機構的預計，2018年到2026年贾瞪，全球儲能市場規(guī)模將以35％復合年增長率增長凯践。
鋰離子電池儲能系統(tǒng)如今成為全球一種主流的儲能技術。根據(jù)目前的發(fā)展速度习怒，到2026年符站，全球電池儲能市場規(guī)模預計將達到230億美元。風力發(fā)電場毛咸、太陽能發(fā)電場和數(shù)據(jù)中心選擇采用鋰離子電池儲能系統(tǒng)的原因很多弯沥，其中包括成本可承受性。一方面造星，鋰離子電池具有很高的能量密度鸳辛，并且在容量方面具有更高的擴展?jié)摿ΑＡ硪环矫婷耍渥苑烹娐室蚕鄬^低舒疚，不到鎳基電池的一半。并且鋰離子電池幾乎不需要維護衫凭，也不需要定期放電兜畸。
盡管鋰離子電池具有很多優(yōu)點避凝，但也有一些局限性魔眨。鋰離子電池需要采用復雜的電池管理系統(tǒng)（BMS）舵抹，以確保它們在受控參數(shù)（如電壓府贰、溫度和充電狀態(tài)）范圍內工作，這些參數(shù)會隨著電池的性能退化而調整吐捞。如果管理不當骗村，或者電池遭受其他形式的濫用脂矫，可能導致電池故障的風險恩沛，增加熱失控和火災的風險在扰。
而主要采用鋰離子電池的行業(yè)廠商需要一種新的、全面的解決方案，以有效檢測電池故障并進行干預健田，以防止熱失控以及引發(fā)火災的危險。
熱失控的危險
如果電池遭受濫用佛纫，可能會導致熱失控妓局，從而釋放有毒和可燃氣體。單個電池單元中發(fā)生的熱失控會迅速擴散呈宇，從而導致相鄰電池單元的熱失控級聯(lián)好爬。熱失控可能最終導致災難性的火災事件。
眾所周知省牍，鋰離子電池如果起火很難撲滅蒸撕。采用氣體抑制和噴淋消防系統(tǒng)根本無效。雖然這樣的消防系統(tǒng)可以減緩火勢的增長和熱量淀爆，但一旦熱失控開始跑放，還不足以完全撲滅火勢。撲滅這類火災的最有效方法是在數(shù)小時甚至數(shù)天的時間內采用大量的水撲滅余源。在許多地方慈肯，尤其是那些偏遠的地方或缺水的地方，難以采用這種做法天枣，甚至是無法實現(xiàn)的遭歉。
不幸的是，儲能行業(yè)最近幾年發(fā)生了許多這樣的火災事件袖指。2017年11月肪援，部署在比利時布魯塞爾附近的一個并網(wǎng)連接的鋰離子電池儲能系統(tǒng)發(fā)生的火災產生大量有毒煙霧，迫使當?shù)鼐用裨诩叶惚堋?019年4月熟什，APS公司在亞利桑那州運營的一個鋰離子電池儲能系統(tǒng)發(fā)生火災并導致爆炸堕义，造成當?shù)?名消防員受傷。在這些火災發(fā)生后脆栋，美國能源開發(fā)商如今將電池儲能系統(tǒng)的安全作為重點胳螟。而在2017年至2019年之，韓國發(fā)生了28起電池儲能系統(tǒng)火災筹吐，導致522個電池儲能系統(tǒng)的部署被暫吞撬剩或取消。
了解電池故障的各個階段有助于找到解決方案
為了防止此類事件再次發(fā)生丘薛，了解電池故障的各個階段至關重要嘉竟。可以劃分為預防和控制區(qū)域洋侨，并且分為四個階段：
1.預防區(qū)域
第一階段：電池濫用舍扰。
在第一階段，熱量、電氣或機械故障會導致電池損壞边苹，從而導致電池溫度和壓力升高陵且。
第二階段：產生易燃的廢氣。
隨著電池溫度和壓力的升高短琴，易燃氣體從電池中排出垃准。這是必須采取措施避免熱失控和火災的關鍵點。
第三階段：熱失控
熱失控標志著防護區(qū)域的盡頭和遏制區(qū)域的開始膏般。溫度迅速上升幾百度儿趋，并產生出煙霧。正是在這一點上娜珍，災難性的失敗迫在眉睫蛔乖。
