磷酸铁锂电池储能系统典型消防案例

doi:10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2022.S2.0126

中国安全科学学报 ›› 2022, Vol. 32 ›› Issue (S2): 111-117.doi: 10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2022.S2.0126

磷酸铁锂电池储能系统典型消防案例

李凌坤¹^,²(), 陈换军¹^,², 刘辉¹^,²^,^**(), 张玉魁¹^,², 李尧¹^,², 陈彦桥¹^,²

¹ 国家能源集团新能源技术研究院有限公司, 北京 102209
² 发电系统功能材料北京市重点实验室, 北京 102209

收稿日期:2022-08-20 修回日期:2022-10-29 出版日期:2022-12-30 发布日期:2023-06-30
通讯作者: ** 刘辉(1987—),男,河北唐山人,博士,高级工程师,主要从事新能源技术、储能技术和虚拟电厂等方面的工作。E-mail:16810125@ceic.com。
作者简介:
李凌坤 (1977—),男,山东潍坊人,硕士,工程师,主要从事新能源技术、储能技术等方面的工作。E-mail:20060392@ceic.com。
基金资助:
国家能源集团重点科技项目(2020E1ES00100); 国家能源集团重点科技项目(2021E2ES00100); 国家能源集团重点科技项目(GJNY-22-113)

Typical fire protection case of lithium iron phosphate battery energy storage system

LI Lingkun¹^,²(), CHEN Huanjun¹^,², LIU Hui¹^,²^,^**(), ZHANG Yukui¹^,², LI Yao¹^,², CHEN Yanqiao¹^,²

¹ CHN Energy New Energy Technology Research Institute Co., Ltd., Beijing 102209, China
² Beijing Key Laboratory of Power Generation System Functional Material, Beijing 102209, China

Received:2022-08-20 Revised:2022-10-29 Online:2022-12-30 Published:2023-06-30

摘要/Abstract

摘要：

为解决磷酸铁锂电池热失控导致的储能系统火灾安全问题,分析几种常见灭火剂的灭火机制和性能特点,探索实践更为有效的灭火方法。首先,总结磷酸铁锂电池的热失控过程及燃烧特点;然后,分析七氟丙烷、气液复合灭火剂、全氟己酮、气溶胶和细水雾等灭火剂的灭火机制,以及对磷酸铁锂电池火灾事故的灭火和抑制复燃效果;最后,基于实际工作中的预制舱式磷酸铁锂电池储能系统典型消防系统案例,介绍其系统组成和控制逻辑。结果表明:磷酸铁锂电池火灾为A、B、C类综合性火灾;七氟丙烷、气液复合灭火剂、全氟己酮、气溶胶和细水雾等灭火剂在灭火效果、降温效果、抑制复燃以及技术成熟性方面各有优缺点,但任何一种灭火剂均无法同时起到扑灭明火和抑制电池复燃的作用;采用全氟己酮和水消防相结合的灭火方法更有效。

关键词: 磷酸铁锂电池, 储能系统, 消防系统, 热失控, 灭火剂

Abstract:

In order to solve the fire safety issue of energy storage system caused by thermal runaway of lithium iron phosphate battery, the fire extinguishing mechanism and performance characteristics of several common extinguishants were studied, and a more effective fire extinguishing method was explored and practiced. Firstly, the thermal runaway process and combustion characteristics of lithium iron phosphate battery were summarized. Then, the fire extinguishing mechanisms of extinguishants such as heptafluoropropane, gas-liquid composite extinguishant, perfluorohexone, aerosol and water mist, as well as the effects of fire extinguishing and reignition suppression on the fire accidents of lithium iron phosphate battery were analyzed. Finally, based on the typical fire fighting system case of prefabricated cabin type lithium iron phosphate battery energy storage system in actual work, the system composition and control logic were introduced. The results show that the fire of lithium iron phosphate battery is a comprehensive fire of category A, B and C. Heptafluoropropane, gas-liquid composite extinguishant, perfluorohexanone, aerosol and water mist have their own advantages and disadvantages in terms of fire extinguishing effect including cooling effect, inhibition of reignition and technological maturity, but none of them can simultaneously extinguish open fire and inhibit battery reignition. It is more effective to use the fire extinguishing method of combining perfluorohexone and water.

Key words: lithium iron phosphate battery, energy storage system, fire fighting system, thermal runaway, extinguishant

李凌坤, 陈换军, 刘辉, 张玉魁, 李尧, 陈彦桥. 磷酸铁锂电池储能系统典型消防案例[J]. 中国安全科学学报, 2022, 32(S2): 111-117.

LI Lingkun, CHEN Huanjun, LIU Hui, ZHANG Yukui, LI Yao, CHEN Yanqiao. Typical fire protection case of lithium iron phosphate battery energy storage system[J]. China Safety Science Journal, 2022, 32(S2): 111-117.

