電池故障曝光 退役動(dòng)力電池的安全引發(fā)深思

電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/李彎彎）今年4月北京市豐臺(tái)區(qū)儲(chǔ)能站爆炸，事故造成1人遇難、2名消防員犧牲、1名消防員受傷，火災(zāi)直接財(cái)產(chǎn)損失1660.81萬元。如今爆炸事故的原因已經(jīng)查明，主要是電池間內(nèi)的磷酸鐵鋰電池發(fā)生內(nèi)短路故障，引發(fā)起火爆炸。

磷酸鐵鋰電池內(nèi)短路引發(fā)起火爆炸

日前，北京應(yīng)急管理局發(fā)布豐臺(tái)區(qū)“4·16”較大火災(zāi)事故調(diào)查報(bào)告顯示，此次儲(chǔ)能站爆炸的原因在于：儲(chǔ)能站南樓起火，而起火的直接原因系西電池間內(nèi)的磷酸鐵鋰電池發(fā)生內(nèi)短路故障，引發(fā)電池?zé)崾Э仄鸹稹?/p>

儲(chǔ)能站北樓爆炸直接原因?yàn)槟蠘请姵亻g內(nèi)的單體磷酸鐵鋰電池發(fā)生內(nèi)短路故障，引發(fā)電池及電池模組熱失控?cái)U(kuò)散起火，事故產(chǎn)生的易燃易爆組分通過電纜溝進(jìn)入北樓儲(chǔ)能室并擴(kuò)散，與空氣混合形成爆炸性氣體，遇電氣火花發(fā)生炸。

從以上表述可以看到，儲(chǔ)能站涉及到北樓、南樓、西電池間，我們具體來看是怎么回事？根據(jù)報(bào)告描述，事發(fā)建筑主要包括北樓、南樓兩棟建筑，南北樓之間建有室外地下電纜溝。

北樓為地上二層建筑，一層分別為光儲(chǔ)充一體化項(xiàng)目儲(chǔ)能室及設(shè)備間，集美家居公司（租用該事故廠地的公司）自用的35千伏變壓器室、6 千伏配電室、變配電值班室，二層為集美家居公司35千伏控制柜室。其中：6 千伏配電室有1條東西向主電纜管溝及配電柜；儲(chǔ)能室內(nèi)有2條東西向電纜管溝、4 組電池柜（共56列電池簇，使用圓柱形磷酸鐵鋰電池）。

南樓為地上一層建筑，分別為控制室、門廳及維修間、西電池間、東電池間和設(shè)備間；控制室局部加裝二層。西電池間安裝12組電池柜（共48列電池簇，使用方形磷酸鐵鋰電池），東電池間安裝12組電池柜（共48列電池簇，使用圓柱形磷酸鐵鋰電池），電池柜底部電纜在電纜夾層內(nèi)匯集進(jìn)入室外地下電纜溝。

南北樓之間室外地下電纜溝長24米、寬 1 米，底部距地面1.6 米，頂部距地面約 0.4 米；溝內(nèi)敷設(shè)電纜29根；距北樓 3.7米處設(shè)有一處通風(fēng)豎井。電纜溝在北樓南墻西向東數(shù)第5 個(gè)窗戶下方進(jìn)入北樓地下，在南樓北門東側(cè)地下進(jìn)入南樓電纜夾層。

根據(jù)調(diào)查結(jié)果，爆炸是這樣形成的，位于南樓西電池間的磷酸鐵鋰電池發(fā)生內(nèi)短路，引發(fā)電池?zé)崾Э仄鸹?，磷酸鐵鋰電池?zé)崾Э貒娚洚a(chǎn)物中的易燃易爆成分與空氣混合形成的爆炸性氣體，從室外地下電纜溝擴(kuò)散至北樓內(nèi)，進(jìn)入高壓直流帶電狀態(tài)的電池系統(tǒng)，遇到位于電池柜底部的繼電器動(dòng)作產(chǎn)生的電氣火花，從而引起爆炸。

