目前，常用于新能源領(lǐng)域的鋰電主要包括磷酸鐵鋰電池和三元鋰電池，按照電池形狀又可分為方形鋁殼、圓柱、軟包電池。磷酸鐵鋰電池不含有害元素，成本低廉，安全性非常好，循環(huán)壽命長(zhǎng)，但能量密度低；三元鋰電池能量密度高，大倍率充電和耐低溫性能好，但熱穩(wěn)定性差。由于不同種類的電池的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及反應(yīng)原理有所區(qū)別，導(dǎo)致其安全性各有不同，從風(fēng)險(xiǎn)控制的角度對(duì)不同安全等級(jí)的鋰電池采取不同的安全策略，這也是對(duì)鋰電池進(jìn)行安全等級(jí)劃分的意義。
? 船用動(dòng)力鋰電池的規(guī)范及技術(shù)要求
中國(guó)船級(jí)社在對(duì)于鋰電池規(guī)范指南的研究開(kāi)展的比較早，2014年7月就發(fā)布了《太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)及磷酸鐵鋰電池系統(tǒng)檢驗(yàn)指南》(2014)版，隨著鋰電池技術(shù)的發(fā)展、標(biāo)準(zhǔn)的更新?lián)Q代，鋰電池技術(shù)在船舶領(lǐng)域的應(yīng)用也越來(lái)越多。2019年，中國(guó)船級(jí)社發(fā)布《純電池動(dòng)力船舶檢驗(yàn)指南》，替代了《太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)及磷酸鐵鋰電池系統(tǒng)檢驗(yàn)指南》里面的相關(guān)要求。
2019指南比較大的幾個(gè)變化就是對(duì)試驗(yàn)項(xiàng)目和方法進(jìn)行了比較大的更新，試驗(yàn)項(xiàng)目中，單體電池增加了熱失控試驗(yàn)，蓄電池模塊和蓄電池包增加了熱失控?cái)U(kuò)散要求，試驗(yàn)方法參照了相關(guān)新的IEC標(biāo)準(zhǔn)、國(guó)標(biāo)等要求，使試驗(yàn)更具有操作性和有效性。二是在第二章中引入了鋰電池安全分級(jí)的概念，主要將電池分為兩個(gè)安全等級(jí)，安全等級(jí)為1的蓄電池需要通過(guò)嚴(yán)格的防護(hù)措施可船用，安全等級(jí)為2的蓄電池可采用通用安全措施可船用。提出了對(duì)蓄電池風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的要求，從蓄電池的設(shè)計(jì)原理、理論分析、試驗(yàn)結(jié)果等方面對(duì)蓄電池可能存在的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估，保證鋰電池的使用安全。
? 動(dòng)力鋰電池的使用風(fēng)險(xiǎn)分析及應(yīng)對(duì)方法
鋰電池在實(shí)際使用過(guò)程中可能發(fā)生碰撞、過(guò)充、過(guò)放、短路等風(fēng)險(xiǎn)，從而引發(fā)熱失控，甚至導(dǎo)致起火爆炸。隨著單體電池能量密度的提高，安全風(fēng)險(xiǎn)也越大，熱失控釋放的能量也更高，而大多數(shù)事故因?yàn)榛饎?shì)大而燒毀了現(xiàn)場(chǎng)證據(jù)，不容易找到準(zhǔn)確的事故原因。2019年10月，挪威渡船公司Norled旗下“MF Ytteroyningen”號(hào)客船的蓄電池室發(fā)生小型火災(zāi)事，事故原因不明。但動(dòng)力電池的火災(zāi)一般是從一個(gè)或幾個(gè)電芯發(fā)生熱失控開(kāi)始的。
無(wú)論電池是因?yàn)橥獠苛α?碰撞、擠壓、針刺、破裂等)還是由于內(nèi)部因素(電池老化造成結(jié)構(gòu)損傷、過(guò)充導(dǎo)致電池鼓包、隔膜缺陷、雜質(zhì)、毛刺、褶皺等)都有可能導(dǎo)致內(nèi)部短路，短時(shí)間釋放大量的、能量，電池溫度急劇上升，造成嚴(yán)重后果。針對(duì)動(dòng)力電池?zé)崾Э匕l(fā)生的誘因，預(yù)防手段主要分為電芯材料的優(yōu)化和外部環(huán)境的預(yù)防管理。
