中科中涣郭玉坤：储能消防系统的新考量-北极星储能网

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“我们在国内首创设计了一套根据FK5112常温下液体的特性设计了高压泵和雾化装置，通过我们泵体把FK5112喷射到需要灭火的地方去。我们采取一个模式是什么样的方式呢？第一，把火迅速灭了，根据不同容量的电芯，按照设定的程序我们持续间断的来进行灭火介质的介入。我们保持一个相对的空间里始终有灭火介质的存在，而且在不断地降温，而且逐步的降温。在这个过程当中，一方面抑制火灾的产生，另一方面把电芯所产生的热量带走。只有这样，才能完全抑制热失控再次产生。”

——中科中涣防务装备技术有限公司副总经理郭玉坤

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中科中涣防务装备技术有限公司副总经理郭玉坤

各位老师、专家、企业家朋友，大家下午好。

我和大家分享“储能消防系统的新考量”。

储能火灾防控的研究意义，各位专家和企业家朋友提的比较多，不说了。重点说一下我方与中国科学技术大学国家火灾重点实验室联合研究的储能锂电池火灾、防控机理，以及整个系统方案的简单介绍。

实际上锂电池产生的火灾，是一个热量聚集的过程。电池热失控以后，里面大量的有机物质出来，包括一氧化碳和氢气等等这些易燃气体散发出来，如果这些易燃气体散发不出去并大量聚集在一起。一旦发生热失控，后果会非常可怕，而且发展的速率会越来越快。

我们通过实验，在电池发生火灾初期，电池的温度连续升高，升温的速率每秒0.1度逐步提高0.2度，甚至达到每秒1度。这是什么情况？大家对温升的速率可能没有概念，我们做过大量的实验，我们正常的自然界的升温每秒钟也只有零点零几温升的速率，包括天气的温升，我们从室内到室外，整个过程也是零点零几/秒。在火灾发生的初期，电池的一氧化碳的浓度从2.4PPM，迅速升到190PPM以上。这是应急管理部、科大火灾实验室做了大量的实验，把大量的实验数据检测出来，一氧化碳是锂电池失控了以后气体其中一项浓度变化的情况，这是一些曲线。

温升曲线

CO浓度曲线

德国戴姆勒公司锂电池气体实验表

德国戴姆勒公司有一项检测，锂电池电芯产生热失控以后，有许多的气体产生，而且对每一种气体的成分做了一些分析。我们根据这些气体的浓度，很容易选几种比较容易捕捉到的，比较容易探测到的气体作为检测的对象，这是一张表格，有二氧化碳、一氧化碳、氢气、乙烯气体、甲烷、丙烷等等这些气体有大量的图表可以反映出来。

我们设计这套系统重点是预警和处置，我们消防系统设计有一个原则：

就是要迅速、要准确。为什么要迅速、准确？通过大量的热失控的实验，我们建立了一个电芯热失控火灾的模型，我们根据这个情况设计了一个预警的方式，我们通过多种的传感探测方式，1，温度梯度的变化。2，烟雾，电芯失控的时候有大量的烟雾产生出来，在热失控初期有少量的烟雾以及肉眼见不到烟雾，还有一氧化碳，VOC，以及温度、湿度，通过综合的参数来判定电池组、电芯是否将要发生热失控，或者已经发生热失控。

不同介质灭火以及灭火机理。这几天听了很多课，而且也走访许多储能的制造厂家。发现什么样的情况？大家储能箱里面安装了消防系统，这个消防系统普遍都是七氟丙烷，有的是用储压罐，有的悬挂一个罐体，现在单体的容量密度越来越大，从20wh/kg做到现在320wh/kg，单体电芯的容量越来越大，很少有人做热失控实验，着火实验，300安时的电芯产生热失控的视频可以发给大家，非常危险。产生的烟雾从远处看就像是小型的原子弹，产生这么大的烟雾。假如遇到有点火源或者复杂电场环境下电弧放电，它可能会爆炸。我们从不同的厂家买了电芯，每个不同厂家的电芯产生热失控的情况不完全一样，制造电芯质量好的厂家，热失控的模式包括产生热失控的温度、火焰大小、产生烟雾大小、发生时机都非常有规律，但是有质量不太好的厂家，我们在做热失控的过程当中会爆炸，也就是说非常的危险。我们可以说电芯不会产生热失控这是不可能的，锂电池本质安全所决定的有可能热失控，因为它会受到其他方方面面的影响。我们配合了国家相关一些部门，包括火灾实验室做了一些实验。我们发现七氟丙烷可以有效的扑灭锂电池电芯着火后的明火，但是热失控不可逆的化学反应会继续产生热量，而且热量聚集越来越多，当我们一次性把七氟丙烷喷射完以后，火是灭了，但是随着气体的分散、消散，电芯产生的热量会引起第二次、第三次的热失控，极有可能复燃，这是最关键的问题。也就是说，我们有的地方可能储能电站产生火灾以后，初期的火灭了，但后期的热失控会让火再次升级，或者说虽然灭了火，但是没有带走热量，这是一种情况。

