新型储能安全运维及管控提升技术
陈凌宇国网浙江电科院储能技术研究室2024年3月
①储能安全问题分析
②储能运维隐患管控
③储能安全技术研究
④储能智能运维技术
公众号：储能日参
目录
ONTENTS
2
电池安全问题分析
公众号：储能日参
电池模组电池柜
PACK
室内布置
高压箱
电芯
典型5MWh储能电站电池单体单元数量为1-2万个
锂离子电池储能系统
集装箱布置
公众号：储能日参
锂离子电池储能系统
圆柱卷绕方形卷绕
JellyrollRolledandpressed
◎容量不一致
内阻不一致
⑧自放电率不一致
老化曲线不一致
制造工
艺电芯设
计
电池管理系统
组合技
术
公众号：储能日参
◎温度的影响
电池的不一致性的影响因素
电池单体
方形层叠
Rolledandstacked
圆柱方形
国家电网
STATEGRID
筛选工艺
结构设计
正吸
负极
电解液
隔膜
电池的不一致性
软包
兰
正级
T楼
级
◆由于某种原因造成电池内部温度升高，达到一定温度后，通过内部材料副反应，加剧升温，导致热失控。
◆有机电解液，目前无法避免。
◆磷酸铁锂电池热失控温度普遍在500度以上，三元锂电池则低于300度。
妖锂态负极开始发生反应
正极开始发生副反应
电解质开始分解
负极开始与溶剂、粘结剂反应
SE工膜首先开始分
解
锂离子电池安全问题根本——热失控行为
250-350℃
200-300℃
150℃左右
120℃左右
100℃左右
100Ah212g
负极电解质正极副副反应分解反应
欲锂态负极相
关反应
短路、大电流等引发
SEI膜分解
时间
SurfaceSurface
(CH?OCO?Li?(SEI)→LiCO?+C?H?Tr-co?+120?J
燃烧析出气体：
◆主要成分：一氧化碳、二氧化碳、氢气
◆其他成分：甲烷、乙烷、丙烷、异丁烷、丁烷、异戊烷、异戊烷、己烷、乙烯、丙烯、苯、甲苯、苯乙烷等
◆多为可燃气体，消防过程中注意密闭控制突然打开后可能产生的爆炸。
◆部分具有毒性，消防人员需加强防护。公众号：储能日参
锂离子电池本体热失控行为
●锂离子电池安全问题的发生机制-电池本体
SEI
SEIElectrolyte
SEI膜的分解，导致电解液在电极表面的大
量分解放热是导致电池温度升高，并引发电池热失控的根本原因。
2(CH?O)?CO(EC)+2Li→
(CH?OCO?Li)?+C?H?T+Q
etc.
T130℃
LiCn
Binder,
LiCn
Binder,
SEI膜
份解
etc.
北京集美大红门25MWh直流光储充一体化电站项目
事故过程及后果
2021年4月16日11时50分许，南楼西电池间电池柜起火冒烟，使用现场灭火器处置，但不断复燃
,12时17分许，向119报警，切断储能与交流配电连接。消防救援采用水枪灭火，并向电缆沟内注水，防止火势蔓延，14时13分，北楼发生爆炸，23时40分，明火彻底扑灭。事故造成1名值班电工遇难、2名消防员牺牲、1名消防员受伤，直接财产损失1660.81万元。
事故原因
直接原因：电池内部短路故障及可燃气体产生引发起火和爆炸
间接原因：建设程序不规范、安全隐患未重视、设计施工存缺陷、安全管理不严格等
公众号：储能日参
锂离子电池储能事故分析
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2.检测鉴定情况
经应急管理部消防救援局天津火灾物证鉴定中心鉴定，南楼起火部位第9层电池模组的负极接线柱向内数第五排最内侧电池单体发生内短路故障；该电池为方形电池，电极材料符合磷酸铁锂电池特征。
3.实验分析与仿真模拟情况
经清华大学车辆与运载学院电池安全实验室对南楼最先发生故障的方形电池进行实验分析，该电池失控会产生喷射物，主要为碳酸甲乙酯
蒸汽和氢气、甲烷、一氧化碳、二氧化碳等。
经中国建筑科学研究院建筑防火研究所进行烟雾仿真模拟：南楼起火后，现场产生的烟雾混合物(含未充分燃烧的磷酸铁锂电池热失控喷射产物)可通过室外地下电缆沟进入北楼室内电缆管沟。北楼爆炸前易燃易爆气体浓度约为31%,总量不少于280立方米。