对电池本身的影响
磷酸铁锂电池发生短路会对其造成严重损害。短路是指电池的正负极通过导线直接连接形成非正常通路,这种连接会导致电池燃烧甚至爆炸,从而对电池的正负极造成无法逆转的损害。其原因比较复杂,制造过程中电极表面的毛刺可能刺破隔膜引起正负极短路,或者工艺不当也会造成短路;使用过程中锂电池过热,隔膜融化也会造成短路;此外,隔膜质量差以及漏液等情况也可能引发短路。
安全隐患
(1)短路产生的高温可能引发火灾,威胁财产和生命安全。无论是锂电池短路还是电路短路,由于短路产生的过量电热,温度极高,在断路之前,足以熔化一般金属,可能引发火灾,也可能损坏用电器。
(2)电池容器可能因压力过大而爆炸。磷酸铁锂电池体内温度上升较快时,外壳不像在温度上升较慢时会逐渐溶化,因而导致电池内部空间不足以容纳加热情况下的膨胀气体,电池容器因压力过大而爆炸。
(3)短路时产生的火花可能点燃电解液,引发更大的火灾。当锂电池短路时产生的火花会在瞬间点燃电解液,因为电解液由易燃液体构成,燃烧的电解液会跟着引燃塑料机身,导致电池燃烧,如果电池周围有易燃物的话将会造成火灾。
为保证系统安全可靠地运行,减轻磷酸铁锂电池短路造成的影响,除在运行维护中应努力设法消除可能引起短路的一切原因外,还应尽快地切除短路故障部分,使系统电压在较短的时间内恢复到正常值,避免造成不必要的危害。近年来,锂电池生产厂家已经意识到这些安全隐患,并采取了多层次措施来尽量避免这种情况的发生。
制造过程中的问题
在磷酸铁锂电池的制造过程中,电极表面存在的毛刺、工艺不当等问题可能会刺破隔膜,进而引发正负极之间的短路。这是因为在电池制造过程中,电极的生产环节如果把控不严格,可能会导致电极表面出现毛刺。这些毛刺在电池组装后,就像尖锐的利器,很容易刺破脆弱的隔膜。一旦隔膜被刺破,正负极就会直接接触,形成非正常通路,导致短路发生。此外,制造工艺不当也是引发短路的一个重要因素。如果在生产过程中,各环节的工艺参数设置不合理、操作不规范等,都有可能为电池埋下短路的隐患。
使用过程中的因素
(1)锂电池过热导致隔膜融化短路。在使用过程中,磷酸铁锂电池如果过热,就会导致隔膜融化,进而引发短路。过热的原因可能有很多,比如大电流充放电、环境温度过高、电池散热不良等。当电池过热时,隔膜的材质会逐渐软化甚至融化,失去了隔离正负极的作用,使得正负极直接接触,造成短路。
(2)低温易造成微短路。低温环境下,磷酸铁锂电池也容易出现微短路的情况。这主要是因为在低温条件下,电池内部的化学反应速率会发生变化,可能导致电池的极板出现毛刺,从而引发微短路。此外,锂金属电池在低温下使用时,由于金属锂的结晶形成树枝状的结晶,也容易造成微短路,严重的甚至会造成大短路。
(3)大电流充放对隔膜质量要求高,质量差易破损导致短路。磷酸铁锂电池组在使用过程中经常进行大电流充放电,这对隔膜的质量要求非常高。如果隔膜质量不达标,在短时间内无法承受巨大的锂离子流穿过,就会出现局部或者大面积破损。一旦隔膜破损,正负极就会直接接触,导致电芯剧烈发热发烫,进而引发短路。
(4)漏液后电解液泄漏造成短路。当磷酸铁锂电池内部温度缓慢上升时,外壳会逐渐熔化,如果此时保护层无法起到保护作用,就会导致具有腐蚀性的电解液泄漏。电解液泄漏后,会在电池内部形成导电通路,从而造成电池短路。
北京大红门储能电站火灾事故
2021 年 4 月 16 日中午,北京市丰台区大红门集美家居广场内突然停电,浓浓黑烟弥漫开来。位于广场内的国轩福威斯光储充供电有限公司变电室发生火灾。起火点为南楼西电池间南侧电池柜,发现起火时间为中午 11 时 50 分许。随即有人用灭火器处置,12 时 13 分许,公司负责人刘博带人赶到现场并从南楼、北楼拿取灭火器参与灭火,但是明火被扑灭后总是不断复燃。
当地 15 个消防站、47 辆消防车、235 名指战员到达现场进行处置。14 时 13 分 16 秒,北楼突发爆炸,正在楼内进行处置的消防员以及相关工作人员被炸伤,最终造成 1 名值班电工遇难、2 名消防员牺牲、1 名消防员受伤。直至当晚 23 时 40 分,明火才彻底扑灭,消防救援队伍对现场进行了持续 40 小时的冷却。
调查组根据消防救援机构现场勘验、检测鉴定、实验分析、仿真模拟和专家论证情况,综合分析发生事故的直接原因为: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。
当然除此之外,还存在很多的间接原因。如有关涉事企业安全主体责任不落实,在建设过程中存在未备案先建设问题;在事发区域多次发生电池组漏液、发热冒烟等问题,未完全排除安全隐患的情况下继续运行;事发南北楼之间室外地下电缆沟两端未进行有效分隔、封堵,未按照场所实际风险制定事故应急处置预案等等。
