2022年以来,我国新型储能市场进入新阶段。特征一是装机增速快,2023年国内新型储能新增装机规模,预期达到10~18GW;特征二是单体规模大,从目前开工、在建的新型储能项目看,100MW以上的项目规模占比高达80%,

成为主流规模,百兆瓦级大型电化学储能项目成为常态。在这种情况下 安全问题成了当前储能大规模推广和应用的核心制约因素。

01 安全成为新型储能市场重中之重

电化学储能发展速度快、单体规模快速提升,给行业带来前所未有的安全压力。

一方面,从电化学的角度看,锂离子电池采用沸点低、易燃的有机电解液,一旦有设计、制程方面的缺陷,电池或电气设备的故障容易引致电池热失控,若在使用、运输过程中出现短路、撞击、加热等滥用状态,就可能演化成储能系统燃烧、爆炸等重大安全事故。

另一方面,随着单个储能系统的容量不断提升,系统电压也由过去的安全低压系统(≤60 Vd.c.)逐步提升到1000Vd.c.和1500Vd.c.。系统电压的提升为储能系统在成本、效率等方面带了诸多优势,但是也使得储能安全的问题日益凸显。

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锂电池热失控是影响储能电站安全运行的主要原因。该领域的热失控,是指当锂电池遭遇机械滥用、电滥用和热滥用时,电池材料受到破坏产生异常发热,热量不断聚集,然后造成电池内部温升不可控的现象。锂电池尽管为储能电站提供了有效和成本可控的能源存储解决方案,也带来了不可忽视的安全挑战。

根据不完全统计,大多数储能安全事故发生在充电中或充电休止后,此时电池电压较高,电池活性较大,并联电池簇间形成环流,导致电芯处于过充状态,电压升高形成内短路,因此容易造成火灾事故。

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随着电池系统的容量和规模越来越大,产生的潜在危害:如电池起火,爆炸,有害气体泄放,高压电击等也越来越大,这对于储能行业来说无疑是致命的打击。

02 解决锂电池“热失控”难题

锂离子电池材料易燃易爆,在各种滥用下容易发生热失控,因此电池本体的材料安全性是储能电站安全的初始道防线;第二道防线是过程安全,监控锂电池运行过程中的安全状态,发生异常时进行预警;第三道防线是消防安全,发生火灾后阻隔其蔓延,灭火并防止复燃。

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目前比较常见的方法,是通过对锂电池状态的实时检测,依靠热管理装置将电芯控制在合理的温度,从而避免热失控现象发生。在储能系统中,一般由电池管理系统(BMS)实时监测电池数据并调整热管理策略,而温控系统在接收相关信号后通过调节设备参数,使储能系统内部温度保持动态稳定, 从而保证电池组的安全运行。

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而热失控预警作用在火灾前,通过与BMS系统联动在发生热失控时切断电源,如果模组内部发生火灾,会触发灭火系统,并进行pack级别灭火,阻止火灾进一步蔓延。

03 畅能达:满足储能安全设计需求

要解决储能热失控的掣肘,除了事后处理热失控事件以外,根本的方式,还是在电池设计初始阶段就进行周全的设计考虑,例如增加隔热层、增加散热器等措施,应用更高导热、更低热阻的高导热材料,或是配置针对性的散热控温技术,也不失为一种办法。

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因此,为了满足更高维度的储能安全设计需求,畅能达在储能热管理领域和热失控防护方面持续发挥技术优势,在铜基超薄均热板研制方面取得重大突破。

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相变热控器件是一种具有导热率高、重量轻、等温性好、极限功率大等优点的热控制材料,目前已在新能源汽车、高铁IGBT、电机、电池等领域得到广泛应用。

我们通过制备得到厚度可小于0.25 mm、热导率可达10000W/m▪K以上的铜基超薄均热板,加入到裸电芯和电芯封装层之间,在电池充电时,做到均匀热量,降低内置电池整体温度。该相变热控技术不仅能够实现电芯控温,压缩应用空间、降低生产成本,更能显著减少电芯遭遇滥用时,内部局部温度失控而引发的起火危险,满足安全诉求。

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