中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：鋰電池安全問(wèn)題一直是困擾廣大相關(guān)行業(yè)的技術(shù)人員，也阻礙了行業(yè)的健康發(fā)展。鋰電池本體的極致安全應(yīng)該是電池廠家要去攻克的難關(guān)，而不是去定義多大容量電池，吹噓有多長(zhǎng)循環(huán)壽命。鋰電池發(fā)生熱失控防止熱擴(kuò)散熱蔓延只是防止把風(fēng)險(xiǎn)可控縮小化的一項(xiàng)措施。引發(fā)電池?zé)崾Э氐囊蛩赜泻芏?，歸納起來(lái)最主要的就兩點(diǎn)，電芯內(nèi)部短路和外部短路。
電芯內(nèi)部短路的原因主要是電化學(xué)反應(yīng)材質(zhì)變化和工藝制程中存在的問(wèn)題。鋰析晶和毛刺刺穿隔膜以及隔膜老化，這里就不多贅述。
電芯間外部短路往往被很多人忽視。電芯間外部短路的原因主要是電池系統(tǒng)內(nèi)絕緣材料失效導(dǎo)致的。絕緣失效的三大類型是絕緣擊穿、絕緣老化與絕緣損壞。
絕緣擊穿是指絕緣材料在電場(chǎng)作用下，由于內(nèi)部或表面的缺陷、雜質(zhì)等原因，導(dǎo)致其失去絕緣性能，從而發(fā)生電流泄漏的現(xiàn)象。
絕緣老化是指絕緣材料在長(zhǎng)期使用過(guò)程中，由于熱、氧、光等環(huán)境因素的影響，導(dǎo)致其物理和化學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化，從而降低其絕緣性能的現(xiàn)象。
絕緣損壞通常由多種因素引起，包括機(jī)械應(yīng)力、化學(xué)腐蝕和電氣過(guò)載等。這些因素會(huì)導(dǎo)致絕緣材料性能下降，最終導(dǎo)致絕緣失效。
絕緣材料的老化與系統(tǒng)熱設(shè)計(jì)關(guān)聯(lián)性較大，散熱能力不夠或散熱不均，溫度過(guò)高會(huì)加快絕緣材料老化。另外，舉個(gè)電芯間絕緣失效的案例，某個(gè)廠家的280Ah A品電芯，在車間里放置不到10個(gè)月時(shí)間，包裝完好未開(kāi)封。準(zhǔn)備要開(kāi)工集成時(shí)，發(fā)現(xiàn)大部分電芯都鼓包了，如果這些電池組成模組后，模組內(nèi)電芯間絕緣材料只有藍(lán)膜和隔熱片/泡棉，電芯鼓包越嚴(yán)重，對(duì)電芯間的絕緣材料擠壓力越大，易造成電芯間絕緣材料損壞。之前某家公司爆出電芯外殼開(kāi)裂批量召回事件，有可能是電芯鼓包將鋁外殼焊縫脹裂。
按照傳統(tǒng)的電池簇設(shè)計(jì)方案，在電池簇高壓盒內(nèi)安裝熔斷器。如果在熔斷器的后端（P+P-線纜、直流匯流柜、PCS）發(fā)生短路，瞬間產(chǎn)生的大電流從電壓高的一側(cè)流向短路點(diǎn)/電壓低的一側(cè)。此時(shí)高壓控制盒內(nèi)的熔斷器可起到短路保護(hù)作用。并且首先熔斷高壓盒里的熔斷器。
如果在電池簇內(nèi)高壓控制盒的前端（電池插箱間、模組間、模組內(nèi)部）發(fā)生短路，兩個(gè)電芯間絕緣失效造成外部短路。此時(shí)，外部短路兩點(diǎn)間是沒(méi)有熔斷器保護(hù)斷開(kāi)電路。短時(shí)內(nèi)就有高溫、強(qiáng)電流的能量釋放，短路點(diǎn)如不能斷開(kāi)的話，很容易引起電池?zé)崾Э?。即使消防滅火氣體噴發(fā)了，短時(shí)滅火降溫，后面仍是會(huì)復(fù)燃。
有人可能會(huì)提出疑問(wèn)，儲(chǔ)能系統(tǒng)內(nèi)有絕緣檢測(cè)功能，發(fā)生絕緣失效的這個(gè)點(diǎn)會(huì)形成接地回路，PCS是會(huì)檢測(cè)到的？這里需要告知給大家的是目前的儲(chǔ)能系統(tǒng)在線運(yùn)行時(shí)不做實(shí)時(shí)絕緣監(jiān)測(cè)，絕緣監(jiān)測(cè)電路是斷開(kāi)的。
目前的液冷電池插箱的設(shè)計(jì)方案，在電池插箱里裝熔斷器或在電池簇內(nèi)插箱中間段裝一個(gè)外置熔斷器盒。這種方案只做到了插箱級(jí)和簇級(jí)短路保護(hù)。如果發(fā)生模組間或模組內(nèi)部短路，是沒(méi)有熔斷器做熔斷保護(hù)。那這個(gè)問(wèn)題怎么解決呢？有沒(méi)有解決方案呢？
之前韓國(guó)三星的三元方殼電芯內(nèi)部有OSD和Fuse裝置，并且他們也擁有此項(xiàng)發(fā)明專利，這項(xiàng)發(fā)明專利也是為了提高電芯的安全性。儲(chǔ)能磷酸鐵鋰電芯同樣也可以借鑒三元電池內(nèi)部裝Fuse的方案思路，提高電芯本體以及集成成組后的安全性能。
上周有篇儲(chǔ)能電站著火事故報(bào)道，2024年5月26日14時(shí)許，海南某市一70MW農(nóng)光互補(bǔ)型光伏儲(chǔ)能電站磷酸鐵鋰電池預(yù)制艙發(fā)生火災(zāi)。關(guān)于這起事故，官方給出的判定起火原因?yàn)?號(hào)電池預(yù)制艙內(nèi)2號(hào)電池簇底部配電箱因外部高壓沖擊短路起火。多位專業(yè)人士看過(guò)此篇報(bào)道后都不認(rèn)同此判定結(jié)論！官方所說(shuō)的配電箱其實(shí)是電池簇里的高壓控制盒，高壓控制盒里電壓也并不高，小于1500V。本人認(rèn)為產(chǎn)生沖擊的原因是2號(hào)電池簇內(nèi)短路了，電壓驟降，其余15個(gè)高電位的電池簇瞬間對(duì)2號(hào)電池簇造成浪涌沖擊，強(qiáng)大的浪涌電流可熔斷金屬導(dǎo)線/母排和聯(lián)結(jié)器，從視頻監(jiān)控里面看到的可能是打火的表面現(xiàn)象。
當(dāng)前很多儲(chǔ)能集成廠家和電芯廠家技術(shù)路線都集中在大電芯、高能量密度、長(zhǎng)循環(huán)壽命上考慮，鋰電池及其系統(tǒng)的極致安全是儲(chǔ)能和移動(dòng)動(dòng)力電源行業(yè)亟待解決的問(wèn)題。不是定義未來(lái)開(kāi)發(fā)的電芯容量是625還是688，也不是定義集裝箱容量是6MWh還是8MWh。鋰電池及其系統(tǒng)的極致安全是需要廣大從業(yè)人員深入研究電芯的本質(zhì)安全以及集成設(shè)計(jì)安全，是需要很多次慘痛的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)以及不斷的試驗(yàn)驗(yàn)證才能糾正方向砥礪前行。