这起事故重新引发了人们对储能电池安全性的考量以及对储能产业建设安全监管方面的思考。自 2017 年至 2021 年,韩国共发生 32 起储能火灾,造成的财产损失达 466 亿韩元(约合人民币 2.49 亿元)。在 2022 年刚刚过去一个月的时间里,韩国再次发生两起类似事故。这表明储能安全问题一直备受全世界的关注。
此次北京大红门储能电站火灾事故造成了严重的人员伤亡和财产损失,也为储能行业敲响了警钟。在技术相对成熟的工业生产中尚且存在安全风险,如果日常生活中没有做到正确使用、保护电池的话,其安全隐患一样不容小觑。
强化电池设计
研发新型材料抑制热失控是预防磷酸铁锂电池组短路的关键举措之一。目前,许多科研机构和企业都在积极探索新型材料,以提高电池的安全性。例如,一些新型的电解质材料可以在一定程度上降低电池热失控的风险。同时,优化电池管理系统也是至关重要的。通过实时监控电池的状态,如电压、电流、温度等,可以及时发现潜在的问题,并采取相应的措施。当电池出现异常情况时,预警系统能够迅速发出警报,提醒用户或相关人员进行处理。
避免过充电
检查充电机冗余功能是避免过充电的重要环节。充电机在设计时应具备一定的冗余度,以确保在充电过程中不会出现过充现象。同时,优化电池管理策略也非常关键。通过合理设置充电参数,如充电电流、充电电压等,可以有效地控制充电过程,避免过充电。此外,确保电压监测的准确性也是必不可少的。通过精确的电压监测,可以及时发现电池是否处于过充状态,从而采取相应的措施。
选择可靠供应商和容量
选择可靠的电池供应商可以降低内短路的风险。可靠的供应商通常具有严格的质量控制体系,能够保证电池的质量和性能。在选择电池容量时,应根据实际需求进行合理选择。过大的容量可能会增加电池的内部压力,从而增加内短路的风险。同时,借助先进技术预测和预防内短路也是非常重要的。例如,一些先进的检测技术可以在电池使用过程中实时监测电池的状态,及时发现潜在的内短路问题,并采取相应的措施。
车辆内短路预警方法及装置
车辆磷酸铁锂电池内短路预警的方法及装置对于提高车辆的安全性具有重要意义。目前,已经有一些先进的预警方法和装置被应用于车辆中。例如,该方法通过采集车辆的磷酸铁锂电池的充电数据,依据电池电压曲线的多个曲率极大值点来确定多个特征点,并据此获取这些特征点之间的变化信息。当变化信息达到预设内短路预警条件时,控制车辆进行预警提示。这种方法可以有效地提升计算结果的精准性,提升电池内短路预警的鲁棒性和实时性。此外,还有一些其他的预警方法和装置,如通过监测电池的温度、电流等参数,及时发现电池的异常情况,并进行预警。
磷酸铁锂电池组短路是一个严重的安全问题,必须引起高度重视。无论是在工业生产领域还是日常生活中,磷酸铁锂电池组的短路都可能带来严重的危害,包括电池本身的损坏、火灾以及爆炸等潜在的安全风险。
从危害方面来看,短路会对电池造成不可逆的损伤,如正负极短路导致燃烧甚至爆炸。短路产生的高温可能引发火灾,对财产和生命安全构成威胁;电池容器可能因内部压力过大而发生爆炸;此外,短路时产生的火花可能点燃电解液,从而引发更大规模的火灾。
磷酸铁锂电池组短路的主要原因包括制造过程中的缺陷以及使用过程中的不当因素。在制造过程中,电极表面有毛刺、工艺不当等可能刺破隔膜引起短路。在使用过程中,锂电池过热导致隔膜融化、低温易造成微短路、大电流充放对隔膜质量要求高以及漏液等情况都可能引发短路。
北京大红门储能电站火灾事故就是一个典型的例子,该事故造成了严重的人员伤亡和财产损失,为储能行业敲响了警钟。这也表明,即使在技术相对成熟的工业生产中,安全风险依然存在。如果在日常生活中未能正确使用和保护电池,其潜在的安全隐患同样不容忽视。
为了预防磷酸铁锂电池组短路,可以采取一系列措施。强化电池设计,研发新型材料抑制热失控,优化电池管理系统;避免过充电,检查充电机冗余功能,优化电池管理策略,确保电压监测的准确性;选择可靠供应商和容量,降低内短路风险,借助先进技术预测和预防内短路;采用车辆内短路预警方法及装置,提高车辆的安全性。
磷酸铁锂电池组短路的严重性不容忽视,我们必须加强质量管控和安全管理,确保电池的安全稳定运行。从制造、使用到管理的各个环节都要严格把关,采取有效的预防措施,最大程度地降低短路风险,保障人民生命财产安全和社会稳定。
发布时间: 2024-12-06 09:37:45 >>资讯列表
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