崔一君，王德偉

（1.張家口市消防救援支隊(duì)；2.國網(wǎng)冀北張家口風(fēng)光儲(chǔ)輸新能源有限公司，河北 張家口 075000）

在時(shí)代的發(fā)展下，節(jié)能降耗成為各行各業(yè)的主要方向，儲(chǔ)能技術(shù)被大規(guī)模應(yīng)用于電力系統(tǒng)發(fā)電、輸電、用電環(huán)節(jié)中，在推動(dòng)我國能源供給改革的同時(shí)，為智能電網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。鋰離子電池儲(chǔ)能技術(shù)為儲(chǔ)能技術(shù)的代表技術(shù)，其具有靈活快速的特點(diǎn)，但凡事都有利弊，鋰離子電池儲(chǔ)能技術(shù)的普及也不例外，其不足之處在于，引發(fā)了多次火災(zāi)安全事故，造成重大財(cái)產(chǎn)損失，且對(duì)相關(guān)工作人員、消防人員、周圍居民造成了生命威脅。因此，鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的消防安全被提上日程。

1 鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)概述

鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)是一種以集裝箱為代表的預(yù)制艙式儲(chǔ)能系統(tǒng)，其可借助鋰電池電化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換。通常情況下，鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)包括電池系統(tǒng)、能量管理系統(tǒng)、電池管理系統(tǒng)(BMS)、變流器系統(tǒng)（PCS)、冷卻系統(tǒng)、消防系統(tǒng)以及照明和監(jiān)控系統(tǒng)等，且會(huì)因配置不同而增加變壓器系統(tǒng)，并借助其完成電池系統(tǒng)和電網(wǎng)間的升降壓。

就鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的電池系統(tǒng)而言，其多由數(shù)個(gè)電池組組成，電池組由多個(gè)電池包組成。由于電池包結(jié)構(gòu)不同，所以電池儲(chǔ)能系統(tǒng)可以應(yīng)用帶有電池管理系統(tǒng)（BMS）。就鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的能量管理系統(tǒng)而言，其主要作用為實(shí)時(shí)監(jiān)控電站的運(yùn)行狀態(tài)信息，監(jiān)控內(nèi)容包括但不限于系統(tǒng)功率曲線、電池電壓溫度信息、累計(jì)處理電量信息、其他約定的監(jiān)測(cè)信息。就鋰離子電池儲(chǔ)能的電池管理系統(tǒng)而言，其主要功能為管理電池組充放電保護(hù)，一方面，確保充滿電時(shí)單個(gè)電池的電壓差異小于設(shè)定值，同時(shí)，保證電池組各單體電池的均充；另一方面，對(duì)電池組中的各個(gè)單體電池的過溫、短路、過壓狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，通過適合手段保護(hù)、延長電池使用壽命。

就鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的電流器系統(tǒng)而言，其主要目的是實(shí)現(xiàn)交直流轉(zhuǎn)換，并對(duì)電池系統(tǒng)的充放電進(jìn)行管理、對(duì)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的充放電功率進(jìn)行控制。就鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的冷卻系統(tǒng)而言，其可發(fā)揮控制環(huán)境溫度的作用。就鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的消防系統(tǒng)而言，其主要目的是控制鋰離子電池系統(tǒng)的熱穩(wěn)定性，降低火災(zāi)事故發(fā)生率。

由于鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)具有容量大、適應(yīng)性強(qiáng)、靈活性較高等優(yōu)勢(shì)，所以在電力儲(chǔ)能系統(tǒng)中有著較好的應(yīng)用前景。

2 鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)火災(zāi)特征及蔓延特征

鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)火災(zāi)特征及蔓延特征如下：（1）燃燒激烈，熱蔓延迅速。因?yàn)榛顫娊饘黉嚺c水發(fā)生猛烈反應(yīng)后會(huì)產(chǎn)生Li2O、H2，其會(huì)增強(qiáng)燃燒的劇烈程度，并使火勢(shì)快速蔓延。（2）毒性強(qiáng)、煙塵大、危險(xiǎn)性強(qiáng)。鋰電池燃燒時(shí)會(huì)釋放大量會(huì)對(duì)人體造成危害的氣體、粉塵顆粒，且會(huì)出現(xiàn)突然性的爆炸現(xiàn)象。（3）易復(fù)燃，撲救難度大。如果鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)出現(xiàn)火災(zāi)，使用常規(guī)方法是無法從根源上抑制火災(zāi)的，即只能撲滅明火，在一段時(shí)間后會(huì)復(fù)燃。

