目前,常用于新能源领域的锂电主要包括磷酸铁锂电池和三元锂电池,按照电池形状又可分为方形铝壳、圆柱、软包电池。磷酸铁锂电池不含有害元素,成本低廉,安全性非常好,循环寿命长,但能量密度低;三元锂电池能量密度高,大倍率充电和耐低温性能好,但热稳定性差。由于不同种类的电池的结构特点及反应原理有所区别,导致其安全性各有不同,从风险控制的角度对不同安全等级的锂电池采取不同的安全策略,这也是对锂电池进行安全等级划分的意义。
本文来源:微信公众号 中国船检 ID:cssp1999 作者:贾江鑫
▣船用动力锂电池的规范及技术要求
中国船级社在对于锂电池规范指南的研究开展的比较早,2014年7月就发布了《太阳能光伏系统及磷酸铁锂电池系统检验指南》(2014)版,随着锂电池技术的发展、标准的更新换代,锂电池技术在船舶领域的应用也越来越多。2019年,中国船级社发布《纯电池动力船舶检验指南》,替代了《太阳能光伏系统及磷酸铁锂电池系统检验指南》里面的相关要求。
2019指南比较大的几个变化就是对试验项目和方法进行了比较大的更新,试验项目中,单体电池增加了热失控试验,蓄电池模块和蓄电池包增加了热失控扩散要求,试验方法参照了相关新的IEC标准、国标等要求,使试验更具有操作性和有效性。二是在第二章中引入了锂电池安全分级的概念,主要将电池分为两个安全等级,安全等级为1的蓄电池需要通过严格的防护措施可船用,安全等级为2的蓄电池可采用通用安全措施可船用。提出了对蓄电池风险评估的要求,从蓄电池的设计原理、理论分析、试验结果等方面对蓄电池可能存在的风险进行评估,保证锂电池的使用安全。
▣动力锂电池的使用风险分析及应对方法
锂电池在实际使用过程中可能发生碰撞、过充、过放、短路等风险,从而引发热失控,甚至导致起火爆炸。随着单体电池能量密度的提高,安全风险也越大,热失控释放的能量也更高,而大多数事故因为火势大而烧毁了现场证据,不容易找到准确的事故原因。2019年10月,挪威渡船公司Norled旗下“MF Ytteroyningen”号客船的蓄电池室发生小型火灾事,事故原因不明。但动力电池的火灾一般是从一个或几个电芯发生热失控开始的。
无论电池是因为外部力量(碰撞、挤压、针刺、破裂等)还是由于内部因素(电池老化造成结构损伤、过充导致电池鼓包、隔膜缺陷、杂质、毛刺、褶皱等)都有可能导致内部短路,短时间释放大量的、能量,电池温度急剧上升,造成严重后果。针对动力电池热失控发生的诱因,预防手段主要分为电芯材料的优化和外部环境的预防管理。