預(yù)制艙式儲(chǔ)能電站智慧消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

1、預(yù)制艙式儲(chǔ)能電站多級(jí)消防系 統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用2022年9月電池箱熱失控監(jiān)測(cè)及自動(dòng)滅火技術(shù)的創(chuàng)領(lǐng)者THE MOST POWERFUL儲(chǔ)能安全防護(hù)領(lǐng)域技術(shù)實(shí)力最強(qiáng)的企業(yè)PIONEERWWW. CHUNGWAY. COM致 力 于 成 為 新 能 源 安 全 領(lǐng) 域 世 界 領(lǐng) 先 品 牌目錄CONTENTS儲(chǔ)能消防項(xiàng)目01儲(chǔ)能消防研究02多級(jí)消防設(shè)計(jì)03創(chuàng)為科技042致 力 于 成 為 新 能 源 安 全 領(lǐng) 域 世 界 領(lǐng) 先 品 牌目錄CONTENTS儲(chǔ)能消防項(xiàng)目01儲(chǔ)能消防研究02多級(jí)消防設(shè)計(jì)03創(chuàng)為科技043儲(chǔ)能消防現(xiàn)狀2017年8月到2019年5月，韓國(guó)發(fā)生了23起儲(chǔ)能電站起火事件，頻繁的事

2、故迫使其儲(chǔ)能項(xiàng)目停運(yùn)整頓。所有23起儲(chǔ)能系統(tǒng)火災(zāi)事故中有14起在充 電后發(fā)生， 6起發(fā)生在充放電過(guò)程中，3件是在安裝和施工途中發(fā)生火災(zāi)。2917年9月24日上午11點(diǎn)29分左右，韓國(guó)江原平昌郡美炭面平安里（音譯）風(fēng)力發(fā)電站的儲(chǔ)能系統(tǒng)發(fā)生未知原因的火災(zāi)，時(shí)隔2小時(shí)30分鐘后熄滅。2019年4月19日，位于亞利桑那州Surprise市，APS公司下屬M(fèi)cMicken變電站的2MW/2.47MWh鋰電儲(chǔ)能系統(tǒng)發(fā)生著火爆炸事故，并造成多名 消防人員受傷，引起了多方關(guān)注。2021年5月17日，北京集美家居大紅門(mén)儲(chǔ)能電站發(fā)生爆炸，該起事故很可能因儲(chǔ)能電池安全質(zhì)量、電池管理系統(tǒng)和氣象環(huán)境等因素導(dǎo)致。據(jù)不完全

3、統(tǒng)計(jì)，全世界范圍內(nèi)鋰電池儲(chǔ)能火災(zāi)安全事故在過(guò)去的一年內(nèi)發(fā)生超過(guò)30起，造成了重大的財(cái)產(chǎn)損失。因此，在鋰離子電 池成本降低到商業(yè)化的拐點(diǎn)后，儲(chǔ)能系統(tǒng)的消防安全問(wèn)題就成為制約鋰離子電池電力儲(chǔ)能大規(guī)模推廣的關(guān)鍵瓶頸。儲(chǔ)能事故頻發(fā)4儲(chǔ)能消防現(xiàn)狀電動(dòng)汽車自燃事故應(yīng)急管理部公布了2022年一季度新 能源汽車火災(zāi)數(shù)據(jù)：共計(jì)640起，比去 年同期上升32%，平均每日超7例火災(zāi)。截止今年一季度，我國(guó)的新能源汽 車保有量為891.5萬(wàn)輛，如此換算下來(lái)， 新能源汽車的自燃率約等于萬(wàn)分之0.72。（燃油車的平均自燃概率萬(wàn)分之1-2之 間）。數(shù)據(jù)：網(wǎng)易首頁(yè) 網(wǎng)易號(hào)儲(chǔ)能消防項(xiàng)目-儲(chǔ)能消防現(xiàn)狀6成本因素：目前儲(chǔ)能電站的建設(shè)

4、投資主要在電池和PCS等方面，消防設(shè)施的投入主要參照傳統(tǒng)消 防設(shè)施來(lái)確定。商業(yè)模式：儲(chǔ)能電站建設(shè)發(fā)包方和承包方存在多層關(guān)系。管理因素：儲(chǔ)能電站運(yùn)營(yíng)中，不能全面發(fā)揮防護(hù)作用，影響使用效果。技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)：目前電化學(xué)儲(chǔ)能電站消防安全沒(méi)有統(tǒng)一技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，沒(méi)有設(shè)置進(jìn)入門(mén)檻，建設(shè)方案各式 各樣，消防設(shè)施針對(duì)性不強(qiáng)，造成無(wú)效配置，不能達(dá)到絕對(duì)安全的防護(hù)效果。驗(yàn)收規(guī)范：無(wú)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。儲(chǔ)能消防現(xiàn)狀儲(chǔ)能法規(guī)現(xiàn)狀國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)T/CECS 10171-2022預(yù)制式全氟己 酮滅火裝置鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)防火技術(shù)規(guī)程鋰離子儲(chǔ)能電站火災(zāi)預(yù)警防控系統(tǒng) 要求-中國(guó)工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)ACBD7國(guó)家 標(biāo)準(zhǔn)地方 標(biāo)準(zhǔn)團(tuán)體 標(biāo)準(zhǔn)部門(mén) 要求GB

5、 51048-2014電化學(xué)儲(chǔ)能電站設(shè) 計(jì)規(guī)范-上半年剛發(fā)布了新的征求意見(jiàn)稿DB11T 1893-2021北京市儲(chǔ)能電站建 設(shè)及運(yùn)行規(guī)范江蘇省電網(wǎng)關(guān)于印發(fā)預(yù)制艙式磷酸鐵 鋰電池儲(chǔ)能電站消防技術(shù)措施（試行）多省編制儲(chǔ)能電站消防驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)DB37/T 36422019全氟己酮滅火系 統(tǒng)設(shè)計(jì)、施工及驗(yàn)收規(guī)范-山東省地標(biāo)國(guó)家能源局防止電力生產(chǎn)事故的二 十五項(xiàng)重點(diǎn)要求（2022年版）（征求 意見(jiàn)稿）國(guó)網(wǎng)設(shè)備部-電化學(xué)儲(chǔ)能電站消防提升 措施T/CEC 373-2020預(yù)制艙式磷酸鐵鋰 電池儲(chǔ)能電站消防技術(shù)規(guī)范儲(chǔ)能消防現(xiàn)狀傳統(tǒng)的消防方案已很難滿足儲(chǔ)能安全的需求主要存在以下幾點(diǎn)問(wèn)題：探測(cè)部分?？臻g消防探測(cè)預(yù)警，

