中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：5月24-26日，由中國(guó)化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會(huì)主辦，200余家機(jī)構(gòu)共同支持的第十一屆中國(guó)國(guó)際儲(chǔ)能大會(huì)在杭州洲際酒店召開(kāi)。本次大會(huì)主題是“堅(jiān)守儲(chǔ)能安全底線，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展”。
在5月25日上午的“儲(chǔ)能安全與標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)認(rèn)證”專場(chǎng)，SGS通標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)服務(wù)有限公司高級(jí)技術(shù)經(jīng)理宿斌分享了主題報(bào)告《鋰離子電池系統(tǒng)安全分析及國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)概述》。經(jīng)演講人本人授權(quán)同意，小編整理了演講速記，并將速記內(nèi)容分享如下：
宿斌：各位同仁、各位領(lǐng)導(dǎo)，大家上午好！
我是來(lái)自SGS通標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)服務(wù)有限公司的高級(jí)技術(shù)經(jīng)理宿斌，我今天跟大家一塊分享的演講題目是《鋰離子電池系統(tǒng)安全分析及國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)概述》，近期社會(huì)上比較關(guān)注一些儲(chǔ)能系統(tǒng)的事故問(wèn)題，我以前也是做儲(chǔ)能系統(tǒng)研發(fā)的，所以跟大家一塊分享一些儲(chǔ)能系統(tǒng)的事故分析。
我的演講題目分為四個(gè)部分：一、鋰離子電池系統(tǒng)的安全問(wèn)題；二、鋰離子電池系統(tǒng)安全風(fēng)險(xiǎn)原因分析；三、鋰離子電池系統(tǒng)相關(guān)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)概述；四、關(guān)于SGS。
儲(chǔ)能系統(tǒng)在日常生活當(dāng)中隨處可見(jiàn)，應(yīng)用已經(jīng)非常廣泛，在電力系統(tǒng)的發(fā)、輸、變、配、用戶側(cè)都有儲(chǔ)能系統(tǒng)的相關(guān)應(yīng)用。大批量、大規(guī)模的應(yīng)用也造成了全世界范圍內(nèi)引發(fā)的儲(chǔ)能系統(tǒng)事故，我在這邊做了一個(gè)儲(chǔ)能電站在全球的起火和爆炸的不完全事故統(tǒng)計(jì)。我們?cè)谶@個(gè)圖上面可以看到在韓國(guó)2017年到2020年已經(jīng)相繼發(fā)生了29起嚴(yán)重的儲(chǔ)能系統(tǒng)事故，在中國(guó)不完全統(tǒng)計(jì)發(fā)生了4起，在山西、江蘇、北京等地。在英國(guó)利物浦風(fēng)電場(chǎng)2020年9月份發(fā)生1起，美國(guó)2012年到2019年相繼發(fā)生3起，日本同時(shí)也有。這么多的儲(chǔ)能電站的事故也給我們提了一個(gè)警示，我們的儲(chǔ)能系統(tǒng)在蓬勃發(fā)展的同時(shí)，對(duì)我們系統(tǒng)的安全性的要求也是越來(lái)越高了。