2.控制區(qū)域
第四階段：起火
電池在熱失控后開始起火。鋰離子電池機架的結構可以最大程度地提高電池的部署密度踏拓，但同時也可以使火勢迅速蔓延赃剂。在起火之后，火勢很容易轉移到相鄰的電池和建筑材料上韩烹，并將變得無法控制锣裆。
仔細觀察這四個階段，可以發(fā)現(xiàn)早期干預是防止熱失控的理想時刻腰凫。在理想情況下泞驴，應在預防區(qū)域內發(fā)生反應，但這需要在第一或第二階段進行檢測逢防。如果在開始發(fā)生熱失控之前可以檢測到廢氣叶沛，并及時斷開發(fā)生故障的電池，則可以避免火災危險忘朝。
盡早干預可防止熱失控
正如分析鋰離子電池故障的四個階段所顯示的那樣灰署，檢測到的最佳預警信號之一是廢氣的釋放。根據(jù)定義局嘁，廢氣是電池化學反應過程的副產物溉箕。當鋰離子電池開始出現(xiàn)故障時，這個化學過程會從電池單元中產生電解質蒸汽悦昵。這種廢氣是在電池單元損壞發(fā)生后不久以及熱失控開始前幾分鐘產生的肴茄。
鋰離子電池發(fā)生故障最終也會產生可檢測到的煙霧，但是只有在熱失控開始之后才可以檢測到但指。通過檢測廢氣的存在寡痰，可以及時處理受影響的電池以防止熱失控。
綜合解決方案使早期干預成為可能
有效的預防鋰離子電池風險解決方案采用監(jiān)視和參考傳感器棋凳，可以持續(xù)檢查電池機架中是否存在鋰離子電池產生的廢氣拦坠。參考傳感器將周圍環(huán)境空氣數(shù)據(jù)提供給控制器连躏，同時監(jiān)視電池機架內的傳感器以獲取與鋰離子電池附近空氣有關的數(shù)據(jù)。這些傳感器可以檢測濃度低至百萬分之一（ppm）的鋰離子電池的廢氣佳跃。
這個風險防范系統(tǒng)旨在斷開電池連接怠义，并在不到五秒鐘的時間內防止熱失控。但是啦别，即使在斷開電池之后陷母，仍可能存在易燃氣體。除非該區(qū)域足夠大或可以進行通風郎石，否則這些廢氣仍可能引起火災逾辕。
這是進行火災探測和滅火發(fā)揮作用的地方财调。如果使用惰性氣體认吕，氣體滅火系統(tǒng)可用于在釋放出廢氣后對其空間進行惰化。這可以幫助降低廢氣燃燒的可能性兔触。惰性系統(tǒng)的釋放點需要仔細考慮才能有效沼昵，并且可能需要與其他系統(tǒng)進行集成。
在規(guī)定的設計濃度下审炬，消防系統(tǒng)可用于幫助保護電池免受火源（例如A類材料）和其他電子組件故障的傷害极金，它們可能會成為點燃電池的熱源。
將廢氣檢測與火災檢測和抑制相結合潮峦，可提供所需的早期干預囱皿，以幫助防止電池出現(xiàn)熱失控和發(fā)生火災的危險。該系統(tǒng)不需要與電池單元進行電氣或機械接觸忱嘹，本質上是對現(xiàn)有消防系統(tǒng)的升級嘱腥，使其能夠在帶電的工作環(huán)境中工作。
預計在未來五年內拘悦，使用鋰離子電池的儲能系統(tǒng)的數(shù)量將會顯著增加齿兔。由于鋰離子電池可能會發(fā)生故障和火災，而且往往沒有什么預警础米，因此分苇，在最壞的情況發(fā)生之前，檢測并防止熱失控比以往任何時候都更為重要屁桑。將早期的廢氣檢測與火災檢測医寿、抑制或惰化系統(tǒng)相結合，可以提供一種整體解決方案蘑斧，該解決方案可以提供所需的早期預警糟红，加強電池儲能系統(tǒng)安全。
