磷酸铁锂储能电站电池预制舱消防系统

浅谈锂电池储能系统消防安全技术摘要：在储能系统与消防安全问题中，基于锂离子或动力电池的消防安全问题也成了国内专家学者们所探讨的焦点话题。

基于此，我们为增强储层体系的稳定性，在其中加入了锂离子动力电池热失控预警，并有效融合其他保护体系的安全功能，形成了基于锂离子动力电池存储体系消防安全的框架。

关键词：锂电池；储能系统；消防安全近年来，国内出现的电动存储能量管理系统火灾引发大伙对锂动力电池存储能量管理系统的广泛重视。

据不完全统计资料，全球范围内锂电池储能着火安全事故在过去的一年里出现多达30起，引发了巨大的经济损失。

所以，当锂离子动力电池生产成本下降到商业化的拐点后，储能体系的消防安全问题将变成抑制锂离子电池电力储能大面积普及的重要瓶颈问题。

一、锂电池火灾的事故原因（一）短路对锂电池的影响1、内部短路。

因为电池滥用现象的存在，如充、放过度而使得支晶、电池在生产期间出现的杂质灰尘等，将恶化生成刺穿隔膜，进而引起微短路，电能量的释放会导致温度升高，而这一现象则会引起材料化学反应，从而使得短路路径出现扩大的情况，引起更严重的短路电流，这种恶性循环的存在，会引发热失控。

2、外部短路。

用电动汽车作为示例进行说明，车辆在具体运行中出现危险的可能性较小，从一方面来讲，整车系统设置着熔断丝、电池管理系统，从另一方面来讲，电池可以在短时间内承受大电流冲击。

在极限条件下，短路点越过熔断器，在这种情况下，电池管理系统同时失去效用，长时间的外短路通常会使得电路连接弱处出现烧毁的情况，引发热失控的可能性极小。

当前，不少PACK企业借助回路中加熔断丝的举措，可以使得外短路导致的危害得到更大程度的控制。

（二）外部高温受到锂电池构造特性的影响，在高温条件下，SEI膜、电解液、EC等会儿出现分解反应，且对于电解液而言，其分解物还会和正负极产生反应，诸多反应的存在，会产生较多的热量。