下面通過(guò)三個(gè)事故來(lái)分析一下儲(chǔ)能系統(tǒng)發(fā)生事故的原因。第一個(gè)是韓國(guó)4月6日儲(chǔ)能電站發(fā)生嚴(yán)重的起火爆炸事故。儲(chǔ)能電站安裝在韓國(guó)忠清南道，光伏裝機(jī)總規(guī)模3.4MW，配的儲(chǔ)能系統(tǒng)是10MWh。當(dāng)時(shí)這個(gè)火災(zāi)事故燒了7個(gè)PACK、140個(gè)電池，造成經(jīng)濟(jì)損失達(dá)到人民幣258萬(wàn)。當(dāng)時(shí)的事故調(diào)查說(shuō)是儲(chǔ)能單元內(nèi)部發(fā)生，有可能是單體電芯的內(nèi)短路造成熱失控，引起級(jí)聯(lián)反應(yīng)。韓國(guó)29起儲(chǔ)能電站的事故總結(jié)了兩點(diǎn)原因：一是大多數(shù)的事故發(fā)生在充電中或者說(shuō)充電完成之后。充電中和充電完成之后的電芯電壓是非常高的，能量也是非常高的，活性也很大。這種時(shí)候，我們的儲(chǔ)能系統(tǒng)的并聯(lián)有可能造成系統(tǒng)內(nèi)并聯(lián)簇的環(huán)流，并聯(lián)簇的環(huán)流就可能對(duì)其中某些簇的單體電芯造成過(guò)充的影響。單體電芯一直處在過(guò)充狀態(tài)，它有可能產(chǎn)生鋰枝晶，發(fā)生一些內(nèi)短路，造成熱失控的現(xiàn)象。第二個(gè)，儲(chǔ)能電站設(shè)計(jì)的時(shí)候，消防系統(tǒng)一般都是用七氟丙烷，而七氟丙烷是用來(lái)隔絕空氣，阻止它發(fā)生熱失控、發(fā)生燃燒，但是七氟丙烷不能夠?qū)崾Э貑误w電芯或者系統(tǒng)進(jìn)行降溫。一旦消防員或者現(xiàn)場(chǎng)人員進(jìn)行滅火救災(zāi)的時(shí)候，很有可能打開(kāi)儲(chǔ)能集裝箱系統(tǒng)，里面會(huì)有一些可燃?xì)怏w突然間有空氣涌入的話，它會(huì)在一個(gè)密閉環(huán)境里發(fā)生爆炸風(fēng)險(xiǎn)。
北京416事件，大家已經(jīng)非常清楚了，其中中國(guó)電科院給了一份報(bào)告，說(shuō)出了八個(gè)誘因，這八個(gè)誘因已經(jīng)分析得非常全面和到位。誘因一是儲(chǔ)能電池安全質(zhì)量，就是單體電芯。雖然我們選用了同一批次的，也是在篩選的時(shí)候選的是比較優(yōu)越的一致性很好的電芯，但是我們也不排除其中有某些單體電芯內(nèi)部有雜質(zhì)或者生產(chǎn)過(guò)程中造成小問(wèn)題，我們篩選過(guò)程中沒(méi)有發(fā)現(xiàn)，但是在實(shí)際長(zhǎng)期運(yùn)行的時(shí)候會(huì)發(fā)生細(xì)微的變化，時(shí)間越來(lái)越長(zhǎng)，過(guò)充對(duì)造成熱失控的危險(xiǎn)性越來(lái)越大；誘因二是儲(chǔ)能系統(tǒng)的電氣拓?fù)?，我們?cè)谙到y(tǒng)并網(wǎng)的時(shí)候，也就是ACDC轉(zhuǎn)換的時(shí)候，儲(chǔ)能系統(tǒng)里面的一次保護(hù)、二次保護(hù)，我們有時(shí)候會(huì)因?yàn)槌杀镜脑蚧蛘呤乾F(xiàn)場(chǎng)安裝的原因進(jìn)行縮減，造成安全隱患；誘因三是電池管理系統(tǒng)（BMS），有些事故發(fā)生的時(shí)候BMS并沒(méi)有報(bào)警，這也警示了整個(gè)系統(tǒng)的安全性，我們的軟件控制和警示部分也需要加強(qiáng)；誘因四是現(xiàn)場(chǎng)電纜和線束現(xiàn)場(chǎng)布局，也有可能在錯(cuò)綜復(fù)雜交錯(cuò)的電纜之間，如果發(fā)生了過(guò)充的事故，有可能會(huì)引起一些閃弧的現(xiàn)象，會(huì)波及到其他的電池儲(chǔ)能系統(tǒng)；誘因五是電站防火設(shè)計(jì)，整個(gè)儲(chǔ)能電站會(huì)有很多集裝箱的排布，集裝箱與集裝箱之間或者是