电信级安全锂电储能系统研究与应用分析报告

1、锂电池储能安全-电信级安全锂电储能系统 研究与应用2022.9.9杭州第十二届中国国际储能大会CONTENTS目录04四、锂电池安全方面几个误区0 3三、锂电池安全隐患分析0 2二、电化学储能01一、背景介绍五、锂电池安全对策05一、背景介绍应急备电储能的价值技术层面储能价值调峰调频削峰填谷永不掉电经济层面储能价值稳定电网效率最优0814172224电价时间1.11元0.67元0.34元19 电池充电时间 储能放电时间峰平谷一、背景介绍发电侧储能的发展发展领域应用场景电网侧用户侧投入产出减少弃电保持均衡峰谷差价一、背景介绍回顾历史展望未来二、电化学储能新能源稳定与消纳需要电化学储能电化学储能存

2、在的必要性风电受风速影响极大锂电池是目前技术最成熟和产业链最完整的电化学储能产品消费电池锂电池是电化学储能主力军有诸多优点充放电次数多光伏受云雾影响极大动力电池储能电池充放电无缝转换能量密度适中光伏风电项目配电化学储能是政策规定性价比优势产销量巨大产业链全面适应面广泛二、电化学储能三元锂电池与磷酸铁锂电池相爱相杀锂电池储能的发展前景国家能源局2022年发布防止电力生产事故的二十五项重点要求(2022年版)(征求意见稿)提出：中大型电化学储能电站不得选用三元锂电池、钠硫电池最初磷酸铁锂勇敢突破中途三元锂电异军突起近年磷酸铁锂艰难争先今年铁锂三元名分已定磷酸铁锂安全 可控经济实惠里程焦虑引导 选择

3、三元锂电火灾难防迫使 抛三元择铁锂发改文件大站禁用三元钠硫铁锂不彻底解决安全隐患也难发展壮大铁锂采用液体电解质，电极隔膜电解质易燃国外储能起火案例：美国韩国澳大利亚国内储能起火案例：北京南三环江苏镇江二、电化学储能发电侧大量标配锂电池储能站锂电池应用的广泛性发展新能源的刚需配置标准：按 风电光伏峰瓦容量15%、放 电2h-4h配储 能配置规模：十四 五新能源12亿KW，意味着储 能需要180GW、3.6亿KWh电网侧曾经规划标配锂电池储能站电网调峰调频的刚需2018年电网侧 投了近500亿元建电化学储能 新高潮，后被 上级紧急叫停电网侧因为抽水蓄 能电站发电响应速度偏慢，应该还是 需要一批自用

4、电化 学储能做调峰调频用户侧大建分布式锂电储能有强大政策利益驱动力2021年分时电 价政策横空出世，分布式储 能削峰填谷终 于可收支平衡独立纯储能或 光储一体能成为主流，但运 营商更需要备 光储一体过充环境过温外部短路机械变形穿刺电芯内部缺陷电芯内部短路/电芯发热温度上升产生可燃气体起火或爆燃进入轻度热失 控自发热阶段进入电解液正极隔膜 材料化学分解阶段进入严重破 坏性后果锂电池起火机理研究分析各种锂电池绝热热失控（ARC）测试结果电池类型安全点（）风险点（）磷酸铁锂130260三元（532）115231三元（811）105209三、锂电池安全隐患分析只有避免进入严重高温热失 控，电芯才能 确

5、保足够安全电芯短路发热电芯产生可燃气体空气中的氧气消除可燃物：目前技术水平限制，要消除可燃物在材料学方面基本不可行消除高温热源：目前技术水平限制，要彻底 消除高温热源在材料学方面基本不可行，但 加强电芯散热控制似乎可行消除助燃物：完全可行，方法多种多样遵从消防燃烧学基本原理理论上，燃烧三要素只要消除一个要素，就不会起火燃烧或即使起火了也不继续燃烧燃烧三要素暴露在空气中电芯穿刺测试10三、锂电池安全隐患分析实践中，正常使用的锂离子电池基本都满足燃烧三要素 条件，都可能发生冒烟起火事件三、锂电池安全隐患分析液体控温隔氧防火方案锂电池多种灭火方案论证气体降温阻氧灭火方案液体容量多少才够？如何触发告警

