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3锂电池储能系统安全性的评价与早期预警
理解和分析储能系统安全事故因素及其交互关系是开展安全风险早期识别的前提。电池本体因素、运行环境因素通常为长周期的渐变性演化因素。外部激源的产生一部分来自电池本体及运行环境长期作用结果，可以通过长周期演化规律预测该类外部激源产生概率，另一部分为偶发性因素，需要通过管理系统阈值判断来识别和管控。
结合韩国储能电站事故分析，电池本体因素及运行环境因素逐渐演化是引起储能电站事故的根本诱因。鉴于该类因素的长周期演化特性，我们将锂电池储能系统安全性评估划分为两个层次。一是安全状态早期预警，二是热失控的提前预警，如图4所示。
图4储能系统安全状态预警
目前储能系统的安全预警均以管理系统某些特征参数的阈值判断来识别电池是否有热失控风险，其对安全管理的定义主要是指消防安全，对应的早期预警主要是指热失控的提前预警。针对锂电池热失控风险的预警包括判断各种滥用阈值是否被触发、是否监测到滥用过程副反应产气等。然而发展到该阶段时，电池内部链式反应已经产生，单体热失控已不可逆；预警的主要目的是提前预判热失控，给消防系统的介入争取时间，控制事故的扩大。
在安全状态早期预警阶段，通过对电池运行及环境因素的历史数据分析、机理模型推演、演化趋势判断等开展安全特性演化行为预判，有望实现潜在热失控电池的更早期甄别，通过采取适当的安全管控措施可以有效避免热失控的发生。电池本体安全状态演化识别包括内短路发展估计、老化程度估计以及成组后的不一致性演化评价等方面。从系统层面来看，对电池间不一致性及其演化规律的识别，将有可能获取更多安全状态演化信息。例如某电池本体的电压异常，其有可能是与电池组内其他单体的可用容量、内阻、自放电率、荷电状态等存在明显差异而导致，往往需要结合电池内/外参数辨识技术，才能实现对引发电压故障的原因实施合理诊断。运行环境因素对安全性的影响具备时间积累特性，并受管理系统的初始设计和管控性能的直接影响，同时运行环境以边界条件的形式影响电池本体安全状态演化。综合以上特征，借助储能系统多尺度多场耦合建模仿真，并通过融合算法与实测数据动态交互，分析电池系统宏观特征表现变化的成因，进而实现不同热失控触发机制的识别和定位，是实现安全状态早期预警的关键。
4结 论
基于韩国储能事故调查报告，对电池本体因素、外部激源因素、运行环境因素及管理系统因素四个方面进行了分析，梳理了四类因素对电池及系统安全事故的触发及演化规律，并探讨了四类因素间的相互影响机制，进一步从中总结了储能电站安全管理经验，包括：限制电池本体充放电SOC区间以降低电池发热及规避过充过放风险；强化绝缘检测并进行定期维护检查，提升漏电断路装置、过电压保护装置、过电流保护装置等电气冲击保护装置的可靠性，降低外部激源冲击风险；建立合理可靠的发展趋势评估及安全状态早期预警机制，从源头降低电池系统热失控风险。
电池本体因素及运行环境因素属于长期演化因素，同时也是部分外部激源的产生原因，对其演化规律的分析、监测和评估有望实现系统安全状态的早期预警。通过储能系统多尺度多场耦合建模仿真并与实测数据动态交互，分析电池系统外部特征行为变化的内在诱因，诊断/辨识并定位潜在的安全风险，实现安全状态的早期预警。
安全状态早期预警可以识别和定位安全状态劣化单元，通过有效的安全管控(包括状态劣化电芯的维护或更换)措施，干预电池安全特性的演化，避免电池发展到(临近)热失控阶段，有望实现锂电储能电站的“零事故”绝对安全。主动热管理措施(强化制冷、调控冷却介质流量等)将在储能系统安全管控、干预安全特性演化、阻断热失控蔓延等方面发挥作用。建议发展锂电储能系统安全风险早期预警技术/系统的同时，研发与储能系统相适配的主动热管理系统。
引用本文：曹文炅,雷博,史尤杰等.韩国锂离子电池储能电站安全事故的分析及思考[J].储能科学与技术,2020,09(05):1539-1547.
CAO Wenjiong,LEI Bo,SHI Youjie,et al.Ponderation over the recent safety accidents of lithium-ion battery energy storage stations in South Korea[J].Energy Storage Science and Technology,2020,09(05):1539-1547.
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