李明明：储能电站消防安全技术研究

5月19日至21日，“第八届中国国际储能大会”在深圳隆重召开， 来自中国、美国、德国、英国、加拿大、西班牙、日本、韩国、澳大利亚等国和地区1500余位政府机构、科研院所、行业组织、电力公司、新能源项目单位、系统集成商等代表出席本次大会。

烟台创为新能源科技有限公司技术总工李明明在储能电站专场，发表了题为“储能电站消防安全技术研究”的精彩演讲。

演讲内容如下：

李明明：

各位专家下午好!我来自山东烟台创为新能源科技有限公司，今天下午给大家汇报的题目是关于储能电站消防安全技术的研究。

这几天听报告也听到欧美国家相关的技术专家的介绍，目前欧盟的一些技术现状，或者是美国现行的消防标准。我们公司一直是致力于储能电池的安全技术研究，目前已在乘用车上有一些新的技术在应用和形成一些标配市场。在储能电站当中，我们也是基于锂电池的安全性做了相应的技术研究。

今天我的介绍分四个方面，第一是储能消防安全现状，第二是储能安全研究，第三是储能安全解决方案，第四是技术成果体现。

储能消防的安全现状，主要是因为电池有一个热失控原因，当然我们的储能电池不仅包含锂离子电池，也包括钒液流电池之类的，我们目前最关注的是关于锂离子电池的，因为这几年通过新能源大巴或者是新能源乘用车上发生了不少电池热失控的事故，也是引起了行业的焦虑。

首先看看全球储能安全标准的体系建设，这是美国的标准，纽约消防局、美国消防协会出台了相关的标准，还有一些私营公司的标准，这个就不再详细介绍了。

在国内也有相应的行业标准和地方标准，一个是2014年电化学储能电站设计规范，这里面只提到了对站的安全防护，要求不得期货爆炸，但是具体的措施没有，还有一个是小型储能电站消防安全技术条件，这是由公安部上海消防技术研究所正在制定的，我们也参与在其中。地方标准方面有深圳市移动式储能充电系统设计规范。还有中关村储能联盟正在制定的相关标准，另外还有一些企业标准，比如说中天储能的集装箱储能系统技术设计规范，这些标准提出了一些要求，主要是针对传统的消防预警提出了一些配置化的要求，比如说灭火装置要配置经过认证的产品，但是对集装箱式储能电站，它的消防分为两方面，一个是早期的预警，一个是使用什么样的灭火药剂对电池进行有效的安全防护。

我们主要研究的课题在于早期预警上，能够保护人的安全。

我们看看目前整个储能电站的安全设计。这是通过BMS的一张图做的调整的，无论是锂离子电池还是梯次电池，它都包含电化学安全、机械结构安全、弱电安全、高压电安全、热安全、使用安全。我们公司主要关注的是使用安全，主要是热失控预警、热扩散报警、箱体内部火灾抑制或消防、终极防护。对于发生火灾之后，是很难灭掉的，只有早期发现、早期抑制才能对它的问题进行解决。

这是我们总结的安全防护的递进式防护措施。电池目前随着化学技术的不断提升，像电解液中增加相应的阻燃剂，再就是电池与电池之间增加安全防护隔离措施，还有隔膜性能的提升，它本身就不容易发生热失控，即使发生热失控以后也不容易产生起火爆炸。除此以外，万一发生安全事故，或者早期的热失控，必须要提到一个早期的预警信号，这是在今年的新国标当中，有一个热事故的预警信息，我们把它称为早期的热失控预警信息。后边的防护技术，在去年6月份之前我们一直把它叫消防，后来公安部消防评定中心认为，针对于锂电池火灾目前没有一个很好的灭火介质去抑制或者是直接把它灭掉。如果要做鉴定或者是CCC认证，只能叫保护，后来就把它更名为电池热失控预警及防护技术。就是为了起到一个早期的防护，至于救援那都是放到最后了，只有把预警信息通知给消防，不管是通过水或者是二氧化碳，还是通过泡沫式的消防药剂对它进行大剂量的应急消防对接。

