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锂离子电池火灾事故多发,原因何在?

原创 应急君

● 安全始终是锂离子电池储能行业发展的难点之一,同时,相关规程规范的缺失,也加剧着锂离子电池储能行业的安全发展压力。

● “一般来讲,导致锂离子电池发生火灾爆炸事故的直接原因是电池热失控。造成热失控,一方面是电芯内部本身有缺陷,另一方面,由外部撞击产生放热,也会导致热失控。可以确定的是,提高电池一致性,是确保电池组安全性和可靠性的重要路径。”

● “目前,国内储能安全的标准及相应规范还是比较滞后。发生事故必须把事故的真实原因找到,针对问题去提解决方案和整改措施。标准规范滞后的一部分,需要有关部门加紧研究和整改。”

日前,北京市丰台区储能电站起火爆炸事故调查报告发布。报告认为,南楼起火直接原因系西电池间内的磷酸铁锂电池发生内短路故障,引发电池热失控起火。北楼爆炸直接原因为南楼电池间内的单体磷酸铁锂电池发生内短路故障,引发电池及电池模组热失控扩散起火,事故产生的易燃易爆组分通过电缆沟进入北楼储能室并扩散,与空气混合形成爆炸性气体,遇电气火花发生爆炸。调查历时半年之久,对事故的来龙去脉进行了科学严谨的分析并得出结论,对行业的健康持续发展具有深刻的借鉴和指导意义。

今年4月14日,“储能国际峰会暨展览会(2021)”在北京国家会议中心隆重召开。作为中国储能产业最权威的产业研究报告,《储能产业研究白皮书2021》(以下简称白皮书)也在此次大会上公开发布。白皮书预计,“十四五”期间,我国的电化学储能市场将正式跨入规模化发展阶段。中国能源研究会理事长史玉波在会上表示,作为储能的重要表现形式,电化学储能具有设备机动性好、响应速度快、能量密度高和循环效率高等优势,伴随电化学成本净增力的显现,在可再生能源发展刚需下,电化学储能将迎来快速发展。

根据能量转换方式,电化学储能主要包括锂离子电池储能、铅蓄电池储能和液流电池储能。其中,锂离子电池具有循环特性好、响应速度快的特点,是目前电化学储能中主要的储能方式。一些对于电力供应要求有高质量且供应稳定的行业,例如医院、银行、指挥控制中心、通信基站等,大多使用锂离子电池储能作为应急UPS电源,保障供电的稳定性。但是锂离子电池自身也有缺点,安全始终是锂离子电池储能行业发展的难点之一。同时,相关规程规范的缺失,也在加剧着锂离子电池储能行业的安全发展压力。

提高电池一致性 降低事故风险

“一般来讲,导致锂离子电池发生火灾爆炸事故的直接原因是电池热失控。造成热失控,一方面是电芯内部本身有缺陷,例如电芯电压不平衡,使用老化或者电芯内产生枝晶现象从而造成短路。由此,电池组本身的BMS(电池管理系统)、内部结构设计、电芯质量、工艺管理等都非常重要。另一方面,由外部撞击产生放热,也会导致热失控。”如果新能源创新实验室技术总监黄峰表示,针对锂离子电池热失控的情况,目前国内主流的解决方法主要是从外部保护和内部改进两个方面进行改进。外部保护主要是指系统方面的升级改进,内部改进是指提高电池自身安全性能。

“安全预警和自动控制是提升电池安全性的两个主要方面。目前,大多数安全技术是基于利用多种传感器对锂电池的环节数据进行采集及分析,依据一定的运行数字模型,对采集数据进行在线分析,判断锂电池出现热失控风险的概率,从而自动触发安全应对装置及运营告警,控制热失控影响,将电池火灾风险降到最低。”黄峰补充说,但从根本上讲,锂离子电池热失控很难被预测。热失控的根本原因在于电芯内部不均衡、不一致,这会导致性能劣化的电池更快地衰变,甚至直接失效;也有一部分会产生热失控、燃烧和爆炸。这就意味着,如果电芯内的每一个微观的电极材料颗粒、隔膜到宏观的极片、壳体封装都百分之百一致,那么所组成的电池组就会有更好的安全稳定性。并且这个衰变到短路的过程会十分缓慢,且给出的电压信号不明显。通常情况下,发生事故的电池,往往是在短短的几分钟之内就进入了热失控。事故发生后,电池几乎全毁,事故调查困难重重,技术人员往往无法追踪,这也让相关研究遇到了困难。