整個(gè)儲(chǔ)能系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中間有沒(méi)有防火的設(shè)計(jì)，比如說(shuō)需要增加防火墻；誘因六是電站配套的監(jiān)控預(yù)警滅火系統(tǒng)及消防用水，這個(gè)事故發(fā)生的時(shí)候，消防員在一側(cè)滅火的同時(shí)，有可能消防用水會(huì)流到另外一側(cè)，有可能引起另外一側(cè)電站的短路；誘因七是氣象環(huán)境，有時(shí)候儲(chǔ)能環(huán)境應(yīng)用環(huán)境是在風(fēng)沙比較大的地方，比如說(shuō)高原地區(qū)，如果有一些沙塵暴或者有一些風(fēng)沙，對(duì)我們的通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行堵塞，有可能會(huì)對(duì)整個(gè)儲(chǔ)能系統(tǒng)的散熱進(jìn)行影響。另外是絕緣也會(huì)有影響，整個(gè)儲(chǔ)能系統(tǒng)長(zhǎng)期運(yùn)行在高溫環(huán)境下，比如說(shuō)它的散熱通風(fēng)都被堵掉，它在高溫環(huán)境下運(yùn)行，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)單體電芯是一個(gè)不良的運(yùn)行環(huán)境；誘因八是現(xiàn)場(chǎng)人員的操作和管理制度，這也是我們?cè)诮▋?chǔ)能電站時(shí)候一定要非常注意的一點(diǎn)，要有經(jīng)驗(yàn)的人員、有嚴(yán)格的管理規(guī)章制度去嚴(yán)格執(zhí)行。
第三個(gè)事故是美國(guó)麥肯錫分析了APS儲(chǔ)能電站發(fā)生的事故，當(dāng)時(shí)的事故報(bào)告做了幾點(diǎn)分析和總結(jié)。因?yàn)檫@個(gè)事故發(fā)生的時(shí)候也是有消防員在現(xiàn)場(chǎng)滅火時(shí)發(fā)生了嚴(yán)重的事故。整個(gè)儲(chǔ)能系統(tǒng)的通風(fēng)設(shè)計(jì)是有一些缺陷，因?yàn)殡姵貎?chǔ)能系統(tǒng)在里面的單體電芯發(fā)生熱失控的時(shí)候，整個(gè)集裝箱是密閉的，它里面析出的可燃?xì)怏w在集裝箱內(nèi)不能及時(shí)有效進(jìn)行通風(fēng)排出，在去滅火的同時(shí)打開(kāi)門(mén)，發(fā)生了空氣涌入，在密閉環(huán)境發(fā)生爆炸的現(xiàn)象。它就提出了幾點(diǎn)建議：建議更新現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)，中國(guó)一直在加大力度更新我們的標(biāo)準(zhǔn)，作為以后儲(chǔ)能電站設(shè)計(jì)和運(yùn)營(yíng)的依據(jù)；它也是建議我們?cè)谠O(shè)計(jì)儲(chǔ)能系統(tǒng)的時(shí)候要注意通風(fēng)滅火和冷卻系統(tǒng)的熱分析、熱處理。我發(fā)現(xiàn)整個(gè)儲(chǔ)能系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程當(dāng)中，儲(chǔ)能系統(tǒng)上層的PACK和最底下PACK的溫差是比較大的，我們的BMS設(shè)計(jì)的溫差報(bào)警保護(hù)區(qū)間在實(shí)際運(yùn)行當(dāng)中有可能會(huì)調(diào)大溫差報(bào)警保護(hù)，因?yàn)闊崃渴峭献叩?，上層PACK的溫度一直在高溫環(huán)境下運(yùn)行，下層PACK的溫度比上層運(yùn)行環(huán)境溫度低一些，造成整體系統(tǒng)一致性運(yùn)行時(shí)間差別越來(lái)越大，可能會(huì)造成整個(gè)系統(tǒng)的安全隱患；最后它提到了開(kāi)展教育和培訓(xùn)，制定應(yīng)急響應(yīng)政策。整個(gè)儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)，因?yàn)樗且粋€(gè)能量密集型的聚集體，所以這也是屬于比較危險(xiǎn)的運(yùn)行，所以我們的專業(yè)運(yùn)行維護(hù)人員也需要有一個(gè)專業(yè)的培訓(xùn)。
