SSB蓄电池的安全性分析与风险管理
2026-02-02 10:05:24
随着磷酸铁锂电池在新能源电站领域的广泛应用，其安全性逐渐成为社会关注的焦点。本文旨在全面分析磷酸铁锂电池在化学、火灾、电气和机械方面的潜在危害，并探讨相应的风险管理策略。通过文献综述和案例研究，提出了一系列预防措施和应急应对策略，以确保电池的安全使用和长期稳定性。
1。简介
磷酸铁锂电池因其环保、安全、寿命长而被广泛应用于多个领域。然而，随着新建大型储能电站项目的大量应用，其运行安全稳定性问题也逐渐暴露出来。鉴于此，本文将对这些风险进行深入探讨，并提出相应的管理措施。
2。磷酸铁锂电池的危害因素
2.1化学危害
2.1.1磷酸铁锂电池的化学物质主要包括以下几类:
1正极材料:磷酸亚铁锂LiFePO4。这是磷酸铁锂电池的主要活性物质，用于锂离子在充放电过程中的嵌入和脱嵌。
纳米电极材料:通常是碳材料，如石墨或其他碳基复合材料。负极材料在充电和放电过程中与锂离子发生化学反应。
电解质:主要由碳酸乙烯酯EC、碳酸丙烯酯PC、碳酸二甲酯DMC等有机碳酸酯溶剂和LiPF6等锂盐组成。电池中的电解液
它在锂离子传导中起作用。
4隔膜:隔膜位于正负极之间，防止直接接触造成短路，允许锂离子通过。隔膜材料通常是聚烯烃，如聚丙烯PP或聚乙烯PE。
粘结剂:用于将活性物质粘结到电极集流体上，以保证电极结构的稳定性。常见的粘合剂有聚偏二氟乙烯PVDF等。
集电器:铝箔通常用作正极，铜箔用作负极，作为电流的集电器和导体。
7其他添加剂:为了提高电池的性能，电解液中可能会添加一些其他化学物质，如过充电抑制剂和阻燃剂。
2.1.2上述chemicals
1LiPF₆、有机碳酸盐和铜的危害性均在国家危险废物名录中。LiPF₆具有强腐蚀性，遇水易分解成氢氟酸HF。HF是一种有毒化学品，对水生生物有毒害作用，改变水的酸碱平衡。
2发生火灾爆炸事故或更换的废电池，会有电池分解产物，可能对大气、水、土壤造成严重污染，影响生态系统。
电池中的磷进入水体后，容易造成水体富营养化。这会导致藻类大量繁殖，消耗水中的溶解氧，从而影响水生生物的生存。
电池中的重金属元素，如铜，如果随意排放会污染土壤。重金属不容易落在土壤里。
解，长期积累会对土壤生态造成破坏，影响植物生长和土壤肥力。
当磷酸铁锂电池失控时，会产生大量的有毒气体和废气，如CO2、CO、HF等。，同时也会对各级生物产生毒性作用，影响生物多样性。
2.2火灾和爆炸风险
电池的内部短路、过充电或热失控可能会导致火灾或爆炸。这些事件主要由电池设计缺陷、操作不当或外部环境因素引发。以下是几种可能导致电池仓起火或爆炸的不安全因素。
2.2.1电池本体不一致会导致电池仓起火或爆炸。
电池体的不一致主要来自两个方面:
在制造过程中，电池体的不一致是由于涂布时表面张力不同、成分比例不同、电解液浓度不均匀等客观因素和生产人员疏忽、工艺变化或波动、质检不仔细等人为因素造成的。
2。使用过程中焊接工艺、焊料、装配位置、连接方式不同造成的电池不一致。
电池组的不一致性将导致电池组的不均匀充电和放电。即使电池管理系统BMS统一行动，也无法在功率差异和容量差异方面进行调整，比如每个电芯的充电速度和优先级不一样，会导致单个电池充电或放电，其他电池继续充电或放电。
，导致过充或过放，最终导致火灾或爆炸。
2.2.2热失控
热失控是电池单体内部放热导致温度不可控上升的现象。热量失控造成内部短路，导致电池内部温度升高600-1000℃，电解液沸腾喷出，与空气中的氧气接触开始燃烧。可引起热失控的原因包括以下几点:
1电池被刺破或挤压变形，导致电池隔膜被刺破6um厚，正负极板直接相连，内部短路，进而放出巨大的热量。