我们的研究方向主要是集中在BMS的后一期，就是一旦电池发生热失控或者是发生危险点的时候，如何更及时有效地捕捉到这个信号。

这是和公安部天津消防所做的一个课题，这是针对储能电站梯次利用电站的研究。这是我们课题研究的内容。

这是传统的储能电站消防，主要是有典型感温、典型感烟探测气体，再加上声光报警器、警铃，或者是119的联动，实现对储能电站消防设备的安装。

对储能电站来说，和传统的消防是不一样的，它一旦发生火灾会发生一个多米诺效应，从一节传到另一节，这个问题发生之后是很难逆转的。

这是我们在课题研究中的主要的方向，主要是研究热仿真的模型，热分散和热分析的模型，再一个是不同因素影响下的热失控产生对比邻电池的热传播。同时是火灾蔓延的主要传播路径。这是为了研究电池热失控，我们从单体到组合做了一些实验。上面这个是磷酸铁锂软包的电池，它在产生热失控之后，首先喷放出大量的烟，但是并没有迅速的起火燃烧。下面是一个放壳型的磷酸铁锂电池，发生火灾之后它会产生大量的烟雾和爆发性的火灾。下面装了一个气溶胶型的灭火器，就是防止它发生火灾之后，我们对它进行防护。

这是热失控的反应机理，在热失控状态下，它会有几个动作，首先是一个卸压动作，有代表性的就是卸压口的打开，防爆阀的打开，防爆阀打开的过程中会形成燃烧。

在这个过程中，卸压阀一旦打开，它产生的气体是由哪些组成的?我们要提出一个早期预警的信息是从哪里获得的，首先分析一下气体残素，第二是要分析它的烟气参数，不但有电解液的参数，也许有电线电缆和内部区域的短路，造成烟雾的形成，还有火焰参数和温度参数，这两个就比较好理解，因为一旦火灾形成肯定是伴随着高温和大量的火焰。

我把火灾分成四个阶段：早期状态、可见烟状态、火焰状态和高热状态，我们希望得到的信息肯定是最早期的，最关键的技术就是早期探测器的使用。

我们分析了火灾形成有这么几个阶段，使用什么样的探测器可以更早期的捕捉到电池热失控的发生，或者是没有发生热失控，但是有异常我们怎么把控它。按照刚才那几个阶段来分，需要配置有气体、烟雾、火焰的传感器，把它做成一个集体化的探测器，这样可以有效地防止它的误报和漏报。因为如果你使用单独一颗传感器，会受到外面的很多影响，使你瞬间获得了一个信号，但是这种信号是错误的，会造成一个误报警，或者是真的就启动了灭火器。

这里面主要是传感器的标定、智能算法、高耐用性，还有休眠策略、低功耗策略，当发现问题以后及时唤醒，一旦唤醒之后进行实时的采集。再有就是可靠性的策略和传感器失效机制。总之是做到免除误报和漏报，并且保证它的使用寿命在8到10年，这是我们追求的目标。

这个主要是针对电池包内部的不稳定性，我们把7项数据进行分解，这7项数据主要集中在电池包内部，比如有的是硅胶，或者是有密封的胶条，或电线电缆，本身它就会产生一些卤素类的气体分解，一旦使用的气敏传感器放置在电池包内部的时候，电池包内部并不是洁净的气体，从传感器反映的数据是有跳变的，所以我们要有一个早期的稳态数据的区域，把这个信号尽量拟合成一条直线。如果是在稳态区域，再进行数据上升，我们把预警分为四个阶段，在稳态区域是一级状态，在稳态数据之上再进行上升，我们就认为它这是产生异常了，就认为这个是有异常的一个电池包，跟别的是不一样的，这个二级预警功能主要是应用在电解液的泄露上，2017年我们发现已运营的车辆有73辆左右的车上有二级预警，电池包的防爆阀被打开了，实际上它并没有发生问题，只是因为制造工艺不同，焊接的防爆阀破损了，导致电解液自然挥发到电池箱内部，所以就会有二级预警。三级预警的时候认为这肯定是有事故发生了，比如说车上发生这种事故，就跟车有联动措施，如果是储能电站发生问题，就会跟它的排风系统、电控系统方面产生一些控制变化。四级预警的时候就是确认火灾，通过远程启动或者是手动启动。