6、一般配置點(diǎn)型感溫和點(diǎn)型感煙探測(cè)器，只有在煙氣和溫度已經(jīng)蔓延到艙室后才能起到報(bào)警作用?；馂?zāi)抑制部分。區(qū)域做淹沒(méi)式的滅火藥劑噴放，滅火藥劑無(wú)法作用于發(fā)生熱失控的電池箱內(nèi)部，不能起到定向撲滅火災(zāi)的作用。聯(lián)動(dòng)部分。傳統(tǒng)消防作為獨(dú)立運(yùn)行的系統(tǒng)，無(wú)法與電池管理系統(tǒng)等設(shè)備形成有效聯(lián)動(dòng)。目前國(guó)內(nèi)儲(chǔ)能應(yīng)用的電池多為磷酸鐵鋰電芯，安全性相對(duì)來(lái)說(shuō)比較 高。多數(shù)儲(chǔ)能（艙）室內(nèi)使用以空間為消防單元的消防報(bào)警及空間淹 沒(méi)滅火裝置的傳統(tǒng)消防方案。傳統(tǒng)消防作為獨(dú)立的運(yùn)行系統(tǒng)被動(dòng)防護(hù)，特別是火災(zāi)預(yù)警只能在 煙氣和溫度已經(jīng)蔓延到艙室后才能起作用。與電池管理系統(tǒng)等運(yùn)行參數(shù)無(wú)法有效聯(lián)動(dòng)。8儲(chǔ)能消防項(xiàng)目-APS事故報(bào)告分析2019年4

7、月19日，位于亞利桑那州Surprise市，APS公司下屬M(fèi)cMicken變電站的2MW/2.47MWh鋰電儲(chǔ)能系統(tǒng)發(fā)生著火爆炸事故， 并造成多名消防人員受傷，引起了多方關(guān)注。2020年7月18日，亞利桑那公共服務(wù)部門(mén)發(fā)布了一份名為麥克米 肯電池儲(chǔ)能系統(tǒng)事件的技術(shù)分析及建議的報(bào)告（McMicken Battery Energy Storage System Event Technical Analysis andRecommendations），對(duì)2019年4月19日發(fā)生的麥克米肯電池儲(chǔ)能系 統(tǒng)熱失控爆炸事件進(jìn)行了分析，得出的主要結(jié)論如下：1、一次廣泛的級(jí)聯(lián)熱失控事件，由一個(gè)電池單元內(nèi)的內(nèi)部電

8、池故 障引發(fā)（cell pair 7, module 2, rack 15）。2、電池儲(chǔ)能系統(tǒng)中安裝的清潔劑滅火系統(tǒng)（Novec1230）在事故 發(fā)生時(shí)早期按照設(shè)計(jì)運(yùn)行。但是，清潔劑滅火系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是為了撲滅 普通可燃物中的初期火災(zāi)。此類系統(tǒng)無(wú)法防止或阻止電池儲(chǔ)能系統(tǒng)中 的級(jí)聯(lián)熱失控。9儲(chǔ)能消防項(xiàng)目-APS事故報(bào)告3、電池單元之間缺乏足夠的隔熱層保護(hù)，促進(jìn)了熱失控通過(guò)熱傳遞在rack 15中傳 播，隔熱層保護(hù)可能會(huì)阻止或減慢熱失控的傳播。4、在Rack15中發(fā)生的級(jí)聯(lián)熱熱失控導(dǎo)致在電池儲(chǔ)能系統(tǒng)中產(chǎn)生了大量的可燃?xì)怏w。 在熱失控開(kāi)始后大約三個(gè)小時(shí)，消防員打開(kāi)了電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的大門(mén)，導(dǎo)致爆炸。儲(chǔ)能電站

9、的火災(zāi)事故主要有兩大類：一類是電氣類火災(zāi)；一類是電池?zé)崾Э匾l(fā)的火災(zāi)。電氣類引發(fā)的火災(zāi)（短路、過(guò)載、老化等）；熱失控引發(fā)的火災(zāi)，靶向防護(hù)十分重要（分不同防護(hù)區(qū)針對(duì)熱失控早期預(yù)警+ 滅火介質(zhì)定點(diǎn)噴放 ）；1、鋰離子電池?zé)崾Э厥且粋€(gè)過(guò)程，有一個(gè)比較長(zhǎng)的時(shí)間段，在這個(gè)過(guò)程前期會(huì)釋放大量的CO、H2、烷烴類氣體，通過(guò)氣 體探測(cè)器探測(cè)，可以及早的發(fā)現(xiàn)故障電池，進(jìn)行處理和更換；2、如果熱失控已經(jīng)發(fā)生，不對(duì)電池降溫，熱失控將不會(huì)停止，因此需要配套到電池組或電池箱定向滅火系統(tǒng)，熱失控發(fā)生 時(shí),其作用，一方面撲滅火災(zāi)，另一方面持續(xù)不斷的對(duì)電池進(jìn)行降溫，以達(dá)到中止熱失控的目的。1儲(chǔ)能消防項(xiàng)目-4.16事故報(bào)告檢測(cè)

