中国储能网讯：5月24-26日，由中国化学与物理电源行业协会主办，200余家机构共同支持的第十一届中国国际储能大会在杭州洲际酒店召开。本次大会主题是“坚守储能安全底线，推动产业创新发展”。
在5月26日上午的“ 储能电站运维与并网调度”专场，上海纽特消防设备有限公司创始人、董事长徐凡席分享了主题报告《锂电池储能系统营运安全消防新技术及解决方案 》。经演讲人本人授权同意，小编整理了演讲速记，并将速记内容分享如下：
徐凡席：各位上午好！
今天很高兴来介绍一下我们在近期做的锂电池特别是储能消防安全的技术研究，做了一系列不同的方案。
大家都知道储能的消防问题最近也发生过，比如说我们都知道北京丰台最近的爆炸事件，也牺牲了一些消防员。我刚才在那边听中科大的介绍，我们也知道韩国发生了多次，是最多和频率最高的地方。所以储能的消防问题，其实现在迫在眉睫，我们必须要重视。现在国外也在做，国内也在做这方面的标准化，来重视储能的安全问题。我们也有专家提出来要把安全性放在储能电池的第一位，因为现在这是一个大问题，安全性是储能电池技术评价的第一要素，经济效益要排在第二位，这个话我们就可以理解其重要性。现在我了解了一下美国的一些储能的标准和做法，当然这里有很多值得我们探讨的。
我今天主要想讲的是我们现在面临的问题，因为我们也做了一些储能方面的项目。在储能项目当中，我参观了一些储能站，发现了一些问题。我们先说主要的问题，这是一个很大的风险：
第一，特殊的火灾特点，因为我们做了很多储能火灾实验，但是这个特点在消防上来讲是面临的新课题，传统的消防技术没有办法很好地应对这一类的火灾，比如说现在磷酸铁锂在储能里面做的比较多一点，韩国用三元电池，我们对三元电池试验的时候，特别是最大的811电池几乎灭不了，特别是它闪爆的时候没有办法灭掉，最近我们总算突破了。所以这一类火灾，我们需要有新技术来克服现有的问题；
第二，火灾的特性认识，我们现在还是有误的、不够的，以至灭火系统的设计很多都是错误。其中有一次我们在做储能团体标准的时候，我们去参观了一家公司的储能站，我们把门一打开，一看里面的消防，专家们异口同声地叫起来这怎么灭火，因为这里面大量用的是七氟丙烷，用的是无管网式，放在一个角落里，这样的灭火效果基本上做不到，等会儿我们会看到有一个地方做了灭火以后做了火调，实际灭不了，所以这是一个设计的错误。现在也用各种不同的技术，目前逐渐在转过来，消防界专家们也越来越清楚。之前有很多研究报告都认为电池火都灭不了，现在我们知道可以灭，但是必须认识到这个火应该怎么灭、到底用什么技术，下面我们会具体讲；
第三，这是一个很突出的问题，在我们国内，怎么突出？我们的消防设备都做了，可是它的水准很低。我有一次跟一些做储能的企业讲我们可以降低成本，但是不能降低消防水准，我们的安全水准不能降，这是一个问题，所以现在导致系统可靠性不足，就是装了以后可靠性不足，最后也是同样的问题，装好了，甚至系统装得很好，技术也很好，但是最后管理缺失，没有管理，长期放在那边，我们都知道有些设备是要管理的，后面要维护的，比方说我们买一个车，你要定期维护。现在很多的情况是多年不维护以后，系统瘫痪了，真正着火的时候不启动了，也没办法发现它有一些问题。在这方面做了进一步的研究，一定要解决这个问题。我今天也介绍了我们的营运当中怎么把消防安全的维护，怎么能保证它在火灾发生时候启动，能操作，能够真正达到灭火效果，能达到消防保护的作用。
