近年来，储能的操纵越来越平凡。跟着更众储能电站进入运转，失火和爆炸变乱的发作也尤其一再，储能安好题目激励越来越众人的合心。据报道，韩国正在过去两年内发作了23起储能电站失火变乱，导致韩国储能行业近来简直处于勾留形态。近期，美国亚利桑那州一座储能电站起火，变成四名救火员受伤，也为储能行业的发扬蒙上了暗影。国内方面，固然储能电站操纵途于初期阶段，但已发作的几起失火同样惹起人们对家产发扬的顾忌。

导致储能电站起火的源由良众，蕴涵电池、电气修设自己的质料题目，也蕴涵体系爱惜设施安排的不齐备，PCS和BMS以及EMS等体系之间的限制及爱惜效力协作性差等，施工经过中显现的质料题目、运转和庇护办理失当等均也是储能电站起火的源由。针对储能体系的起火、爆炸等变乱发作的源由，电池自己的热失控，以及电池模块和体系的热失控扩散，是行业目前合心的核心。

何为热失控，奈何提防热失控，正在热失控经过中奈何压制热失控扩散等题目，值得专文钻探。本文将从热失控的发希望理、提防设施以及合连测试轨范比拟等三个层面，予以详尽解析。

电化学电池以弗成限制的格式通过自加热升高其温度的变乱即为热失控。目前，众个轨范中都有针对热失控的界说，睹表1▼

A1阶段： 电芯正在运用经过中最先会发作初始能量热扰动，惹起热扰动的能量起原蕴涵电芯内部平常的锂离子充放电化学响应、内部非平常化学响应（如不适合额定电压、电流、温度或有热传导的滥用变成的内部猛烈响应，外部和内部呆板布局毁伤最终变成的内部猛烈响应等），从而导致电芯发作热量。 与此同时，电芯会向外实行热量闲逸，同时个人裂学响应会奉陪吸热；

A3阶段： 当电芯闲逸的热量+响应打发的热量＜电芯取得的热量时，电芯发作温升ΔT。 假设ΔT没有带来电芯内部新的放热响应，则电芯是安好的；

A4阶段： 如有新的放热响应（如SEI膜的分化放热、电解液的分化放热、氟化物粘结剂的分化放热、电解液分化放热、正极活性原料分化放热、过充电时重积出的金属锂与电解液发作响应放热、金属锂与粘结剂的响应放热、可燃物质的燃烧等），当这些响应放热所带来的电芯内部响应速率弗成控时，电芯温度上升将弗成控，便会惹起A5阶段中咱们常例所界说的热失控，如【图1】各储能合连轨范中划定的电芯内部放热响应惹起弗成控温升的气象。

电芯正在运用后的形态描摹可分为未失效和失效两种形态。未失效即为电芯还可能正在餍足运用条款下无间运用，而失效形态则说明电芯不再适于无间运用。失效的形态描摹又可分为安好形态和非安好形态两种：安好形态仅发扬为电芯的容量衰减十分、内阻蜕化十分等；而非安好形态大凡指电芯对外将发作弗成控的能量开释。

当电芯发作热失控时，其能量开释、有毒无益物质开释的弗成控即被界说为起火、爆炸，此时即可判断电芯发作了安好变乱。

热失控电池发作的热量高于它可能散失的热量时，热量进一步蕴蓄堆积，不妨导致失火，爆炸和气体开释。假设电池体系中，因为一个电芯发作热失控而激励其他电芯热失控，即为热失控扩散。国家轨范GB/T 36276-2018中给出的热失控扩散界说如表2所示。

正在电芯的实质运用经过中，其原料可逆容量、SEI阻抗、电解液组分、布局件物理目标等是一个动态蜕化经过，直接影响电芯充放电弧线、内阻等动态蜕化。假设电芯的实质运用条款（如温度限值、电压限值、电流值等）没有动态调治与之结婚，从而变成电芯内部布局加快毁伤以及激励个人要害原原料加快失效的情景，称之为电芯滥用。滥用时常会最终导致电芯安好失效，即热失控。

热失控气象的发作源由可能分为两类：内因和外因。内因合键指正在电池安排及修设经过中发作的源由；外因合键指正在电池运输、安置及运转庇护经过中因为职员、外部条款等导致的源由。分类具体如下▼