“可以确定的是,提高电池一致性,是确保电池组安全性和可靠性的重要路径。同时,提供外部保护的相关安全技术发展也能为预防事故发生争取宝贵的时间。在预警技术方面,监测电池是否泄漏气体的传感器,至少能够在电池发生事故前5分钟进行有效预警;自毒化技术,在电池热失控的前期,自身能够释放化学物质,使得电池内部钝化,从而打断热失控的链条,避免事故发生。”黄峰说。

就如何提升电池安全性,宁德时代新能源科技股份有限公司高级工程师陈小波特别强调了电池安全防护的生命周期,“动力电池安全是系统工程,对电池的安全防护应该是全生命周期的。电池从开发设计到生产制造,到售后服务再到回收再生,都存在安全风险,要想办法规避这些风险。”他提出,在产品设计层面,要提高安全阈值,电池包从设计环节就要做到防水、防火、防撞、防高压漏电,同时做到高可靠性。注重制造过程的质量与安全管控,注重动力电池全生命周期的安全性,例如在早期阶段,需要注意软硬件故障及工艺、生产层面的问题;中期阶段需要关注偶然性失效问题,例如电芯的膨胀、低压连接件的老化、低压线束老化等。最后,要加强售后维护、安全预警与产品的报废处理。

另外,电化学储能电站设计合理性也很重要,要考虑到建设地周围的温度及气候,同时保证变压器、继电器等关键配套设备的安装和质量问题,这样才能提升储能电站整体安全环境,确保锂离子电池储能安全。

标准规范跟上 安全发展同步

技术标准滞后已成为影响这一产业规范化发展的主要症结。锂电池储能行业缺乏有效的引导政策和激励措施,这可能导致项目上设计过于简单、检验测试缺乏权威性统一性、电池安全存在隐患等问题。

“目前,国内储能安全的标准及相应规范还是比较滞后。发生事故必须把事故的真实原因找到,针对问题去提解决方案和整改措施。标准规范滞后的一部分,需要有关部门加紧研究和整改。”中关村储能产业技术联盟常务副理事长俞振华表示,从全球储能产业发展状况来看,锂电由于在动力电池领域的广泛应用,特性已被行业熟知,全球新建储能项目也基本以锂电为主,锂电的主流厂商在欧美市场保持比较低的事故率,部分项目的安全使用时间已经超过8年,国外很多有价值的经验已经转化成为规范和标准。这充分说明虽然锂电池存在易燃、热失控的风险,但通过严格有效的管控、从安全角度提高准入门槛,还是可以保障锂离子电池储能系统的安全性。加强安全管理既有必要,也能够让产业发展更健康。

据了解,目前我国锂离子电池储能行业的技术标准有国家标准和行业标准,具体包括《电化学储能电站设计规范》(GB51048—2014),《电化学储能电站监控系统与电池管理系统通信协议》(DL/T1989—2019),《电池储能功率控制系统变流器技术规范》(NB/T31016—2019),《光储系统用功率转换设备技术规范》(NB/T10186—2019)。

“尽管目前已颁布的标准涵盖了对电池本体的技术要求、装备技术条件等方面的内容,但对储能电站控制保护设备基本技术条件、储能电站及电池系统运行维护、储能电站运行环境要求、储能电站消防安全等方面的标准仍然缺乏。”黄峰补充道,“锂离子电池储能行业若要发展提速,我们认为还应聚焦在电池的安全性和可靠性等关键问题上,加大技术路线图的研究投入力度。”

(作者:本报记者 李金素)

锂离子电池火灾特征及扑救措施

常见安全隐患

一般来说,锂离子电池出现安全问题表现为燃烧甚至爆炸。出现这些问题的根源在于电池内部的热失控,此外,锂离子电池还可能受到一些外部因素的影响发生安全问题,如过充、火源、挤压、穿刺、短路等。

目前,市场上新能源汽车以三元锂电池和磷酸铁锂电池使用最为广泛。据统计,历年电动车锂离子电池火灾事故中,68%由于内部或者外部短路造成,15%由于充放电造成,7%由于设备意外启动造成,10%为其他原因造成。

从起火原因看,电气故障和自燃是造成电动车火灾的主要原因,而过充、电池单体故障、电气线路短路是导致火灾的根本原因。

火灾特征

气体逸出是锂离子电池失控的主要表现之一。锂离子电池起火,会急速喷出大量的白色烟雾, 其主要成分为锂电池电解液的蒸气或分解产物。在起火初期, 烟雾颜色差异是区分锂电池起火和常见火灾最明显的特征之一。