10、鑒定情況經(jīng)應(yīng)急管理部消防救援局天津火災(zāi)物證鑒定中心鑒定，南樓起火部位第 9 層電池模組的負(fù)極接線柱向內(nèi)數(shù)第五排最內(nèi)側(cè)電池單體發(fā)生內(nèi)短 路故障；該電池為方形電池，電極材料符合磷酸鐵鋰電池特征。實(shí)驗(yàn)分析與仿真模擬情況經(jīng)清華大學(xué)車輛與運(yùn)載學(xué)院電池安全實(shí)驗(yàn)室對(duì)南樓最先發(fā)生故障的方 形電池進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析，該電池失控會(huì)產(chǎn)生噴射物，主要為碳酸甲乙酯 蒸汽和氫氣、甲烷、一氧化碳、二氧化碳等。經(jīng)中國(guó)建筑科學(xué)研究院建筑防火研究所進(jìn)行煙霧仿真模擬：南樓起火 后，現(xiàn)場(chǎng)產(chǎn)生的煙霧混合物（含未充分燃燒的磷酸鐵鋰電池?zé)崾Э貒?射產(chǎn)物）可通過(guò)室外地下電纜溝進(jìn)入北樓室內(nèi)電纜管溝。北樓爆炸前易燃易爆氣體濃度約為 31，總量不少于

11、280立方米。經(jīng)北京理工大學(xué)爆炸科學(xué)與技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室對(duì)爆炸過(guò)程進(jìn)行仿真 模擬：當(dāng)北樓內(nèi)易燃易爆組分（氫氣、甲烷、一氧化碳、碳酸甲乙酯等）達(dá)到 200 立方米，并遇北樓儲(chǔ)能室內(nèi)點(diǎn)火源起爆，仿真模擬得到 的爆炸破壞場(chǎng)景與事故現(xiàn)場(chǎng)相符，爆炸當(dāng)量為 26 千克 TNT。4.專家論證分析情況結(jié)合調(diào)查詢問(wèn)、現(xiàn)場(chǎng)勘驗(yàn)和物證鑒定等分析，南樓電池?zé)崾Э仄鸹鹣滴麟姵亻g內(nèi)的磷酸鐵鋰電池發(fā)生內(nèi)短路故障所致。 結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)視頻、現(xiàn)場(chǎng)勘驗(yàn)和物證鑒定等分析，北樓爆炸符合體積爆炸特征，認(rèn)定爆炸性質(zhì)為氣體爆炸；北樓發(fā)生爆炸 的物質(zhì)為南樓磷酸鐵鋰電池?zé)崾Э貒娚洚a(chǎn)物中的易燃易爆成分與空氣混合形成的爆炸性氣體；起爆點(diǎn)位于北樓儲(chǔ)能室內(nèi)

12、，排除人員活動(dòng)產(chǎn)生火源、電池?zé)崾Э攸c(diǎn)火的因素，認(rèn)定點(diǎn)火源為儲(chǔ)能室內(nèi)產(chǎn)生的電氣火花。11儲(chǔ)能電站安全思考適用于電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)的消防系統(tǒng) 主動(dòng)防火設(shè)計(jì)主要有兩方面考慮：一是通過(guò)電池管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)電池日常運(yùn)維的參數(shù)測(cè)量，實(shí)現(xiàn)異常電氣參數(shù)識(shí)別；-熱失控征兆二是通過(guò)熱失控早期預(yù)警和滅火裝備實(shí)現(xiàn)對(duì)火災(zāi)的防 控。其中適用于鋰離子儲(chǔ)能電站的消防系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)鋰電 池的火災(zāi)特性進(jìn)行開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)，另外與電池管理系統(tǒng)進(jìn)行 有效的聯(lián)動(dòng)控制。1、多級(jí)預(yù)警多級(jí)預(yù)警是指根據(jù)電池?zé)崾Э亍㈦娊庖盒孤?、電氣火?zāi)初期、電池?zé)崧拥炔煌瑖?yán)重程度進(jìn)行分級(jí)控制，方便運(yùn)維操作。儲(chǔ)能電站的消防系統(tǒng)需要實(shí)行分級(jí)制，采用多級(jí)消防處理控制，降低儲(chǔ)能系統(tǒng)大范

13、圍的起火風(fēng)險(xiǎn)，可有效保障儲(chǔ)能系統(tǒng)的安全。2、安全聯(lián)動(dòng)一是如何快速有效的檢測(cè)出電池的熱事故隱患和熱失控狀態(tài)，采取不同的預(yù)警信息（聲光信息） 二是出現(xiàn)熱失控的狀態(tài)下如何快速啟動(dòng)消防設(shè)施，實(shí)現(xiàn)有效滅火；三是儲(chǔ)能集裝箱內(nèi)部信號(hào)，報(bào)警、故障、動(dòng)作信號(hào)聯(lián)動(dòng)，動(dòng)作信號(hào)是在系統(tǒng)存在火災(zāi)確認(rèn)信號(hào)或滅火裝置處于異常狀態(tài)時(shí)（延時(shí)、啟動(dòng)或放氣）， 聯(lián)動(dòng)消防動(dòng)作繼電器，斷路器動(dòng)作，停止充放電，同EMS等管控系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)。1、解決現(xiàn)有和運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)中熱失控級(jí)聯(lián)，通風(fēng)和抑制的聯(lián)動(dòng)控制；2、采用通風(fēng)，滅火或冷卻系統(tǒng)，以管理將來(lái)儲(chǔ)能設(shè)施的熱失控;3、采用可減慢，或停止熱失控期間電池單元和模塊間的級(jí)聯(lián)或傳播的電池及電池儲(chǔ)能系統(tǒng)設(shè)計(jì)；12

14、致 力 于 成 為 新 能 源 安 全 領(lǐng) 域 世 界 領(lǐng) 先 品 牌目錄CONTENTS儲(chǔ)能消防項(xiàng)目01儲(chǔ)能消防研究02多級(jí)消防設(shè)計(jì)03創(chuàng)為科技0413鋰離子電池結(jié)構(gòu)示意圖正極一般由 LiFeO4、LiCoO2、LiMnO4、LiNixCoyMn1-x-yO2、LiNixCoyAl1-x-yO2 等含鋰的過(guò)渡金屬化合物組成； 負(fù)極一般由石墨、石墨烯等碳系負(fù)極、鈦酸鋰等鈦系負(fù)極或者硅、錫等合金系負(fù)極組成；電解液為含有鋰鹽的有機(jī)溶液，是實(shí)現(xiàn)鋰離子（Li+）流動(dòng)的載體，一般采用含 LiPF6的混合溶劑體系；隔膜通常由聚乙烯（PE）或者聚丙烯（PP）膜構(gòu)成，起到分隔正負(fù)極的作用，并在阻隔自由電子通過(guò)