3 鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的消防安全分析

3.1 鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范適用性不足

鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)為新型系統(tǒng)，其雖然被廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)發(fā)電、輸電、用電環(huán)節(jié)中，但我國在此方面仍處于探索階段。因此，即便國際電委會(huì)、全球電力儲(chǔ)能標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)委員會(huì)、美國保險(xiǎn)商實(shí)驗(yàn)室、國際標(biāo)準(zhǔn)化組織等已在全球范圍內(nèi)發(fā)布有關(guān)于鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，但其適用性、規(guī)范性不足，所以在潛移默化中增加了火災(zāi)事故的發(fā)生率。

3.2 缺乏針對(duì)性的消防滅火劑

上述提到了鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)火災(zāi)具有易復(fù)燃、撲救難度大的特點(diǎn)，且常規(guī)方法無法從根源上抑制火災(zāi)。比如，CO2、七氟丙烷、鹵代烷1301等只能撲滅明火，一段時(shí)間后會(huì)出現(xiàn)復(fù)燃現(xiàn)象，且其不具備滅火與降溫的雙重功能。又如，水噴淋系統(tǒng)技術(shù)雖然相對(duì)成熟，且可達(dá)到良好的降溫滅火效果，但其撲救時(shí)間相對(duì)較長、耗水量較大，且會(huì)使儲(chǔ)能電站的電池出現(xiàn)短路，無法正常使用。

3.3 消防裝備集成化度低、兼容性差

就目前情況而言，多數(shù)消防項(xiàng)目設(shè)置具有輕系統(tǒng)、重部件的傾向，所以集成化度低、兼容性差，使得相關(guān)部件無法協(xié)同操作。而這對(duì)鋰電池消防滅火技術(shù)的推廣應(yīng)用造成了直接影響，且制約了鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的消防安全的可靠性。

4 鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的消防安全技術(shù)支持

4.1 建立科學(xué)合理的消防測(cè)試模型及技術(shù)規(guī)范

消防測(cè)試模型及技術(shù)規(guī)范是鋰離子電池儲(chǔ)能技術(shù)消防安全的技術(shù)支持的要點(diǎn)。具體而言，消防測(cè)試模型可使相關(guān)工作人員理清儲(chǔ)能系統(tǒng)鋰電池火災(zāi)特性，并對(duì)離電池火災(zāi)與常規(guī)電氣火災(zāi)的差異進(jìn)行有效分析，從而為測(cè)試鋰電池火災(zāi)防控裝置、全面評(píng)估消防安全技術(shù)效果提供技術(shù)支持、理論依據(jù)。

4.2 設(shè)計(jì)開發(fā)新型滅火劑

由于鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)火災(zāi)與其他火災(zāi)存在較大差異，且具有較強(qiáng)的危害性，所以需要基于實(shí)際情況設(shè)計(jì)開發(fā)新型滅火器。首先，需結(jié)合實(shí)際情況篩選滅火材料分子，選擇合適的材料分子進(jìn)行滅火劑的制作。其次，需結(jié)合鋰電池?zé)崾Э丶盁崧右?guī)律進(jìn)行核殼結(jié)構(gòu)滅火器的設(shè)計(jì)，以確保降溫的精準(zhǔn)性。再次，需采用適合手段優(yōu)化鋰電池滅火劑的噴射方式、噴射壓力、噴射時(shí)間等功能參數(shù)，在設(shè)計(jì)新型高效的通用型滅火器的同時(shí)降低成本。此外，在進(jìn)行新型滅火劑的設(shè)計(jì)開發(fā)時(shí)，需將環(huán)保重視起來。具體表現(xiàn)為，需思考滅火劑釋放后是否會(huì)產(chǎn)生有毒有害物質(zhì)，這些物質(zhì)是否會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染、是否會(huì)對(duì)電氣系統(tǒng)造成腐蝕或使其絕緣性降低。

4.3 集成化消防系統(tǒng)的研究

鋰電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的消防系統(tǒng)具有高度集成化，所以要想使其效用最大限度地發(fā)揮出來，就需將集成化消防系統(tǒng)的研究提上日程。在進(jìn)行集成化消防系統(tǒng)的研究時(shí)，需由同一廠家對(duì)消防系統(tǒng)的各個(gè)部件進(jìn)行集成研究，確保其可相互無縫配合運(yùn)行，并形成整體協(xié)同操作。如此一來，才可充分提高消防系統(tǒng)的靈活性及安全性。同時(shí)，可將無人駕駛智能遙控消防直升機(jī)利用起來，其具有較好的滅火性能，且行動(dòng)快捷靈敏。此外，還可結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、5G技術(shù)的有效應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)視頻傳輸、輔助功能的集成與傳輸。