锂离子电池热失控后,分解出的可燃气体与空气混合形成爆炸性混合气体,遇锂电池喷射出的高温颗粒,在局部空间会发生爆燃,导致起火初期经常伴有爆炸声响。

火灾扑救方法

目前,锂离子电池火灾扑救主要有以下几种方法。

1. 将灭火效果较好的灭火剂与降温效果较好的灭火剂相结合。如使用全氟己酮和细水雾先后进行灭火,利用全氟己酮优良的灭火作用熄灭电池火焰,随后利用细水雾的降温作用,及时降低热失控电池温度和环境温度,防止电池发生复燃和热失控传播。

2. 通过间歇喷射灭火剂的方式进行高效灭火降温。以全氟己酮作为灭火剂,发生火灾时,首先喷射大量的全氟己酮进行灭火,降低模组中可燃气体的浓度。随后根据温度变化,多次少量的间歇喷射全氟己酮,进行有效降温和维持模组中全氟己酮的灭火浓度,防止电池发生复燃。

3. 将火灾抑制胶囊置于电池内部也可以抑制电池热失控,熄灭明火。抑制胶囊由全氟己酮、磷酸三甲酯和五氟丙烷组成。其中,全氟己酮为灭火剂,磷酸三甲酯为阻燃剂,五氟丙烷为驱动剂。电池热失控时,胶囊受热破裂,驱动剂将抑制剂推向电池内部,在短时间内熄灭电池火,并抑制电池内部反应,进而抑制热失控的进一步扩展,防止发生热失控传播、火灾蔓延等事故。值得注意的是,灭火后要及时排气泄压。电池热失控时,产生大量的可燃易爆气体,当电池火焰被熄灭后,这些可燃易爆气体仍积聚在电池模组或者预制舱内,因此需要在电池灭火后及时将这些可燃易爆气体排出,降低模组或预制舱内的压力和浓度。

(本报综合整理,任泽坤对本文亦有贡献)

来源:中国应急管理报 责任编辑:李金素

“#港独#”头目承认分裂国家及洗黑钱罪 庭上再放狂言

“港独”组织头目钟翰林今日认罪

“港独”组织“学生动源”前召集人钟翰林早前被控违反#香港# #国安法#的“分裂国家罪”、“串谋发布煽动性刊物罪”及两项“洗黑钱罪”,他今早(3日)于区域法院承认“分裂国家罪”及一项“洗黑钱罪”。

此前,由于控罪书长达60多页,辩方需要时间阅读并向钟翰林作出解释,国安法指定法官陈广池遂将案件押后至今日进行正式答辩。控方在开审前透露,若控辩双方达成认罪协商,被告将承认分裂国家及一项洗黑钱罪,其余两项控罪或存档法庭不予起诉,而本案则将成为首宗涉“分裂国家罪”认罪的案件,也是继李轩宇、陈梓华案后,国安法第二宗被告认罪案件,而钟翰林则将成为国安法下被定罪的最年轻被告。

现年20岁的钟翰林承认的“分裂国家罪”,指他于2020年7月1日至10月27日间,涉嫌在香港与其他人积极组织、策划、实施与参与实施旨在分裂国家、破坏国家统一的行为,不论是否使用武力或者以武力相威胁,即将香港特别行政区从中华人民共和国分离出去或非法改变香港特别行政区的法律地位。

钟翰林还被控两项“洗黑钱罪”,他承认其中一项,即指他2018年1月19日至2020年10月27日期间在香港,处理其账户内约13.5万港元。至于另一项洗黑钱罪,即于2018年1月2日至去年10月27日,以钟翰林的名义在汇丰银行的帐户内总值58.2万多元款项,涉嫌全部或部分、直接或间接代表任何人从可公诉罪行的得益而仍处理该财产,钟尚未认罪。

除上述罪行外,钟翰林还被控“串谋发布煽动性刊物罪”,指他于2020年4月29日至2020年10月27日期间,在香港与其他人串谋发布煽动刊物,意图引起憎恨或藐视香港特别行政区政府或激起对其背叛,激起香港居民企图不循合法途径促致改变其他在香港依法制定的事项,引起香港居民间的不满或离叛、煽惑他人使用暴力或怂使他人不守法或不服从合法命令的煽动刊物。

此前,钟翰林因涉嫌损坏国旗及违反国安法,先后于2019年5月及2020年7月被捕,并在去年底被裁定侮辱国旗及非法集结罪成,在东区法院判监四个月。至于主张“港独”的“学生动源”则在去年国安法实施前由钟翰林宣布解散,所有组织事务交由海外成员继续运作,其外国分部接管组织一切事物。

根据香港国安法第二十一条,对违反“分裂国家罪”的首要分子或罪行重大者,处无期徒刑或者10年以上有期徒刑;对积极参加的,处3年以上10年以下有期徒刑;对其他参加的,处3年以下有期徒刑、拘役或者管制。由于钟翰林案在区域法院审理,一旦罪成所面临的最高刑罚是监禁7年。此外,“洗黑钱罪”罪成最高刑罚为罚款港币500万元及监禁14年。