15、的同時(shí)提供 Li+來(lái)回穿梭的 通道；集流體有正負(fù)兩種分別對(duì)應(yīng)正負(fù)極，正極集流體通常為鋁，負(fù)極集流體通常為銅或鎳等。鋰離子電池的結(jié)構(gòu)組成鋰離子電池的基本結(jié)構(gòu)主要由正極、負(fù)極、電解液、隔膜、集流體、電極引線以及殼體等組成。14鋰電池?zé)崾Э貦C(jī)理研究機(jī)械觸發(fā)電觸發(fā)熱觸發(fā)熱失控高溫空氣電池產(chǎn)氧電解液蒸汽 其他可燃?xì)怏w擠壓、碰撞、 針刺等過(guò)充、過(guò)放、 內(nèi)短路等高溫過(guò)熱枝晶生長(zhǎng)機(jī)械變形高溫隔膜破裂枝晶刺穿 隔膜隔膜崩潰熱失控誘因的 共性環(huán)節(jié)-內(nèi)短路內(nèi)短路15短路產(chǎn)熱鋰電池?zé)崾Э貦C(jī)理研究熱失控誘因鋰離子電池?zé)岚踩詥?wèn)題也與其自身的特點(diǎn)有關(guān):鋰離子電池相較于其它類型電池，能量密度高，更易于發(fā)生熱失控現(xiàn)象。鋰離子

16、電池的電解液大多為有機(jī)溶劑，主要成分為碳酸酯類，閃點(diǎn)、沸點(diǎn)低，易于發(fā)生氧化反應(yīng)。一旦有泄漏等情況發(fā) 生，極易導(dǎo)致電池著火等危險(xiǎn)事故。鋰離子電池在制造過(guò)程中，不可避免地會(huì)有少許粉塵等雜質(zhì)，雜質(zhì)易破壞隔膜，造成內(nèi)短路，引發(fā)安全事故。對(duì)于三元電池來(lái)：組成鋰離子電池的正極材料一般為過(guò)渡金屬氧化物，一旦正極發(fā)生分解，便會(huì)伴隨著氧氣的釋放，在 氧氣的作用下，電解液極易發(fā)生反應(yīng)，增大了電池發(fā)生熱失控的風(fēng)險(xiǎn)。16常見(jiàn)有機(jī)溶劑及其物理性質(zhì)溶劑分子量熔點(diǎn)/沸點(diǎn)/閃點(diǎn)/黏度/cP（25）介電常數(shù)（25）密度/g mL-1(25)碳酸乙烯酯（EC)8836.42481601.9（40）871.321碳酸丙烯酯（PC）

17、102-48.82421322.53121.200碳酸二甲酯（DMC）904.691180.59（20）221.063碳酸二乙酯（DEC）118-74.3126310.7515.10.969碳酸甲乙酯（EMC）104-53110250.65321.006鋰電池?zé)崾Э貦C(jī)理研究熱失控三角模型鋰離子電池?zé)崾Э厣踔粱馂?zāi)發(fā)生必須滿足點(diǎn)火源、燃料和氧化劑三要素，鋰離子電池火災(zāi)只有在電池系統(tǒng)外部環(huán)境存在與內(nèi)部反應(yīng)產(chǎn)生的氧化 劑、大量的燃料以及足夠高的溫度作點(diǎn)火源這三者同時(shí)具備的情況下發(fā)生。氧化劑的有種：一種是正極材料的分解產(chǎn)物；另一種是空氣中的氧氣。燃料的主要組成包括電解液、烷烴氣體、酯類醇類化合物等，主要

18、于電解液在足夠高溫度下的分解反應(yīng)和電解液與脫嵌的Li+的反應(yīng)。 電池體系的高溫也有種：一種外界熱源；另一種是電池內(nèi)部反應(yīng)產(chǎn)熱。氧化劑、燃料和點(diǎn)火源是相互耦合、互相促進(jìn)的，一旦在某一濫用條件下產(chǎn)生作用，就有可能促使電池內(nèi)部反應(yīng)發(fā)生多米諾效應(yīng)，引發(fā)電池火 災(zāi)甚至爆炸。氧化劑點(diǎn)火源(溫度)燃料熱失控濫用條件多 米 諾 效 應(yīng)鋰電池?zé)崾Э貦C(jī)理研究17儲(chǔ)能消防研究-現(xiàn)狀圖4典型40尺預(yù)置艙儲(chǔ)能電站火災(zāi)探測(cè)報(bào)警系統(tǒng)目前儲(chǔ)能電站中單預(yù)置艙系統(tǒng)火災(zāi)探測(cè)及消防報(bào)警設(shè)計(jì)參照GB 50116 火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì) 規(guī)范，配置使用典型感溫和典型感煙探測(cè)器，消防預(yù)警系統(tǒng)采用獨(dú)立的通訊方式，在本地集中控 制，圖4是一個(gè)典

19、型40尺預(yù)置艙儲(chǔ)能電站火災(zāi)探測(cè)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)。這種方式參考建筑類應(yīng)用的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，在儲(chǔ)能電站安全消消 防預(yù)警系統(tǒng)的適用方面，存在重要的兩點(diǎn)不足：典型感煙和典型感溫火災(zāi)探測(cè)器不適用于鋰離子電池?zé)崾Э卦缙陬A(yù)警，探測(cè)預(yù)警 一定是火災(zāi)已經(jīng)從電池包蔓延到儲(chǔ)能艙后的結(jié)果，屬于鋰離子電池?zé)釘U(kuò)散事故發(fā)生 后的火災(zāi)報(bào)警。獨(dú)立的系統(tǒng)通訊機(jī)制，缺少與BMS或EMS智慧聯(lián)動(dòng)的安全管理策略。18從APS事故可以看出傳統(tǒng)消防方案在應(yīng) 對(duì)熱失控引起的火災(zāi)作用不大，其主要 應(yīng)對(duì)的是電氣類火災(zāi)，因此傳統(tǒng)的消防 方案已很難滿足儲(chǔ)能安全的需要，主要 存在以下幾方面問(wèn)題：1）探測(cè)部分?？臻g消防探測(cè)預(yù)警， 一般配置點(diǎn)型感