5 鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的消防安全系統(tǒng)的應(yīng)用設(shè)計(jì)

5.1 多級(jí)防護(hù)機(jī)制設(shè)計(jì)

消防安全應(yīng)當(dāng)遵循預(yù)防為主的原則，因?yàn)橐坏┏霈F(xiàn)火災(zāi)安全事故，將會(huì)帶來不可預(yù)估的后果。所以，在進(jìn)行鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的消防安全系統(tǒng)應(yīng)用設(shè)計(jì)時(shí)，需將多級(jí)防護(hù)機(jī)制設(shè)計(jì)放在首位。也就是說，需根據(jù)實(shí)際情況，在電池內(nèi)部、封閉式電池簇、電池倉等各部分設(shè)置探測(cè)裝置，做到分區(qū)探測(cè)防護(hù)，及時(shí)準(zhǔn)確地預(yù)警熱失控現(xiàn)象。同時(shí)，可通過滅火裝置與電池包內(nèi)的探測(cè)器的聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)單體電池發(fā)現(xiàn)熱失控時(shí)的有效防護(hù)控制，從而在早期解決熱失控現(xiàn)象，降低火災(zāi)安全事故帶來的不良影響。

5.2 探測(cè)器參考閾值

探測(cè)器參考閾值主要為電池表面溫度、一氧化碳濃度，因?yàn)檫@兩個(gè)指標(biāo)可以對(duì)電池?zé)崾Э貭顟B(tài)進(jìn)行綜合判斷，從而將熱失控預(yù)警的精準(zhǔn)性大大提高。

5.3 多級(jí)防護(hù)聯(lián)動(dòng)機(jī)制

消防安全主機(jī)為消防安全系統(tǒng)的核心組件，可做到對(duì)整個(gè)消防安全系統(tǒng)進(jìn)行合理的控制。具體而言，消防安全主機(jī)在接到報(bào)警信號(hào)后，會(huì)對(duì)預(yù)警信號(hào)進(jìn)行邏輯分析，在獲得分析結(jié)果后選擇性地發(fā)出控制信號(hào)（滅火報(bào)警裝置或電動(dòng)裝置）。

在進(jìn)行消防安全系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)控制方式設(shè)計(jì)時(shí)，需考慮2個(gè)問題：一是電池?zé)崾Э貭顟B(tài)的準(zhǔn)確報(bào)警；二是防護(hù)設(shè)施在電池出現(xiàn)熱失控后能夠及時(shí)反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)消防安全系統(tǒng)、電池管理系統(tǒng)以及動(dòng)力環(huán)境系統(tǒng)等多系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)。

5.4 消防安全系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)

（1）消防安全系統(tǒng)的主要構(gòu)成部件。就鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的消防安全系統(tǒng)而言，其由控制主機(jī)、傳感器、報(bào)警設(shè)施以及用戶操作開關(guān)等部件構(gòu)成。就控制主機(jī)而言，其主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集及處理，實(shí)現(xiàn)消防安全系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)，為消防安全系統(tǒng)的核心部件。傳感器的作用是實(shí)時(shí)測(cè)量電池表面溫度及一氧化碳含量。報(bào)警設(shè)施的主要目的是根據(jù)檢測(cè)數(shù)據(jù)判斷電池是否出現(xiàn)熱失控狀態(tài)，并利用聲光報(bào)警器或氣體噴灑指示燈進(jìn)行報(bào)警。用戶操作開關(guān)的主要作用為：在緊急時(shí)刻，由用戶進(jìn)行緊急啟動(dòng)或停止。

（2）消防安全系統(tǒng)通信設(shè)計(jì)。消防安全系統(tǒng)通信設(shè)計(jì)需考慮以下幾個(gè)方面：①確保消防安全系統(tǒng)、電池管理系統(tǒng)中有一條可以在火災(zāi)情況下有效通信的線路。②探測(cè)裝置與后臺(tái)顯示系統(tǒng)之間有一條在火災(zāi)情況下可以有效通信的線路。③站內(nèi)空調(diào)和電池管理系統(tǒng)之間有一條通信線路。

6 鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的滅火要點(diǎn)

在進(jìn)行鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的滅火時(shí)，需做到沉著冷靜、正確決策；合理選用滅火劑，科學(xué)處置火災(zāi)；注意保持安全距離，正確處理緊急狀況；現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控?zé)崾Э販囟龋乐箯?fù)燃發(fā)生，具體如下：