6、？如何实现动作？ 如何保障可靠性1、耐高温绝缘液体方案2、普通自来水方案1、七氟丙烷气体方案2、全氟己酮气体方案气体总量多少才够？模块内能容纳多少气体？需要多高温火焰才能烧破气体软管？ 气体能否解决电芯复燃难题？四、锂电池安全方面几个误区铁锂电芯内燃烧三要素同样存在，电荷、 电极、隔膜、电解液等都是三要素内容， 从物理化学原理看不存在没有起火隐患的 铁锂电芯，只是冒烟起火的概率大小而已误区1：要求铁锂电芯很安全、不起火充放电过程即是极板发生变化过程，再好的极板使用不当，也是会发生不可逆变化电芯不安全不代表不能用，铁锂电芯总比汽油安 全，但通信局站各行各业都在使用汽油，关键是 使用过程外部有足够

7、安全的额外防护措施和正确 的使用方法就目前技术而已，使用锂电芯过 程的安全性不该依赖电芯自己的 安全性，就像使用汽油过程的安 全性不依赖汽油的安全性一样难道有人会希望 现在找到一种不 起火的汽油吗？四、锂电池安全方面几个误区现在经常拿单个电芯进行穿刺测试，结果 显示电芯只冒烟、不起火，但测试过程电 芯发热可以快速向周围空气扩散，而实际Pack中电芯密集堆叠，电芯热量是不容易 散出去的，温度不同意味着起火概率不同误区2：电芯测试不起火代表整组使用不起火电芯穿刺短路必然产生大量热量和高温气体，电芯内部温度可达几百度。如果热量散发很快，只能是内部高温、外部相对低温，有可能达 不到起火条件；但如果热量

8、散不出去，整个电芯内外都将处于高温状态，可能满足起火条件真正安全的锂电池模块应该是在整组 电芯正常工作时，Pack最内部的电芯 热失控或穿刺发热也不起火四、锂电池安全方面几个误区大极板少层数电芯比小极板多层数电芯在 穿刺时发热剧烈程度不一样，因为电芯短 路发热大小与短路点多少强关联。但实际 使用过程极板长枝晶多少则是按面积来的，因此长枝晶多少只与容量大小强关联。误区3：大极板少层数容易通过穿刺测试实际使用过程，因为电池质量问题或使用不 当问题，要长枝晶必然是全部电极板都长， 因此某些电芯即使通过了穿刺测试，实际环 境中也可能由枝晶造成的热失控过大还是控 制不住，仍然会冒烟起火的。测试过程：大极

9、板少层 数电芯短路点少，总发 热功率也小，但放电时 间要更长测试过程：小极板多层 数电芯短路点多，总发 热功率大，但放电时间 很短电芯真正安全性应该以内部大部分极板面积、严重的热失 控发热带来的危险性为对象开展评估，标准的穿刺测试是 一个基本对标测试，与某些真实情况不一定完全吻合四、锂电池安全方面几个误区我国消防安全一向倡导“预防为主“，但很 多时候实际上只重视灭火，对预防起火重 视不足。造成先起火再灭火的事件发生路 径，表面上看起来灭火方法很到位、灭火 力度也很猛，但这样的方案实际上不大符 合电信级机房安全要求的。误区4：重视灭火甚于防火电信级消防安全要求，是抓早抓小、不见火焰。见火灭火的方

10、案不利于机房安全。既然锂电池内部发热不可避免、先起火再灭火方案 又不甚理想，只能在提早防范方面做文章了四、锂电池安全方面几个误区一些单位做锂电产品灭火测试时虽然想办 法让电芯烧起来了，灭火措施也达到了灭 火目标，但这个火焰是外部引燃的，不是 内部热失控造成的。外部引起的火焰扑灭 了可能不复燃，但电芯内部热失控短路发 热引起的火焰，即使灭火了，如果内部短 路状态没有消除，发热继续存在，理论上 还是会复燃的，只是复燃的概率大小而已误区5：能灭火的就是一定有效的锂电池模块是密闭空间内的 、高度密集的含 能自发热设备，不能将用在普通电气设备行 之有效的消防方案搬到锂电池产品五、锂电池安全对策引入甚早期管理理念甚早期（Very Early）是消防安全 新理念，目前很多重要通信机房和 数据中心要求在原有建筑消防系统 基础上增加甚早期烟感报警系统（典型产品为VESDA）甚早期告警甚早期控温甚早期防火VESDA利用甚早期报警，提前发现了机房 细微火灾隐患，局方有时间及时处理，不 至于发展到火焰阶段。成功案例数不胜数建筑消防告警系统和灭火系统都是采用 判断有烟雾火焰再灭火的流程，灭火难 度远比灭早期火苗大，比消除起火隐患 难度更大安全锂电采用甚早期