20、溫和點(diǎn)型感煙探測(cè) 器，只有在煙氣和溫度已經(jīng)蔓延到 艙室后才能起到報(bào)警作用。2）火災(zāi)抑制部分。區(qū)域做淹沒(méi)式的 滅火藥劑噴放，滅火藥劑無(wú)法作用 于發(fā)生熱失控的電池箱內(nèi)部，不能 起到定向撲滅火災(zāi)的作用。3）聯(lián)動(dòng)部分。傳統(tǒng)消防作為獨(dú)立運(yùn) 行的系統(tǒng)，無(wú)法與電池管理系統(tǒng)等 設(shè)備形成有效聯(lián)動(dòng)。 探測(cè)方式預(yù)警方式淹沒(méi)式滅 火器滅火方式19儲(chǔ)能消防研究-現(xiàn)狀儲(chǔ)能消防研究-熱失控檢測(cè)技術(shù)研究鋰離子電池的火災(zāi)特性有別于建筑物中傳統(tǒng)火災(zāi)事故，主要表現(xiàn)為：鋰離子電池火災(zāi)的發(fā)生是由單體電池?zé)崾Э亻_(kāi)始鋰離子電池?zé)崾Э刈R(shí)別可以通過(guò)基于氣相分析的方式進(jìn)行早期預(yù)警； 鋰離子電池因其自身和外部條件導(dǎo)致熱失控并最終燃燒的整個(gè)過(guò)程，

21、都伴隨著可燃?xì)怏w緩慢釋放、泄壓、電解液和反應(yīng)氣體釋放、快速分解 產(chǎn)生煙霧、高熱至火焰的產(chǎn)生。電池系統(tǒng)一般處于穩(wěn)態(tài)的環(huán)境，而一旦 熱失控產(chǎn)生，勢(shì)必引起氣相、煙霧、溫度和光敏數(shù)據(jù)的異常變化。依據(jù)熱失控產(chǎn)生的背景參考圖1所示。近幾年多個(gè)高校和研究機(jī)構(gòu)通過(guò)研究電池?zé)崾Э貦C(jī)理、提取電 池?zé)崾Э卦缙跉怏w參數(shù)，并建立電池系統(tǒng)的熱失控制。該參 數(shù)能夠明確表征熱失控隱患，如圖2所示，氣體探測(cè)可以進(jìn)行早期預(yù) 警，重點(diǎn)為如何選取氣體探測(cè)器，并進(jìn)行可行性和適用性研究。目前清華大學(xué)、沈陽(yáng)消防研究所、天津消防研究所、煙臺(tái)創(chuàng)為新能源 科技股份有限公司、中國(guó)科技大學(xué)等機(jī)構(gòu)對(duì)熱失控初期和電池電解液 泄漏事故進(jìn)行了產(chǎn)氣分析，確定

22、了一氧化碳/氫氣作為可進(jìn)行熱失控早 預(yù)警的重要條件。可燃?xì)怏w+VOC、煙氣類+溫度20模擬實(shí)驗(yàn)視頻21模擬實(shí)驗(yàn)視頻22模擬實(shí)驗(yàn)視頻23儲(chǔ)能消防研究-熱失控檢測(cè)技術(shù)研究鋰電池?zé)崾Э貧怏w分析：蘇瑪罐采集的氣體樣品采用氣相色譜儀和氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀進(jìn) 行成分定性和定量分析。24熱失控探測(cè)技術(shù)CO和復(fù)合氣體特征量探測(cè)半導(dǎo)體式25成本較低，響應(yīng)快速，可探測(cè)的氣體 種類多，壽命長(zhǎng)。對(duì)于單一氣體的選擇性差，難以用于單一氣 體檢測(cè)的環(huán)境中。催化燃燒式響應(yīng)快速，壽命較長(zhǎng)，量程大。只能檢測(cè)可燃?xì)怏w，低氧濃度下傳感器輸出 值誤差大。電化學(xué)式功耗低，線性度好，分辨率高，氣體 選擇性相對(duì)較好。溫度敏感，壽命較短，成本較

23、高。NDIR式溫度范圍寬，穩(wěn)定性強(qiáng)，適合高濃度 測(cè)量。結(jié)構(gòu)、軟件、硬件較復(fù)雜，成本較高。測(cè)量 低濃度氣體較難。關(guān)于氣體探測(cè)的一些不足國(guó)內(nèi)外常見(jiàn)的探測(cè)器類型有半導(dǎo)體式、催化燃燒式、電化學(xué)式、NDIR非分散紅外式。其優(yōu)缺點(diǎn)如表1所述類型優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)如上表所述，每種類型的氣體傳感器都有其特定的應(yīng)用場(chǎng)景，在鋰離子動(dòng)力電池箱內(nèi)，考慮多種氣 體探測(cè)、長(zhǎng)壽命、高響應(yīng)速度、高穩(wěn)定性、成本因素，只使用單一種類的氣體傳感器是難以做到的。 所以需要多種氣體傳感器組合使用才能達(dá)到其目的.多數(shù)情況下需要與煙霧、溫度傳感器配合使用。熱失控探測(cè)技術(shù)傳感器半導(dǎo)體式氣體傳感器可依據(jù)氣敏元件金屬氧化物半導(dǎo)體材料的不同，而檢測(cè)不同的氣