我们先了解一下电池火灾，它和其他的所有火灾不一样。它的特点是时间很短，一旦热失控以后速度非常快。所以我们发现电池模组着火以后，再去看这个模组，发现电芯膜片都没有破，都炸了，什么原因？主要是它的闪燃速度太快了，所以整个膜片压力起来，整体就爆炸。另外是连续性，什么连续性？电芯烧了以后，后面因为热失控热进行了传播，我们有一次做小的圆柱电池的试验，我们就发现圆柱电池着火以后就像放鞭炮，一个个“啪啪”的，是连续性的。我们和一汽做了一组电池的火灾实验，故意放火，加热让电池燃烧，结果一个电芯着火以后，过了一会儿以后，所有的电芯全部着火，一个一个全烧，最后冲天大火，所以连续性问题主要是热传导、热传播的问题。另外会释放大量的气体，这个气体释放出来都是可燃气体、氢气，然后可能形成爆炸。我们这次北京丰台储能火灾发生的问题就属于爆炸行为。为什么爆炸？电池本身烧，不会爆炸，主要是气体，它压在里面，能量释放很大，最后挡不住了，炸起来，我们在试验的时候都遇到过，有时候炸的时候挺可怕的，有大量的气体。怎么抑制它的闪爆？我们也研究了新的技术。
复燃是一个最大的问题。为什么灭不了电池火？老技术做不了？第一次火，所有的灭火介质、灭火技术都能灭，但最后做不了的是复燃。比方说氮粉，我们现在市场上用的最多的是氮粉，每个都有氮粉。你去灭这个电池火，灭火剂喷上去，火没了，但一会儿火又烧了，根本不管用。复燃是电池火的一个最大的特点，然后是爆炸。
刚才讲到了火灾认识有误，为什么认识有误？很多厂商，消防的厂商、供应商都误以为电池就是电气火灾，所以我们设计的时候就按电气火灾来进行设计，是没有效果的。我们理解一下火灾里面还分为ABCDE，现在还批了一个F，F是厨房的。A类火灾固体，我们电池火和A类有没有关系？当然，它很多材料是A类的；B类有没有？火灾主要的就是它里面电解液；C类是气体，它产生了气体；D类金属；E类，因为它带电。我们从ABCD的分析中，电池火中ABCDE全部涵盖，所以它的特性和一般的火灾不一样，所以我们国家最权威的研究机构做了一些试验，最后会发现它会直接释放氧气、放热、释放可燃气体，所以无法完全灭火，均出现复燃的现象，这是电池火灾很大的特点。我们知道现在储能里面绝大部分占的比例相当高，用七氟丙烷，用9%的浓度，这是一个错误。因为9%是按照电气火灾设计的，而实际情况不一样。电气火灾里面的热释放电解液，以及它带有高SOC的充电电量，如果达到满负荷的话，燃烧的热释放速率更高，是我们一般B类火灾，像汽油、溶剂油，大概是它200%-300%。
最后，我们从这里可以分析出电解的有机溶剂都带有碳、氢、氧，当它热释放的时候就形成一个碳氢化合物或者纯氢的，也有一氧化碳，碳和氧结合了，或者氧单独出来了，氢气单独出来，我们发现氢气在里面占的比例很高，这样的情况下，对灭火来说是非常大的挑战。例如电池是安时比较小的电芯，充电量不到50%，SOC低于50%，爆炸的可能性就很低，超过这个数值以上，就有可能爆炸，满负荷的时候爆炸的可能性几乎达到百分之八九十。我们看看科大做的研究，里面有一个SOC的比例温度，我们就可以看到最高的温度达到500多度。
我们曾经和很多电池制造的企业、做电动车的企业、储能企业搞过一些研究，特别是和宁德时代做了很多研究，最中间的是在货架上，直接跟储能很像，但不完全是储能，上面是货架，直接在上面烧。这几个火都是在这两个电芯烧起来以后产生爆炸，产生大火，它电芯喷出来，然后烧成大火。
我们在研究当中发现所有的灭火介质里面，现在看来只有两个介质。因为从研究里面发现电池火很重要一点是要降低温度，水是有效的，但是储能里面用水是一个挑战，因为它可能要造成其他的影响，我们后面会专门提到细水雾的问题。另外我们发现气体里面最新的新型气体NovecTM1230（全氟己酮），它是一个非常优秀的灭火新技术，这个技术平时看上去像液体，喷出来以后就产生气体，它在电气里面使用最有利。比如它有几个友好的特点：不导电、无腐蚀、无残留、无损害，喷好以后，灭了火以后，最后什么也见不到。
