中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：4月24-26日，由中國(guó)化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會(huì)儲(chǔ)能應(yīng)用分會(huì)主辦的第九屆中國(guó)國(guó)際儲(chǔ)能大會(huì)在浙江省杭州市洲際酒店召開。在4月24日下午的“國(guó)際儲(chǔ)能市場(chǎng)與政策專場(chǎng)”，TüV 南德意志集團(tuán)儲(chǔ)能事業(yè)部高級(jí)技術(shù)經(jīng)理張書博在會(huì)上分享了主題報(bào)告《二次鋰電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)緩解》，以下為演講實(shí)錄：
張書博：各位儲(chǔ)能界的朋友們，大家下午好！很高興利用這個(gè)時(shí)間跟大家分享一下儲(chǔ)能電池的風(fēng)險(xiǎn)緩解的問(wèn)題，我今天講的內(nèi)容是從電池本身來(lái)分析如何降低它的風(fēng)險(xiǎn)。
在2018年可以說(shuō)韓國(guó)的儲(chǔ)能電池市場(chǎng)火了，怎么火了？有兩方面的含義，剛剛田女士給大家展示過(guò)韓國(guó)的儲(chǔ)能電池份額在全球不是很高，但是去年韓國(guó)儲(chǔ)能電站有報(bào)道的火災(zāi)就有16起，韓國(guó)大概有1000多座儲(chǔ)能電站，那么平均不到100個(gè)電站就發(fā)生一次火災(zāi)。這說(shuō)明什么問(wèn)題呢？?jī)?chǔ)能電池的風(fēng)險(xiǎn)還是非常大。如何降低儲(chǔ)能電池的風(fēng)險(xiǎn)呢？事實(shí)上鋰離子儲(chǔ)能電池發(fā)展的歷史并不長(zhǎng)，但是各種國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)還是不少的，例如IEC 62619，JIS 8715-2，UL 1973和VDE 2510-50等。
前面Mr.KODAMA先生介紹了日本儲(chǔ)能電池的發(fā)展?fàn)顩r時(shí)介紹，日本在2011年有一場(chǎng)大地震，這場(chǎng)地震對(duì)于日本人民來(lái)說(shuō)是一場(chǎng)大災(zāi)難，但對(duì)于儲(chǔ)能電池發(fā)展卻是一個(gè)機(jī)遇。在這個(gè)地震后，日本的儲(chǔ)能電池增長(zhǎng)是非常迅速的。實(shí)際上儲(chǔ)能電池的增長(zhǎng)離不開政府的鼓勵(lì)和支持。政府一些相應(yīng)的補(bǔ)貼措施刺激了儲(chǔ)能市場(chǎng)的增長(zhǎng)。但是政府不能補(bǔ)貼那些性能和安全性不好的電池。這就需要制定準(zhǔn)入的條件，這些條件就是通過(guò)合適的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)保障電池的安全性和性能。
SBA 1101就是在2011年福島核電站事故之后由日本電池工業(yè)協(xié)會(huì)推出的鋰離子儲(chǔ)能電池的安全標(biāo)準(zhǔn)，這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)在2012年就是轉(zhuǎn)化成日本的國(guó)標(biāo)JIS 8715-2。 IEC（國(guó)際電工委員會(huì)）在JIS 8715-2的基礎(chǔ)上制定了鋰離子儲(chǔ)能電池安全標(biāo)準(zhǔn)IEC 62619，這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大部分采用了日本的JIS 8715-2標(biāo)準(zhǔn)。這些標(biāo)準(zhǔn)都是從風(fēng)險(xiǎn)控制角度來(lái)考慮如何通過(guò)測(cè)試來(lái)驗(yàn)證電池的安全問(wèn)題。
