储能热管理保障储能系统运行安全？

“储能热管理研究院”的研究员撰写并发布了这篇《储能温控开启增长级》全套文章，这是其中内容之一。

温控是储能安全经济运行的重要保障

储能电站事故频发，危及生命财产安全。

据不完全统计，2011年-2021年10年间，全球共发生50起储能电站起火爆炸事故。其中，韩国30起、中国3起、美国2起、日本1起、比利时1起。据中国能源报报道，2021年“4.16”北京大红门储能电站事故导致3人死亡，1人受伤，直接损失1660.81万元。

部分储能安全事故原因分析

储能电站事故主要原因在于：锂电池自身及管理系统缺陷、锂电池内部热失控、充放电散热不畅。

国家能源局发布《电力安全生产“十四五”行动计划》，重点强调电化学储能安全运行技 术提升；《新型储能项目管理规范（暂行）（征求意见稿）》强调坚持安全第一原则，提出全生命周期安全管理要求，提出原则上不新建大型动力电池梯次利用储能项目，避免高安全问题发展。

储能安全事件状态分布情况

1.1 温控作为热管理执行者保障储能系统安全

①热管理是保障储能系统运行安全的重要手段

两个角度提升储能运行安全：①提升电池本身安全性能，降低穿刺、短路等恶况发生概率，主要依靠电池企业技术提升；②通过热管理提升电池运行期间稳定性，使电池在充放电、静置等状态时，维持在安全运行参数范围，避免进入热失控状态，主要依靠BMS对锂电池进行状态监测，依靠温控设备对锂电池进行恒温恒湿控制。

电化学储能系统结构示意图

②BMS监测储能电池温度变化，是储能系统中热管理决策者。

③温控是储能系统热管理执行者，保持储能电池运行适宜温湿度状态。

温控系统执行BMS热管理策略，通过采集温度数据并按照一定的逻辑通过控制加热、制冷等设备调节储能系统内部温湿度，使电池处于安全、高效的运行状态。

锂电池最佳温度区间10-35℃，温控技术要求凸显

储能电池工作温度区间及电池失控情况

温湿度控制影响锂电池综合性能，关系储能全生命周期经济性

温湿度控制不当会使得锂电池容量衰竭、寿命缩减、性能下降，继而降低储能全生命周期内经济性。

电池工作温度差异

湿度对于锂电池主要影响：

过高环境湿度会加剧电池内部反应，导致电池鼓包和外壳破裂最后降低电解液的热稳定性。湿度为100%工况下的热失控临界时间比50%湿度下提前了7.2%，湿度在一定范围内加剧电池热失控的进程。

温度对于锂电池主要有3方面影响：

1）容量和寿命：温度过高或过低，都会破坏电极材料，导致金属离子溶出，锂电池容量衰减越快、循环寿命缩短。若电池工作环境温度提高15°，则电池寿命将缩短50%。

2）热失控风险：锂电池充放电产生热量若无法及时散出，将导致锂电池内部高温，易引发SEI膜分解放热、电解液吸热蒸发、隔膜熔化等问题，导致正负极短路、电池失效，严重时甚至引发燃烧爆炸等安全问题，同时单个电池热失控易引发连锁反应造成储能系统热失控。

3）低温特性：温度较低时，锂电池电荷转移不良、充电性能下降，轻则导致锂在负极析出、积累，降低电池的容量和热安全性，重则刺破隔膜造成短路。低温也会严重缩短电池使用寿命， -40℃下锂电池循环寿命未到25℃下的一半。

锂电池放电倍率越大、工作时长越长，产热量越多

电池产热由焦耳热和反应热两部分组成，均受到环境温度、工作时长、充放电倍率影响。

左图：电池温度20℃下，电池放热功率、 放热量与时间关系曲线；右图：1C下，电池放热功率、放热量与时间关系曲线

①充放电倍率增大，电池放热速率明显升高，在20℃下，１Ｃ倍率产热速率较0.3C增加了530.5％；②电池工作时长有关，产热越多，易造成累积热量越多；③环境温度的升高会导致电池对流散热难度增大。

Mdule实测时1个循环电芯温升变化图

储能系统大容量、高倍率为发展趋势，温控需求扩大

储能从备用转向主用，主动参与调频、调峰等，大容量、高倍率成发展趋势，带动电池产热量提升。

储能从备用变主用

共享储能电站技术方案示意图