隔膜融化会引起内短路，电能量释放则会使得热量增多，在这种破坏作用持续增强的情形下，电芯防爆破裂、电解液喷出，进而会出现燃烧现象。

磷酸铁锂电池系统火灾抑制方法摘要：磷酸铁锂电池储能技术的优势，在于充放电快、功率密度高、寿命长，成为储能领域应用空间和前景广泛的技术。

不过，安全问题始终是大规模推广最大的挑战。

热失控是磷酸铁锂电池的一种固有风险，或将引起火灾、爆炸。

磷酸铁锂电池储能系统火灾有多种不同的消防方法，如全氟己酮、水或是七氟丙烷。

本文分析了磷酸铁锂储能系统典型的热失控行为，接着从确保电池本体安全、优化电池管理系统、加强火灾防控配置这几个方面，探讨磷酸铁锂储能系统火灾的抑制方法。

关键词：磷酸铁锂电池；储能系统；火灾抑制；热失控引言电化学储能的能量密度较大，产业链相对成熟。

和其他储能技术相比，在投入成本、场景应用、建设周期还有转换效率上均占优势，有较高的增长潜力。

锂电池储能系统，其显著趋势在于充放电快、循环寿命长。

但由于过热、充放电过度或是短路等原因，可能引起热失控。

该情况下，系统会释放较多的热量、易爆物质，从而触发火灾、爆炸。

1磷酸铁锂储能系统热失控诱因分析1.1电池本体故障投入使用前，如果磷酸铁锂电池的生产原料、工艺不合格，必然会降低电解液和负极材料本身的耐热稳定性，影响电极性能。

一旦隔膜表层存在毛刺，隔膜遭到损伤，则易引起电路短路。

电解质中的含水量过高，电池压力也会增加，影响安全性，造成电池失效。

考虑到运行环境不佳，加上后期未做好维修，电池寿命也会缩短，降低材料耐热性，引起热失稳。

1.2设备本体不足电池储能系统，其外围护结构大多为预制舱，将储能电池、支架和通风等作为辅助设施，预制成一个整体。

它的优势在于：易于安装、自由移活、建设周期短。

尽管符合企业或是行业对于质检方面的要求，但在部分气候环境差，尤其风沙、盐雾极端天气多的区域，考虑并不周全，此时极易引起腐蚀、降低耐久性。

由于预制舱中设备相对紧凑，其线路交叉紧密，一旦处置不当，可能会有漏电、短路等不良隐患。

1.3技术支撑不足2021年，国家能源局先后颁布了《新型储能项目管理规范(暂行)》、《电化学储能电站安全管理暂行办法(征求意见稿)》两部纲领性文件。

新能源安全与防护预制舱式磷酸铁锂电池储能电站防火设计卓萍K ,郭鹏宇，路世昌12,吴静云4(1.应急管理部天津消防研究所，天津300381 ;2.天津盛达安全科技有限责任公司，天津300381;3.国网江苏省电力有限公司，江苏南京210024;4.国网江苏省电力有限公司经济技术研究院，江苏南京210008)摘要：预制舱式磷酸铁锂电池储能电站在我国应用较为广 泛，其消防安全问题是国内外关注的焦点问题.本文通过开展磷 酸铁锂储能电池模块在过充条件下的燃烧特性试验，分析总结了 预制舱式磷酸铁锂电池储能电站火灾发生发展的特点，并以此为 依据，从火灾危险性、防火间距、火灾预警策略、灭火系统设计、消 防给水及消防车道等方面提出储能电站防火设计的基本原则关键词：靖酸铁锂电池;储能电站;预制舱；防火设计 中图分类号：X 913.4;T M 912文献标志码：B文章编号：1009-0029(2021)03-0426-03储能技术在能源互联网中具有举足轻重的地位，己广 泛应用于可再生能源、智能电网、分布式能源、离网微电 网、工业节能、应急电源、家庭储能、轨道交通等领域。

近 年来，以锂离子电池作为代表的电化学储能因其储能密度 和功率密度高、效率高、技术进步快、发展潜力大等优势发 展十分迅速。

国内外建立了多个锂离子电池储能电站，如 河南电网100 MW /100 M W h 电池储能电站、江苏电网 101 MW /202 M W h 电池储能电站、德国Relzow 100MW /200 M W h 锂电池储能电站、南澳100 MW /129 MW h 储能电站等。

预制舱式储能系统通常采用集装箱作为外围护结构， 将储能电池、支架、空调通风等辅助设置在工厂中预制成 一体，具有便于安装、占地面积小、移动灵活、建设周期短 等优点，在国内外应用十分广泛，江苏电网预制舱式磷酸 铁锂储能电站如图1和图2所示。

在电池预制舱内，储能 电池模块密集堆砌，多采用全淹没柜式七氟丙烷气体灭火 系统。

磷酸铁锂电池预制舱施工和检修过程的火灾预防郭鹏宇1，王智睿2，胡新雨3(1.国网江苏省电力有限公司，江苏 南京 210024；2.国网江苏省电力有限公司镇江供电分公司，江苏 镇江 212000；3.国网江苏省电力有限公司南通供电分公司，江苏 南通 226000)Fire Prevention during the Construction and Maintenance of the PrefabricationCell of Lithium Iron Phosphate BatteryGUO Pengyu1, WANG Zhirui2, HU Xinyu3(1. State Grid Jiangsu Electric Power Co., Ltd., Nanjing 210024;2. Zhenjiang Power Supply Company, Zhenjiang 212000;3. Nantong Power Supply Company, Nantong 226000)〔摘 要〕对目前磷酸铁锂电池储能电站安全性研究进行了梳理，指出了对磷酸铁锂电池预制舱施工及检修过程发生火灾的危险性及事故预防措施研究的必要性。

从火灾三要素出发，对磷酸铁锂电池预制舱施工及检修过程，展开火灾风险识别，并从设备因素、人员因素、环境因素三个角度进行火灾风险分析，提出了在人员要求、过程管理、异常处置三个方面的火灾事故预防措施建议。

〔关键词〕电化学储能电站；磷酸铁锂电池；施工检修；火灾Abstract: In this paper, the safety researches of lithium iron phosphate battery energy storage power station is summarized, and the fire risk during the construction and maintenance of lithium iron phosphate battery prefabricated cabin and the necessity of accident prevention measures are pointed out. Starting from the three elements of fire, this paper identifies the fire risks during the construction and maintenance process of lithium iron phosphate battery prefabricated cabin, and carries out fire risk analysis from three aspects of equipment, personnel and environment, it also puts forward suggestions on fire accident prevention measures in respect to personnel requirements, process management and abnormality disposal.Key words: electrochemical energy storage power station; lithium iron phosphate battery; construction and maintenance; fire中图分类号:TM619 文献标识码:A 文章编号:1008-6226 (2020) 05-0065-040 引言近年来，得益于磷酸铁锂电池安全性优势的不断提升和成本的不断降低，以及具有快速响应能力的电池储能系统在增强电网调节能力方面的巨大潜力，应用于电网中的磷酸铁锂电池储能电站数量及规模在显著增加。

- 143 -生 产 与 安 全 技 术锂电池储能电站可用于存储电力能源，从而促进新能源发电方式的大规模接入，同时保证电网的稳定性。

但锂电池的反应介质属于易燃性物质，受到高温、过度充电以及撞击等因素的影响，有可能引发火灾。

鉴于此，结合实际案例研究此类电站的消防系统设计方法具有重要的工程应用价值。

1 项目概况国内某电网侧储能电站项目采用磷酸铁锂电池作为储能设备，其容量达到101MW/202MWh 。

项目占地面积为3.2×103m 2，主体设施包括配电控制楼1座、电池储能预制舱22个。

其中，配电控制楼属于丙类建筑，耐火等级为一级，楼高22.3m，占地面积为522m 2，该楼共计4层，地上部分为3层，地下部分为1层。

电池储能预制舱采用完全一致的设计规格，长度、宽度、高度分别为12.2 m、2.4m 和2.8m，每座预制舱内安装了数百块磷酸铁锂电池模组，每个预制舱的电池容量均为2.2MW ·h。