图/表 2

参考文献 15

[1]	曹文炅, 雷博, 史尤杰, 等. 韩国锂离子电池储能电站安全事故的分析及思考[J]. 储能科学与技术, 2020, 9(5):1539-1 547.
	CAO Wenjiong, LEI Bo, SHI Youjie, et al. Ponderation over the recent safety accidents of lithium-ion battery energy storage stations in South Korea[J]. Energy Storage Science and Technology, 2020, 9(5):1539-1 547.
[2]	北京市应急管理局. 丰台区“4·16”较大火灾事故调查报告[EB/OL].(2021-11-22). http://yjglj.beijing.gov.cn/art/2021/11/22/art_7466_470.html.
[3]	冯旭宁. 车用锂离子动力电池热失控诱发与扩展机理、建模与防控[D]. 北京: 清华大学, 2016.
	FENG Xuning. Thermal runaway initiation and propagation of lithium-ion traction battery for electric vehicle: test, modeling and prevention[D]. Beijing: Tsinghua University, 2016.
[4]	邓康, 张英, 徐伯乐, 等. 磷酸铁锂电池组燃烧特性研究[J]. 中国安全科学学报, 2019, 29(11):83-88. doi: 10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2019.11.014
	DENG Kang, ZHANG Ying, XU Bole, et al. Study on combustion characteristics of lithium iron phosphate battery pack[J]. China Safety Science Journal, 2019, 29(11):83-88. doi: 10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2019.11.014
[5]	刘昱君, 段强领, 黎可, 等. 多种灭火剂扑救大容量锂离子电池火灾的实验研究[J]. 储能科学与技术, 2018, 7(6):1105-1 112.
	LIU Yujun, DUAN Qiangling, LI Ke, et al. Experimental study on fire extinguishing of large-capacity lithium-ion batteries by various fire extinguishing agents[J]. Energy Storage Science and Technology, 2018, 7(6):1105-1 112.
[6]	黄强, 陶风波, 刘洋, 等. 气液灭火剂对磷酸铁锂电池模组灭火能效研究[J]. 中国安全科学学报, 2020, 30(3):53-59. doi: 10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2020.03.009
	HUANG Qiang, TAO Fengbo, LIU Yang, et al. Study on performance of gas-liquid extinguishing agent for lithium iron phosphate battery modules[J]. China Safety Science Journal, 2020, 30(3):53-59. doi: 10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2020.03.009
[7]	吴静云, 郭鹏宇, 黄峥. 磷酸铁锂储能电站电池预制舱消防系统研究[J]. 消防科学与技术, 2020, 39(4):500-502.
	WU Jingyun, GUO Pengyu, HUANG Zheng. Study on fire prevention and control strategy of battery prefabrication cabin in lithium iron phosphate storage power station[J]. Fire Science and Technology, 2020, 39(4):500-502.
[8]	平平. 锂离子电池热失控与火灾危险性分析及高安全性电池体系研究[D]. 合肥: 中国科学技术大学, 2014.
	PING Ping. Lithium ion battery thermal runaway and fire risk analysis and the development on the safer battery system[D]. Heifei: University of Science and Technology of China, 2014.
[9]	卓萍, 倪照鹏, 杨凯, 等. 磷酸铁锂方形单体电池受热火灾危险性[J]. 消防科学与技术, 2019, 38(2):280-283.
	ZHUO Ping, NI Zhaopeng, YANG Kai, et al. Preliminary study on fire risk of lithium iron phosphate square cell under heat[J]. Fire Science and Technology, 2019, 38(2):280-283.
[10]	周云鹏, 李莹滢. 电化学储能电站火灾特点及灭火剂选用分析[J]. 山东化工, 2022, 51(9):192-194.
	ZHOU Yunpeng, LI Yingying. Discussion on the characteristics of electrochemical energy storage station fire accident and selection of fire extinguishing agent[J]. Shandong Chemical Industry, 2022, 51(9):192-194.
[11]	任常兴, 张欣, 慕洋洋, 等. 典型灭火气体对锂离子电池热失控作用特性研究[J]. 消防科学与技术, 2018, 37(9): 1 215-1 218.
	REN Changxing, ZHANG Xin, MU Yangyang, et al. Research on the thermal runaway characteristics of lithium-ion batteries in the fire-extinguishing gas[J]. Fire Science and Technology, 2018, 37(9):1 215-1 218.
[12]	卓萍, 高飞, 路世昌. 不同灭火装置对磷酸铁锂电池模组火灾的灭火效果[J]. 消防科学与技术, 2022, 41(2):152-156.
	ZHUO Ping, GAO Fei, LU Shichang. Study on fire extinguishing effect of different fire extinguishing devices on lithium-ion phosphate battery module fire[J]. Fire Science and Technology, 2022, 41(2):152-156.
[13]	邢军, 杜志明, 阿苏娜. 气溶胶灭火剂的研究进展[J]. 材料导报, 2008(9):69-71,76.
	XING Jun, DU Zhiming, A Su'na. Research progress in aerosol fire extinguishing agent[J]. Materials Reports, 2008(9):69-71,76.
[14]	赵蓝天, 金阳, 赵智兴, 等. 磷酸铁锂电池模组过充热失控特性及细水雾灭火效果[J]. 电力工程技术, 2021, 40(1):195-200,207.
	ZHAO Lantian, JIN Yang, ZHAO Zhixing, et al. Thermal runaway characteristic of lithium iron phosphate battery modules through overcharge and the fire extinguishing effect of water mist[J]. Electric Power Engineering Technology, 2021, 40(1): 195-200,207.
[15]	蔡晶菁. 锂离子电池储能电站火灾防控技术研究综述[J]. 消防科学与技术, 2022, 41(4):472-477.
	CAI Jingjing. Review on the fire prevention and control technology for lithium-ion battery energy storage power station[J]. Fire Science and Technology, 2022, 41(4):472-477.

