丁宏军：储能电站火灾防控丨CFIC2023

10月9日，由慧聪消防网、慧聪应急产业网主办的中国消防安全产业大会在北京盛大召开。

应急管理部沈阳消防研究所研究员、国家消防电子产品质量监督检查中心副主任丁宏军在本次大会上发表主题报告《储能电站火灾防控》。

丁宏军主任表示，解决锂电池安全问题应该“内外兼攻”，电池生产商家要去攻克电池本身的安全隐患，在这个过程中，消防技术也应该去配合解决其后续的安全问题，这需要两个领域之间互相辅助、互相补充。

以下为演讲实录

大家好，非常感谢有这个机会跟各位分享一下我对储能电站火灾防控系统方面的一些见解，我们沈阳所主要致力于火灾的早期预警以及电气防火方面的这些研究工作。

近些年来随着锂电池技术的应用，在我们国家带来了很多新的火灾隐患以及火灾预防模式，迄今为止在锂电池这个领域里面来讲，目前面临的有电动自行车、电动汽车、以及近几年刚刚开展起来的储能，都给我们的社会消防安全工作带来了新的挑战，今天我借这个机会跟大家简要介绍一下，我们研究所对于锂电池在储能电站里面应用到底该如何去防控。

借这个机会跟大家说几个相对热点和各界都很关注，但是做法又不是很正确的几个问题。

锂电池这些年无论是从科研到生产以及到使用的环节，各界都在关注，但是关注点是不一样的，那么做电池的人他们在关注的电池本质安全，你比如说我们清华的欧阳院士；我们做消防关注利用外用消防的手段来解决锂电池使用过程中的一些不安全的隐患，这是两条不同的路径，应该说现在是处于一个互相辅助、互相补充过程。

所以在锂电池本质安全没有达到我们使用安全等级的前提下更多的介入一些消防特有的技术来保证它使用安全，我认为在目前的阶段是非常必要的。

刚才杜局也讲到电气安全首先是本质的安全然后才是消防的辅助安全，这个观点我们一定要坚持。

对于锂电池本身使用来讲我们也是强调了它在使用过程中的本质安全，虽然电池本身本质安全目前来讲还达不到，但是我们尽量利用本质安全高效的性能还有一些电气相对的配合本质安全达到它的要求。

这里边也提到目前热点的电动自行车、解决电动自行车火灾唯一的方案就是车电分离，也就是说车辆到家或者到单位把电池拿下来放到充电柜里面，即便是电池着火它也不会成灾，因为它是一个格子里面，所以我们对于电动自行车火灾防控就是车电分离存放，然后着火不成灾这是我们的目标，着火可以但是不要成灾就可以了，火灾火灾有火没灾无所谓我们都用火。

那么对于电动汽车它要跟电动自行车相对来讲类似，我们目前对于电动汽车的有效灭火应该说现在还没有，最佳方式就是隔离，隔离防火卷帘，或者防火分隔进行隔离。

储能电站火灾防控基本理念

我们今天的重点还是围绕在储能电站，储能电站有一个基本的防控理念，本质安全为主，消防预警为辅；防患于未燃为主、灭火救援为辅。

对于锂电池的特性这么多年来都在研究，我们对它采取的策略是防止它燃，同时锂电池在失控之前它也是有一定的征兆的，我们也是可以探知的。

本质安全包括哪些？首先电池本身的安全，这个包括电池的原理、材料工艺以及筛选的组合。原理是什么？磷酸铁锂、锰酸锂、钴酸锂等等一系列的，这个是它的原理，不同原理导致它的安全等级不一样，磷酸铁锂相对稳定一些。同时还有选择材料的问题，工艺、生产企业做的好不好，模组使用的时候，在一组一组之间电池的匹配度组合这些问题。

接下来第二重要的就是充放电的管理，关于锂电池的充放电管理应该说充放电的电压、温度控制是相当严格的，这两个跟锂电池的安全使用直接相关，电瓶车锂电池为什么着火的那么多？就是充放电的过程不行，还有一些是管理跟不上。

第三部分就是用的电气材料安全，毕竟电池用起来要串起来或者是串并组合，很多材料保护这些也要过关。实事求是讲我们有一些导线一个平方实际测量下来可能0.75平方，铜的纯度里面还有很多杂质，所以这些都是影响安全的一些因素。

