如何開發(fā)和采用硬件阻止電池儲(chǔ)能系統(tǒng)發(fā)生火災(zāi)？

2023-08-31 19:37:25 來源：中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)

電池儲(chǔ)能行業(yè)正在經(jīng)歷一場(chǎng)引人注目的變革。在未來五年內(nèi)，預(yù)計(jì)美國(guó)安裝的儲(chǔ)能系統(tǒng)裝機(jī)容量將增長(zhǎng)近500%。這種增長(zhǎng)是由可再生能源的廣泛應(yīng)用所推動(dòng)的，電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商將電網(wǎng)規(guī)模的電池儲(chǔ)能系統(tǒng)定位為電力基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，為電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)提供平衡和彈性。

(相關(guān)資料圖)

然而，電池儲(chǔ)能系統(tǒng)發(fā)生的火災(zāi)給電池儲(chǔ)能行業(yè)的快速發(fā)展蒙上了一層陰影。雖然電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的火災(zāi)是一個(gè)復(fù)雜的挑戰(zhàn)，但電池儲(chǔ)能系統(tǒng)制造商必須專注于開發(fā)和采用可以防止電池儲(chǔ)能系統(tǒng)火災(zāi)發(fā)生和蔓延的硬件。

這些硬件在將電池與可能引發(fā)火災(zāi)的外來物質(zhì)隔離、維持標(biāo)準(zhǔn)工作溫度和防止電氣異常方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。為了確保安全性、可靠性和持續(xù)增長(zhǎng)，電池儲(chǔ)能行業(yè)的制造商必須解決其硬件的弱點(diǎn)。必須使電池儲(chǔ)能行業(yè)達(dá)到安全標(biāo)準(zhǔn)，然后再進(jìn)一步推進(jìn)。

保護(hù)重要部件

電池制造商都必須確保他們的電池不受液體和固體滲透的影響。如果電池外殼或電池模塊密封不當(dāng)，冷凝物、灰塵和其他異物可能引發(fā)火災(zāi)。入口防護(hù)(IP)等級(jí)衡量電池儲(chǔ)能系統(tǒng)對(duì)這些外來物質(zhì)的抵抗力，作為抵御潛在點(diǎn)火源的第一道防線。

對(duì)于電池外殼(圍繞并包含電池儲(chǔ)能系統(tǒng)組件的外部保護(hù)外殼)，要求的最低IP等級(jí)為IP 55，這是一個(gè)相對(duì)較高的密封水平。在這個(gè)IP級(jí)別上，外殼免受有限的灰塵進(jìn)入和來自低壓水流的進(jìn)入。電池模塊(大型電池儲(chǔ)能系統(tǒng)內(nèi)的獨(dú)立電池單元)沒有最低的IP等級(jí)，但行業(yè)領(lǐng)先的是電池儲(chǔ)能系統(tǒng)制造商應(yīng)該以與外殼匹配的等級(jí)為目標(biāo)。這確保了電池模塊在維護(hù)活動(dòng)或外殼密封失效期間保持密封，從而降低暴露于異物的風(fēng)險(xiǎn)。

通過精心設(shè)計(jì)和實(shí)施更高IP等級(jí)的外殼和模塊，電池儲(chǔ)能系統(tǒng)制造商可以創(chuàng)建一個(gè)強(qiáng)大的屏障，有效地將關(guān)鍵組件與元件隔離開來。

冷卻系統(tǒng)

然而，并不是所有的電池儲(chǔ)能系統(tǒng)都能有效密封。根據(jù)定義，與液冷的電池儲(chǔ)能系統(tǒng)相比，風(fēng)冷的電池儲(chǔ)能系統(tǒng)更容易受到進(jìn)入電池外殼或電池模塊的異物的影響?？諝饫鋮s包括利用周圍的空氣來散發(fā)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量。一旦灰塵或污垢進(jìn)入空氣冷卻系統(tǒng)，它可能會(huì)在外殼中再循環(huán)。另一方面，液體冷卻利用循環(huán)系統(tǒng)使液體冷卻劑通過電池儲(chǔ)能系統(tǒng)內(nèi)的冷板或管道進(jìn)行冷卻。

雖然任何系統(tǒng)都容易受到外來物質(zhì)突破密封件的影響，但風(fēng)冷系統(tǒng)中的任何IP弱點(diǎn)都會(huì)很快被發(fā)現(xiàn)。相比之下，液冷系統(tǒng)的防護(hù)能力更強(qiáng)。它們必須經(jīng)歷嚴(yán)重故障或外部損壞才能允許任何異物進(jìn)入電池。