24、體種類和濃度范圍。 整體來(lái)說(shuō)氣體傳感器由一個(gè)加熱器和一個(gè)傳感器表面敏感材料組成、其中敏感材料作為半導(dǎo)體式氣體傳感器的 核心組件，其工作原理是在高溫狀態(tài)下，被測(cè)氣體接觸到敏感材料時(shí)，致使其電導(dǎo)率發(fā)生變化（電阻），產(chǎn)生 可供檢測(cè)的信號(hào)。26熱失控探測(cè)技術(shù)傳感器催化燃燒式氣體傳感器是利用催化燃燒的熱效應(yīng)原理，由檢測(cè)元件和補(bǔ)償元件配對(duì)構(gòu)成測(cè)量電橋，在 一定溫度條件下，可燃?xì)怏w在檢測(cè)元件載體表面及催化劑的作用下發(fā)生無(wú)焰燃燒，載體溫度就升高，通過(guò)它內(nèi) 部的鉑絲電阻也相應(yīng)升高，從而使平衡電橋失去平衡，輸出一個(gè)與可燃?xì)怏w濃度成正比的電信號(hào)。通過(guò)測(cè)量鉑絲的電阻變化的大小，就知道可燃性氣體的濃度。主要用于可燃性氣

25、體的檢測(cè)，具有輸出 信號(hào)線性好，指數(shù)可靠，價(jià)格便宜，不會(huì)與其他非可燃性氣體發(fā)生交叉感染。測(cè)量可燃?xì)怏w爆炸下限的報(bào)警器的原理基本上都是催化燃燒式。27熱失控探測(cè)技術(shù)傳感器氣體通過(guò)多孔膜背面擴(kuò)散入傳感器的工作電極，在此氣體被氧化或還原，這種電化學(xué)反應(yīng)引起流經(jīng)外 部線路的電流。除測(cè)量外，還要放大和進(jìn)行其它信號(hào)加工；外線路維持經(jīng)過(guò)傳感器的電壓和一個(gè)二電極反向參 考傳感器的電壓。在反向電極產(chǎn)生一相反的反應(yīng)。這樣，如工作電極是氧化，則相反電極就是還原。28熱失控探測(cè)技術(shù)傳感器紅外氣體傳感器是一種基于不同氣體分子的近紅外光譜選擇吸收特性，利用氣體濃度與吸收強(qiáng)度關(guān)系（朗伯-比爾Lambert-Beer定律）鑒

26、別氣體組分并確定其濃度的氣體傳感裝置。NDIR(Non-dispersive infrared sensor) 紅外氣體傳感器用一個(gè)廣譜的光源作為紅外傳感器的光源， 光線穿過(guò)光路中的被測(cè)氣體，透過(guò)窄帶濾波片，到達(dá)紅外探測(cè)器。其工作原理是基于不同氣體分子的近紅外光譜選擇吸收特性，利用氣體濃度與吸收強(qiáng)度關(guān)系（朗伯-比爾Lambert-Beer定律）鑒別氣體組分并確定其濃度 的氣體傳感裝置。其主要由紅外光源、光路、紅外探測(cè)器、電路和軟件算法組成的光學(xué)傳感器，主要用于測(cè)化 合物，常見(jiàn)的有：CH4、CO2、SO2等。29熱失控探測(cè)技術(shù)傳感器類型優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)備注半導(dǎo)體式成本較低，響應(yīng)快速，可探測(cè) 的氣體種類多

27、，壽命長(zhǎng)。對(duì)于單一氣體的選擇性差，難以用于 單一氣體檢測(cè)的環(huán)境中。1、多用于VOC類傳感 器。2、壽命5年以上催化燃燒式響應(yīng)快速，壽命較長(zhǎng)，量程大只能檢測(cè)可燃?xì)怏w，低氧濃度下傳感。器輸出值誤差大。1、多用于H2甲烷類傳 感器。2、壽命3年。電化學(xué)式功耗低，線性度好，分辨率高 氣體選擇性相對(duì)較好。，溫度敏感，壽命較短，成本較高。1、多用于H2CO類傳 感器。2、CO壽命8-10年。3、H2壽命2-3年。NDIR式溫度范圍寬，穩(wěn)定性強(qiáng)，適合 高濃度測(cè)量。結(jié)構(gòu)、軟件、硬件較復(fù)雜，成本較高。 測(cè)量低濃度氣體較難。1、多用CH4CO2SO2類傳感器。TDLAS可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器成本昂貴免維護(hù)、長(zhǎng)壽命30

28、熱失控探測(cè)技術(shù)煙霧探測(cè) 電池?zé)崾Э胤磻?yīng)過(guò)程中熱分解生成的含有大量熱量的氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)物質(zhì)與空氣的混和物。它是 由極小的炭黑粒子完全燃燒或者不完全燃燒的灰分及可燃物的其他燃燒分解產(chǎn)物所組成，其煙霧顆粒大 小一般在100nm以上。試驗(yàn)方法： 分別利用多種電池進(jìn)行試驗(yàn)，通過(guò)加熱/過(guò)充方式觸發(fā) 熱失控，使用箱體尺寸為1060*640*250mm，加熱片功率為300W，采集一氧化碳和煙霧的數(shù)據(jù)變化進(jìn)行對(duì)比，判斷煙霧 是否可以用來(lái)檢測(cè)熱失控，試驗(yàn)?zāi)Ｐ腿鐖D3所示。電池類型試驗(yàn)種類單體電池規(guī)格觸發(fā)條件磷酸鐵鋰/鎳鈷錳三元單體/模組/電池包85AH-271AH加熱/過(guò)充磷酸鐵鋰單體/模組/電池包120AH加熱

29、/過(guò)充磷酸鐵鋰單體105AH/280AH加熱/過(guò)充磷酸鐵鋰單體51AH過(guò)充磷酸鐵鋰單體80AH/120AH過(guò)充磷酸鐵鋰單體20AH加熱/過(guò)充錳酸鋰單體（軟包）25AH加熱/過(guò)充鎳鈷錳三元單體38AH加熱/過(guò)充鎳鈷錳三元單體(軟包）55AH加熱31熱失控探測(cè)技術(shù)煙霧探測(cè)32總結(jié)(電池模組/簇）電池?zé)崾Э匕殡S電解液的蒸汽煙霧出現(xiàn)，同時(shí)產(chǎn)生CO的上升。 一氧化碳急劇升高作為三復(fù)合探測(cè)器是可以直接報(bào)預(yù)警，但是我們目前煙 霧探測(cè)也能夠探測(cè)到單節(jié)電池?zé)崾Э毓陌鼑姲l(fā)電解液的液態(tài)、氣態(tài)和固態(tài) 的混合氣體以及后續(xù)起火后的煙霧特征。 一氧化碳、煙霧、溫度和VOC類復(fù)合探測(cè)作為預(yù)警信號(hào)會(huì)更可靠，后續(xù)的 溫度探測(cè)作為