还有二氧化碳降温，二氧化碳是纯粹的物理降温过程，通过实验来看降温效果不是很明显。还有采用干粉的灭火，只是摆设。水是最有效的一种灭火的方式。水产生蒸汽以后带走大量的热量，非常有效，但有造成电池短路的风险。在整个消防系统当中，能确保这个消防系统是万无一失吗？是否存在误启动或者不动作，单个电芯产生热失控以后，整个消防系统启动了以后带来的后果，大家可以想像到有些电芯经过水以后，会报废，小小的一个事故会带来大大的损失。这就是水灭火的优缺点，灭火很有效，但是副作用也是比较大。

通过这些实验看，我们现在选择了一种全氟己酮，到空中就完全挥发了，对大气没有污染。在常温情况下，像水一样的液体，超过48度迅速挥发，它的蒸汽压是水的25倍。也就是说从液体转化气体的时候带走大量的热量。而且有效的灭火和有效的降温，上面对不同的灭火机理所做得一些研究。

大家可以看磷酸铁锂电池的热失控特性，可以最高达到400度，三元锂电池可以达到800度。这是做得实验，通过FK5112会迅速降低。如果说把电池热失控以后自然降温，可能25分钟，从300度降到100度。假如没有灭火介质介入的话，在整个降温过程当中可能把它的热量会传递其他相连的电芯产生热失控。这是FK5112介入的对比，整个电芯产生热失控以后，把整个箱子里面喷入FK5112，7分钟从300度降到150度，大多的厂家电芯外部温度不超过150度，可以保持很长的时间不会发生热失控，为后续的处置争取了时间。

自然冷却

喷雾介入

我们在国内首创设计了一套根据FK5112常温下液体的特性设计了高压泵和雾化装置，通过我们泵体把FK5112喷射到需要灭火的地方去。我们采取一个模式是什么样的方式呢？第一，把火迅速灭了，根据不同容量的电芯，按照设定的程序我们持续间断的来进行灭火介质的介入。我们保持一个相对的空间里始终有灭火介质的存在，而且在不断地降温，而且逐步的降温。在这个过程当中，一方面抑制火灾的产生，另一方面把电芯所产生的热量带走。只有这样，才能完全抑制热失控再次产生。

灭火和降温曲线

这是灭火和降温曲线，有很多锯齿形，在FK5112介入的时候温度会下降，下降了以后迅速地上升，然后再下降，在回升再下降，这样形成逐步下降的趋势。也就是说，通过我们多次喷射以后把热量带走。我们如果采用一次性的喷射方式，即使FK5112也达不到这样一个效果。这是我们在PACK电芯做得一个实验，喷射的时候温度下降非常快，也迅速地上升。七氟丙烷并不能有效抑制原理在这里，一次迅速灭了，但是会迅速回升，形成二次明火。

系统组成

这是储能方案的介绍，基于上述原理，系统包括报警单元、数据处理、消防主机，包括后续的处理。刚才有领导说用水，实际上我们方案当中也有水，我们通过大量实验，我们发现只要真正大火着起来，什么样的灭火器没有用。最有效的方式是水，水是最后一道防线，让第一个箱子烧了，不让第二个箱子烧了。假设把FK5112介质喷完了以后火还没有灭，虽然这个概率很小，我们设计还有一个转换开关，把外部的消防水接入我们系统，进行喷雾，进行最后一道灭火。

储能专用消防主机

监控平台

这是监控管理平台的模型。这是我们系统组成，包括我们有火灾的红紫外监控，包括探测模块，我们的探测模块是应急管理部第一个通过消防技术鉴定的，专门用于锂电池火灾预警的，它的控制的策略可以分为一级、二级、三级，一级可燃性气体、二级可燃气体加一氧化碳或氢气，三级是在二级的基础上加温度梯度，这里需要提醒的是阈值的设定非常重要。

对于储能消防，我们总结了八个字“精准、高效、持续、友好”，第一，精准就是准确。精准定位整个储能系统哪里出了问题。第二，高效，利用有限资源实现高效的灭火。第三，持续，持续取走热量，持续降温。第四，友好，对整个环境不造成破坏。

我分享到这里，谢谢大家。