我们可以看一下它的特点，气体里面分了几代，比如说四代，我们说这是第四代技术。第一代是Halon，被淘汰了，因为大气的原因，破坏臭氧层，也产生温室效应；第二代是我们最熟悉的，也是目前用量最大的氢氟烃类，像七氟丙烷、六氟丙烷、三氟甲烷（国内没有用），到目前为止七氟丙烷是主流。国际上，因为它的温室效应极高，所以准备把它淘汰了。《巴黎协议》之后，蒙特利协议做了一个修正案，七氟丙烷在发达国家2019年淘汰，在发展中国家，中国算是发展中国家，是排在2024年淘汰，所以我们国家环保部已经签了字，到国际蒙特利协议签完字以后，我们正在准备，也盯促消防界快速转移替代，用二氧化碳和惰性气体两种气体替代七氟丙烷。第三代惰性气体广泛应用，环保，唯一的缺点就是它的用量比较大，钢瓶很多，大概是6倍，因为它需要冲到空间里面。在储能上，惰性气体基本没有作用，因为它自身产生氧气，因为惰性气体主要靠惰化，使氧气降低而产生灭火。问题来了，电池里面自己产生氧气，所以它的比例更多，所以这个比例不现实，在集装箱里面没办法装；第四代是全氟己酮，目前从我们使用浓度来看，我们可以看出来它的使用浓度也是最低的，安全性也最高。在所有气体里面，其实它是最优秀的。除了Halon灭火性能是跟它接近，Halon有的地方是比它好，在B类火灾里面比它更有优势。
上海纽特公司是中国第一个从国外引进这个技术，所以我们现在也是美国3M公司组织的全球联盟里面的唯一一个中国公司在做技术应用，亚洲两家，一家是日本的，一家是我们纽特。
我们知道它的灭火机理有三个：第一个是化学灭火作用，第二个是物理灭火作用，第三个是惰化灭火作用，因为我们用量小，所以惰化作用不是很大，除非我们增加了很多量。物理作用是它最大的特点，也是针对电池来讲最有的一条。
我们就可以看到物理作用是怎么产生的，因为它主要是比热容高。我们可以从这个图里面看出来，因为我们可以对比七氟丙烷，因为七氟丙烷在我们国家是主流，我们对比一下就知道七氟丙烷每一个mol，美国是120J/mol/k，NovecTM1230是282J/mol/K，所以从整个使用浓度来看它非常低，比七氟丙烷低很多。我们发现了一个很重要的问题，什么问题？它吸热很强，还有一个问题是它会和可燃气体形成混合气体，可以锁住可燃气体，抑制它的燃烧、干扰它的燃烧，我们后面专门做了一个实验，我们在长春一汽做的实验，从一汽实验里面可以看出它最大的特点。因为这个特点也解决了另外一个问题，就是除了吸热以外的灭火，它还可以从另外一个角度抑制。
我们看这张实验图，我解释一下这个实验图，等一会儿我做一个小实验给你们看。这个实验图里面它是怎么锁住的？我们做了一个箱体，模仿了一个电池箱，让电芯加热着火，着火了以后，我们喷洒了以后，灭了。灭了以后，看到当中有一个红点子，这个红点子是电芯里面的金属，还维持着红色。火焰没了，“哗”一下喷了以后，温度也下降了，唯一当中的红点，我用红外枪测了一下，大概大于450度。然后我们看到里面飘的气体和烟，不出来，一般的气体会升腾。但是因为1230气体高分钟比重比较重，它就沉在那边，飘在里面不动，风稍微吹一下，它动一下。我们点了纸，扔进去，火马上灭了。但同时当它破坏了混合气体以后，它里面的可燃气体就泄露出来一点，就冒出一个蓝火。