消防辅助应该说目前阶段是不可缺少的，毕竟电池本身还达不到一定的安全条件。

这是我们单位做了一些研究的试验平台，可以看下我们做的试验设备以及试验的结果，这个里面可以看到在热失控初期，电池会有气体出来，因为现在对电池预警探测基本上从最早就是从电池的表面温度以及表面温度、然后少量的气体接下来就是热失控阀打开，所以基本上就是这样的一个过程。

热失控过程与特征

从电池特性的来看，我们从消防探测这个角度来讲，要把它热失控之前的特性分成几个阶段，这几个阶段我们是可以探测的。

首先是热失控的初期，这个时候电量有变化，但是因为我们常规消防的手段目前来讲没有办法的，如果说单只电池或者几只电池我们可以通过电量的变化方式去考察，但是对于大规模的使用我们就没有办法了，所以初期的时候几乎是没有办法，温度略变化，电芯有变化，因为我们绝大多数电芯是不具备温度传感功能的，所以这一部分用消防手段基本上没有办法测量。

接下来是热失控的早期，这个时候电极温度升的已经比较高，我们可以用现有探测表面温度，同时也有少量的气体，按现有的传感器技术应该是没有问题，我们可以做一些微量的气体探测，所以我们可以测量到，也就是说热失控的早期消防系统可以测量到。

热失控中期特征明显了，无论是温度还是气体都非常多地出来。

接下来阀门一打开这个气体就完全的出来了，然后这个时候它本身的加上这种电的以及热的加在一起都会产生热失控的过程。

储能电站火灾自动报警系统

这一张图就是我们沈阳所给出来的关于储能电站整体的火灾报警防控图，这一张图如果致力于储能电站火灾防控你们可以参考一下，同时我也跟青海消防总队一起合作写了一个青海的地方标准《储能电站火灾报警系统的设计》。

接下来储能电站专用火灾自动报警系统我简要介绍一下，这个跟传统的民用报警系统做了一个比较大的改变，毕竟产品要服务于实际的使用。

这个专用火灾报警系统是具有监控、探测储能电站中各类设备的火灾隐患、火灾征兆、还有初期特性，以及辅助处置火灾隐患和初期火灾的功能，也就是说我们在发现火灾隐患的时候，这个时候我们会逐步的去处置，如果有足够的处置时间，人员就会处置，在这个过程中会给人员不断的提供还有多长时间可能会报警，这样能保证处置人员的安全，这些是属于辅助处置。

这里面就包括了现场工作站，这个工作站是核心，它要根据各种参数进行计算，同时给出处置方案和预警，以及警告等等信息。

第二个是专用控制器，比如在集装箱这种场景，一个集装箱安装一台控制器，所有的这里边的消防设施可以由控制器联动起来，这个就不用分气体、温度、烟感，这些就没必要分，一个就可以带起来了。

火灾报警控制单元一个模组要对应一个单元，就相当于一个模块里面跟消防相关的探测、包括电气等等由这个控制单元来完成。

电池表面温度探测，我们主张一氧化碳探测，根据我们的试验结果和现有的技术，稳定可靠的用一氧化碳传感器就可以了，作为气体传感已经足够了，对于磷酸铁锂电池。当然由于不同的特性，气体种类不同，从我们角度上来讲最终选两种参数的气体就可以了，不要过多做噱头似的、概念似的东西。

还有电气切断装置，一旦探测到它有热失控的危险，就要切断的供电以及出电的回路，这样从我们试验的结果来看，铁锂电池再探测到它会中止热失控的过程，但是三元锂电池不存在中止的过程，它还会继续热失控，所以我们从安全角度来讲三元锂电池就不应该存在在社会上。

接下来的常规的感烟感温还有火灾声光警报以及应急灯具等等，同时我们这里面为储能电站防控分成了基本防护和安全运行保障防护，现在的状态几乎是所有储能电站只做了基本防护，这是什么概念，就是在集装箱只做了感应和感温，这属于基本防护。安全保障防护是干什么的呢，是保证锂电池安全运行，这个叫做安全保障防护，这个我们是分两块。

接下来我详细介绍一下现场工作站，能接收、显示、查询、存存储整个储能电站火灾自动报警系统内的所有信息，并能提示各类信息的含义、给出预判趋势和处置建议的装置。因为每一个电池它热失控的过程有一个参数变化，而且这是有时间段，我们可以根据试验前把这个电池的特性预植到工作站里面，这样对我们处置人员的安全以及辅助决策会有直接的帮助和指示。