儲(chǔ)能系統(tǒng)的安全問(wèn)題。其中最關(guān)鍵的就是鋰離子電池部分，鋰電池在整個(gè)儲(chǔ)能系統(tǒng)的成本也是占據(jù)到60%-70%。在一個(gè)密閉的空間里面集聚大量的鋰電池是非常危險(xiǎn)的。其中的一個(gè)單體發(fā)生了熱失控，很有可能級(jí)聯(lián)到其他的單體電芯甚至到其他的PACK和其他的簇。除了單體電芯之外，儲(chǔ)能系統(tǒng)里面還有很多的電氣設(shè)備，這些電氣設(shè)備有一些絕緣或者高電壓、大電流的涌入，也會(huì)對(duì)這些保護(hù)設(shè)備造成沖擊。其中的一些設(shè)備和線纜發(fā)生了一些老化，也有可能造成系統(tǒng)內(nèi)單體電芯或者是PACK的短路。
通常情況下，鋰電池在發(fā)生熱失控的時(shí)候會(huì)析出大量的氫氣、一氧化碳、二氧化碳、甲烷、苯、甲苯等有機(jī)體，這些都屬于可燃?xì)怏w。我們?cè)谧?540A評(píng)估的時(shí)候，發(fā)現(xiàn)鋰離子單體或者是PACK析出的氣體里面，氫氣和一氧化碳占的成分是比較大的，也有可能析出氯化氫、氟化氫等有毒氣體。假如說(shuō)在集裝箱內(nèi)發(fā)生熱失控，它析出大量的氫氣和一氧化碳，有可能會(huì)造成整個(gè)事故的蔓延。
在標(biāo)準(zhǔn)里面對(duì)熱失控也有清晰的定義，像國(guó)標(biāo)36276、IEC62619、UL1973、UL9540A都定義了單體電芯熱失控的定義，我們國(guó)標(biāo)36276同時(shí)也定義了模組的級(jí)聯(lián)熱失控的定義。這是熱失控的整個(gè)過(guò)程，就是單體電芯從開(kāi)始加熱到它析氣，一直到爆炸燃燒，最后燃燒結(jié)束，一共有五個(gè)階段，不再贅述。風(fēng)險(xiǎn)原因分析：1.電池系統(tǒng)的缺陷。單體電芯在選的時(shí)候，一致性沒(méi)有選好，另外一個(gè)就是我們系統(tǒng)內(nèi)的保護(hù)邏輯沒(méi)有設(shè)計(jì)得非常完善；2.應(yīng)對(duì)絕緣檢測(cè)的保護(hù)系統(tǒng)不夠，有可能在整個(gè)系統(tǒng)里面會(huì)發(fā)生與外部絕緣失控，產(chǎn)生閃弧，造成短路；3.儲(chǔ)能電站建設(shè)完以后需要管理和維護(hù)；4.BMS、EMS之間的協(xié)調(diào)管控以及預(yù)警失效等問(wèn)題也需要我們注意。
儲(chǔ)能系統(tǒng)的安全設(shè)計(jì)涉及到很多部分，像電化學(xué)安全，就是單體電芯；也涉及到機(jī)械結(jié)構(gòu)安全，像鹽霧、擠壓碰撞；弱電安全是采樣電壓、SOC估算、BMS預(yù)警；高壓安全涉及到絕緣、連接器、過(guò)流過(guò)壓；熱安全就是我們的熱處理，就是我們的集裝箱整個(gè)運(yùn)行的環(huán)境，一定不要在高溫環(huán)境下運(yùn)行，它產(chǎn)生的熱量一定要由我們的熱處理系統(tǒng)把熱量帶走；使用安全，像熱失控的預(yù)警、熱擴(kuò)散的預(yù)警，在我們的儲(chǔ)能系統(tǒng)里面也要加強(qiáng)設(shè)計(jì)。