磷酸鐵鋰電池內(nèi)部短路的原因是什么

可以看出來，此次爆炸的罪魁禍?zhǔn)资橇姿徼F鋰電池，近年來隨著新能源汽車和新型儲(chǔ)能的發(fā)展，磷酸鐵鋰電池被大量使用，但是因磷酸鐵鋰電池?zé)崾Э卦斐傻幕馂?zāi)事故不斷發(fā)生。其中，短路是觸發(fā)磷酸鐵鋰電池?zé)崾Э氐闹匾蛑弧?/p>

在磷酸鐵鋰電池發(fā)生短路時(shí)，瞬間產(chǎn)生較大短路電流，短時(shí)間內(nèi)使電池聚集大量熱量，使磷酸鐵鋰電池發(fā)生不可逆損壞甚至引起熱失控火災(zāi)。磷酸鐵鋰電池短路是電池的正負(fù)極發(fā)生了接觸造成，有很多方面的原因：比如，制造的過程中，電極的表面有毛刺，刺破了隔膜引起正負(fù)極短路，或是制造的時(shí)候工藝不當(dāng)造成正負(fù)極接觸短路。

再比如，鋰電芯隔膜質(zhì)量不達(dá)標(biāo)，鋰電池組在使用過程中經(jīng)常大電流充放，隔膜在經(jīng)受不了短時(shí)間內(nèi)巨大的鋰離子流穿過，導(dǎo)致出現(xiàn)局部或者大面積破損，從而導(dǎo)致電芯劇烈發(fā)燙損害。還有可能是，磷酸鐵鋰電池體內(nèi)溫度上升較慢的情況下，外殼逐漸溶化，保護(hù)層起不到保護(hù)作用，導(dǎo)致有腐蝕性的電解液的泄漏，之后造成電池短路。

然而北京豐臺(tái)區(qū)的這起儲(chǔ)能站爆炸，磷酸鐵鋰電池短路的主要原因是什么呢？除了上述可能的原因之外，有人猜測更有可能是退役動(dòng)力電池在梯次利用中存在安全性問題。

根據(jù)報(bào)告信息，該儲(chǔ)能項(xiàng)目的磷酸鐵鋰電池由合肥國軒高科動(dòng)力能源有限公司提供，國軒高科是動(dòng)力電池行業(yè)領(lǐng)軍企業(yè)，同時(shí)國軒高科也在積極與電網(wǎng)企業(yè)等展開合作，將產(chǎn)品用于儲(chǔ)能電站，另外該公司還在發(fā)展梯次利用業(yè)務(wù)。

退役動(dòng)力電池在梯次利用中的安全隱患

隨著電動(dòng)汽車的快速發(fā)展，未來動(dòng)力電池的退役量會(huì)越來越多，就會(huì)面臨退役的動(dòng)力電池何去何從的問題。動(dòng)力電池回收主要有回收利用和梯次利用。

回收利用，多是指元素回收，主要將動(dòng)力電池中含有的錳、鋰，以及鈷、鎳等重金屬資源提取出來；梯次利用，即拆解退役電池模組或電芯，形成小型電池用于低速電動(dòng)車、電動(dòng)工具、太陽能路燈，或?qū)⒍鄠€(gè)完整的電池包合并，用于光伏、風(fēng)能儲(chǔ)能裝置等領(lǐng)域。

對(duì)于退役電池梯次利用，國家極其鼓勵(lì)和支持，2020年10月工信部發(fā)布了《新能源汽車動(dòng)力蓄電池梯次利用管理辦法（征求意見稿）》，梯次利用管理成為政策重點(diǎn)方向，部分試點(diǎn)地方鼓勵(lì)、支持梯次利用與商業(yè)模式的探索。

而將退役電池用于儲(chǔ)能站，不僅可以解決退役動(dòng)力電池何去何從的問題，還能為儲(chǔ)能站發(fā)展節(jié)約成本，既環(huán)保又有極高的經(jīng)濟(jì)效益。根據(jù)國家提出的目標(biāo)，2025年新型儲(chǔ)能裝機(jī)規(guī)模達(dá)到3000萬千瓦，可以解決很大一部分退役動(dòng)力電池。