第三个火灾控制单元，起到解决探测以及切断电气装置的作用。

一个集装箱里面有一个控制器，把所有的相关数值控制起来，当然它那个里面也可以接收BMS系统，因为目前的BMS系统虽然有温度的部分，但是由于它巡检的周期比较长，还不足以用于火灾监控的判断，所以我们目前的情况下还需要单独布置温度的传感。

但是随着技术的发展BMS系统这些参数，电压电流和温度有一些我们是可以用的，它和我们一起来进行综合判断，这样有利于尽早得到电池的相关信息。

打一个比方就是说我们通过血常规化验这个指标可以知道你有哪一些潜在的疾病道理是一样，所以对于一个综合性的的储能系统的判断，包括电气火灾的判断，我们既要有专用的电气火灾检测装置，也要去看它常规的电气运行参数，相互综合起来才能够更好的得到判断的结果。

探测器这里面有电池表面温度探测，各种气体的探测。因为不同的电池，即便是同一个类型的不同规格，比如磷酸铁锂电池，规格不同表现也是不同的，我们所设置的报警温度点，以及报警气体点都是不一样的。

当然因为储能风冷和液冷它的不一样，它的报警设置的值也是不一样的，但是这些探测器一定要提供一个现场设置报警值的功能，只有这样才能够更好的服务于储能行业的发展。

包括安装方式这里都是有讲究，我刚才讲的有液冷的有风冷的，风冷的一吹，出来那个气体汇聚到哪里去？可能有没有具体的条件的，我们还要创造一个具体的条件，只有这样才能完成有效的探测，所以每一个电站都跟中医看病是一样，我们是一病一方、一人一病，大家要理解这个理念。

包括我们之前剩余电流探测器为什么那么多非预期的报警，就是用的不对，它线路里面各类干扰，里面的东西就没有去掉，所以会产生不定期的报警，那对于储能的防护我们也要做到这一点，一定是有针对性的。

声光我们分两种，一种是黄色表示里面有问题需要人员去处置，这都是在仓外放置的，便于人员迅速识别哪一个集装箱里面有问题，接下来红色的这是基本防护的烟感温感，红色亮了这时候我们人就不能进去，再进去就有热失控爆炸的危险。最后还有电气切断装置。

结语

最后对储能电站的火灾防护可分为 基本防护 和 安全运行保障防护，一定要这样分，我刚才已经说过现有的只做了基本防护，安全运行保障防护基本都没有，有几个做车用锂电池防护的，包括我刚才看到有哲弗的老总他们在安全运行保障防护里面做了一些，但是基本防护要跟安全运行保障防护之间综合起来来做，这是一个整体的系统，两边都做了我们才能达到目的。

应该立足于尽早发现隐患，及时排除，防患于未“燃”为基本原则。从储能的角度来讲，要尽量从我们自身的出发考虑它的安全，然后借助外部的力量，不能说我什么都没有，就让你们外界给我们去做，这观念是不对的。

第二项我们这里介绍的报警系统原则上是电化学的储能电站，因为现在有的储能电站还在用铅酸电池，当然未来也不排除其他的水储能、括热储能这些都会有，这和今天讲的报警系统是没有关系的。

第三系统内每只探测器的具体设置部位、报警灵敏度都需要结合储能电站特点进行有针对性设计、安装、调试与使用，这个就是我刚才讲的比如风冷往哪个地方会聚集气体，然后不同的电池规格它出来气体的浓度会有差异，所以这些我们都要现场做完了试验之后才去安装和调试。

必要时还要经区域控制器综合判断后才能达到预期效果，也才能为排除隐患提供充裕的时间，有效的处置时间非常非常重要，所以消控室和处置人员的位置，以及我们采用的工具都要跟整个的系统要配套结合起来。

储能系统本身的结构设计与电气设计也应充分考虑快速应急处置所需要求，这个也非常重要，如果电气设计不合理，一定时间内不一定能拆下来处理好。

如果设计的全是快速插拔插头，可能五分钟就能给它拆下来放在外面水桶里面，这样就防止它整个电站燃起来，这是我们在整个结构设计和电气设计里面应该注意的问题。

最后一个管理与处置人员的技能、处置用具等对储能安全同样重要的，人的因素我一直认为是第一因素，所以这些管理人员和专业处置人员一定要具备这个能力，当然我们还要具备这种专用的工具，这样效率才能保证。

今天借助这个机会跟大家也简要介绍了一下储能电站火灾自动报警系统这方面设计，今天的演讲就到这里，谢谢大家。