然而，在空氣冷卻和液體冷卻之間進(jìn)行選擇，除了有效地密封電池之外，還有其他影響。冷卻系統(tǒng)是維持電池內(nèi)安全工作溫度的基本要素。與鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)相關(guān)的主要火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)之一是熱失控——電池內(nèi)部的連鎖反應(yīng)，可能從短路、制造缺陷、外部熱量、過充或物理?yè)p壞開始。一旦一塊電池進(jìn)入熱失控狀態(tài)，它就會(huì)產(chǎn)生足夠的熱量，導(dǎo)致相鄰的電池也這樣做，從而導(dǎo)致連鎖故障。冷卻系統(tǒng)負(fù)責(zé)冷卻和散熱管理，以防止或減輕熱失控。

但并不是所有的冷卻系統(tǒng)都是一樣的。根據(jù)在電池儲(chǔ)能系統(tǒng)制造過程中所做的觀察，采用風(fēng)冷系統(tǒng)，電池池儲(chǔ)能系統(tǒng)內(nèi)部的溫度可能比采用液冷系統(tǒng)高10℃。雖然空氣冷卻通常更容易實(shí)現(xiàn)，并且需要更少的組件，但它在有效冷卻具有高發(fā)熱量的大型電池儲(chǔ)能系統(tǒng)方面可能存在局限性。一般來說，液體冷卻系統(tǒng)可以提供更精確的溫度控制，實(shí)現(xiàn)更好的熱管理，并確保電池在安全溫度范圍內(nèi)運(yùn)行。

冷卻系統(tǒng)必須與除濕系統(tǒng)協(xié)同工作，以對(duì)抗電池儲(chǔ)能系統(tǒng)外殼內(nèi)的濕氣。濕氣會(huì)帶來短路、電池過熱和母線腐蝕導(dǎo)致效率損失的風(fēng)險(xiǎn)?？諝饫鋮s系統(tǒng)容易凝結(jié)。它們經(jīng)常打開和關(guān)閉，使電池表面更冷，并可能導(dǎo)致冷凝。

電池儲(chǔ)能制造商必須安裝先進(jìn)的、經(jīng)過驗(yàn)證的冷卻系統(tǒng)來控制電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的內(nèi)部溫度。

浪涌保護(hù)設(shè)備

電網(wǎng)規(guī)模電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的另一個(gè)重要組件是浪涌保護(hù)機(jī)制，它可以防止可能損壞控制系統(tǒng)、電池和火災(zāi)報(bào)警設(shè)備等重要設(shè)備的電氣異常情況。這些機(jī)制防止設(shè)備超過其額定電壓或額定電流，這可能是由于雷擊、開關(guān)的高速操作或斷路器和保險(xiǎn)絲在負(fù)載下斷開而導(dǎo)致的。

浪涌保護(hù)設(shè)備必須正確設(shè)計(jì)、安裝和維護(hù)，以承受防范不正常情況，并防止損壞可能導(dǎo)致失效的電池。

作為基準(zhǔn)，電池儲(chǔ)能制造商應(yīng)遵循NFPA、CSA和IEEE對(duì)UL9540下電涌保護(hù)的要求，并與電涌保護(hù)供應(yīng)商和專家合作，確保設(shè)計(jì)符合這些要求。

安全硬件是集成解決方案的一部分

硬件只是所有制造商都應(yīng)該不斷開發(fā)和實(shí)施的綜合火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)緩解策略的一個(gè)方面。高級(jí)軟件同樣重要，用于監(jiān)控潛在風(fēng)險(xiǎn)，提醒員工注意問題并實(shí)現(xiàn)自動(dòng)響應(yīng)。

除了技術(shù)解決方案，該行業(yè)還必須投資于消防安全測(cè)試，并遵守嚴(yán)格的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。遵守標(biāo)準(zhǔn)化的安全協(xié)議，確保電網(wǎng)規(guī)模的電池項(xiàng)目能夠承受最苛刻的條件，最大限度地降低災(zāi)難性事件的風(fēng)險(xiǎn)。最后，與監(jiān)管機(jī)構(gòu)、應(yīng)急人員和當(dāng)?shù)厣鐓^(qū)進(jìn)行有意義的接觸，對(duì)于促進(jìn)信息共享和制定有效的應(yīng)急計(jì)劃至關(guān)重要。

結(jié)語

隨著是電池儲(chǔ)能行業(yè)為促進(jìn)全球能源轉(zhuǎn)型而向前邁進(jìn)，解決火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)的必要性不容低估。通過優(yōu)先考慮儲(chǔ)能系統(tǒng)的IP等級(jí)、冷卻系統(tǒng)和浪涌保護(hù)機(jī)制，將這些融入在更廣泛的綜合消防安全戰(zhàn)略中，電池儲(chǔ)能制造商可以確保其項(xiàng)目的可靠性和安全性。所有制造商必須在硬件方面達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。但他們不能止步于此——他們必須超越最低要求，消除電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的火災(zāi)隱患，挖掘電池儲(chǔ)能行業(yè)的增長(zhǎng)潛力。

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