钟翰林年纪轻轻就已经案底累累,在反中乱港的道路上越走越远,甚至在就“分裂国家罪”答辩时称“我问心无愧”,毫无悔改之意。期间钟翰林发言被法官打断,法官警告他不应在法庭发表政治宣言。案件押后到本月23日求情及判刑,期间索取被告的背景报告,钟须续押。

近年来,“港独”势力呈年轻化趋势日益明显,反映了香港年轻一代对国家缺乏正确的认识和了解,人生阅历尚浅的年轻人容易被颠倒黑白、是非不分的言行引入歧途,影响社会稳定。因此,香港爱国教育的重要性不言而喻。有评论就指,特区政府应进一步通过种种措施切实提高市民的爱国、国家安全和守法意识。

林郑:香港抗疫取得成就是集体努力的成果

香港特区行政长官林郑月娥今日(3日)出席第九届健康城市联盟国际大会开幕仪式时表示,香港已持续数月本地“零确诊”,经济逐步复苏,市民生活也大致恢复正常。

她指出,近两年来,新冠疫情席卷全球,给世界各地的公共卫生部门带来了前所未有的挑战,香港也不例外。尽管如此,香港的应对总体上是有效的。截至目前,香港确诊病例少于13000例,即每百万人约有1650例,是全球感染率最低的经济体之一。

林郑强调,香港达到上述控疫成效是行政人员、医生、护士和支援人员集体努力的成果,要感谢中央政府在各方面给予特区的坚定支持,更要感谢香港市民,尽管有诸多不便仍然遵守了防疫规定。

(图源:香港01)

据港媒报道,香港与内地的通关商讨进展顺利,香港与广东省相关部门已持续召开“工作层面”会议沟通合作,并正着手订立通关工作细节。此外,用作通关的港版“健康码”——“安心出行”程序——也于11月1日开始启用,下载量高达628万,参与的场所超过9.7万个。目前,市民还需要时间适应新程序,有不少群体,如从未使用过智能手机的长者,反映在使用程序时遇到困难。当局表示,会以协助市民为目标,从不同方向研究改良方案,也提醒市民切勿使用虚假的“安心出行”程序,否则要承担法律责任。

(图片来源:文汇网)

公务员用假“安心”出入被拘捕

特区政府规定,自前日(1日)起,所有政府员工及市民均须使用“安心出行”程序,方可进入政府大楼及办公处所。措施实施首日大致顺利,却有3名公务员和2名外判员工试图使用假“安心”或截图进入湾仔入境事务大楼,其后因涉嫌“行使虚假文书罪”被捕,现已被停职并接受警方调查。

对于公务员使用假“安心”的行为,高级公务员协会主席李方冲今日(3日)表示,公务人员应该以身作则,使用假“安心”不单是个人诚信问题,更会影响政府追踪染病者的效能,政府应认真纪律处分有关违例的公务员。

政府人员协会马志成主席也斥责涉事人士明显明知故犯,破坏全港防疫工作,是无法容忍的行为,必须严惩,以儆效尤。他强调,香港现正受到疫情影响,任何对防疫、抗疫和通关有帮助的工作都需要香港市民团结一致、同心合力地去完成,公务员应带头响应使用“安心出行”,积极推动和配合政府防疫工作,才可以带领市民走出困局,并建议并加强公务员爱国教育,以强化回归后此方面的不足指出。

香港9校登QS亚洲大学排名 港大重返前三

国际高等教育资讯机构(QS)2022亚洲大学排名新鲜出炉,香港共有9所大学入榜,港大排名最高,与新加坡南阳理工大学并列第3名。

其余上榜的8所高校中,香港科技大学排名第9位,香港中文大学与东京大学并列第11位,香港理工大学位列第25位,香港城市大学排名第20位,浸会大学排名第66位,岭南大学则排名第131位;私立自资院校方面,树仁大学位于301至350位;新上榜的恒生大学排名501至550位。

其他亚洲区大学方面,新加坡国立大学继续排第1位,北京大学今年跃升5位,取代清华大学位居第2,为该校有记录以来最佳成绩,而清华大学这次下跌至第5位。除此之外,浙江大学(第6位)、复旦大学(第7位)、上海交通大学(第10位),内地有五所高校进入前十,整体有126所院校上榜,为全亚洲最多院校上榜的国家。

QS分析表示,排名结果反映亚洲区院校之间竞争激烈,内地院校排名一直有进步,日本的大学表现则“停滞不前”。

(图片来源:文汇网)


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