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安徽中科中涣刘智:电化学储能电站热失控预警及消防系统

北极星储能网  来源:北极星储能网    2020/8/27 17:53:37  我要投稿  

北极星储能网讯:如何提高电池电芯本身安全度,这是解决整个电池产业包括储能行业最根本的问题,受制于目前技术发展问题,我们不得不使用一些被动的防护技术去解决相关的前期探测、预警以及后期防护的问题。

——安徽中科中涣防务装备技术有限公司第三事业部副总刘智

2020年8月26-28日,由中国能源研究会、中关村管委会、中关村科学城管委会指导,中国能源研究会储能专委会、中关村储能产业技术联盟、中国科学院工程热物理研究所联合主办的“第九届储能国际峰会暨展览会”在北京召开。峰会主题聚焦“聚储能十年之势,创产业十四五新机”,同期举办储能联盟十年纪念论坛。北极星储能网、北极星电力APP对本次峰会进行全程直播。

在8月26日举办的“储能创新论坛”上,安徽中科中涣防务装备技术有限公司第三事业部副总刘智分享了题为“电化学储能电站热失控预警及消防系统”的报告。

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安徽中科中涣防务装备技术有限公司第三事业部副总 刘智

刘智:各位大家下午好,很高兴在这里给大家介绍一下电化学储能电站热失控的系统,随着产业的发展,不管是新能源汽车也好,还是储能也好都是一直在发展,然而我们所面临的严峻的挑战就是锂电的安全问题,大家经常会在朋友圈看到相关的一些报道,包括像之前韩国以及美国报道的视频,还是比较震撼的,我们接下来谈到的锂电安全,即是锂电的本质安全度。如何提高电池电芯本身安全度,这也是解决整个电池包括储能行业最根本的问题。受制于目前技术发展问题,我们不得不运用被动的防护去做好相关的前期探测、预警以及后期防护。

电池热失控会产生大量的热量,这个热量会威胁到整个电池系统的安全性,同时也会伴随有大量的烟气产生,烟气的内容也是非常复杂的,包含大量一氧化碳气体和有机物的气体,运用大量试验数据和热失控模型做了相应的仿真,我们可以通过各项环境参数做到提前的预警。。其中探测几个核心的参数值,第一个就是温度,这个温度别于跟BMS温度探测,,通过环境温度的变化量及绝对温度值去判断锂电的热失控情况,第二是烟雾参数,使用非光电烟雾传感器,提高整个烟雾探测的灵敏度,第三个是一氧化碳气体,在整个热失控过程中是比较有代表性的气体,大气中的一氧化碳气体浓度非常低,实际上在电池燃烧过程中,会产生190个PPBM以上浓度的一氧化碳。作为整个热失控预警核心参数值,VOC数值也是早期探测的核心,一旦电池热失控导致泄压阀开启,一定会有大量电解液泄漏,挥发的电解液充斥整个PACK箱内部。最后是湿度,在车载领域,车辆可能涉及到一些防护等级,如果由于箱体老化振动或者其他原因导致湿度过高,对电池也会产生安全隐患。

说到防护,大家可能想对比一下目前市面上常用的一些灭火剂,到底能不能处理锂电池热失控,首先是干粉、二氧化碳,干粉灭火性大家都知道,是通过一种覆盖的方式达到窒息,使整个火灾扑灭,对于电化学内燃内热火灾,降温作用有限,在真正工程案例中不可能备有大量干粉,第二个是二氧化碳和氮气,它们两个灭火原理同上,只是通过这样隔绝氧气,不带走热量的方式,也是难以真正实现灭火的。第三个是水系灭火器,水是我们比较认可的灭火器,有几个优点,首先非常廉价,容易获取,其次它对于这种火的降温性能以及灭火性能是非常好的。再回到现实生活中来,不管是车载也好储能也好,不可能把整个车扔到水里去,大系统级别储能体系造价高,系统复杂,大量的水易导致系统绝缘失效,导致严重二次灾害。本身电池热失控并不是整个集装箱同时热失控,而是从一个单体电芯慢慢扩散到整个系统中,如果使用水会造成整个系统非常大的损失。

目前在储能领域使用最为广泛的七氟丙烷,对于电池实体火灾是有效的,但是不能够降低温度,同时因为它是个气体储存装置,一但气体打开之后气体淹没在整个房间,但对于后续的降温,防复燃是没有任何作用的。对比全氟己酮系统这个高效、环保、持续降温的友好灭火剂,可吸走大量的热量,给整个PACK箱进行降温,第二个介定强度是110千伏,不会因为像水或者像气溶胶喷射以后,会导致整套系统觉绝缘性出现故障,同时它又是液体,是不需要进行高压储存,无压的储存、无压的运输都给后续的使用带来很大的便捷。

为了验证其持续降温的特性我们将两块电芯叠加在一起,通过热失控的方法,通过自动加热的方法诱导它发生热失控,箱体内有两个喷头,这两个喷头连接了我们的全氟己酮防护设备,初次试验没有运用任何手段进行降温,出了一个自然降温的状态,可以看到降温趋势和降温速度比较慢,第二次在有全氟己酮的情况下,温度上升以后,发生热失控,实施全氟己酮的喷射,会有一个下降的趋势,停止喷射后,温度会继续上升,这时会影响第二块电芯,影响第三块电芯,导致从单体热失控逐步发展成系统热扩散这是比较严重的问题,通过点喷方式,把有限的药剂通过不同时间去释放它,达到比较理想的状态,将热失控以一个比较稳定的方式停下来,延长了控制时间和控制的平均温度。

这时我们的明星产品也是第四代锂电池探测预警装置,目前在车载、储能都有应用,内置一氧化碳、温度、烟雾、VOC四款传感器,而且抑制主机体积小、接口众多,能够自动启动,第一个功能是火灾抑制功能,第二是点喷式功能,第三个就是一键启停,第四个是具备二次细水雾抑制功能,当系统发现热失控,首先喷射全氟己酮实现防控降温,不会对其他电芯产生次生伤害,若此时依旧存在较高火灾风险,可以手动启动,实现同一套主机和管路去喷射不同的药剂,这就是我们给出的备用终极方案。拥有主备用电源切换和自检功能,无压储存,同时可以通过内部的泵组实现内循环,自检工作不需要拆机,不需要返厂监测,这也是设备的最大的优势。

今天就分享到这里,谢谢各位。

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