這部分是相對(duì)于我們的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的概述。在北美地區(qū)延用的是UL9540的要求，其中它對(duì)單體電芯、PACK和簇的要求是UL1973和UL9540A，我們簽的LOGO是下方的SGS，C是加拿大，US是美國(guó)。這邊要注意是如果我們要加C的話，其中我們?cè)O(shè)計(jì)的零部件也是要符合加拿大的標(biāo)準(zhǔn)。在歐洲那邊，我們并網(wǎng)的時(shí)候要用到各個(gè)國(guó)家的標(biāo)準(zhǔn)要求，德國(guó)有VDE2510，我們的電池需要測(cè)IEC62619和IEC63056儲(chǔ)能系統(tǒng)。在澳洲可以用ICE的標(biāo)準(zhǔn)，也可以用UL1973的標(biāo)準(zhǔn)。日本是JIS8715-2，韓國(guó)是KC62619，跟IEC62619標(biāo)準(zhǔn)相同。在系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)里面，我們除了這些標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試以外還要注意，假如說(shuō)我們用塑料，它有阻燃等級(jí)和IP等級(jí)的要求。關(guān)于電氣間隙和爬電距離，也是要參考UL60950和UL840，其中一些線束和端子也是需要符合一些標(biāo)準(zhǔn)要求，包括右邊的功能安全部分，尤其我們?cè)谧鯨EC62619和北美UL1973的同時(shí)，也要評(píng)估IEC60730和UL60730或者是IEC/UL61508部分的功能安全評(píng)估。
關(guān)于UL9540A，它是在NFPA855儲(chǔ)能系統(tǒng)安裝標(biāo)準(zhǔn)里面會(huì)提到。假如說(shuō)我們的儲(chǔ)能系統(tǒng)有一些安裝距離和安裝容量的要求，比如說(shuō)整體系統(tǒng)大于600千瓦時(shí)或者單簇大于50千瓦時(shí)，或者簇與簇之間的安裝距離小于0.934米，都是需要提供UL9540A的評(píng)估，我們現(xiàn)在也給各大廠家做了UL9540A的評(píng)估報(bào)告。
這部分，我就不再贅述了，大家可以拍一下，這是出口北美或者出口歐洲，或者出口日本、澳洲需要做的一系列的認(rèn)證。左邊是我們發(fā)出的證書(shū)樣本，現(xiàn)在我們SGS針對(duì)UL9540A也是做了很多的廠家。
介紹一下SGS。SGS是國(guó)際公認(rèn)的NO.1的檢測(cè)認(rèn)證機(jī)構(gòu)，全球有9萬(wàn)4千名員工，有2萬(wàn)6千個(gè)分支機(jī)構(gòu)和實(shí)驗(yàn)室。我們?cè)谏虾：蜕钲诙纪队须姵貦z測(cè)實(shí)驗(yàn)室，也是獲得了CNAS和美國(guó)A2LA的資質(zhì)認(rèn)可，也獲得IECEE CBTL的認(rèn)可，我們對(duì)歐洲、北美、日本和韓國(guó)包括全球各個(gè)國(guó)家的出口認(rèn)證都有相應(yīng)的解決方案。
我們涉及的產(chǎn)品包括18650消費(fèi)類單體電芯、一些大的儲(chǔ)能或者是動(dòng)力電池，以及輕量級(jí)的，譬如說(shuō)平衡車(chē)、搖擺車(chē)、電動(dòng)自行車(chē)、電動(dòng)摩托車(chē)以及大的儲(chǔ)能系統(tǒng)的電池和動(dòng)力電池，包括無(wú)人機(jī)、割草機(jī)或者AGV無(wú)人車(chē)電池出口認(rèn)證，我們都能提供全球的認(rèn)證解決方案。
這是我們給大家發(fā)的證書(shū)的LOGO，下面是CB，中間是NA（北美地區(qū)的），然后日本的PSE，美國(guó)的CTIA，然后德國(guó)的GS和我們的安全生產(chǎn)SGS的認(rèn)證。由于時(shí)間關(guān)系，我的演講就到此結(jié)束，如果大家有什么問(wèn)題我們可以會(huì)后繼續(xù)交流，謝謝大家！