(1)電芯材料的優(yōu)化主要通過(guò)對(duì)電芯材料的優(yōu)化，阻斷熱失控的發(fā)生，提高電芯的抗熱失控能力，主要從電芯的4大主材(正極材料、負(fù)極材料、隔膜、電解液)入手，如采用熱穩(wěn)定性更高的磷酸鐵鋰作為正極材料，對(duì)正極材料各元素的配比分析，提高電芯的熱穩(wěn)定性，在電解液中添加阻燃劑或開(kāi)發(fā)固體聚合物電解質(zhì)，采用強(qiáng)度更高、破膜溫度更高的隔膜。對(duì)電芯材料的優(yōu)化可以從根本上提升電池的安全性能，但也在一定程度上影響電池性能的發(fā)揮。
(2)針對(duì)電芯熱失控外部風(fēng)險(xiǎn)管控的措施主要分為結(jié)構(gòu)預(yù)防、BMS監(jiān)控及熱管理預(yù)防三個(gè)方面，如提高電池包的機(jī)械結(jié)構(gòu)及防護(hù)等級(jí)；添加電芯或模組之間的間隔組件，阻止電芯或模組之間熱傳導(dǎo)的發(fā)生；采用風(fēng)冷、水冷、油冷等減輕熱失控對(duì)電池的損傷；增加電源管理系統(tǒng)(BMS)通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)控電池電量、電池充放電、電池溫度等措施保證電池處于健康工作狀態(tài)，在系統(tǒng)異常及熱失控發(fā)生前對(duì)系統(tǒng)發(fā)出預(yù)警。
? 動(dòng)力電池?zé)崾Э卦囼?yàn)方法
中國(guó)船級(jí)社《純電池動(dòng)力船舶檢驗(yàn)指南》2019第7章檢驗(yàn)與試驗(yàn)技術(shù)要求，表7.2.1.2規(guī)定了蓄電池單體檢驗(yàn)中關(guān)于熱失控試驗(yàn)的試驗(yàn)方法及參考標(biāo)準(zhǔn)。其中要求熱失控試驗(yàn)按照電力儲(chǔ)能用鋰離子電池GB/T36276：2018中5.2.3.8和附錄A.2.19的要求進(jìn)行驗(yàn)證。試驗(yàn)?zāi)康氖球?yàn)證電池在一定條件下發(fā)生熱失控后的危險(xiǎn)程度，熱失控判定合格條件是在熱失控的條件下，電池不應(yīng)起火、爆炸。
如下是某型號(hào)磷酸鐵鋰單體電池?zé)崾Э卦囼?yàn)的基本情況：
(1)電芯容量為105Ah，試驗(yàn)采用500W電加熱板接觸加熱目標(biāo)電芯，加熱板通過(guò)不銹鋼夾具與電芯緊密束縛在一起。溫度傳感器布置如下：
(2)按要求對(duì)測(cè)試電芯進(jìn)行加熱1h后，電池安全閥打開(kāi)，開(kāi)始產(chǎn)生可見(jiàn)煙氣，隨后電池發(fā)生熱失控，產(chǎn)生大量煙霧，熱失控發(fā)生一段時(shí)間后，煙氣逐漸減少，電池表面開(kāi)始降溫，直至試驗(yàn)結(jié)束。
如上圖所示，電池表面溫度在熱失控前均在逐漸上升，在電池安全閥打開(kāi)后出現(xiàn)一定波動(dòng)，在電池?zé)崾Э睾筮_(dá)到峰值。其中T4應(yīng)安全閥脫落所測(cè)溫度出現(xiàn)跌落情況，因電池未起火，對(duì)環(huán)境溫度T5影響較小。
電池試驗(yàn)前后對(duì)比
? 船用動(dòng)力電池的安全分級(jí)要求及方法
中國(guó)船級(jí)社《純電池動(dòng)力船舶檢驗(yàn)指南》2019第二章第二節(jié)安全分級(jí)中對(duì)電池安全分為兩個(gè)等級(jí)：
安全分級(jí)一覽表
注：(1) 在熱失控情況下釋放氧氣和有毒可燃?xì)怏w，燃燒(爆炸)風(fēng)險(xiǎn)較高的蓄電池，安全等級(jí)為1。
(2) 在熱失控情況下僅釋放有毒可燃?xì)怏w，燃燒(爆炸)風(fēng)險(xiǎn)較低的蓄電池，安全等級(jí)為2。
從分級(jí)一覽表中可以知道分類的主要區(qū)別是在熱失控條件下是否釋放氧氣，燃燒(爆炸風(fēng)險(xiǎn))是否較高，目前生產(chǎn)鋰電池的廠家基本也都有能力進(jìn)行熱失控試驗(yàn)，且都能提供國(guó)家強(qiáng)制檢測(cè)報(bào)告，但通過(guò)熱失控的判定條件(在熱失控的條件下，電池不應(yīng)起火、爆炸)可以發(fā)現(xiàn)，熱失控試驗(yàn)并沒(méi)有要求對(duì)是否釋放氧氣及有毒可燃?xì)怏w，釋放的濃度有多少，燃燒爆炸的風(fēng)險(xiǎn)高低進(jìn)行判斷。如果想要對(duì)熱失控所釋放的氣體進(jìn)行分析，就必須對(duì)釋放的氣體進(jìn)行收集并利用相關(guān)氣體探測(cè)器對(duì)釋放煙氣進(jìn)行探測(cè)分析，而目前能達(dá)到該試驗(yàn)條件并取得CCS認(rèn)可的機(jī)構(gòu)較少，所以盡快建立相應(yīng)的試驗(yàn)?zāi)芰Γ葹橹匾?/p>
來(lái)源：中國(guó)船檢