正在诸众轨范中提及的热失控触发计划仅是对其滥用格式的一种模仿，并不行所有表征电芯一切不妨诱发烧失控的源由。

电池体系发作热失控扩散最直接的诱因，蕴涵发作热失控的电芯对其周遭其他电芯的能量传导（蕴涵热能、电能、呆板能等）以及喷出物起火等。

①热能传导：当电池发作热失控时，通过电池正面接触而发作的侧向加热特殊猛烈，导致被加热电池内部正在厚度倾向上温度梯度变大，因为电池前端面温度抵达热失控触发温度进而发作热失控扩散。

②电能传导：某一电芯单体热失控与隔阂大面积缩短变成内部短道，这两者可互为因果相干，最终都市变成发作热失控的电芯能量神速降落。正在电池模块并联单位中，其他电芯会向发作热失控的电芯放电，导致发作热失控的电芯温度升高更众，同时，挨近已发作热失控单体的电芯将比远端电芯以更大功率放电，导致其温度神速升高，从而鼓舞热失控的扩散。

③呆板能传导：某一电芯单体发作热失控，不妨会对模组呆板布局变成影响，或者其发作爆炸变成霎时大宗能量开释，对其周边的电芯也会变成必定水平的呆板毁伤，而这些呆板毁伤将添补其周边电芯发作失效的危急，紧要时可直接导致其周边电芯发作热失控。

电池发作热失控时会喷出高温气体和颗粒羼杂物，这些气体具有可燃性，极易发作失火，这些高温喷出物以及喷出物燃烧发作的火焰会加热周遭电池，从而加快热失控扩散的过程。

按照锂离子电池合键原原料【睹注1】差异，正在发作热失控时会有差异的开始温度以及差异的能量开释速率。如三元正极原料相看待磷酸铁锂正极原料电池，正在沟通容量情景下其能量开释速率相对较大，当然这还要研讨到电芯呆板布局安排等众种成分。惹起热失控的成分无非内部成分和外部成分的交互效用，滥用、呆板毁伤等外部成分最终也是通过诱发电芯内部原料猛烈响应而导致热失控。

【注1】：如正极原料类型（如磷酸铁锂、NCM111、NCM523、NCM622、NCM811、钴酸锂、锰酸锂、镍锰二元原料、磷酸锰铁锂、以及羼杂运用等）、负极原料类型（人制石墨、自然石墨、MCMB、硅碳负极等）、隔阂类型（如是否有陶瓷、单层或众层布局、厚度等）、电解液配方等。

因而，相合热失控的提防设施，需从诱发烧失控的源由出手，通过认识上述内部、外部诱发成分，可能从推迟锂离子电芯失效速率以及低落热失控妨害力方面实行研讨，并从电芯获取能量起原、原原料、布局安排等方面出手。比如▼

★提拔电能予以切实度（如动态而且切实适宜的充放电计划和电压、电流、温度监控计划）、以及抬高原料安定性等，可能通度日性原料体相掺杂探究、组分及烧结工艺探究、壳核布局探究等；

★低落副响应发作水平，可通过低落活性原料比外貌积等，添补陶瓷涂层抬高隔阂热安定性，正在正负极众孔电极配比内添补温度影响内阻原料（如PTC或NTC原料），调动电解液组分以抬高安定性及牢靠性（如开荒固态电解质、添补效力增加剂等）；

★其它，当热失控发作时，还可能通过添补雷同圆柱18650电池CID、VENT以及方型铝壳电池防爆阀等，以及OSD阻断安排来限制电芯能量开释倾向性和实时性，进而低落妨害力。