30、滅火噴射的啟動(dòng)信號(hào)，這樣多復(fù)合的邏輯比原有的更科學(xué)。多級(jí)防護(hù)分類F1F2F3/F4客車X乘用車X儲(chǔ)能X行業(yè)內(nèi)各階段的解決方案鋰電池?zé)崾Э鼗馂?zāi)的“4+3”在復(fù)燃階段就進(jìn)行徹底滅火，是當(dāng)前行業(yè)急需解決的難題T2劇烈化學(xué)反應(yīng)T1內(nèi)部熱失控T3起火爆炸F1熱失控預(yù)警F2火災(zāi)抑制F4徹底滅火F4F3復(fù)燃爆炸33多級(jí)防護(hù)電池箱火災(zāi)抑制電池箱火災(zāi)滅火熱失控預(yù)警早期熱失控探測(cè)-根據(jù)電池?zé)崾Э厍氨碚鲄?數(shù)體系體系，進(jìn)行早期的熱 失控探測(cè)。環(huán)境安全迅速火災(zāi)抑制-PACK箱體的熱擴(kuò)展防護(hù)撲 滅初期電池火災(zāi)，延遲熱失 控傳播時(shí)間電池安全的工作環(huán)境-使電池箱持續(xù)保持低氧環(huán)境，提前預(yù)防熱失控的發(fā)生。外部消防接口-徹底抑制

31、火災(zāi)火情，解決復(fù) 燃后的外部消防接入困難， 也從做到了徹底滅火34致 力 于 成 為 新 能 源 安 全 領(lǐng) 域 世 界 領(lǐng) 先 品 牌目錄CONTENTS儲(chǔ)能消防項(xiàng)目01儲(chǔ)能消防研究02多級(jí)消防設(shè)計(jì)03創(chuàng)為科技0435儲(chǔ)能主營(yíng)產(chǎn)品儲(chǔ)能電站智能安全消防系統(tǒng) CW1310系列電池模組/簇用電池艙空間用消防報(bào)警控制裝置消防站控后臺(tái)全氟己酮滅火器36多級(jí)防護(hù)1、電池箱內(nèi)部防護(hù)2、電池簇防護(hù)3、電池室空間防護(hù)4、外部消防MAINTITLE多級(jí)防護(hù)（防護(hù)區(qū)）1、電池箱內(nèi)部防護(hù)；單體電池?zé)崾Э匕l(fā)生時(shí)析 出的氣體探測(cè)預(yù)警+滅火藥劑抑制是防止熱蔓延 的關(guān)鍵點(diǎn)2、電池簇防護(hù)；對(duì)與電池簇柜體（柜體相對(duì)密 封型設(shè)計(jì)

32、結(jié)構(gòu)），電池柜子內(nèi)部電池模組貨架 式擺放，實(shí)現(xiàn)對(duì)電池簇柜體內(nèi)部的安全防護(hù)3、電池室空間防護(hù)；對(duì)存放電池的電池艙或建 筑內(nèi)部的電池室實(shí)施安全防護(hù)，主要解決因?yàn)?電池包或電池簇內(nèi)部火災(zāi)形成沒(méi)有得到有效滅 火，火焰在電池室內(nèi)部形成擴(kuò)大化災(zāi)情，或因 為外部電氣火災(zāi)導(dǎo)致的電池室空間火災(zāi)，在這 種情況下需要通過(guò)氣體滅火裝置進(jìn)行空間淹沒(méi) 消防，為火災(zāi)救援爭(zhēng)取時(shí)間。4、外部消防；火災(zāi)蔓延已經(jīng)形成或可能存在繼 續(xù)擴(kuò)大化的情況，實(shí)施以大劑量雨淋式水消防 方案，有效防止事故的進(jìn)一步擴(kuò)大化，同時(shí)為 需要的消防救援爭(zhēng)取時(shí)間。37多級(jí)防護(hù)儲(chǔ)能消防考慮1、模組內(nèi)部防護(hù)027:1030:4136:216m/電池簇1、模組內(nèi)部

33、防護(hù)設(shè)計(jì)說(shuō)明：?jiǎn)误w電池?zé)崾Э匕l(fā)生時(shí)析出的氣體探測(cè)預(yù)警+ 滅火藥劑抑制是防止熱蔓延的關(guān)鍵點(diǎn)防護(hù)措施： 1）預(yù)警信息，運(yùn)維檢修。2）預(yù)警信息與BMS聯(lián)動(dòng)策略，內(nèi)部斷電。3）內(nèi)部配置的滅火裝置或通過(guò)管道輸送到電 池包內(nèi)部的滅火裝置防護(hù)。38多級(jí)防護(hù)儲(chǔ)能消防考慮1、模組內(nèi)防護(hù)探測(cè)器數(shù)量、成本問(wèn)題?？紤]電池模組的箱體IP等級(jí)，如IP67以上電箱采用模組內(nèi)部探測(cè)和靶向噴淋的方式。 采用風(fēng)冷循環(huán)式的電池模組，可以考慮以簇為單位安裝探測(cè)器，管路輸送滅火藥劑到 模組。39多級(jí)防護(hù)儲(chǔ)能消防考慮電池簇：每個(gè)電池簇中放置一個(gè)探測(cè)控制器， 簇體上方設(shè)有滅火藥劑及消防水接口；簇體下 方設(shè)有排水口；并在其中一個(gè)簇中設(shè)置一個(gè)