2电池外部短路。电池外部短路可能造成大电流放电、电池过热、电池性能下降，从而导致热失控。电池外部短路的原因涉及到设计、安装、使用、维护等多个环节:
如果电池组内部元件间距过短或外壳尺寸设计不合理。
安装方法不当会对电池组造成机械损坏。
在电池的运输、安装和使用过程中，内部元件会受到外部冲击和挤压而损坏。
电池组的接触装置或连接装置有质量问题，或外部连接线接触不良。
3如果电池内部充电速度过快，负极表面可能会形成强度尖锐坚硬的锂枝晶。长期积累后，锂枝晶会自发生长，刺破隔膜，正负极板直接连接造成内部短路，产生巨大热量。
4收费过高。电池充满电后继续。
锂枝晶容易刺破隔膜，造成内部短路。
所有这些原因都会导致电池内部温度升高，或内部短路，然后热失控，产生大量的O2和烷基、H2、CO、CH4、HF、C2H6、C3H6等易燃有害气体，使火势扩大，甚至导致爆炸。
2.3电气危害
电气危害主要包括电池管理系统故障、绝缘材料老化或损坏、电池组配置不当。
2.3.1电池短路风险。电芯在制造过程中可能存在缺陷，或者在长期使用过程中电池老化，可能导致电池短路，导致热失控。特别是在大规模储能系统中，电池数量多，排列密集。一旦单个电池出现故障，很容易导致周围电池的连锁反应。
绝缘材料在高温下碳化，成为电导体。
隔离开关在高压下会损坏。
4在反向高压浪涌的影响下，电源开关可能会异常打开。
5。储能电池多次充放电后，可能导致电芯短路故障失控。
2.3.2高电压风险
虽然大单体磷酸铁锂电池满载电压只有3.2-3.6V，但大量串联后存在高电压风险，高电压风险也相应出现:
1直接接触点击。如果工作人员在操作或维护过程中意外直接接触到它。
在高压带电部分，电流会通过人体，导致触电事故，最严重的可以致命。
2间接接触电击。当设备绝缘保护失效或接地系统不好时，人会接触到不该带电而因故障带电的金属部件，也会发生触电。虽然这种触电通常没有直接接触触电严重，但仍可能造成人身伤害。
3电弧放电。在高电压环境下，如果设备存在缺陷或人员操作不当，就可能发生电弧放电。电弧放电产生的高温和强光不仅会损坏设备，还会对人造成烧伤或其他伤害。
4设备损坏和火灾风险。持续的高电压或过电压可能导致设备内部绝缘材料老化和击穿，进而造成设备损坏。在极端情况下，高电压也可能引起火灾。
2.4机械危害
磷酸铁锂电池单体较小，在车间内部组装过程中的机械损伤在此不做描述。
电池仓在运输、安装和维护过程中可能出现的机械损伤主要有以下几点:
1。挤伤和撞击伤:装卸货时，工人在起重作业过程中被挤伤和撞击是常有的事。
2。物体打击:磷酸铁锂电池组较重，在搬运过程中可能会掉落并伤害操作人员。
3划伤、夹伤或挤压:在安装和连接过程中，操作员的皮肤、手指和其他部位可能会被划伤、夹伤或挤压。
4电池移位或倾倒伤害
如果电池仓在运输过程中没有固定牢固，在长途运输过程中可能会因颠簸而移位或倾倒，从而对附近的工作人员造成伤害。
3。风险管理和安全措施
3.1设计和工程控制
在设计储能电站电池舱时，要从本质安全方面入手，采取技术措施，防止事故发生。1.2.限制能量或危险物质。3.孤立。4.安全监控系统。5.减少故障和失误，可以提高安全系数和可靠性，加强储能电池多维度安全测试技术、热失控安全预警技术和评估体系的研发和应用。
并开发基于声、热、电、气物理参数的智能安全预警技术，实现预警、防爆抑爆、超高效灭火。
考虑引入新的模块化电池组的概念。需要在设计和工程控制中实施:
1新型模块化电池组和BMS的组合。电池管理系统(BMS)起着至关重要的作用。
模块监控:BMS可以独立监控每个模块电池组，实时掌握每个模块的状态，如电压、电流、温度、产气、锂结晶、沉淀等关键参数。
模块间的平衡:BMS要实现模块间的能量平衡，保证每个模块化电池组都能合理充放电，从而延长电池寿命。