（1）沉著冷靜，正確決策。消防人員到達(dá)火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)后，需及時(shí)切斷相關(guān)電源，以免鋰電池過充、過電、過熱。在進(jìn)行密閉倉庫鋰電池火災(zāi)處理時(shí)，需先找到鋰電池起火部位，并在不破壞周圍空間的情況下，啟動(dòng)滅火裝置，將火災(zāi)控制在電池盒內(nèi)。同時(shí)，需征詢專家意見，采用輔助決策系統(tǒng)查詢、研討火災(zāi)事故處理方法。

（2）合理選用滅火劑，科學(xué)處置火災(zāi)。鋰金屬在高溫情況下具有極高的反應(yīng)活性，CO2、七氟丙烷、鹵代烷1301等只能撲滅明火，一段時(shí)間后會(huì)出現(xiàn)復(fù)燃現(xiàn)象，且其不具備滅火與降溫的雙重功能；水噴淋系統(tǒng)技術(shù)雖然相對(duì)成熟，且可達(dá)到良好的降溫滅火效果，但其撲救時(shí)間相對(duì)較長、耗水量較大，且會(huì)使儲(chǔ)能電站的電池出現(xiàn)短路問題，無法正常使用。所以，在進(jìn)行鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)滅火時(shí)，需選擇合理的滅火器，并對(duì)火災(zāi)進(jìn)行科學(xué)處置。比如，可先采用銅粉，使銅粉與鋰金屬產(chǎn)生反應(yīng)，生成銅－鋰合金，純化液態(tài)鋰表面而起到滅火作用，然后迅速散出燃燒時(shí)產(chǎn)生的熱量，使得燃燒的鋰迅速降溫，從而達(dá)到降低燃燒強(qiáng)度的目的。又如，可將吸熱冷卻、隔離氧氣窒息滅火戰(zhàn)術(shù)方法撲滅火災(zāi)。此外，在處置火災(zāi)時(shí)，消防人員需佩戴好個(gè)人防護(hù)工具，采取臥姿射水。

（3）注意保持安全距離，正確處理緊急狀況。在進(jìn)行滅火時(shí)，需確保人員之間保持安全距離，并根據(jù)實(shí)際情況，對(duì)消防車的行車路線進(jìn)行合理規(guī)劃。同時(shí)，可結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行觀察哨的設(shè)置，做到及時(shí)發(fā)現(xiàn)爆炸的可能性，并根據(jù)實(shí)際情況做出正確指令。

（4）現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控?zé)崾Э販囟龋乐箯?fù)燃發(fā)生。在進(jìn)行鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)火災(zāi)處理時(shí)，需盡可能增加火場(chǎng)用水量，因?yàn)槠渚哂幸欢ǖ奶厥庑?。通過增加用水量可在一定程度上降低電池內(nèi)部的溫度，并降低復(fù)燃現(xiàn)象的發(fā)生率。比如，可將噴霧或開花水槍等方式利用起來，借助其冷卻電池。通過這一方式，可有效降低電池表面及內(nèi)部的溫度，減少電解液排氣。此外，考慮到鋰電池可持續(xù)放電，所以在熄滅明火后，消防人員需繼續(xù)進(jìn)行冷卻降溫。

7 結(jié)語

綜上所述，鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)為儲(chǔ)能系統(tǒng)的一種，與其他儲(chǔ)能系統(tǒng)相比，其具有容量大、適應(yīng)性強(qiáng)、靈活性較高等優(yōu)勢(shì)，但凡事都有利弊，鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)也不例外。其不足之處在于：很容易引發(fā)火災(zāi)，且對(duì)人民的財(cái)產(chǎn)安全及生命安全造成威脅。所以，如何保障鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的消防安全成為工作人員需深入探討的課題，上述先是就鋰電池儲(chǔ)能系統(tǒng)火災(zāi)的特征進(jìn)行了分析，然后提出了針對(duì)性的消防安全措施，旨在為相關(guān)工作人員開展消防安全工作提供保障。具體而言，鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的消防安全需要建立科學(xué)合理的消防測(cè)試模型及技術(shù)規(guī)范、設(shè)計(jì)開發(fā)新型滅火劑、集成化消防系統(tǒng)的研究；鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的消防安全系統(tǒng)的應(yīng)用設(shè)計(jì)需從多級(jí)防護(hù)機(jī)制設(shè)計(jì)、探測(cè)器參考閾值、多級(jí)防護(hù)聯(lián)動(dòng)機(jī)制、消防安全系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)等方面入手；在進(jìn)行鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的滅火時(shí)，需做到沉著冷靜、正確決策；合理選用滅火劑，科學(xué)處置火災(zāi)；注意保持安全距離，正確處理緊急狀況；現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控?zé)崾Э販囟?，防止?fù)燃發(fā)生。