如何开发和采用硬件阻止电池储能系统发生火灾？

来源：中国储能网

  电池储能行业正在经历一场引人注目的变革。在未来五年内，预计美国安装的储能系统装机容量将增长近500%。这种增长是由可再生能源的广泛应用所推动的，电网运营商将电网规模的电池储能系统定位为电力基础设施的重要组成部分，为电网运营提供平衡和弹性。

  然而，电池储能系统发生的火灾给电池储能行业的快速发展蒙上了一层阴影。虽然电池储能系统的火灾是一个复杂的挑战，但电池储能系统制造商必须专注于开发和采用可以防止电池储能系统火灾发生和蔓延的硬件。

这些硬件在将电池与可能引发火灾的外来物质隔离、维持标准工作温度和防止电气异常方面发挥着至关重要的作用。为了确保安全性、可靠性和持续增长，电池储能行业的制造商必须解决其硬件的弱点。必须使电池储能行业达到安全标准，然后再进一步推进。

  保护重要部件

  电池制造商都必须确保他们的电池不受液体和固体渗透的影响。如果电池外壳或电池模块密封不当，冷凝物、灰尘和其他异物可能引发火灾。入口防护(IP)等级衡量电池储能系统对这些外来物质的抵抗力，作为抵御潜在点火源的第一道防线。

  对于电池外壳(围绕并包含电池储能系统组件的外部保护外壳)，要求的最低IP等级为IP 55，这是一个相对较高的密封水平。在这个IP级别上，外壳免受有限的灰尘进入和来自低压水流的进入。电池模块(大型电池储能系统内的独立电池单元)没有最低的IP等级，但行业领先的是电池储能系统制造商应该以与外壳匹配的等级为目标。这确保了电池模块在维护活动或外壳密封失效期间保持密封，从而降低暴露于异物的风险。

  通过精心设计和实施更高IP等级的外壳和模块，电池储能系统制造商可以创建一个强大的屏障，有效地将关键组件与元件隔离开来。

  冷却系统

  然而，并不是所有的电池储能系统都能有效密封。根据定义，与液冷的电池储能系统相比，风冷的电池储能系统更容易受到进入电池外壳或电池模块的异物的影响。空气冷却包括利用周围的空气来散发电池储能系统产生的热量。一旦灰尘或污垢进入空气冷却系统，它可能会在外壳中再循环。另一方面，液体冷却利用循环系统使液体冷却剂通过电池储能系统内的冷板或管道进行冷却。

  虽然任何系统都容易受到外来物质突破密封件的影响，但风冷系统中的任何IP弱点都会很快被发现。相比之下，液冷系统的防护能力更强。它们必须经历严重故障或外部损坏才能允许任何异物进入电池。

  然而，在空气冷却和液体冷却之间进行选择，除了有效地密封电池之外，还有其他影响。冷却系统是维持电池内安全工作温度的基本要素。与锂离子电池储能系统相关的主要火灾风险之一是热失控——电池内部的连锁反应，可能从短路、制造缺陷、外部热量、过充或物理损坏开始。一旦一块电池进入热失控状态，它就会产生足够的热量，导致相邻的电池也这样做，从而导致连锁故障。冷却系统负责冷却和散热管理，以防止或减轻热失控。

  但并不是所有的冷却系统都是一样的。根据在电池储能系统制造过程中所做的观察，采用风冷系统，电池池储能系统内部的温度可能比采用液冷系统高10℃。虽然空气冷却通常更容易实现，并且需要更少的组件，但它在有效冷却具有高发热量的大型电池储能系统方面可能存在局限性。一般来说，液体冷却系统可以提供更精确的温度控制，实现更好的热管理，并确保电池在安全温度范围内运行。

  冷却系统必须与除湿系统协同工作，以对抗电池储能系统外壳内的湿气。湿气会带来短路、电池过热和母线腐蚀导致效率损失的风险。空气冷却系统容易凝结。它们经常打开和关闭，使电池表面更冷，并可能导致冷凝。

  电池储能制造商必须安装先进的、经过验证的冷却系统来控制电池储能系统的内部温度。

  浪涌保护设备

  电网规模电池储能系统的另一个重要组件是浪涌保护机制，它可以防止可能损坏控制系统、电池和火灾报警设备等重要设备的电气异常情况。这些机制防止设备超过其额定电压或额定电流，这可能是由于雷击、开关的高速操作或断路器和保险丝在负载下断开而导致的。

  浪涌保护设备必须正确设计、安装和维护，以承受防范不正常情况，并防止损坏可能导致失效的电池。

  作为基准，电池储能制造商应遵循NFPA、CSA和IEEE对UL9540下电涌保护的要求，并与电涌保护供应商和专家合作，确保设计符合这些要求。

  安全硬件是集成解决方案的一部分

  硬件只是所有制造商都应该不断开发和实施的综合火灾风险缓解策略的一个方面。高级软件同样重要，用于监控潜在风险，提醒员工注意问题并实现自动响应。

  除了技术解决方案，该行业还必须投资于消防安全测试，并遵守严格的行业标准。遵守标准化的安全协议，确保电网规模的电池项目能够承受最苛刻的条件，最大限度地降低灾难性事件的风险。最后，与监管机构、应急人员和当地社区进行有意义的接触，对于促进信息共享和制定有效的应急计划至关重要。

  结语

  随着是电池储能行业为促进全球能源转型而向前迈进，解决火灾风险的必要性不容低估。通过优先考虑储能系统的IP等级、冷却系统和浪涌保护机制，将这些融入在更广泛的综合消防安全战略中，电池储能制造商可以确保其项目的可靠性和安全性。所有制造商必须在硬件方面达到标准。但他们不能止步于此——他们必须超越最低要求，消除电池储能系统的火灾隐患，挖掘电池储能行业的增长潜力。