34、滅 火藥劑罐體。管路：運(yùn)輸滅火藥劑及消防水，布置方式 如圖所示。探測(cè)控制器：實(shí)時(shí)探測(cè)簇內(nèi)的環(huán)境，當(dāng)發(fā) 生熱失控時(shí)候打開(kāi)對(duì)應(yīng)簇的電磁閥。數(shù)據(jù)集中器：接收探測(cè)控制器的報(bào)文，實(shí) 現(xiàn)控制滅火裝置啟動(dòng)，及轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)。40多級(jí)防護(hù)儲(chǔ)能消防考慮41多級(jí)防護(hù)探測(cè)控制器探測(cè)控制器設(shè)置在電池簇頂部，探測(cè)器內(nèi)集成煙霧、溫度、co、VOC多種傳感器，對(duì)簇內(nèi)環(huán)境進(jìn)行探測(cè)，并設(shè)置一 條感溫線，感溫線從每個(gè)電池箱內(nèi)部穿過(guò)，簇電磁閥的開(kāi) 啟由所在箱的探測(cè)控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)。儲(chǔ)能消防考慮 電池簇電池簇采用半封閉結(jié)構(gòu)，滅火裝置安裝在電池簇的頂部， 電池箱之間設(shè)置疏水蓋板，底部設(shè)置排水口。消防管路電池簇側(cè)壁設(shè)置消防管路，管路連接頂部的滅火

35、裝置，管路上 設(shè)置噴口，每個(gè)電池簇分別設(shè)立電磁閥進(jìn)行單獨(dú)控制；42多級(jí)防護(hù)試驗(yàn)視頻43多級(jí)防護(hù)儲(chǔ)能消防考慮3空間防護(hù)電池室空間防護(hù)（常規(guī)方案）增加了部分可燃?xì)怏w探測(cè)和聯(lián)動(dòng)控制策略一氧化碳、氫氣、煙霧、VOC復(fù)合氣 體和溫度一體化探測(cè)器。通過(guò)消防主機(jī)實(shí)現(xiàn)預(yù)警信息與BMS、PCS、排風(fēng)、空調(diào)等聯(lián)動(dòng)策略，內(nèi)、外部 斷電策略（與集成商協(xié)同制定）使用空間淹沒(méi)式消防（七氟丙烷、管 網(wǎng)式滅火系統(tǒng)）。44多級(jí)防護(hù)試驗(yàn)視頻45多級(jí)防護(hù)儲(chǔ)能消防考慮4外部消防接口提供了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)接口，在緊急 情況下，可以接入消防車、消防栓， 快速將消防水輸送到火災(zāi)部位。外部消防是儲(chǔ)能消防的最后一 道防線，其目的在于防止火災(zāi)蔓延 和擴(kuò)

36、大化，將損失減小到最低。46多級(jí)防護(hù)儲(chǔ)能消防考慮47儲(chǔ)能電站安全解決方案智慧預(yù)警系統(tǒng)鋰離子電池儲(chǔ)能電站多級(jí)智慧防控系統(tǒng) 的設(shè)計(jì)充分考慮我國(guó)有關(guān)現(xiàn)行法律、法 規(guī)和其他強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)，符合國(guó)家、行業(yè) 有關(guān)電化學(xué)儲(chǔ)能電站安全等綜合性能要 求，有針對(duì)性的對(duì)鋰電池儲(chǔ)能系統(tǒng)做了 全生命周期、以防為主、消防結(jié)合、可 防可控技術(shù)應(yīng)用。在熱失控探測(cè)預(yù)警方面，細(xì)化了復(fù)合型火災(zāi)探測(cè)器，集成了溫度、煙霧、電解液泄漏氣體、氫氣和一氧化碳 可燃?xì)怏w分級(jí)預(yù)警技術(shù)。在防護(hù)區(qū)方面，增加針對(duì)鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的電池模組、電池簇、整體空間防護(hù)，外部消防水噴淋多級(jí)防 護(hù)技術(shù)。在滅火系統(tǒng)方面，細(xì)化針對(duì)鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)熱失控特性，采用靶向

37、全氟己酮多次噴放到電池模組滅火， 空間淹沒(méi)滅火。在消防聯(lián)動(dòng)控制方面，集成消防系統(tǒng)與儲(chǔ)能電站的相關(guān)聯(lián)動(dòng)動(dòng)作，如：BMS、EMS、排風(fēng)系統(tǒng)、空調(diào)等電氣聯(lián) 動(dòng)。48儲(chǔ)能電站安全解決方案49儲(chǔ)能電站安全解決方案50總結(jié)總結(jié)151儲(chǔ)能電站的安全防護(hù)體系建設(shè)以目前行業(yè)發(fā)展水平來(lái)看，其重點(diǎn)在于防范電池?zé)崾Э?的發(fā)生，對(duì)于如何防范電池?zé)崾Э?，?chuàng)為公司認(rèn)為，應(yīng)以防為主，以消輔之，消防結(jié)合的 策略，其重點(diǎn)還是在于防，即早期的探測(cè)預(yù)警，消只是作為最后的必要手段。多級(jí)防護(hù)方案有著以下優(yōu)點(diǎn)：1、早期探測(cè)預(yù)警，可對(duì)漏液、熱失控火災(zāi)進(jìn)行早期探測(cè)，并可將數(shù)據(jù)上傳；2、電氣類火災(zāi)采取傳統(tǒng)淹沒(méi)式方式滅火，熱失控火災(zāi)采取靶向噴放滅火，以達(dá)到滅火和降溫的目的。3、消防系統(tǒng)與儲(chǔ)能系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)機(jī)制。4、能夠?qū)⒒馂?zāi)遏制在最小的范圍內(nèi)（電池箱或簇），阻止其繼續(xù)擴(kuò)散。多級(jí)防護(hù)的核心是早期的探測(cè)預(yù)警以及定向噴放將熱失控消滅在萌芽狀態(tài)，阻止其蔓延。最小防火單元防控+空間消防+應(yīng)急消防水致 力 于 成 為 新 能 源 安 全 領(lǐng) 域 世 界 領(lǐng) 先 品 牌