除了安全標(biāo)準(zhǔn)，還有很多性能標(biāo)準(zhǔn)。剛剛田女士也講到了在南澳，鋰離子儲(chǔ)能對(duì)于新能源儲(chǔ)能并網(wǎng)應(yīng)用的案例。在南澳電網(wǎng)出現(xiàn)故障的時(shí)候，這個(gè)儲(chǔ)能電池系統(tǒng)，發(fā)揮了很重要的作用。那么如何判斷儲(chǔ)能電池能滿足并網(wǎng)應(yīng)用的要求呢? 電池IEC 61427-2標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了調(diào)頻調(diào)峰等并網(wǎng)應(yīng)用對(duì)電池的考核方法。TüV SüD 獨(dú)立開發(fā)的PPP 51088標(biāo)準(zhǔn)就描述了基于IEC 61427-2對(duì)儲(chǔ)能電池并網(wǎng)應(yīng)用的加速測(cè)試方法。
對(duì)于鋰離子儲(chǔ)能電池，電氣風(fēng)險(xiǎn)、熱風(fēng)險(xiǎn)、化學(xué)風(fēng)險(xiǎn)和機(jī)械風(fēng)險(xiǎn)是其最主要的風(fēng)險(xiǎn)。這些風(fēng)險(xiǎn)可能是由于電擊、起火、泄漏和跌落擠壓造成的。
對(duì)于鋰離子儲(chǔ)能電池，熱風(fēng)險(xiǎn)和電氣風(fēng)險(xiǎn)尤其值得我們特別關(guān)注。
關(guān)于第一個(gè)電擊危害，首先要考慮防直接觸電。直接觸電就時(shí)直接接觸帶電體而產(chǎn)生的觸電。當(dāng)你的儲(chǔ)能電池的最大電壓超過(guò)60伏的時(shí)候，這個(gè)電池就有直接觸電風(fēng)險(xiǎn)。注意這里指的是電池的最大電壓，而不是標(biāo)稱電壓。有些標(biāo)準(zhǔn)中把這個(gè)概念寫錯(cuò)了。對(duì)于最大電壓為60伏的電池系統(tǒng)，標(biāo)稱電壓可能只有52伏左右。防止直接觸電的方法可以是通過(guò)帶電體的絕緣保護(hù)；也通過(guò)蓋板或外殼保護(hù)；或者通過(guò)障礙保護(hù)；還可以通過(guò)無(wú)法接近保護(hù)。
對(duì)于60伏以下的電池系統(tǒng)不需要考慮防觸電，這是不是意味著完全不用考慮絕緣問(wèn)題呢？其實(shí)不然，對(duì)于電池來(lái)說(shuō)，發(fā)生起火和爆炸的危險(xiǎn)可能由于電池短路造成的。如果你的電池的絕緣做的不好，即使60伏以下的電池也可能發(fā)生短路，對(duì)電池來(lái)說(shuō)這是十分危險(xiǎn)的。
另外一個(gè)預(yù)防電擊危害的要求是防間接觸電，間接觸電是指電氣設(shè)備發(fā)生了一個(gè)故障，使原本不帶電的部件帶電，當(dāng)我們觸摸到這些部件而引起的觸電就是間接觸電。根據(jù)我剛剛說(shuō)的IEC62485-5，當(dāng)電池最大電壓大于120伏時(shí)就需要防止間接觸電。那間接觸電的防止方法是什么呢？我們可以通過(guò)自動(dòng)斷開電源保護(hù)來(lái)防止間接觸電，也可以通過(guò)二類結(jié)構(gòu)或等效絕緣保護(hù)，還可以通過(guò)不導(dǎo)電場(chǎng)所，等電位連接或電氣隔離保護(hù)。
我們可以參照通用電氣安全的五項(xiàng)安全原則要求電池用戶進(jìn)行停電操作。即安全斷電，防止開關(guān)重合閘，確認(rèn)斷電狀態(tài)，短路并接地，和屏蔽鄰近帶電體。但對(duì)電池來(lái)說(shuō)第四項(xiàng)短路并接地要慎用，前面說(shuō)過(guò)電池短路十分危險(xiǎn)。電池是沒(méi)有辦法真正斷電的，在電池進(jìn)行安裝和維護(hù)的時(shí)候，如果沒(méi)有辦法真正斷電，就需要配戴個(gè)人防護(hù)用品，比如絕緣手套、絕緣安全帽和全臉護(hù)目鏡，并使用絕緣工具進(jìn)行工作。
