乌海有消防的锂离子电池储能集装箱厂家

乌海有消防的锂离子电池储能集装箱厂家 随着大规模电力储能技术的迅速发展，在建立智能电网过程中配套的大容量高效电力储能设施，既可以有效缓解发、用电双方的时间和空间矛盾，又可以解决以风能和太阳为代表的绿色可再生能源发电直接并网对电网的冲击，以提高电能质量。随着可再生能源发电并网的井喷式发展，电力储能技术必将成为电网稳定、高效、安全运行必不可缺的重要环节，具有巨大的应用前景。目前，储能技术在新能源发电、孤立微网、厂网侧、用户侧、电力服务等众多领域应用广泛，储能电站规模朝着精准化建设、大规模百兆瓦级级别发展。在众多储能形式中，电化学储能具有能量转换效率高、响应速度快和模块化等优点而得到大力发展。截至2017 年底，国内电化学储能市场累计装机规模389.8 MW，预计到2025 年，国内电化学储能市场累计装机规模将达到10.8 GW，在未来的5~10 a，大规模电力储能装备需求将会迎来爆发式增长，储能市场前景广阔。其中，锂离子电池储能技术具有能力密度高、循环寿命长、无污染和利于规模化等优势而被大力推广，锂离子电池储能系统的研究及应用得到迅猛发展。

由于集装箱式锂离子电池储能系统的工作环境相对密闭，散热条件有限，锂离子电池在充放电过程容易造成热量的积聚，特别是在极端工况条件下（过充、短路、过温等），热量积累易导致电池温度急剧升高并发生热失控，从而引发锂离子电池火灾爆炸事故。近年来，国内外锂离子电池储能电站火灾事件时有发生。2018 年6 月，韩国庆山变电站电池过热爆炸；2018 年7 月，韩国全罗南道灵岩郡发电园区锂离子电池储能装置发生火灾，造成706 m2 规模电池建筑和3 500 余块锂离子电池全部烧毁。

为了提高集装箱式锂离子电池储能系统的整体安全性，避免储能电站火灾连锁事故的发生，有必要针对集装箱式锂离子电池储能系统消防安全进行深入研究。

1 集装箱式锂离子电池储能系统构成及其工作原理

1.1 锂离子电池储能系统构成

集装箱式锂离子电池储能系统是一种由若干锂离子电池簇和电气设备组成并放置于密闭空间的单元集合，如图1 所示。笔者以一套6.6 m 集装箱式锂离子储能消防一体化试验平台，进行工程化应用及功能验证研究。该平台装机容量约200 kW/400 kWh，主要包含磷酸铁锂离子电池、BMS、PCS、EMS、通风采暖、视频监控、消防系统、照明、集装箱等。

1.2 锂离子电池储能系统工作原理

200 kW/400 kWh 锂离子电池储能系统整体联接方案：电池组间内部通过铜排连接，电池组至直流配电柜通过电缆连接，电缆通过底部电缆沟进入直流配电柜。直流配电柜至PCS 采用电缆经由电缆沟接入PCS 直流侧输入断路器，PCS 通过隔离变压器并入市网。电池管理系统可以实现电池工作状态信号的准确采集，实现单体电池主要参数，如电池组端电压、电流、温度等的采集，具有电池短路、过充或过放的保护功能；实现电池容量和健康诊断计算。消防管理系统具备火灾全周期监测功能，实时采集环境气体、烟雾、温度与火焰数据，通过多传感器复合判断方式，有效识别火灾信号，实现早期火灾发现和预警的功能；通过灭火装置采用无毒、无损害方式对锂电灭火。

2 集装箱式锂离子电池储能系统消防分析

2.1 储能系统灭火设施现状及存在的问题

目前，锂离子电池灭火普遍采用传统的七氟丙烷灭火装置，该装置对大规模锂离子电池储能系统的灭火效果尚不明晰。锂离子电池火灾与普通火灾具有较大的不同，其作为能量聚集体，在热失控发生后容易引发周围电池发生连锁燃烧爆炸反应，且锂离子电池在自燃同时会释放氧气，易出现复燃现象。国内外在集装箱式锂离子电池储能系统消防装置研究方面尚处于起步阶段，主要沿用传统的电气灭火装置，对锂离子电池火灾缺乏针对性，装置的功能也有待完善。

