那曲地有消防的鋰離子電池儲能集裝箱廠家 隨著大規模電力儲能技術的迅速發展，在建立智能電網過程中配套的大容量高效電力儲能設施，既可以有效緩解發、用電雙方的時間和空間矛盾，又可以解決以風能和太陽為代表的綠色可再生能源發電直接并網對電網的沖擊，以提高電能質量。隨著可再生能源發電并網的井噴式發展，電力儲能技術必將成為電網穩定、高效、安全運行必不可缺的重要環節，具有巨大的應用前景。目前，儲能技術在新能源發電、孤立微網、廠網側、用戶側、電力服務等眾多領域應用廣泛，儲能電站規模朝著精準化建設、大規模百兆瓦級級別發展。在眾多儲能形式中，電化學儲能具有能量轉換效率高、響應速度快和模塊化等優點而得到大力發展。截至2017 年底，國內電化學儲能市場累計裝機規模389.8 MW，預計到2025 年，國內電化學儲能市場累計裝機規模將達到10.8 GW，在未來的5~10 a，大規模電力儲能裝備需求將會迎來爆發式增長，儲能市場前景廣闊。其中，鋰離子電池儲能技術具有能力密度高、循環壽命長、無污染和利于規模化等優勢而被大力推廣，鋰離子電池儲能系統的研究及應用得到迅猛發展。

由于集裝箱式鋰離子電池儲能系統的工作環境相對密閉，散熱條件有限，鋰離子電池在充放電過程容易造成熱量的積聚，特別是在極端工況條件下（過充、短路、過溫等），熱量積累易導致電池溫度急劇升高并發生熱失控，從而引發鋰離子電池火災爆炸事故。近年來，國內外鋰離子電池儲能電站火災事件時有發生。2018 年6 月，韓國慶山變電站電池過熱爆炸；2018 年7 月，韓國全羅南道靈巖郡發電園區鋰離子電池儲能裝置發生火災，造成706 m2 規模電池建筑和3 500 余塊鋰離子電池全部燒毀。

為了提高集裝箱式鋰離子電池儲能系統的整體安全性，避免儲能電站火災連鎖事故的發生，有必要針對集裝箱式鋰離子電池儲能系統消防安全進行深入研究。

1 集裝箱式鋰離子電池儲能系統構成及其工作原理

1.1 鋰離子電池儲能系統構成

集裝箱式鋰離子電池儲能系統是一種由若干鋰離子電池簇和電氣設備組成并放置于密閉空間的單元集合，如圖1 所示。筆者以一套6.6 m 集裝箱式鋰離子儲能消防一體化試驗平臺，進行工程化應用及功能驗證研究。該平臺裝機容量約200 kW/400 kWh，主要包含磷酸鐵鋰離子電池、BMS、PCS、EMS、通風采暖、視頻監控、消防系統、照明、集裝箱等。

1.2 鋰離子電池儲能系統工作原理

200 kW/400 kWh 鋰離子電池儲能系統整體聯接方案：電池組間內部通過銅排連接，電池組至直流配電柜通過電纜連接，電纜通過底部電纜溝進入直流配電柜。直流配電柜至PCS 采用電纜經由電纜溝接入PCS 直流側輸入斷路器，PCS 通過隔離變壓器并入市網。電池管理系統可以實現電池工作狀態信號的準確采集，實現單體電池主要參數，如電池組端電壓、電流、溫度等的采集，具有電池短路、過充或過放的保護功能；實現電池容量和健康診斷計算。消防管理系統具備火災全周期監測功能，實時采集環境氣體、煙霧、溫度與火焰數據，通過多傳感器復合判斷方式，有效識別火災信號，實現早期火災發現和預警的功能；通過滅火裝置采用無毒、無損害方式對鋰電滅火。

2 集裝箱式鋰離子電池儲能系統消防分析

2.1 儲能系統滅火設施現狀及存在的問題

目前，鋰離子電池滅火普遍采用傳統的七氟丙烷滅火裝置，該裝置對大規模鋰離子電池儲能系統的滅火效果尚不明晰。鋰離子電池火災與普通火災具有較大的不同，其作為能量聚集體，在熱失控發生后容易引發周圍電池發生連鎖燃燒爆炸反應，且鋰離子電池在自燃同時會釋放氧氣，易出現復燃現象。國內外在集裝箱式鋰離子電池儲能系統消防裝置研究方面尚處于起步階段，主要沿用傳統的電氣滅火裝置，對鋰離子電池火災缺乏針對性，裝置的功能也有待完善。

