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锂电池储能系统作为我国新兴的电网调峰调频技术产品，对改善电网电能质量发挥着重要作用。
锂电池具有能量密度高、循环次数多等优点，但危险性也较大，目前国家尚未出台锂电池储能系统防火设计标准及规范，本文将结合项目建设经验及锂电池特点提出具体的防火措施。
1 锂电池储能系统危险源分析
锂电池储能系统的火灾隐患大致可分为两方面：锂电池的失控反应和电气设备的火灾隐患。根据消防法规，电池放置位置（以下简称电池舱）与高低压电气设备放置位置（以下简称设备舱）为隔离设计。
1.1 锂电池
锂电池的充放电主要依靠化学反应，充放电过程中不可避免地会产生热能，如果电池本身产生的热能超过电池的散热能力，锂电池的热能就会积累起来不能及时散发，从而导致电池过热。
电池内部材料之间会发生一系列化学反应，包括SEI膜、电解液、正负极等的分解。分解过程中会产生大量的热量，气体导致电池发热、膨胀。过高的热量会导致电池失控，电池温度快速上升，电池材料自燃。电池液分解会产生可燃气体，当可燃气体达到一定密度（与很多因素有关，需要具体测量）时，遇明火就会爆炸。
因此锂离子电池不受控反应的表面现象主要有电池发热、鼓胀、冒烟、明火燃烧等。上述问题的出现主要是因为电池内部化学反应太快且不可控，而过充、穿刺、火源、挤压、短路等外界因素都会加剧上述问题的发生。
锂电池储能系统的电池模组采用多块电池组串联设计，这无疑加大了锂电池的安全风险，而且一旦某一块电池性能不稳定发生火灾，势必会影响周边锂电池的安全，进一步扩大火灾范围。
1.2 电气设备
锂电池储能系统中有大量的用电设备，用电设备的稳定性和安全性必然会影响电池的性能和稳定性，例如意外操作带来的高电压、大电流、雷电浪涌等冲击。
由于锂电池储能系统中存在较多的弱电系统、通讯系统等，系统中的高电压、大电流必然会对储能系统造成很大的影响，同时也会造成储能系统保护器件的损坏，导致无法进行保护动作，甚至引发火灾。
2 消防安全措施
锂电池防火安全是整个储能系统设计的关键防范环节，下面将从多个方面探讨锂电池储能系统的防火安全措施。
2.1 火灾报警系统
锂电池内部化学反应失控，因自身内部化学反应或外界刺激而发生自燃的过程，会释放出气体、烟雾和能量，严重时还会产生明火。
借鉴《火电厂、变电站防火设计规范》、《火灾自动报警系统设计规范》等行业标准，将锂电池放置位置与其他设备分隔，并安装专门的烟雾、温度、光线等探测器。此外，还可根据不同锂电池的特点，有针对性地增加相应的气体探测器。
确保在电池失控初期能及时检测电池舱内气体变化并发出报警，断开用电设备电源，并将报警信息上传至后台监控人员。如图1所示。
2.2 自动灭火装置
锂电池本身含有化学物质，电池舱内连接着很多电气设备，一旦发生火灾，若不能及时扑灭，随着时间的推移，造成的损失会越来越大。因此储能系统配置的灭火装置必须是通过隔绝氧气，快速窒息火势的物理方法。
储能系统行业最广泛使用的灭火气体是七氟丙烷。
七氟丙烷是一种无色、无味、不导电的气体，其灭火原理是抑制化学反应，以液体形式储存，以气体形式释放，喷射后气体可通过通风系统排出室内。灭火后不会有残留物，不会对现场电气设备造成损坏或污染。储能系统安装七氟丙烷灭火装置应注意以下几点：
2.2.1 喷雾浓度
七氟丙烷喷洒浓度需要根据实际防护区域大小进行设计，如果灭火剂充装量不足，可能造成部分小防护区域灭火浓度过高，而部分防护区域灭火浓度过低，达不到理想灭火条件。系统设计时，灭火剂充装量应比实际浓度留有9%的余量，才能达到完全灭火的要求。
2.2.2 全封闭空间设计
一般来说气体灭火需要密闭空间，才能保证灭火剂的有效性。在释放HFC-227ea时，应注意当运维人员在电池舱内操作时，应设置灭火装置，以防发生意外或误操作而引发火灾，确保人员安全。
七氟丙烷喷洒后，其液态转为气态，室内压力迅速升高，需在电池舱内设置相应的泄压口，泄压装置应根据室内建筑或容器结构所能承受的压力大小专门设计，防止密闭建筑或容器产生裂缝。
2.2.3 注射时间的确定
如果锂电池或其他设备固体表面预燃时间较长，内部会形成深层火灾，对消防安全十分不利。灭火装置虽然可以扑灭外部明火，但内部仍在燃烧，在条件满足时会复燃。如果预燃时间足够长，可能会引发爆炸等危险事故。因此，根据相关规定和实际运行情况，将七氟丙烷实际喷射时间设置为8s较为合理。
2.3 空调机组
锂电池的充电和放电是一个不断向外界散发热量的过程，而环境温度会对锂电池的性能产生明显的影响。锂电池在-40℃到60℃的温度特性如图2所示。
如图2所示，随着温度的降低，锂电池的容量衰减速度加快，而高温对锂电池的容量变化影响并不明显。另外，在高温条件下，电池舱内的电器设备和电池会增加火灾发生的概率。因此，储能电站电池舱的最佳温度为25℃，在此温度下电池容量和安全性最佳。
2.4 链接
锂电池储能系统通常需要运维人员进行日常巡检，为防止运维人员误操作或突发事故造成人员伤亡，电池舱内必须安装防火门及排风系统，并在外部设置急停按钮，并与火灾报警系统、自动灭火装置等消防设备形成多级安全联动装置，其运行策略如表1所示。
2.5 电气设计
针对用电设备可能产生的高电压、大电流等问题，在高压侧电路加装防雷、防浪涌设备及相应的避雷器，设计时合理利用原有建筑的防雷、接地设施，从整体上降低高电压、大电流的风险。
设计储能系统布局时，需考虑巡检及应急处理的便利性，移动储能设备区域应设置不少于2个出入口。放置在地面的储能系统周围需预留宽度至少3.5m的消防通道，放置在地下室的储能系统需预留宽度至少1.5m的逃生通道，并在周围设置消防设施及标志。
为了保证锂电池储能系统消防电源的稳定性，消防设备用电必须单独配电，电缆必须采用耐火电缆，火灾报警装置、联动控制器等消防设备用电均由此单独配电系统供电。
3 结论
随着锂电池技术的不断完善，其对应的储能系统也将得到广泛的应用。如何保证锂电池储能系统的安全性是影响其发展的第一要素。本文结合自身建设经验以及行业内相关标准规范，对锂电池储能系统的安全性进行探讨。联安消防技术工程有限公司愿与社会共同努力，推动储能行业的安全发展。
