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烟台创为李明明:基于气相分析的热失控预警应用技术研究

北极星储能网  来源:北极星储能网    2019/5/18 19:18:02  我要投稿  

北极星储能网讯:“对于电池热失控来说主要有三个比较明显区分特征的词,这个是可以借鉴电动汽车锂离子电池安全当中,分别为泄露,起火,爆炸。泄露不是热失控但是是引起热失控的状态,因为它是危险存在。”

——烟台创为新能源科技有限公司技术总工 李明明

聚焦“技术应用双创新,规模储能新起点”,通过组织主题演讲、展览展示、创新大赛、专题研讨、项目考察、新品发布、技术交流等多种活动,多维度精准对接全球储能市场与应用,助力中国储能企业与国际接轨,为储能企业搭建与政策制定者、规划者、电网管理者、电力公司、能源服务商的交流互动平台。2019年5月18-20日,中关村储能产业技术联盟、中国科学院工程热物理研究所举办“ESIE2019储能国际峰会暨展览会”,北极星储能网、电力头条APP全程直播。

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烟台创为新能源科技有限公司技术总工 李明明

各位专家大家下午好!我来自山东烟台,我今天带来的题目“基于气相分析的热失控预警应用技术研究”,谭总工已经介绍了储能应用当中的安全设计,我更具体一些,因为消防有消和防,我主要从防这个角度分析一下,怎么去将早期的热失控预警的分析尽可能的早期发现。

我们这个公司主要从事新能源汽车和储能电站,只要与电池相关的安全设施,都是我们致力于研究的方向。公司去年被评为高新技术企业,每年年增长率实现100%,目前在电动汽车上使用了30多万套的技术应用。我们从事电动汽车和储能的标准,在一些参与和制订。

主要从三个层面讲一下,

第一储能安全法规现状,

第二热失控预警的研究,

第三储能系统应用方案,。

一、储能安全法规现状,我仅仅做简要发明,今天下午还有一个论坛主要讲法规与现状的标准制订情况。法规与现状主要是因为目前从电站的火灾事故或者因为电动汽车火灾事故的影响,导致的社会影响力比较多一些,基于这些在储能电站的运维过程中大家更注重运维安全。通过什么样的方法在运维当中更可靠、更有效的,对于我们来说研究的是基于多因素分析的大规模储能的一体消防运行策略。

火灾事故是网上的一个报道,特别是在2018年纯电动汽车着火事件。近期在五一左右,这段时间已经连续发生了十多起的电动汽车火灾事故,也引起了社会的广大关注。火灾事故一旦发生就造成相对来说比较严重的后果,这个时间对于锂离子电池的热失控的早期预警和防护显得尤为重要,汽车的标准比较健全,目前出台了比较多的标准。针对储能方面的标准,现在各个地方也在起草相应的标准,比如说电网公司也自己起草安全实施的标准。这些都是在网上能搜集到的。

对于电池热失控来说主要有三个比较明显区分的特征的词,这个是可以借鉴电动汽车锂离子电池安全当中,分别为泄露,起火,爆炸,泄露不是热失控但是是引起热失控的状态,因为它是危险存在。好多在运行过程中的电池有这种情况发生。对于热失控是怎么测量的?在标准当中给出了一个说明,基于电击信号,这些都有相应的标准,对于非电击性的信号我们采用气相。

热失控预警研究,目前国内外都采用什么样的技术,可以实现早期的非正常状态的预警。上面有一个红色和蓝色的条,如果在红蓝之间交接部委,我们在蓝色条的时候,这是BMS在做的工作,主要测量电气信号、电压电流、放电倍率,通过它能够更早期的得到常态下的运行状态,红色部委可能发生了热失控,热失控已经产生或者热蔓延状态,带来的动作就是燃烧或者冒烟,持续的冒烟。我们可以看一下这种电池燃烧事故的特点,首先热失控是存在着负反应,无法根除,通过多种技术,电解液或者改良隔膜,增加一些防护的添加剂,或者阻燃电阻液可以实施综合性的技术改良。

针对于热失控的诱发或者是蔓延,从一个单体到另外一个单体,有点像类似于鞭炮式的热蔓延,如何防止热蔓延是我们应该研究的重点课题,目前好多产业研究隔热材料。对于锂离子电池还有一个特点,具有复燃性,复燃性比较突出,上周做的一个实验,3分钟以后又复燃了,后期使用大量的水进行灭火。

根据这些特点,如果在蓝色条区域的时候我们是不是可以通过内阻的变化来识别,铅酸电池使用这种方式。目前清华大学欧阳敏哥教授一直致力于研究。

针对于气体好多个实验室在研究,国外的这些论文是比较早期的,近期的,像国内还有几个实验中心,包含中气研也在研究相关的热失控气体,抽取气体之后化验成分,同时看一下通过配置什么样的传感器应用可以更早期的发现。这些材料得出一个结论,主要含有二氧化碳、一氧化碳、氢气等危害性的气体。以下是根据借鉴在国内外其他同行做的实验基础上,我们自己搭建了一些平台,主要是做了这三个工作:一个是气体探测器的选型规律,选择什么样的气体传感器,第二需要做一个发展过程各数据的分析,做一个数据判断,相当于是一个模型。第三个,实现实验平台的搭建。

我们这个工作是做的定性的工作,如果热失控产生以后,有哪些气体释放?我们首先要知道,这是做了5种气体的测量包含氧气和一氧化碳,结论是一氧化碳具有代表性,乙烯也是具有代表性,这是定性。定量从60摄氏度到100摄氏度分别测量一下。

我们在电池里做气体的探量,必定受到干扰气体,无非是胶皮、电解液,我们需要去除这些。还有一个,针对于储能电站当中又加了氢气,同时发扬一氧化碳和氢气上升曲线还是非常吻合的,最高的时候氢气达到17000PPM,所以存在交叉感染的问题,但是还是有必要在空间当中使用,因为质量比较氢,容易上浮。这是总的VOC的气体数据对比。

做完这些实验以后得出的结论应该适合复合型的传感器进行早期的探测,这种状况下需要把这个数据做适当的数据拟合,有效的判断,对数据进行平滑的处理。

我们做的工作:传感器的标定、智能算法、高耐用等。整个防护,早期热失控和早期预警,最后有一个外部接口。这是我们做的系统案例,这是每节电池包,电池包使用的是探测器,对于储能电站当中,我们使用的方法是建议对每个电池簇和电池柜还有集装箱的空间和外部消防的接口进行最终的防护。最后,预留雨淋式的消防喷头。这是我们做的示意图片。这是跟水消防联动的状态,因为你需要水,所以需要联动,但是水消防谨慎使用,最好使用人工启动,不用让它自己启动。这是我们自己做的项目,近年做的比较多,这是我们做的一些项目的情况。这些都是电网侧的,我们当时配的七戊丙烷。这是湖南电网的,总控室在这边,左侧是24个集装箱,这是运行状态。这是我们做的风电的或者是太阳能发电的一个小型化的装置,使用七氟丙烷,要么使用的是悬挂式的,后面的图比较有意思,右侧图是柜式改成管网式的,目前是风循环的话里面有风速,在这种状况下如果在整体空间当中排放的时候,可能不会有效的输送到电池里面去,通过这种管道我们可以送到通道里面去,有效的对电池芯进行防护。

我们目前在车上和储能行业应用的比较多,目前我们做磷酸铁锂电池和三元电池过渡性的研究,三元电池未来使用的乘用车更多,我们做模型分析得出防护的策略。

今天时间比较紧,我就跟大家分享这些,谢谢!

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