我们也做一个试验，在这里看一下。这个像水一样的，这就是全氟己酮，先来看这个小的火，飘一点进去，火就灭掉了。我们继续增加一点。然后我们做一个动作，我们看它怎么防复燃，以及一进去就灭了。可以看到特的烟就在里面飘，它把可燃气体、烟雾等所有的这些东西，气体类的全部锁定在里面，火不烧了。可以维持多少？如果不同风的情况下，维持一个小时没问题。所以我们多次试验，我们把它维持了三个小时不会再复燃，甚至放了更长时间，我们都试过，都不会复燃。这个就通过降温、通过封住气体、锁住气体，后面的电解液也不再产生新的气体，因为降温了，温度降的很大。我们也在其他的电池制造业产线上装了很多系统，每年有几十次的火灾都被这个灭火器灭掉了，所以对电池火灾很成功。
由此，我们做了专门的系统——蓝爵®N-1230自动智能灭火系统，各种场景都有应用。当然储能里面的应用不一样，比方说我们这里做的喷头，因为1230的特点是液态的，在冬天的时候温度比较低的情况下，它气化的速度相对要慢一些，它的沸点是49.2，所以通过压力喷出来的时候效果很好。所以我们专门用雾化喷头进行喷洒，会加快速度。如果不做雾化喷头，速度很快。用了雾化喷头以后，速度就加快了，所以我们有不同的雾化喷头，因为我们有不同的应用。
我们的应用方式模式，我们现在比较推崇，现在已经做的七氟丙烷一般是无管网，我们很反对做无管网，从一个方向，灭火的速度要慢，而且经常灭不了，现在实际情况都是灭不了。我们现在用了这样的模式，全淹没式的系统+分布深入式，我解释一下什么叫全淹没。全淹没就是我们比较传统的做法，在顶部装一些喷头，全部泼洒，整个在里面淹没式的，叫全淹没喷洒，我们要设定一定的浓度进行灭火。另外一个是我们现在发现储能灭火效果最好的、速度最快、最有效的，是分布深入式，也就是说我们布局到它的电池簇里面去、插箱里面去或者Pack包里面去，效果最好。这是一个布局图，我可以看一下分布式管网怎么安装。我们后面的更清楚一些。比方说分布式有进到柜机里面，到每一个插箱这个地方，我们在两侧或者背侧安装喷头。因为空间的问题，我们研发了管式喷头，因为不占地方，深入到里面进行喷洒。电池包，我们用了直接伸到里面，一种用法是现在很多企业在用的碳火管进行灭火，碳火管的效果、喷洒速率稍微有一点问题，因为它的管子很细。我们也用了专用了热敏的闭式喷头、雾化喷头在里面。通过不同的方式来对里面进行深入式的灭火，所以称作分布深入式。
前面提到了设计，因为很当人对设计不理解，所以我们要进行一些设计。设计好坏对灭火的速率非常讲究，有很多火灭不了，其实跟它的设计有关系。比如说现在用七氟丙烷灭不了，其实七氟丙烷也能灭，可是它的设计很重要。用量，现在有9%显然是差距太大，1230里面有专门的设计方式，浓度特别讲究，另外还有整个用量的设计和计算，还有探测的设计、控制系统的设计，所以一个系统涉及的面很广。
这是我们对管网的设计，因为管网设计错误会导致压力达不到、里面喷洒的效率达不到，所以管网的压力损失、沿程损失和喷头的流量计算都要做。
同时我们发现在这样的技术下还有一些不足，比如我前面提到了热传播，根据热传播，我们提出了新的要求。所以我们现在跟3M公司共同合作研发了高性能的锂电池电芯隔热垫，也就是在每个电芯之间加一个隔热垫，它可以阻断热传播。所以一个电芯着了，如果有灭火的状态下，其他电芯不会着起来。如果通过我们深入分布式的方式，可以达到很好的效果。特别是锂电池，如果把这两个结合起来，效果特别好。另外我们也做了探测研究，因为电池的探测有难度，因为我们在电池包Pack里面有模组、有电芯，所以对它的探测有几个：一个已经在我们做的项目里面应用了，就是对早期热失控探测的BMS-CM技术，也就是说我们可以获取BMS的信息，因为BMS信息里面有两个信息对热失控的掌握、预警最有效，就是温度的突然上升、电压突然下降，这个意味着什么？