如今很多國家都制定了雄心勃勃的減排目標，以減少全球碳排放量辐马。由此產生的對可再生能源的投資正在推動儲能系統(tǒng)（ESS）行業(yè)的快速增長佑惠。根據(jù)調研機構的預計，2018年到2026年贾瞪，全球儲能市場規(guī)模將以35％復合年增長率增長凯践。
鋰離子電池儲能系統(tǒng)如今成為全球一種主流的儲能技術。根據(jù)目前的發(fā)展速度习怒，到2026年符站，全球電池儲能市場規(guī)模預計將達到230億美元。風力發(fā)電場毛咸、太陽能發(fā)電場和數(shù)據(jù)中心選擇采用鋰離子電池儲能系統(tǒng)的原因很多弯沥，其中包括成本可承受性。一方面造星，鋰離子電池具有很高的能量密度鸳辛，并且在容量方面具有更高的擴展?jié)摿ΑＡ硪环矫婷耍渥苑烹娐室蚕鄬^低舒疚，不到鎳基電池的一半。并且鋰離子電池幾乎不需要維護衫凭，也不需要定期放電兜畸。
盡管鋰離子電池具有很多優(yōu)點避凝，但也有一些局限性魔眨。鋰離子電池需要采用復雜的電池管理系統(tǒng)（BMS）舵抹，以確保它們在受控參數(shù)（如電壓府贰、溫度和充電狀態(tài)）范圍內工作，這些參數(shù)會隨著電池的性能退化而調整吐捞。如果管理不當骗村，或者電池遭受其他形式的濫用脂矫，可能導致電池故障的風險恩沛，增加熱失控和火災的風險在扰。
而主要采用鋰離子電池的行業(yè)廠商需要一種新的、全面的解決方案，以有效檢測電池故障并進行干預健田，以防止熱失控以及引發(fā)火災的危險。
熱失控的危險
如果電池遭受濫用佛纫，可能會導致熱失控妓局，從而釋放有毒和可燃氣體。單個電池單元中發(fā)生的熱失控會迅速擴散呈宇，從而導致相鄰電池單元的熱失控級聯(lián)好爬。熱失控可能最終導致災難性的火災事件。
眾所周知省牍，鋰離子電池如果起火很難撲滅蒸撕。采用氣體抑制和噴淋消防系統(tǒng)根本無效。雖然這樣的消防系統(tǒng)可以減緩火勢的增長和熱量淀爆，但一旦熱失控開始跑放，還不足以完全撲滅火勢。撲滅這類火災的最有效方法是在數(shù)小時甚至數(shù)天的時間內采用大量的水撲滅余源。在許多地方慈肯，尤其是那些偏遠的地方或缺水的地方，難以采用這種做法天枣，甚至是無法實現(xiàn)的遭歉。
不幸的是，儲能行業(yè)最近幾年發(fā)生了許多這樣的火災事件袖指。2017年11月肪援，部署在比利時布魯塞爾附近的一個并網(wǎng)連接的鋰離子電池儲能系統(tǒng)發(fā)生的火災產生大量有毒煙霧，迫使當?shù)鼐用裨诩叶惚堋?019年4月熟什，APS公司在亞利桑那州運營的一個鋰離子電池儲能系統(tǒng)發(fā)生火災并導致爆炸堕义，造成當?shù)?名消防員受傷。在這些火災發(fā)生后脆栋，美國能源開發(fā)商如今將電池儲能系統(tǒng)的安全作為重點胳螟。而在2017年至2019年之，韓國發(fā)生了28起電池儲能系統(tǒng)火災筹吐，導致522個電池儲能系統(tǒng)的部署被暫吞撬剩或取消。
了解電池故障的各個階段有助于找到解決方案
為了防止此類事件再次發(fā)生丘薛，了解電池故障的各個階段至關重要嘉竟。可以劃分為預防和控制區(qū)域洋侨，并且分為四個階段：
1.預防區(qū)域
第一階段：電池濫用舍扰。
在第一階段，熱量、電氣或機械故障會導致電池損壞边苹，從而導致電池溫度和壓力升高陵且。
第二階段：產生易燃的廢氣。
隨著電池溫度和壓力的升高短琴，易燃氣體從電池中排出垃准。這是必須采取措施避免熱失控和火災的關鍵點。
第三階段：熱失控