锂离子电池火灾扑救存在的主要问题：

（1）部分电池发生燃烧爆炸后产生的热量很快会波及相邻放置的电池，如防控不当或扑救不及时，极有可能造成火灾向周边储能单元蔓延扩大，从而引起大规模火灾爆炸事故的发生；

（2）锂离子电池燃烧产生大量高温且有毒的浓烟，存在爆炸、中毒危险，造成环境污染；

（3）锂离子电池燃烧热值大，需要大量消防水冷却，否则容易复燃，但大量消防水的使用会使电池发生短路燃烧或爆炸，灭火时间延长，且灭火后需要长时间监控。

2.2 集装箱式锂离子电池储能系统设计

（1）电池系统设计。根据储能电站容量及功能要求，完成储能电池选型、电池系统组/串/阵列设计研究，保证储能系统容量、电压等要求，电池系统布局如图2 所示。

（2）储能系统热管理系统设计。通过对空调选型和布局设计、散热风道结构和尺寸设计，并结合热-固耦合仿真计算，完成集装箱式锂离子电池储能系统散热的优化设计，获得了最佳的散热效果，保证储能电池在工作过程中具有良好的通风效果，减少电池系统温升及温度差异。热管理系统结构如图3 所示，由空调、整体风道、柜体风道、风扇、温湿度传感器等组成，通过对整个热管理系统的智能控制，实现对电池室内部环境温度的有效控制。

2.3 储能系统热管理系统方案及仿真模拟分析

锂离子电池在运行过程中，由于内部电化学反应存在和环境温度升高的影响，会提升电池的内腔温度而使反应加剧；而在高寒地区，由于环境低温的影响，也会降低电池内的反应速度。前者可能导致热失控而使电池提早失效并产生安全问题，后者也会降低电池的充放电能力和效率。设计了一套电池热管理系统，确保电池能在合适的温度下工作，从而提高充放电效率，延长寿命。

空调顶部出风，通过风道将冷（热）风均匀的送至每个电池柜，同时电池柜设计导热孔，保证冷（热）量能顺利地到达每个电池PACK、每个模组。空调下部为回风口，出风及回风在集装箱形成风路循环，其整体系统仿真如图4所示。可以看出，热管理系统不仅能使电池的工作温度严格地控制最佳工作温度范围之内，系统中电池最低温度28.6 ℃，最高温度33.3℃，最大温差4.7 ℃，且电池之间的温差也能控制在5 ℃以内，取得了明显的效果。

3 消防一体化试验平台方案构想

笔者提出一种适用于集装箱式锂离子电池储能系统的灭火试验平台，其特点在于定点、定位以及耦合灭火。具体方式是在锂离子电池组柜架背面布置4 组消防管道及灭火剂喷头阵列，选择不同类型的灭火剂，如图5 所示。对于6.6 m 集装箱锂离子储能系统，研究水喷淋、细水雾、气体、干粉等灭火剂对扑救集装箱式锂离子电池火灾的效果，通过改进的管道布局及灭火喷头，保证在预警或火警信号发出时，精确定位发生火灾的电池组，及时有效地进行灭火。试验系统可以方便有效地进行单一方式灭火试验和耦合方式灭火试验，准确地确定更适合于集装箱式锂离子电池火灾的灭火剂及灭火系统布局方式。同时，该灭火系统管道可以与风道有机结合，不占用集装箱内电池组的摆放空间，保证集装箱内的能量密度不受灭火系统的影响。

从集装箱式锂离子储能系统本身出发，通过对集装箱式锂离子电池储能系统特点的分析，指出了其在过充、短路、过温等极端工况条件下热量的积累易导致热失控，从而引发火灾事故。搭建了集装箱式锂离子电池储能系统的热管理系统，并对单个电池簇和整个系统进行了热管理仿真分析。结果表明，该系统不仅能使电池的工作温度严格地控制在最佳工作温度范围之内，而且电池之间的温差也能控制在5 ℃以内，取得了明显的效果。在此基础上，提出了一种定点、定位以及耦合灭火相结合的集装箱式锂离子储能消防系统。今后，将对其功能性进行验证，提高消防系统的可靠性，实现其在储能系统消防的工程应用，降低集装箱式锂离子电池储能系统的运行风险。