火灾马上就开始了，甚至已经开始了，只不过没明火。那时候一旦压力升高，爆了以后就是火。所以，这是我们一个很重要的技术。另外一个，我们最新刚刚研发成功，是什么？一个柔性金属的电池鼓胀，热失控以后鼓胀还不一定着火，但它已经是热失控了，鼓胀到一定时候就爆炸、着火。我们专门做了一款新技术，可以测它的鼓胀，可以提前进行采取措施，比如说切断电源，我们可以提供给BMS的公司或者做储能的公司，可以把这个加进去，我们刚刚研发成功，有这个需求的可以跟我们联系。这个技术可以提前掌握电池热失控，它跟温度一样，这两个都有效，所以我们也正在做，就是通过柔性金属。这个金属很有意思，是液态的金属，可以像打印机泼墨一样，金属泼墨到材料上，超薄的。比方说我们都可以把这个技术泼到电芯的壳上，可以达到效果。
探测器里面，一方面我们原来做了四合一，现在做了五合一，五合一里面我写了探测器和传感器，我做一个说明。我们讲的探测器，消防探测器是开关量的信号，也就是启动的时候它就有一个0和1的关系，所以我们没有办法去做预警，因为一旦触发了就是启动喷洒。如果要做预警，要掌握它的预警，我们做了一个传感器，因为它有数值量，可以在我后面提到的云平台上实时显示，所以我们用了一个复合式的五合一的传感器，所有的数值都可以显示出来，都可以掌握，然后我们可以通过控制系统来掌控来分析，来做一些判断、分级的预警。
另外一个问题是很多人跟我提过，特别是有厂家提出来，问我徐总有没有办法抑制闪爆，他说电池的闪爆是很大的问题，北京这次就属于闪爆，爆炸了。我们过去用细水雾，是喷水的。为了电池这个，我们有一款新的技术叫做微包囊灭火剂添加剂ECF-2，添加到细水雾里面，可以实现捕捉可燃气体。比方说甲烷5%，超过了5%就可能要爆炸，氢气4%，超过它可能就要爆炸。如果我们的探测器在这个之前探测到以后，我们在大空间里面有了，它整个箱体会爆炸，电池箱会爆炸。如果那个时候我们掌控了喷洒了带有微包囊技术的细水雾，可以有效地抑制爆炸，因为它可以捕捉可燃气体，然后降到水下面，和这些液体混合在里面，捕捉进去，然后可以雨化包囊易燃液体，惰化它的燃烧率。所以我们可以把细水雾运用到储能里面，本来我们一直在犹豫用不用说，我也听说电力系统的一些专家反对用水，所以这是我们一直在犹豫的。我们现在提出来了几个方案、模式，从这几个模式里面我们可以看出来，比方说我们有气体的，第一项是全淹没的气体+单簇分布深入式的，这是我们比较推荐的做法。也可以用气体和水，比方水，我们作为备用的，比如说大流量的、含有ECF微包囊技术的低压细水雾来进行全淹没式保护，使得电箱一旦有问题的时候不至于爆炸，这也是一个备用的系统。我们的氢气或者是可燃气体探测传感器达到了一定的浓度，我们可以用备用系统启动。一般的着火，我们就尽量用气。我们可以用全淹没式气体加单簇深入式的气体，也可以备用使用细水雾，这样它就不用大面积喷洒，就对单簇里面进行喷洒，这是我们比较推荐的技术。这些技术，我们根据客户的要求可以制定具体的实施应用模式。
另外我们提到一个很重要的问题，就是我先前说的，我们做好的技术，如果没有后管理、没有维护保养，我们的系统是有问题的。我们也发现消防的设备在储能电池集装箱里面常常会发现一些电器设备会受整个磁场或者其他因素的干扰，造成设备有时候会出故障，由此我们就在考虑营运管理要有适当的方式，现在是5G时代，我们可以做一些物联网，通过物联网的方式能够对消防装置进行联网管理，随时监测设备的情况，及时发现故障，提升设备的可靠性，这是我们现在正在思考，研发成功并且已经在应用了。