减轻锂离子电池储能系统 (BESS) 的危害

电池储能系统（BESS）使用电池和其他电气设备的布局来存储电能。这些安装越来越多地用于住宅、商业、工业和公用事业应用，以实现调峰或电网支持，从大型室外和室内站点（例如仓库型建筑）到模块化系统。集装箱系统是一种模块化设计形式，已成为高效集成 BESS 项目的流行手段。

由于响应时间快，锂离子BESS可用于稳定电网、调节电网频率、提供应急电力或工业规模的调峰服务，降低最终用户的电力成本。然而，高功率和快速充电循环会给电池带来压力，导致电池随着时间的推移而衰减，这不利于安全。

在过去的四年里，世界各地有三十多个大型电池储能系统发生故障，导致火灾，在某些情况下还引发爆炸。考虑到这些问题，专业人士和当局需要制定和实施战略来预防和减轻 BESS 火灾和爆炸危险。NFPA 855（储能系统安装标准）和国际消防法规第 1207 章（电能存储系统）中提供的指南是第一步。

预防和缓解措施应针对热失控，这是迄今为止最严重的 BESS 故障模式。如果不能阻止热失控，最严重的后果是火灾和爆炸。

锂离子电池电芯的热失控本质上是锂离子BESS起火或爆炸的主要原因。在各种导致短路的情况下，电池可能会发生热失控，其中存储的化学能转化为热能。如果该过程无法充分冷却，温度就会升高，从而加剧反应，从而导致电池破裂并释放出易燃和有毒气体。热失控最常见的引发事件包括：

电池制造缺陷

过度充电（例如逆变器故障）

过热（例如冷却能力差或冷却系统故障）

机械滥用（例如地震事件或撞击）

电池管理系统作为热失控的屏障

在电池储能系统中，最重要的障碍之一是电池管理系统（BMS），它通过确保电池系统在安全参数范围（例如荷电状态、温度）内运行来提供主要的热失控保护。在 UL 9540 认证的 BESS 中，BMS 监视、控制和优化电池模块的性能，并在出现异常情况时将其与系统断开。BMS还提供电池的充电和放电管理。

当出现欠压、过压、过温、过流等情况时，BMS会报警并限制充放电电流或功率。在紧急情况下，BMS 将停止运行并断开每个电池外壳的电气连接。这是假设 BMS 未损坏且正常运行的情况。然而，如果发生内部电池击穿，BMS 将无法阻止热失控。

爆炸控制

导致火灾或爆炸的热失控是需要预防或减轻的最严重的危险。虽然已经有一些关于火灾控制和灭火的指导，但许多 BESS 制造商、集成商和最终用户都在努力满足爆炸控制要求。爆炸控制可以通过提供以下之一来实现：

防爆系统按照 NFPA 69（防爆系统标准）设计、安装、操作、维护和测试

按照 NFPA 68（爆燃通风装置防爆标准）安装和维护爆燃通风装置

如果根据 NFPA 69 实施防爆系统，则对于运行条件和材料负荷的所有可预见变化，可燃浓度应保持在 LFL 的 25% 或以下。实现这些要求的一种选择是通风或空气稀释。这可以通过安装强制通风系统来实现，当气体浓度水平超过预定设定点时，该系统可以由气体检测系统自动启动。

此外，爆燃排气为快速膨胀的气体在发生爆燃时排出外壳创造了一条通道。在自由空气量很少且内部阻碍程度较高的情况下，保护 BESS 外壳可能具有挑战性。在这种情况下，可能需要基于性能的工程方法，例如计算流体动力学 (CFD)。

减轻 BESS 危害的最佳实践

为了允许 BESS，越来越需要遵守 NFPA 855，并且国际消防规范 (IFC) 影响了有关这些系统的当地消防规范要求。因此，NFPA 855 和 IFC 用于指导最佳实践以及行业经验（即从故障事件中吸取的教训）。

以下是能量容量大于 600 kWh 的 BESS 的最佳实践。这些适用于 BESS 产品级别，并不普遍适用于各种安装地点。根据 BESS 的安装位置，可能需要考虑其他当地要求和偏好。此外，所有功能均应符合适用的当地规范和标准，包括所列设备的使用。

危害缓解分析 (HMA)。HMA 有助于识别和缓解 BESS 技术造成的危害。HMA 至少应解决 NFPA 855 和 IFC 中确定的故障模式。HMA 可用于分析已安装安全措施的有效性。

烟雾和火灾探测。烟雾和火灾探测设备需要安装在非远程或室内应用的大型 BESS 外壳中。IFC 要求为包含固定电池储能系统的“房间”配备烟雾探测和自动喷水灭火系统。

消防和灭火。NFPA 855 规定了消防和灭火，但如果项目地点位于偏远且室外，经主管部门和业主双方批准，可以省略。IFC 要求为包含固定电池储能系统的“房间”配备自动喷水灭火系统。如果发生热失控并引发火灾，水是首选的灭火剂。虽然消防喷淋装置无法阻止已经开始热失控的电池，但它能够控制火势蔓延并减少锂离子电池火灾的危险。

爆炸控制。NFPA 855 要求采取爆燃通风 (NFPA 68) 或防爆 (NFPA 69) 形式的爆炸控制措施，包括柜式 BESS 外壳。

气体检测。气体检测可用作 NFPA 69 爆炸控制解决方案的一部分。

热失控保护。热失控保护是必需的，通常可以通过使用经过 UL 1973 认证的电池管理系统来实现。

尺寸和间隔要求。每个 BESS 集装箱与相邻结构之间应保持间隔距离，以减少火灾蔓延。考虑到全面的防火测试数据、基于性能的方法或使用工程防火屏障，可以缩短规定的距离。

供水。由于水是抑制锂离子电池火灾的首选剂，因此建议使用永久水源。

解决锂离子电池储能的消防安全挑战

BESS 是减少碳排放和实现可再生发电技术的重要因素。在 BESS 安装的开发和部署不断增加的时代，确保其安全完成非常重要。Jensen Hughes 可以帮助您解决与锂离子电池储能和处理相关的独特消防安全挑战，并确保满足建筑和消防规范要求。