储能系统用电池热失控及热失控扩散浅析.doc

(完整版)储能系统用电池热失控及热失控扩散浅析(完整版)储能系统用电池热失控及热失控扩散浅析(完整版)储能系统用电池热失控及热失控扩散浅析干货分享｜储能电池热失控和热失控扩散发生机理、预防措施及标准检测方法浅析前言近年来，储能的应用越来越广泛，伴随着行业的发展人们对储能安全的关注程度也越来越高.据报道韩国在过去两年内发生了21起储能电站火灾事故，并直接导致至今年5月份韩国储能行业几乎处于停滞状态。近期，美国亚利桑那州一座储能电站起火，造成四名消防员受伤,也为储能行业的发展蒙上了阴影。国内方面，虽然储能电站应用处于初期阶段,但已发生的几起火灾同样引起人们对产业发展的担忧.可能导致储能电站起火的原因很多：电池、电气设备本身的质量问题、系统保护措施设计的不完备、PCS和BMS以及EMS等系统之间的控制及保护等功能协调性差、施工过程中导致的质量问题、运行和维护管理不当等均有可能是储能电站起火原因。但是针对储能系统的起火、爆炸等事故的发生，电池本身的热失控以及电池模块及系统的热失控扩散俨然是行业关注的焦点。那么何为热失控，通过何种途径可以防范热失控，以及在热失控过程中如何抑制热失控扩散，本文将从发生机理、防范措施以及相关测试标准对比三个层面予以解析。一、何为热失控及热失控扩散1、热失控电化学电池以不可控制的方式通过自加热升高其温度的事故即为热失控。目前,多个标准中都有针对热失控的定义，见表1。标准定义GB/T36276—2018电池单体内部放热反应引起不可控温升的现象。IEC62619：2017Uncontrolledintensiveincreaseinthetemperatureofacelldrivenbyexothermicreaction.电芯内由放热反应引发的不可控制剧烈温升。UL1973：2018UL9540A:2018Theincidentwhenanelectrochemicalcellincreasesitstemperaturethroughself—heatinginanuncontrollablefashion.Thethermalrunawayprogresseswhenthecell’sgenerationofheatisatahigherratethantheheatitcandissipate.Thismayleadtofire,explosionandgassing.一种电化学电池以不可控制的方式通过自加热升高其温度的事件。当电池产生的热量高于它可以消散的热量时，则会发生热失控。这可能导致火灾,爆炸和气体排放.表1相关标准中热失控定义热失控的产生源于电芯内部热量阶段性变化，其与电芯安全关系如图1所示：图1热诱因与电芯安全关系图A1阶段：电芯在使用过程中首先会产生初始热量热扰动，引起热扰动的能量来源包括电芯内部正常的锂离子充放电化学反应、内部非正常化学反应(如不符合额定电压、电流、温度或有热传导的滥用造成的内部剧烈反应，外部和内部机械结构损伤最终造成的内部剧烈反应等），从而导致电芯产生热量。与此同时，电芯会向外进行热量散逸,同时部分化学反应会伴随吸热;A2阶段：当电芯散逸的热量+反应消耗的热量≥电芯获得的热量时,电芯是安全的；A3阶段，当电芯散逸的热量+反应消耗的热量＜电芯获得的热量时，电芯产生温升ΔT。如果ΔT没有带来电芯内部新的放热反应,则电芯是安全的；A4阶段：如有新的放热反应(如SEI膜的分解放热、电解液的分解放热、氟化物粘结剂的分解放热、电解液分解放热、正极活性材料分解放热、过充电时沉积出的金属锂会与电解液发生反应放热、金属锂与粘结剂的反应放热、可燃物质的燃烧等），当这些反应放热所带来的电芯内部反应速度不可控时,电芯温度上升将不可控，便会引起A5阶段中我们常规所定义的热失控，即图1各储能相关标准中规定的电芯内部放热反应引起不可控温升的现象。电芯在使用后的状态描述应可分为未失效、失效。未失效即为电芯还可以在满足使用条件下继续使用，而失效则表明电芯不适于再继续使用.失效的状态描述可包括安全状态和非安全状态，安全状态下仅表现为电芯的容量衰减异常、内阻变化异常等，而非安全状态一般则指电芯对外将产生不可控的能量释放。当电芯发生热失控时，其能量释放、有毒有害物质释放的不可控即被定义为起火、爆炸，此时即可判定电芯发生了安全事故.2、热失控扩散热失控电池产生的热量高于它可以消散的热量时，热量进一步积累，可能导致火灾，爆炸和气体释放。如果电池系统中，由于一个电芯产生热失控而引发其它电芯热失控，即为热失控扩散.相关标准中给出热失控扩散定义如表2所示.表2相关标准中热失控扩散定义标准定义GB/T36276—2018电池模块内的电池单体发生热失控后触发与其相邻或其他部位的电池单体发生热失控的现象。二、热失控及热失控扩