这是一些机理研究，这是测的三元电池的火灾状态，一旦发生火灾它蔓延是比较快的，如果不在早期进行防护，它很可能会形成一个灾难性的后果，就是让你整个电池都燃烧起来。

刚才分析了那么多，主要是在不同成组或不同工况下的研究状态，最终达到获取电池热失控模型，让我们更早期地知道电池热失控产生了，能够把这个信号发出来，或者知道马上就要有火焰形成了，及时喷放灭火器，把表体的温度降下来。

下面讲一下我们给客户做的几个方案，这些都是国标已经建立的标准，因为做储能电站安防的时候，有的地方客户是要求要验收的，要求你提供3C或者是相关产品技术鉴定，或者是UR认证、CE认证，或者是有的做建筑类的分布式储能，像北京这种比较多，我们遇到的客户也很多，他们有的都建在楼底下，这个消防车进不去，但是施工的时候要按照建筑的标准做，因为现在没有储能电站的相关安全标准，只能先使用建筑类的消防设计方案。

我们的设计目标是智慧预警，其中智慧预警当中有：漏液预警，四级报警，多种媒介。物联网预警功能设计，具有定位报警、短信报警、微信报警、语音报警功能，实现自动及时预警。第二个是智慧消防，我们做到多级防护，采用四级消防防护设计，对电池箱体单元体、电池柜、储能集装箱淹没防护和外部消防应急借口设置四重消防保护。每级火灾防控的火灾探测器自动启动灭火，紧急情况下可通过手动启动灭火，也可通过消防主站后台系统启动消防装置，紧急启动语音119报警，多灭火介质分阶段接入。第三是全周期检测，我们做到实时分析、智能判断。第四是安全结构设计，适合不同场合下的安全防护。

这是目前的整个设计方案，主要有外部供电，这和BMS一样，我们这个主要体现在可以跟BMS进行远程的数据联动，并不用使用单独的系统通讯。集装箱向着更智能化、集成化的方向发展，可以把火灾数据统一送到站控系统当中去，通过你的消防主机能把所有的数据送到站控系统当中，有利于后台的系统集成。

下面主要讲几个方案，这里每个电池簇都装了一个探测器，上面使用的是管道式的七氟丙烷的灭火方式。

这个是20尺的防护方案，它用的是气溶胶的防护方式，因为两边已经没有空间放七氟丙烷了，所以就改成了气溶胶。

这也是给客户做的一个方案，这是地下室的一个方案，这一个建筑式的，它必须要通过相关的验收，所以选择的是七氟丙烷的系统。

这个集装箱比较小，大家可以看到在消防的部位蹲了一个七氟丙烷的灭火罐。

这是刚才看到的那个图，它是比较小的空间。

下面介绍一下显示模块，这和储能电站的后台系统是对接的，我们把它分为正常模式、维护模式、自动模式和半自动模式，正常和维护比较好理解，我们认为不管是什么样的灭火药剂，只要喷放就会对人带有一定的影响，一旦喷放以后，不但说它有没有毒，哪怕是气溶胶一旦喷放完了以后，会到人的皮肤的灼伤，或者是眼睛都会造成一定的伤害，所以有一个自动和半自动状态，在人不在的时候可以恢复成自动状态，让它远程自动控制。

我们通过大量的研究，也跟公安部做了一些联合实验，同时在公安部也做了一些实验报告，取得了科技部的成果评价。储能电站最近刚刚开始做，最近做了30多个储能电站，这是我们之前的探测器发现的技术成果，这些案例是截止到去年3月份左右，一直到今年还有很多的案例，实践证明我们的探测器在电解液漏液方面更灵敏，可以很快发现电解液漏液体，我们目前做的整车企业比较多，除了储能电站以外，因为这也都是电池，像中通、宇通、上汽大通、吉利等等都是我们的客户，我们和好多的企业都形成了长期的供应商伙伴。我们在2017年探测预警装置的出货量接近10万套，标配了好多电池厂和乘用车。

在储能电站方面，我们也做了一些项目，很多还在施工过程中。乘用车和电池长方面，这是我们2014年就开始发展的业务。

我们一直致力于电池的热失控或者是热失控后期的热扩散的安全防护，我们公司主要的精力就是针对电池的安全做一些被动式的安全防护方案，目的是为提升安全预警更早期的得到信号，同时为人员提供更早的安全防护和撤离的时间为目标而奋斗。

(本文根据现场录音整理，未经本人审核)