2 电池火灾风险及灭火技术分析2.1 磷酸铁锂电池火灾风险分析国内科研人员对326Ah 的大型磷酸铁锂电池进行燃烧试验，发现当此类电池受到外部因素的刺激时，有可能释放大量的热能，同时随着氢气、一氧化碳以及甲烷等可燃气体排出，进而产生明火，严重时可引起热失控，甚至爆炸。

常见的刺激因素包括电池短路、过度充电、工作温度或环境温度过高、过度放电、挤压或者撞击等。

在相关试验中，研究人员使用的电池模组容量为1.3Ah~326Ah ，当温度接近140℃时，电池进入热失控状态，随着热量释放，产生明火后，电池温度快速升高，可形成热射流，最高的燃烧温度约为700℃。

燃烧过程中释放的可燃气体进一步加剧了火灾风险，如果在较为狭小密闭的空间内，电池组有可能引起爆炸[1]。

另外，火灾危险系数与电池的容量存在直接关联，因为容量较大的电池组可提供更多的可燃物。

表1为电池燃烧试验的部分数据，从中可知，当电池容量较大时，其热释放速率通常也更大，燃烧后的质量损失占比均高于20%。

预制舱式磷酸铁锂电池储能电站消防技术规范
预制舱式磷酸铁锂电池储能电站消防技术规范
预制舱式磷酸铁锂电池储能电站是一种新型的储能电站，可以有效缓解能源短缺，改善容量不足等问题，但是其制造、安装、运行及维护上存在着消防安全隐患。

因此，现制定了《预制舱式磷酸铁锂电池储能电站消防技术规范》，以确保确保预制舱式磷酸铁锂电池储能电站的安全运行。

《预制舱式磷酸铁锂电池储能电站消防技术规范》首先要求所有建筑物应具备
必要的消防设施，如灭火设备、火灾报警及自动报警系统及逃生器等设备；同时，规范要求预制舱内的电池系统也必须符合相关的消防安全规定，包括短路保护装置、过流保护装置、温度控制装置等，以最大限度地防止火灾的发生。

此外，为了保证更好的消防安全，规范还要求预制舱必须提供足够的消防室、
逃生间、应急室及提供专业消防知识培训，明确消防用户的操作规程和消防安全责任，以确保火灾防控能更加严格。

以上就是预制舱式磷酸铁锂电池储能电站消防技术规范的简要介绍，倡导人们
安全使用电站，千万不要触犯消防技术规范，以免发生火灾等灾害。

消防安全，保障大众生命财产安全！。

可编辑修改精选全文完整版基于锂离子电池储能系统的消防设计1、储能系统消防设计原则1、消防设计应贯彻预防为主，防消结合的方针、防治和减少火灾危害，保障人身和财产安全2、消防设计应根据电站的不同规模，各类电池不同特性采取相应的消防措施，从全局出发，统筹兼顾，做到安全适用，技术先进、经济合理。

3、电站内设备应满足耐火等级不低于二级，体积不超过3000立方米，且火灾危险性为戊类时，可不设消防给水。

（锂电池为戊类火灾危险性）2、锂离子电池热失控特征可燃气体的泄漏以及化学反应一直伴随着电池热失控的整个过程。

储能系统中的电池所处的环境，在正常情况下都相对稳定，但是一旦电池产生热失控，储能系统中温度、气体、光强等参数一定会产生异常。

电池热失控产生的背景如下图所示：图1 电池热失控产生的背景电池热失控早期有效的预警手段是对气体进行监控，准确地提取出热失控早期的气体数值，气体探测器的选择是研究的重点。

气体火灾探测器选择下图所示：图2电池火灾探测过程3、消防系统设计方案为了能够在单个电池出现热失控时能够及时准确预警，在该消防安全系统中采用多级防护机制设计，即在电池内部、电池舱以及封闭式电池簇等各个部分进行分区探测防护。

锂离子电池在发生热失控时，电解液的泄露可能会导致电网设备发生间接电击以及起火等危险事故。

通过单体电池内的监测装置可以在电解液发生泄露早期实现对热失控的有效监测和预警，有效提升系统的预警功能。

同时在单体电池发生热失控时可以通过电池包内的探测器有效联动灭火系统进行防护处理。

对于磷酸铁锂电池来说，早期的单体火灾很容易被扑灭。

消防安全系统采用分级预警机制和多级安全防护机制，可以有效控制大范围的火灾风险，保障储能系统的安全。

3.1消防安全系统主要组成部件大容量储能系统电池舱配置消防预警及灭火系统，每个电池舱配置可燃气体探测器及消防预警主机，提供消防预警功能；同时每个电池舱配置烟感、温感探测器、七氟丙烷灭火系统一套，提供消防灭火功能。