热失控短长常紧要的电芯失效形式之一，将不妨直接对人身安好及物业安好变成损害。良众科研机构及电池企业都悉力于通过手艺本领规避电芯发作热失控的诱因，而且通过开荒安定牢靠的触发本领来检测发作热失控时变成的妨害水平。

a)安排合理而且牢靠的热相易战术，合键有液冷手艺、风冷手艺、吸热相变原料手艺等，正在电芯发作热失控时，实时将该电芯发放出来的热量导出模块或体系。这些手艺的抉择要研讨到电池体系有必定呆板形变以及电气毁伤后的牢靠性；

b)按照电芯热扩散系数，安排合理的电池间距，避免触发烧失控电芯相邻电芯温度的升高，低落因热传导导致的触发烧失控的危急；

c)电道中添补电流范围效力元件，当个人回道电流、电压、温度显现十分时可火速、切实的割断回道电流，可有用避免电能传导；

e)安排牢靠的能量以及无益物质（蕴涵气体、液体、固体等）定向及定量开释战术，并配合可担当必定呆板应力的布局，避免高温喷出物以及喷出物燃烧发作的火焰对周遭电芯模块等发作影响。

目前，包罗储能用电池热失控条件和测试本领的合连轨范有GB/T 36276—2018， UL 9540A:2018，UL 1973:2018，各轨范操纵情境不尽沟通，因而正在手艺条件、触发烧失控本领、测试本领等方面存正在差别，差别性汇总如表3所示▼

GB/T 36276—2018偏重于检测储能用锂离子电池正在发作热失控时是否发作起火、爆炸。如若发作起火、爆炸，试验终止且判断型式试验不足格，直接影响产物的出厂运用；

UL 9540A:2018偏重于检测储能体系用电芯发作热失控时，对其起火性格实行评估，取得合连数据，以用于确定储能体系防火防爆设施。

UL 1973:2018偏重于检测电池体系中电芯发作热失控时，对周遭电芯及电池体系的影响，取得合连数据，以便通过电芯安排淘汰单个电芯失效时对全体电池体系的影响。

目前，包罗储能用电池热失控扩散条件和测试本领的合连轨范有GB/T 36276—2018，IEC62619:2017，UL 9540A:2018。各轨范操纵情境不尽沟通，因而正在手艺条件，测试本领等方面存正在差别，差别性汇总详睹表5所示▼

GB/T 36276—2018和 IEC 62619:2017均偏重于检测电芯正在触发烧失控时相邻或其他部位电芯是否发作起火、爆炸、热失控扩散；

UL 9540A:2018偏重于检测储能体系用电芯发作热失控时，对其起火性格实行评估，取得合连数据，以用于确定储能体系防火防爆设施。

GB/36276—2018和IEC 62619:2017中热失控扩散测试均采用包罗众个电芯的模块或电池体系实行测试，以检测单个电芯发作热失控时对周边电芯的影响；

UL9540A:2018中测试均是确立正在储能体系运用条件下实行，分为模块级和储能单位级，旨正在探究发作热失控扩散后的模块及储能单位起火性格。

维系热失控及热失控扩发放生的源由认识，证实差异轨范中的热失控及热失控扩散检测触发计划并不行所有表征产物正在实质运用中发作安好隐患的诱因。差异的触发本领旨正在用更楷模的计划、更高可操作性、更切实的表征产物发作热失控时能量的开释速率，以及是否会诱发储能产物更猛烈的热失控扩散。

正在GB/T36276—2018中，相合热失控及热失控扩散的触发本领相对其他轨范更少，通过划定较少的触发本领范围了产物测试计划的抉择性，相对提拔了产物通过测试的苛苛性。

看待条件安好安定的锂离子电池体系而言，正在运用经过中发作热失控及热失控扩散都是缺乏安好性的一种发扬。因为锂离子电池的高能量密度以及能量、无益气体等开释的额外性，良众轨范中说到的热失控扩散测试实质上是为了确保：当单体要发作热失控时，体系必必要有切实的反应，条件这个反应信号不行漏报、不行误报，以保护电池体系安好统治预案有足够的启动时分，条件电池体系有必定的压制或延缓热失控扩散的才华，以保护职员可能评估变乱紧要水平以及当其妨害力胁制到人身安好前预留充实的撤离时分，以防御对人身妨害进一步扩展。

因为储能体系发作安好变乱所变成的社会影响、妨害水平等远巨大于动力电池产物，正在GB/T36276—2018中，并未涉及评估电池体系对压制热失控扩散能量开释速率的条件，而是不许可电池体系发作热失控及热失控扩散，这对储能手艺的发扬起到了更高程度的诱导效用。

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