中国储能网讯：
一、研究背景
磷酸铁锂(LiFePO4)电池具有工作电压高、能量密度大、循环寿命长等优点，在大规模储能领域中应用广泛。在过充条件下，锂枝晶在石墨负极上持续生长可能使电池聚合物隔膜穿孔，导致正负极直接接触发生短路，造成电池的热失控，是锂离子电池储能电站安全可靠运行所面临的主要挑战之一。因此，深入了解磷酸铁锂储能电池的热失控发展规律，开发针对电池热失控的先进监（检）测及抑制技术对于锂离子电池储能电站的大规模工程应用具有重要意义。
二、重点内容
本文综述了锂离子储能电池热失控的诱因、电池内部反应过程及外部特征参量的变化规律，重点总结了当前主要的电池热失控状态检测技术、智能诊断算法及储能电站安全防控技术，最后对储能电站热失控状态检测及安全防控技术进行了总结和展望。
锂离子电池热失控的根本原因为包括SEI膜（Solid Electrolyte Interface，固体电解质薄膜）的分解反应、负极与电解液的反应、正极与电解液的反应以及电解液的分解反应在内的链式反应产生的热-温循环，产热与产气会引起内部温度升高和压力增大，最后导致热失控的发生。在储能电站中， 最常见的热失控触发因素是以加热为代表的热滥用和以过充为代表的电滥用。电池热失控过程中，温度、电压等参量均会出现明显变化，同时由于内部化学反应，电池会释放特征气体。目前主要基于此类信号出现的临界条件实现电池的状态检测和热失控预警。
图1 锂离子电池热失控过程示意图
目前储能电站应用的热失控状态检测技术主要包括BMS（BATTERY MANAGEMENT SYSTEM，电池管理系统）、气体采样分析器、温度传感器以及烟雾感应器等，检测的特征参量主要是温度、电流、电压以及氢气、一氧化碳等特征气体，对热失控的检测均由自防爆阀打开后的可见烟阶段开始，无法准确检测电池热失控的早期阶段。在储能电站运行和维护过程中，仍然存在着较高的安全风险，需要进一步的研究以优化储能电站热失控预警方案。为了实现有效、准确的状态监（检）测和早期预警，各类传感器检测技术、电化学阻抗谱、超声检测技术得到快速的发展。
表1 不同传感技术优缺点
由于锂离子电池模组之间排列紧密，一旦单体电池发生的热失控得不到有效遏制，火灾极易传递相邻电池，使得相邻电池发生热失控，最后导致整个储能电站发生起火甚至爆炸。当前，锂离子电池储能电站的安全防控主要分为集中式防控、热蔓延抑制、分布式防控三个方面。采用单一的防控方式或灭火剂往往不足以应对储能电站的火灾。为了达到最佳灭火效果，常需要采用多种防控方式、灭火剂相结合的方式以建立立体式多方位消防系统，实现联合防控。
图2 气体-细水雾联合灭火系统消防控制方案（集中式防控）
图3 细水雾灭火剂可靠性验证试验平台
（分布式防控：以模组为灭火单元）
图4 自触发电池热失控抑制装置布置方式示意图
（分布式防控：以电池单体为灭火单元）
三、后续研究内容
1）电池发生热失控的根本原因在于内部链式反应，因此开发本质安全的电池是解决电池热失控问题的主要途径。
2) 需要开展电池内部物理化学过程的原位研究，建立电池热失控过程中内部物理化学反应过程与外部特征参量的对应关系，更加深刻理解电池热失控的物理本质，进而提出更为准确的电池热失控检测特征参量。
3）检测电池热失控的外部特征参量只能获得有限且延迟的信息，将传感器植入电池内部以实现电池热失控的检测与预警成为当前研究热点。然而，由于电池热失控时内部温度高且物理化学过程复杂，如何在不干扰电池正常工作的前提下适应复杂的内部环境并实现稳定的特征参量检测，是后续研究的重点内容。
4）由于储能电站电池众多且排列紧密，单一的灭火方式不足以完全制止储能电站的火灾，采用多种灭火方式实现储能电站的联合灭火，已成为目前储能电站灭火方案的发展趋势。