鋰離子電池火災撲救存在的主要問題：

（1）部分電池發生燃燒爆炸后產生的熱量很快會波及相鄰放置的電池，如防控不當或撲救不及時，極有可能造成火災向周邊儲能單元蔓延擴大，從而引起大規模火災爆炸事故的發生；

（2）鋰離子電池燃燒產生大量高溫且有毒的濃煙，存在爆炸、中毒危險，造成環境污染；

（3）鋰離子電池燃燒熱值大，需要大量消防水冷卻，否則容易復燃，但大量消防水的使用會使電池發生短路燃燒或爆炸，滅火時間延長，且滅火后需要長時間監控。

2.2 集裝箱式鋰離子電池儲能系統設計

（1）電池系統設計。根據儲能電站容量及功能要求，完成儲能電池選型、電池系統組/串/陣列設計研究，保證儲能系統容量、電壓等要求，電池系統布局如圖2 所示。

（2）儲能系統熱管理系統設計。通過對空調選型和布局設計、散熱風道結構和尺寸設計，并結合熱-固耦合仿真計算，完成集裝箱式鋰離子電池儲能系統散熱的優化設計，獲得了最佳的散熱效果，保證儲能電池在工作過程中具有良好的通風效果，減少電池系統溫升及溫度差異。熱管理系統結構如圖3 所示，由空調、整體風道、柜體風道、風扇、溫濕度傳感器等組成，通過對整個熱管理系統的智能控制，實現對電池室內部環境溫度的有效控制。

2.3 儲能系統熱管理系統方案及仿真模擬分析

鋰離子電池在運行過程中，由于內部電化學反應存在和環境溫度升高的影響，會提升電池的內腔溫度而使反應加劇；而在高寒地區，由于環境低溫的影響，也會降低電池內的反應速度。前者可能導致熱失控而使電池提早失效并產生安全問題，后者也會降低電池的充放電能力和效率。設計了一套電池熱管理系統，確保電池能在合適的溫度下工作，從而提高充放電效率，延長壽命。

空調頂部出風，通過風道將冷（熱）風均勻的送至每個電池柜，同時電池柜設計導熱孔，保證冷（熱）量能順利地到達每個電池PACK、每個模組。空調下部為回風口，出風及回風在集裝箱形成風路循環，其整體系統仿真如圖4所示。可以看出，熱管理系統不僅能使電池的工作溫度嚴格地控制最佳工作溫度范圍之內，系統中電池最低溫度28.6 ℃，最高溫度33.3℃，最大溫差4.7 ℃，且電池之間的溫差也能控制在5 ℃以內，取得了明顯的效果。

3 消防一體化試驗平臺方案構想

筆者提出一種適用于集裝箱式鋰離子電池儲能系統的滅火試驗平臺，其特點在于定點、定位以及耦合滅火。具體方式是在鋰離子電池組柜架背面布置4 組消防管道及滅火劑噴頭陣列，選擇不同類型的滅火劑，如圖5 所示。對于6.6 m 集裝箱鋰離子儲能系統，研究水噴淋、細水霧、氣體、干粉等滅火劑對撲救集裝箱式鋰離子電池火災的效果，通過改進的管道布局及滅火噴頭，保證在預警或火警信號發出時，精確定位發生火災的電池組，及時有效地進行滅火。試驗系統可以方便有效地進行單一方式滅火試驗和耦合方式滅火試驗，準確地確定更適合于集裝箱式鋰離子電池火災的滅火劑及滅火系統布局方式。同時，該滅火系統管道可以與風道有機結合，不占用集裝箱內電池組的擺放空間，保證集裝箱內的能量密度不受滅火系統的影響。

從集裝箱式鋰離子儲能系統本身出發，通過對集裝箱式鋰離子電池儲能系統特點的分析，指出了其在過充、短路、過溫等極端工況條件下熱量的積累易導致熱失控，從而引發火災事故。搭建了集裝箱式鋰離子電池儲能系統的熱管理系統，并對單個電池簇和整個系統進行了熱管理仿真分析。結果表明，該系統不僅能使電池的工作溫度嚴格地控制在最佳工作溫度范圍之內，而且電池之間的溫差也能控制在5 ℃以內，取得了明顯的效果。在此基礎上，提出了一種定點、定位以及耦合滅火相結合的集裝箱式鋰離子儲能消防系統。今后，將對其功能性進行驗證，提高消防系統的可靠性，實現其在儲能系統消防的工程應用，降低集裝箱式鋰離子電池儲能系統的運行風險。