第二個(gè)危害是熱的危害。我們需要關(guān)注一個(gè)危害是由什么原因造成的。對(duì)每個(gè)電池來(lái)說(shuō)都有一個(gè)正常的操作窗口。左邊那個(gè)圖是充電窗口，右邊的是放電窗口，當(dāng)電池的電壓、電流和溫度都在操作窗口之內(nèi)，你的電池是安全的。當(dāng)超出這個(gè)操作窗口，電池的溫度可能持續(xù)上升，當(dāng)溫度上到一定程度，電池的某些材料就會(huì)達(dá)到自加熱溫度，電池溫度將會(huì)不可逆轉(zhuǎn)地上升，直到電池產(chǎn)生熱失控。電池有一個(gè)防止熱失控的非常重要的零部件，就是BMS（電池管理系統(tǒng)）。BMS保障電池工作在操作窗口之內(nèi)。電池?zé)o論在發(fā)生過(guò)電壓、過(guò)電流和過(guò)溫的時(shí)候，電池都可以得到一定的保護(hù)，不會(huì)再給電池充電，從而這個(gè)電池的熱失控風(fēng)險(xiǎn)會(huì)降低很多。很多電池企業(yè)在設(shè)計(jì)電池管理系統(tǒng)時(shí)，忽略了對(duì)BMS設(shè)計(jì)的一個(gè)最重要的要求，就是BMS的功能安全。因?yàn)閷?duì)于電池管理系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，BMS都是通過(guò)主動(dòng)保護(hù)實(shí)現(xiàn)安全功能，就是需要進(jìn)行采樣，當(dāng)電壓、電流和溫度不在工作窗口范圍時(shí)，BMS必須使你的電池進(jìn)入安全模式。
對(duì)于BMS進(jìn)行功能安全評(píng)估時(shí)，我們需要考慮系統(tǒng)失效、隨機(jī)失效和潛在失效。BMS保證電池在操作窗口內(nèi)工作必須考慮到：軟件的可靠性；電壓測(cè)量的可靠性；不分?jǐn)嚅_關(guān)的檢測(cè)；傳感器斷線檢測(cè)；聯(lián)鎖功能檢測(cè)；降額功能測(cè)試；超出操作窗口的功能檢查；檢查BMS測(cè)量準(zhǔn)確性；零部件或通訊故障下的表現(xiàn)。
下面介紹化學(xué)風(fēng)險(xiǎn)，電池發(fā)生泄露時(shí)會(huì)有電解液流出。電解液是有毒的，會(huì)對(duì)金屬件造成腐蝕，也會(huì)造成環(huán)境污染。有的標(biāo)準(zhǔn)中也對(duì)電池出現(xiàn)泄壓之后要求有聲光報(bào)警，這些在設(shè)計(jì)的時(shí)候都是要考慮的。另外電池泄壓時(shí)，電解液不能泄露到電池外面。在控制化學(xué)危害中十分重要的一個(gè)文件就是安全數(shù)據(jù)表，在選用電芯的時(shí)候要求供應(yīng)商提供數(shù)據(jù)表，確認(rèn)到潛在危害的種類，包括確認(rèn)第一救助方法，滅火方法，消除事故方法，處置和儲(chǔ)存，曝露控制，物理和化學(xué)特性，穩(wěn)定性，反應(yīng)性，毒性和環(huán)境信息。
最后，我給大家介紹一下機(jī)械危害。剛剛Mr.KODAMA先生介紹了，在日本申請(qǐng)電池補(bǔ)貼的時(shí)候，會(huì)增加測(cè)試，單體要增加針刺和擠壓測(cè)試。也可以在系統(tǒng)級(jí)別做一個(gè)50千牛的擠壓測(cè)試。這些都是模擬地震時(shí)，這個(gè)電池可能會(huì)承受的一些機(jī)械危害。
今天給大家介紹的電池的幾項(xiàng)主要的風(fēng)險(xiǎn)和緩解風(fēng)險(xiǎn)的措施，行業(yè)內(nèi)很多企業(yè)有很多不同的避免風(fēng)險(xiǎn)的成功經(jīng)驗(yàn)，大家可以互相學(xué)習(xí)，使儲(chǔ)能電池越來(lái)越安全。謝謝大家！
