韩国锂离子电池储能电站安全事故的分析及思考-第3页-北极星储能网

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2.3运行环境因素

如前文所述，锂电池需要工作于各参数的安全窗口范围，需要通过初始电热管理设计、BMS/PCS/EMS以及空调系统等管控来维持合理的运行环境。运行环境管理不善将逐渐影响电池及系统的可靠性，进而演化为事故。在韩国储能事故调查报告中，验证性测试证明了水分、盐雾及粉尘将降低电池内模块绝缘性能，从而以外部激源为路径触发电池系统火灾。

环境温度对锂离子电池安全运行至关重要，将对电池本体安全因素产生重要影响。低温环境会减小电池内化学反应速率、降低电解液内离子的扩散率和电导率、使SEI膜处的阻抗增加、锂离子在固相电极内扩散速率减小、界面动力学变差，石墨负极处极化作用显著增强。低温充电时石墨负极将发生锂电镀，这会使负极被金属锂沉积物包裹，造成严重的容量损失，甚至当锂枝晶生长刺破隔膜时造成电池内短路。高温环境不利于电池散热，当电池内部生热量大于外部散热量时，其温度会逐渐上升至过热状态，过热电池会触发各种材料滥用反应，电池内部放热更大，触发热失控。

电池间温差过大将构成各电池老化速率的不一致性，影响系统整体性能，并且不一致性增大到一定程度，将严重影响BMS管控性能[18]。尽管韩国储能事故调查报告中认为电池温差不直接造成系统事故，但在系统不一致性长期演化下，BMS对短板电池的管控将存在SOC/SOH估计误差、短板电池过充过放等问题，严重时也可能导致安全事故。

2.4管理系统因素

管理系统因素不仅包括BMS、PCS、EMS以及对应的联动管控逻辑，也包括管理规章制度等人的因素。前者是系统的核心控制和决策单元，主要作用是对电池系统的工作状态进行监测和管理，对保障电池安全、稳定、可靠运行有重要意义。韩国储能系统安全事故大都是在充电完成后的高SOC状态下发生的，存在局部过充的可能性，这与管理系统的可靠性直接相关。在韩国储能事故二期报告中，调查团队分析EMS历史记录证实了这一点，发生事故的BESS存在部分电芯的电压超过了电池企业的建议的上限充电电压(4.15 V)30 mV，并且连续压差超过400 mV。此外，2018年6月24日的EMS记录电芯在SOC为0时放电约3 min的情况。

管理系统的监测误差及管控滞后甚至失效，是导致电池系统各种滥用以及电池本体非正常老化的直接原因。管理系统的可靠性、有效性一方面取决于监测数据是否准确，另一方面取决于管控系统的输入参数是否合理。随着电池本体因素演化，电池安全阈值参数都将发生变化，在强化管理系统联动设计可靠性的同时，也需要通过定期维护实现参数监测的校准及判据的更新。

此外，国内外现行电池储能系统的厂内验证测试(factory acceptance test，FAT)主要针对各单体设备，电池、PCS、BMS及EMS按照各设备对应的标准进行测试验证，虽然针对各单体设备的国际、国家及行业标准均对设备提出了较为明确、严格的要求，但却难以对其组成的完整系统的控制管理性能进行测试与验证。而在现场调试或现场验证测试(site acceptance test，SAT)，电池储能系统受现场因素制约通常主要进行典型工况充放电性能、功率响应特性、系统充放电容量及效率的测试，依然难以对控制管理性能进行有效的测试与验证。

2.5韩国储能事故经验总结

结合韩国储能事故数据，以及四类引致安全事故因素的分析，可以对锂电池储能系统安全性管理做出以下经验总结。

（1）电池本体因素仍然是储能系统安全的核心，受现阶段管理系统的监测管控可靠性限制，对电池本体的充放电SOC区间有必要适当收紧。一般而言，锂电池在20%～80%的SOC区间工作时充、放电内阻均较小，发热量也相应较小，并且该区间工作不容易造成电池的过充过放问题，有利于规避因此而产生的风险。

（2）电池老化因素及运行环境因素的长期演化将可能造成腐蚀性的绝缘部件损坏，需要强化绝缘检测并进行定期维护检查，同时需要强化漏电断路装置、过电压保护装置、过电流保护装置等电气冲击保护装置的可靠性。

（3）储能系统配置足够强度和灵活性的主动热管理系统是非常必要的。一方面，针对热失控风险单元，可以采取强化制冷、调控冷却介质流量等主动式热管理策略来减缓甚至消除滥用电池内部材料链式反应，降低或消除事故演化为火灾的概率；另一方面，当局部热失控发生时，主动热管理系统可以一定程度上阻断热失控蔓延，防止事故规模的扩大，减少损失。

（4）电池储能系统的标准体系有待进一步完善，特别是涉及PCS、BMS、EMS之间协调、控制与管理的相关标准。对于大型电池储能系统，系统级控制管理性能测试与验证手段需要建立，可考虑依托硬件在环实时仿真实现，以使新电池储能系统在开发设计阶段及储能系统现场在调试前能实现较为完整的系统控制、保护、管理功能及性能验证。

（5）目前业内重点关注和大力开展的热失控提前预警和消防安全技术，不能从根本上避免锂电储能系统的安全事故。欲达成锂电储能电站“零事故”绝对安全的目标，需要改变思路，从电池安全状态的实时评价和预测着手，针对电池本体及运行条件等多因素耦合作用的长期演化特性，研发电池安全风险的早期预警系统，从源头降低电池系统热失控风险。

原标题：韩国锂离子电池储能电站安全事故的分析及思考

投稿与新闻线索：陈女士微信/手机：13693626116 邮箱：chenchen#bjxmail.com（请将#改成@）

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