熱失控標志著防護區(qū)域的盡頭和遏制區(qū)域的開始膏般。溫度迅速上升幾百度儿趋，并產生出煙霧。正是在這一點上娜珍，災難性的失敗迫在眉睫蛔乖。
2.控制區(qū)域
第四階段：起火
電池在熱失控后開始起火。鋰離子電池機架的結構可以最大程度地提高電池的部署密度踏拓，但同時也可以使火勢迅速蔓延赃剂。在起火之后，火勢很容易轉移到相鄰的電池和建筑材料上韩烹，并將變得無法控制锣裆。
仔細觀察這四個階段，可以發(fā)現(xiàn)早期干預是防止熱失控的理想時刻腰凫。在理想情況下泞驴，應在預防區(qū)域內發(fā)生反應，但這需要在第一或第二階段進行檢測逢防。如果在開始發(fā)生熱失控之前可以檢測到廢氣叶沛，并及時斷開發(fā)生故障的電池，則可以避免火災危險忘朝。
盡早干預可防止熱失控
正如分析鋰離子電池故障的四個階段所顯示的那樣灰署，檢測到的最佳預警信號之一是廢氣的釋放。根據(jù)定義局嘁，廢氣是電池化學反應過程的副產物溉箕。當鋰離子電池開始出現(xiàn)故障時，這個化學過程會從電池單元中產生電解質蒸汽悦昵。這種廢氣是在電池單元損壞發(fā)生后不久以及熱失控開始前幾分鐘產生的肴茄。
鋰離子電池發(fā)生故障最終也會產生可檢測到的煙霧，但是只有在熱失控開始之后才可以檢測到但指。通過檢測廢氣的存在寡痰，可以及時處理受影響的電池以防止熱失控。
綜合解決方案使早期干預成為可能
有效的預防鋰離子電池風險解決方案采用監(jiān)視和參考傳感器棋凳，可以持續(xù)檢查電池機架中是否存在鋰離子電池產生的廢氣拦坠。參考傳感器將周圍環(huán)境空氣數(shù)據(jù)提供給控制器连躏，同時監(jiān)視電池機架內的傳感器以獲取與鋰離子電池附近空氣有關的數(shù)據(jù)。這些傳感器可以檢測濃度低至百萬分之一（ppm）的鋰離子電池的廢氣佳跃。
這個風險防范系統(tǒng)旨在斷開電池連接怠义，并在不到五秒鐘的時間內防止熱失控。但是啦别，即使在斷開電池之后陷母，仍可能存在易燃氣體。除非該區(qū)域足夠大或可以進行通風郎石，否則這些廢氣仍可能引起火災逾辕。
這是進行火災探測和滅火發(fā)揮作用的地方财调。如果使用惰性氣體认吕，氣體滅火系統(tǒng)可用于在釋放出廢氣后對其空間進行惰化。這可以幫助降低廢氣燃燒的可能性兔触。惰性系統(tǒng)的釋放點需要仔細考慮才能有效沼昵，并且可能需要與其他系統(tǒng)進行集成。
在規(guī)定的設計濃度下审炬，消防系統(tǒng)可用于幫助保護電池免受火源（例如A類材料）和其他電子組件故障的傷害极金，它們可能會成為點燃電池的熱源。
將廢氣檢測與火災檢測和抑制相結合潮峦，可提供所需的早期干預囱皿，以幫助防止電池出現(xiàn)熱失控和發(fā)生火災的危險。該系統(tǒng)不需要與電池單元進行電氣或機械接觸忱嘹，本質上是對現(xiàn)有消防系統(tǒng)的升級嘱腥，使其能夠在帶電的工作環(huán)境中工作。
預計在未來五年內拘悦，使用鋰離子電池的儲能系統(tǒng)的數(shù)量將會顯著增加齿兔。由于鋰離子電池可能會發(fā)生故障和火災，而且往往沒有什么預警础米，因此分苇，在最壞的情況發(fā)生之前，檢測并防止熱失控比以往任何時候都更為重要屁桑。將早期的廢氣檢測與火災檢測医寿、抑制或惰化系統(tǒng)相結合，可以提供一種整體解決方案蘑斧，該解決方案可以提供所需的早期預警糟红，加強電池儲能系統(tǒng)安全。
