储能电池热失控火灾演化机制及防控_电力技术培训课件.pptx

储能电池热失控火灾演化机制 及其防控技术主要内容一锂离子电池应用前景与火灾形势二锂离子电池热失控特性及其演化机制三锂离子电池火灾多级防控技术方法四总结与展望锂离子电池应用前景与 火灾形势Part1锂离子电池应用前景与火灾形势锂离子电池应用前景与火灾形势储能是各国能源战略的重要内容，也是能源互联网的重要环节中国电力储能累计装机分布中国新型储能累计装机规模2021年，中国新增投运电力储能项目装机规模首次突破10GW，达到10.5GW。其中，新型储能新增规模首次突破2GW，达到2.4GW/4.9GWh。新型储能中，锂离子电池和压缩空气均有百兆瓦级项目并网运行。数据来源：中关村储能产业技术联盟（CNESA）锂离子电池应用前景与火灾形势锂离子电池工作原理充放电LiM O ???? Li M O +xLi+ +xe-正极反应：正极材料：钴酸锂、磷酸铁锂、三元等 负极材料：石墨、钛酸锂、硅碳负极等 电解液：锂盐(LIPF6等)+有机溶剂(EC)等 隔膜材料：聚乙烯、聚丙烯等x y 1-x x y负极反应：nC+xLi+ +xe- ?充放电总反应：LiM O +nC ???充放电?Li M O +Li Cx y1-x x y x n电池系统的安全隐患电池单体热失控火灾、爆炸事故电池组热失控传播6锂离子电池应用前景与火灾形势储能领域，锂离子电池火灾事故时有发生2021年北京储能电站火灾2018年8月 江苏某储能项目起火2017年 3月 山西某火力发电厂储能系统辅助机组AGC调频项目发生火灾2018年 7月 韩国灵岩风力发电厂的ESS设备发生火灾，约706㎡规模电池建筑和3500块以上锂电 池烧毁；韩国储能电站年发生火灾概率高达1.5%（23/1000，2018.5-2019.5）2018年 8月 江苏某用户侧储能电站火灾2019年 4月 美国亚利桑那储能系统发生火灾2021年4月 北京大红门储能电站火灾7锂离子电池应用前景与火灾形势热失控传播导致电池系统中火灾持续扩大，难 以有效扑救锂离子电池热失控孕育机制、火灾特性？电池模组内热失控传播、火灾动力学演化？电池火灾防控技术方法— —精准的预测预警方法？ 高效的灭火技术？8锂离子电池热失控特性及其演化机制Part 2锂离子电池热失控孕育机制基于绝热加速量热仪，开展锂离子电池的绝热热失控测试获得热失控特征参数，研究锂离子电池热失控演变机制38Ah 方形三元/石墨电池， 148mm×91mm×26mm。 SOC：0%，50%， 100%绝热加速量热仪实物图锂离子电池热失控孕育机制根据电池的特征行为规律，阶段性划分电池的热失控孕育过程Temperature Temperature Rate (oC min-1)Voltage5600) 500200 Co(190Temperature)180o 400C((151.2 oC) Temperature1701603001501401301201500 1520 154044.10 VoltageTemperatureVoltage (V)3Voltage (V)Safety ventingMicro short circuitinside the LIB (134.5 oC)4.0524.001340 1360 1380 1400 1420 1440 1460 1480time (min)100 200 40Stage I: 25 oC~ Tonset (90.6 oC ) ；在EV-ARC的加热作用下，电池温度稳定升高；Stage II: Tonset ~ TISC (134.5 oC); 电池触发自加速反应，温度缓慢升高；在TISC，隔膜开始融化，电池发生微 短路，电压掉落；Stage III: TISC ~ Ttr (157.6 oC) 电池温升速率加快，当温度达到阈值时（Ttr），电池发生热失控；Stage IV: 电池发生热失控，其温度表现出指数型增加，在极短的时间内达到 Tmax (522.6 oC )11锂离子电池热失控孕育机制热失控孕育机制锂离子电池热失控演化机制示意图12锂离子电池热失控孕育机制分别比较了不同SOC下电池的内短路温度（T ）、(1-a)6 Voltage(1-b) 1040% SOC500Temperature Rate0% SOC0% SOC240ISC 4 Voltage TemperatureTemperatureTemperature Rate (oC min-1)220310热失控触发温度（Ttr）、温升速率（dT/dt）、峰值温度（Tmax）以及相关动力学参数等5Temperature (oC)3Voltage (V)400200180210Temperature (oC)2160154.1 oC