513大停电后忙炒股?专家叮咛投资储能前应详阅电池爆炸说明书

绿色带路人的心底话


(Photo by:한국경제TV )

​  疫情再度爆发前,家里人一起庆祝我儿子三岁生日,我发现自己开始担心儿子是否能平安健康地长大成人,他会不会走在路上被车子撞,去餐厅吃火锅遇上气爆,去卖场感染到新冠病毒,我有好多好多的担心。

​  生命如此脆弱,生活中隐藏的风险却无处不在。因此,当你在媒体上看到电池爆炸的新闻,很本能地你一定马上会觉得手机、电动车、储能系统很危险:

​  「三星手机Note 7锂电池爆炸!全球回收并停止生产」

​  「特斯拉Model 3惊传起火爆炸!电池究竟出了什么问题?」

​  「全台首例充电站爆炸!Gogoro回应了」

​  「韩国两年超过三十起储能系统锂电池火灾」

​  「突发!北京储能系统火灾,两名消防员殉职」

​  你想,一支手机放一颗锂电池就可能爆炸,一个密闭空间放超过上百颗甚至上万颗的锂电池芯,然后让它在马路上走来走去,或是装在货柜里放在大太阳下曝晒,简直就是在自己身边放一个未爆弹,也太不安全了吧!

​  奇怪的是,负面新闻这么多,同一时间锂电池产业却依然快速蓬勃发展,锂电池生产供不应求,是因为大家头都已经洗下去了,还是商人反正只管赚钱,视人命如草芥?

​  当然不是!一个官司就可能让车厂倾家荡产,车厂要对其设计负责,因此他们其实比你还紧张。因为锂电池技术的变革,手机、电动车、储能系统大量使用锂电池,已成为时代的必然。既然无法避免,OK,那我们来看如何让它成为可控制的风险。

​  我是储能研发工程师,因此我们先讨论锂电池储能系统的火灾问题。我将用名侦探柯南的放大镜,整理出造成储能火灾的「五大嫌疑犯」及「头号要犯」,让你更系统性地理解电池火灾,更棒的是,以后不管是哪种锂电池爆炸燃烧,你都可以知道其背后的原因,甚至遇到时也知道应该如何处理。

储能火灾的嫌疑犯一:电池老化与热失控

​  锂电池是一种以锂离子为媒介来储存能量的化学电池,锂离子就像游泳选手一样,不断在正、负极间来回游动,当锂离子游到负极,就是充电;当锂离子游到正极,就是放电。而让锂离子游动的游泳池的水,就是电解液。实务上,为了避免正、负极直接接触导致短路而烧起来,中间会插入一层高分子做成的隔离膜用以分隔正、负极。

​  虽然有这层隔离膜,但电池在充放电过程中,可能因为各种管理问题造成过度充电、过度放电、温度过高等状况,这时电池就可能因为锂金属沉积、刺穿隔离膜造成内部短路风险,此风险轻微是造成电池加速老化,严重则有可能使电池热失控,当热失控温度无法控制,就会燃烧起来造成火灾。

​  你可能听说过当电池火灾时,无法用任何东西灭火,只能在旁边默默等它烧完,为什么?这是因为电解液是一种有机溶剂,多多少少伴随著有机气体,这些气体都是可燃的,而空气中也都是甲皖、氢气、一氧化碳、二氧化碳等可燃气体,因此当电池燃烧起来造成火灾,消防人员一打开电池柜,正好替这些有机气体从空气中补给满满的原料,就有可能会喷出可燃高温气体及火焰,进而影响周围电池温度,造成连锁爆炸现象,消防人员这时进去等于是送命了!

​  如果电池芯制程有瑕疵,这个问题会更被放大,因此,有机气体、可燃气体的侦测在近年渐渐成为标配,早期侦测并预警,避免后期热失控产生有毒气体与可燃气体成分,导致灭火的困难度提高。

储能火灾的嫌疑犯二:电池管理系统没预警

​  听完你可能会觉得电池芯很可怕,但其实很少火灾是因为电池芯的单一问题,储能系统是一个复杂系统,造成火灾自然也有天不时、地不利、人不合的复杂原因。

​  因为可能的起火点太多,储能系统采用分层架构式管理机制,试图让它成为可控制的风险,我们之前文章曾经给储能系统开箱,要理解电池火灾的原因,我们必须再次请出这张图:

(图一)储能系统
资料来源:盛齐绿能

​  模组厂在制作模组时,会建立第一层小型电池管理系统(Battery Management Unit, BMU),它必须一直蒐集电池模组的电压、电流、容量、温度等资讯,来评估电池现在的健康程度,并将消防防护机制也设计在内,以防止电池芯之间的延烧。第二层就是电池管理系统BMS,判断现有电池容量还可以使用多长时间,若使用过量会影响其他电池模组正常运作,这时BMS会启动保护机制,停止供电或充电,来保护整个电池机柜的安全。

​  到这里你已经看出这是很被动的做法,有些电池火灾事故报告中发现,起火原因是BMS出状况,事故发生前的初期征兆常常无法被侦测到,等到BMS说有问题才处理已经太晚了。

​  现在的趋势是化被动为主动,透过演算机制,分析充放电的容量斜率变化,以达到预判电池老化及危险程度,并做出适当的保护机制,来维持电池寿命及安全。

​  另外,中国大陆与韩国皆有多起储能系统在充饱电等待中发生事故,因此,缩小电池电量使用范围,例如充电不超过90%与放电不低于10%,在电量中间区段充放电,内阻值较小、发热量较低,也可以控制风险。

​  休息一下,喝口水,下一篇,我们继续来侦查其他三位储能火灾的「嫌疑犯」,以及公布另一位「头号要犯」!

锂电池 锂电池模组

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