不過退役動(dòng)力電池在梯次利用中存在安全隱患，中國電科院研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)于退役動(dòng)力電池，由于其內(nèi)部枝晶生長、電解液消耗、晶體結(jié)構(gòu)變化、界面阻抗增加等原因，其發(fā)生安全事故的風(fēng)險(xiǎn)變大；電池在電動(dòng)汽車階段的使用環(huán)境、工況不同，電池的容量保持率也不一致，這就造成退役動(dòng)力電池安全事故的誘發(fā)因素，和薄弱環(huán)節(jié)與新電池存在差異，使退役動(dòng)力電池的安全性評(píng)估變得更加復(fù)雜。

目前針對(duì)退役動(dòng)力電池安全性評(píng)估，尚無成熟標(biāo)準(zhǔn)化方法，現(xiàn)有的方法雖然可以剔除一些具有明顯安全問題的電池，比如鼓脹電池，但不能有效識(shí)別電池內(nèi)部的安全隱患，同時(shí)抽樣檢測的比例也不好確定，比例過小不能準(zhǔn)確反映整批次電池的安全狀態(tài)，而比例過大使退役動(dòng)力電池安全性評(píng)估的成本大幅度增加。

另外退役電池在梯次利用過程中，因其內(nèi)部狀態(tài)繼續(xù)劣化，其安全隱患也在持續(xù)增加，因此，對(duì)于退役動(dòng)力電池的安全性評(píng)估，不能只關(guān)注電池當(dāng)前的安全狀態(tài)，還應(yīng)兼顧在梯次利用過程中電池安全狀態(tài)的變化。

也因?yàn)閷?duì)退役電池安全性的評(píng)估復(fù)雜，以及目前還沒有形成成熟的標(biāo)準(zhǔn)化方法，在今年4月北京儲(chǔ)能站爆炸事件之后，6月國家發(fā)布了《新型儲(chǔ)能項(xiàng)目管理規(guī)范（暫行）（征求意見稿）》，該意見稿特別提出，“在電池一致性管理技術(shù)取得關(guān)鍵突破、動(dòng)力電池性能監(jiān)測與評(píng)價(jià)體系健全前，原則上不得新建大型動(dòng)力電池梯次利用儲(chǔ)能項(xiàng)目?！?/p>

總結(jié)

整體而言，磷酸鐵鋰電池內(nèi)短路是造成這起爆炸的主要原因，而短路的原因可能是新電池在設(shè)計(jì)和制造中出了問題，也可能是退役電池的梯次利用帶來的安全隱患，而后者的不安全性更高，那么未來退役電池的梯次利用還要不要繼續(xù)推進(jìn)，據(jù)了解現(xiàn)在不少動(dòng)力電池企業(yè)都在推進(jìn)這類項(xiàng)目，包括比亞迪、寧德時(shí)代、以及國軒高科等。

很多退役的動(dòng)力電池還具有較高的剩余容量，梯次利用可以讓電池的性能得到充分的發(fā)揮，而且還非常環(huán)保，具有潛在的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和良好的社會(huì)價(jià)值，因此退役電池梯次利用需要繼續(xù)推進(jìn)，只不過當(dāng)前的當(dāng)務(wù)之急是，投入更多研究完善退役電池的評(píng)估，將退役電池梯次利用的風(fēng)險(xiǎn)降到最低。

而且這次北京儲(chǔ)能站爆炸，還與有關(guān)單位的工作不善有關(guān)，事故調(diào)查報(bào)告指出，該事發(fā)區(qū)曾多次發(fā)生電池組漏夜、發(fā)熱冒煙等問題，有關(guān)單位沒有進(jìn)行全面排查安全隱患，而繼續(xù)進(jìn)行運(yùn)行，最終導(dǎo)致大幅起火爆炸，致使多名工作人員和消防員傷亡，這部分問題也需要重點(diǎn)追究。

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編輯：金巧