指标	柜式七氟丙烷灭火系统	管网式七氟丙烷灭火系统	气液复合灭火系统	全氟己酮灭火系统	气溶胶灭火系统	细水雾灭火系统
灭火介质	七氟丙烷	七氟丙烷	七氟丙烷+复燃抑制剂	全氟己酮	气溶胶	水+添加剂
灭火机制	化学抑制、窒息、吸热	化学抑制、窒息、吸热	化学抑制、窒息、吸热、物理隔离	化学抑制、窒息、吸热	化学抑制、吸热	吸热、窒息、阻隔辐射热、浸湿
技术特征	控制1个区域	管网形式分布	管网形式分布	管网或火探管形式分布	控制1个区域	管网形式分布
技术成熟度	成熟	成熟	初步成熟	成熟	成熟	成熟
成本	低	高	高	高	低	高
灭火性能	好	好	好	好	差	好
降温性能	一般	一般	一般	好	差	好
复燃抑制性能	差	差	好	一般	差	好

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[1]	张作睿, 张国维, 朱国庆, 李政, 袁狄平, 金常伟. 水凝胶灭火剂对磷酸铁锂电池组灭火效能研究[J]. 中国安全科学学报, 2023, 33(1): 161-168.
[2]	孙强, 贾井运, 王海斌, 李旦, 贺元骅, 陈现涛. 常压及低压下锂电池热失控随数量变化特性[J]. 中国安全科学学报, 2022, 32(2): 145-151.
[3]	张青松, 刘添添, 白伟. 加热方式对锂离子电池热失控行为影响^*[J]. 中国安全科学学报, 2021, 31(9): 44-51.
[4]	刘同宇, 李师, 付卫东, 段强领, 孙金华, 王青松. 大容量磷酸铁锂动力电池热失控预警策略研究^*[J]. 中国安全科学学报, 2021, 31(11): 120-126.
[5]	梁天水, 林争雄, 毛思远, 钟委, 赵军. 典型超细干粉与惰性气体的协同灭火效果研究^*[J]. 中国安全科学学报, 2021, 31(11): 148-154.
[6]	张少禹, 羡学磊, 董海斌, 李毅, 于东兴. 高比能NCM动力电池热失控扩展安全阻隔技术[J]. 中国安全科学学报, 2020, 30(3): 28-34.
[7]	黄强, 陶风波, 刘洋, 孙磊, 牛志远, 金阳. 气液灭火剂对磷酸铁锂电池模组灭火能效研究[J]. 中国安全科学学报, 2020, 30(3): 53-59.
[8]	汤华清. 高分子水凝胶灭火剂黏附性改进与应用研究[J]. 中国安全科学学报, 2019, 29(4): 64-69.
[9]	杨魏恺, 丛晓民, 赵林双. 灭火剂及其压力对灭火管系统性能的影响[J]. 中国安全科学学报, 2019, 29(11): 58-63.
[10]	邓康, 张英, 徐伯乐, 马出原, 牛奕. 磷酸铁锂电池组燃烧特性研究^*[J]. 中国安全科学学报, 2019, 29(11): 83-88.
[11]	邹梦雅, 吴昊, 蒋军成, 沈赛丽. 热点对过氧乙酸叔丁酯热失控过程的影响研究[J]. 中国安全科学学报, 2018, 28(9): 116-121.
[12]	杜德旭, 沈晓辉, 冯立, 华敏, 潘旭海. 复合超细干粉灭火剂灭火性能研究[J]. 中国安全科学学报, 2018, 28(2): 69-74.
[13]	王爽, 杜志明, 张泽林. 20 Ah LiFePO₄电池燃烧过程及温度特性研究[J]. 中国安全科学学报, 2018, 28(11): 53-58.
[14]	吴昊, 蒋军成, 倪磊. 间歇式反应器热失控情景研究:以酯化反应为例[J]. 中国安全科学学报, 2017, 27(8): 126-131.
[15]	江佳佳, 杨建洲, 蒋军成, 潘勇, 顾伟. 间歇式反应系统参数敏感性与热失控临界判据[J]. 中国安全科学学报, 2017, 27(5): 117-121.