比如说我们已经在应用的分区阀物联网连接件，因为阀是控制系统，如果它出了故障，启动不了的话，打不开的时候，我们所有的系统就没有用了，你探测了以后没办法灭火，灭火剂也输送了，可是被我们的阀挡住了，打不开，怎么办？所以这个检测也非常难检测，平时做维护，我们去看，看不到；去测，也不知道它里面的阀心是不是打开了。所以我们已经应用在电池制造业的产线上，用这个阀里面的物联网，可以用手动点击或者定期自动进行监测和探测，检测它打开和关闭。所以只要一点击，一千个阀全部打开，再点击，一千个阀全部关闭，所有的数据自成报告，我们就知道这个阀能否打开。这样的话，这些系统就能有保障。如果报告当中发现某一个，我们每一个都带地址，有模块，就会发现某一个阀打不开，需要做维护去修去更换等等，所以这是非常重要。比方说我们的容器阀可以测容器里面的压力，如果压力泄露了，我们就马上知道这个泄露了，要加压或者更换。除了这个之外，我们的探测、报警，系统一旦火灾了，马上要报警，报警很快可以达到我们的主机上，但是有的时候主机在现场，没有人，我们已经遇到过好几次，其他的几个项目不是储能的。火灾已经起来了，系统动作了，没有人，不知道。所以我们可以通过主机发送信息到我们的云平台甚至到我们的手机上，这些设备全部要做到联网。其中我刚才提到的传感器，传感器上可以实时显示有没有氢气，因为氢气是可以很容易泄露出来，所以我们最早可以测出氢气，氢气一测出来我们就知道热失控了，里面有一些气化了，那时候我们就可以采取一些措施，因为它可以实时显示，所以我们可以做分级的预警。
这是我们云平台的整个界面，当然有很多的界面，包括营运控制时的监控大屏上动态显示。另外，我们也可以把重要信息送到相关人员的手机上，比方说上次电力系统的有一个人跟我讲这个系统非常好，有领导很重视，他说我可能在什么地方开会，我可能在什么地方做什么其他的事情，甚至在应酬，我需要知道如果发生火灾了，或者有什么故障，他也想了解，我们可以设置他的手机号码，送到他的手机上。特别是安全管理人员，我们可以得到各种各样的数据。
同样我们经常都用了视频、探头。我们现在也研发了一个技术，把探头通过人工智能AI的技术进行识别，就像图像识别、人脸识别一样，我们做了火焰动态识别。比方说一个储能集装箱里面装一个探头，里面着火、发生什么事情，都可以通过这个系统报警。他看到着火了、冒烟了等等，可以及时的发现。我们的红外成像仪器在夜间没光的情况都能看出，这样可以及时发现火灾。95技术有一个很好的点，就是它的误报率低，为什么？其他的红外探测、紫外探测经常会误报。对于阳光，比如说经常门一打开，它可能就报警，一个太阳光照进去都可能会报警。但是AI一定要动态，没有动态的情况它是不报的，所以这样可以排除一些故障、排除一些误报。这是我们可以监控的实际灭火情况，一旦灭火了，火灾灭掉了。比如说热成像仪可以看出来这个火是不是要停止泼洒了，灭火灭掉了没有？从这两张图上就可以看到火灾有没有灭、温度下降的情况怎么样，如果温度下降到100度以下，没问题了，这个火灾已经解决了。所以通过这样的技术，我们可以不要人进去，因为电力系统发生了几次事故，去年济南高压变压器着火爆炸，也是我们三个员工过去查看故障的时候突然爆炸，结果我们的员工牺牲在现场，因为这个太危险了。这次消防员爆炸的情况也一样。所以有人说我们这里面配了灭火器，我说你是不能进去灭火的，因为拿了灭火器，你是进去送死。所以一般火灾即使灭火以后也不要进去，我们可以通过这些技术来看到火灾有没有灭、情况怎么样、温度的情况怎么样，通过这样的显示以后，我们确保没问题了，就进行灾后处置。这样的情况下，我们可以进行处置，不会造成人员在里面遭到死亡，造成不必要的损失。
谢谢！
