韩国锂离子电池储能电站安全事故的分析及思考

doi:10.19799/j.cnki.2095-4239.2020.0127

储能科学与技术 ›› 2020, Vol. 9 ›› Issue (5): 1539-1547.doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2020.0127

韩国锂离子电池储能电站安全事故的分析及思考

曹文炅¹(), 雷博², 史尤杰², 董缇¹, 彭鹏¹, 郑耀东³(), 蒋方明¹

^1.中国科学院广州能源研究所，广东广州 510640
^2.南方电网科学研究院有限责任公司，广东广州 510080
^3.中国南方电网有限责任公司，广东广州 510000

收稿日期:2020-03-31 修回日期:2020-04-29 出版日期:2020-09-05 发布日期:2020-09-08
通讯作者: 郑耀东 E-mail:caowj@ms.giec.ac.cn;zhengyd@csg.cn
作者简介:曹文炅（1983—），男，研究方向为锂电池热和安全管理，E-mail：caowj@ms.giec.ac.cn；
基金资助:
国家重点研发计划课题(2018YFB0905300);广东省新能源和可再生能源研究开发与应用重点实验室基金(Y909jh1)

Ponderation over the recent safety accidents of lithium-ion battery energy storage stations in South Korea

Wenjiong CAO¹(), Bo LEI², Youjie SHI², Ti DONG¹, Peng PENG¹, Yaodong ZHENG³(), Fangming JIANG¹

^1.Guangzhou Institute of Energy Conversion，Chinese Academy of Science, Guangzhou 510640, Guangdong, China
^2.China Southern Power Grid Research Institute Co. Ltd. , Guangzhou 510080, Guangdong, China
^3.China Southern Power Grid Co. Ltd. , Guangzhou 510000, Guangdong, China

Received:2020-03-31 Revised:2020-04-29 Online:2020-09-05 Published:2020-09-08
Contact: Yaodong ZHENG E-mail:caowj@ms.giec.ac.cn;zhengyd@csg.cn

摘要/Abstract

摘要：

安全性是锂离子电池储能系统的重要议题，探究锂电池储能系统安全事故成因，开展储能系统安全状态的评价与早期预警及事故风险的管控与防护等研究具有重要意义。本文立足于韩国公开的其国内近期发生的锂电储能系统安全事故调查报告，对电池本体、外部激源、运行环境及管理系统等引致安全事故的因素进行了分析，梳理了四类因素作用下电池及系统安全事故的触发及演化规律，探讨了四类因素间的相互影响机制，总结经验教训的同时提出了锂电储能系统安全管理的发展方向。

关键词: 锂离子电池, 储能系统, 安全事故, 热失控, 早期预警

Abstract:

Safety issues are an important topic concerning lithium-ion battery energy storage systems. Exploring the causes of safety accidents and conducting intensive research on evaluations and early warnings of the safety status, as well as management and control and the prevention of safety accidents, have great significance. Based on the investigation report released on safety accidents that recently occurred in South Korea, we carefully analyzed four aspects of the factors involved, namely, the battery itself, the external excitation sources, the environment and operating conditions, and the related management systems, to examine the underlying mechanisms triggering and furthering the safety accidents. We discuss the interactions in-between the above four aspects. Moreover, we summarize these experiences and draw lessons from them, as well as propose research and development directions for the safety management of lithium-ion battery energy storage systems.

Key words: lithium-ion battery, electricity storage, safety accidents, thermal runaway, early warning

中图分类号:

TK 02

曹文炅, 雷博, 史尤杰, 董缇, 彭鹏, 郑耀东, 蒋方明. 韩国锂离子电池储能电站安全事故的分析及思考[J]. 储能科学与技术, 2020, 9(5): 1539-1547.

Wenjiong CAO, Bo LEI, Youjie SHI, Ti DONG, Peng PENG, Yaodong ZHENG, Fangming JIANG. Ponderation over the recent safety accidents of lithium-ion battery energy storage stations in South Korea[J]. Energy Storage Science and Technology, 2020, 9(5): 1539-1547.

图/表 5

表1

2017年8月—2019年6月韩国储能电站事故[1]"

序号	地点	容量 /MW·h	用途	安装位置	建筑形态	事故时间 (年-月）	投运时间	事故类型
1	全北高敞	1.46	风电	海岸	集装箱	2017.08	—	安装中(保管)
2	庆北景山	8.6	调频	山地	集装箱	2018.05	1年10个月	修理检查中
3	全南英若	14	风电	山地	组建式面板	2018.06	2年5个月	修理检查中
4	全南群山	18.96	太阳能	海岸	组建式面板	2018.06	6个月	充电后等待中
5	全南海南	2.99	太阳能	海岸	组建式面板	2018.07	7个月	充电后等待中
6	全南居昌	9.7	风电	山地	组建式面板	2018.07	1年7个月	充电后等待中
7	世宗	18	需求响应	工厂地带	组建式面板	2018.07	—	安装中(施工)
8	忠北荣洞	5.989	太阳能	山地	组建式面板	2018.09	8个月	充电后等待中
9	忠南泰安	6	太阳能	海岸	组建式面板	2018.09	—	安装中(施工)
10	济州	0.18	太阳能	商业地域	混凝土	2018.09	4年	充电中
11	京畿道	17.7	调频	工厂周边	集装箱	2018.10	2年7个月	修理检查中
12	庆北英洲	3.66	太阳能	山地	组建式面板	2018.11	9个月	充电后等待中
13	忠南天安	1.22	太阳能	山地	加式面板	2018.11	11个月	充电后等待中
14	忠北门庆	4.16	太阳能	山地	组建式面板	2018.11	11个月	充电后等待中
15	庆南巨匠	1.331	太阳能	山地	组建式面板	2018.11	7个月	充电后等待中
16	忠北堤川	9.316	需求响应	山地	组建式面板	2018.12	1年	充电后等待中
17	江源	2.662	太阳能	山地	组建式面板	2018.12	1年	充电后等待中
18	庆南梁山	3.289	需求响应	工厂地带	组建式面板	2019.01	10个月	充电后等待中
19	全南莞岛	5.22	太阳能	山地	组建式面板	2019.01	1年2个月	充电中
20	全北长寿	2.496	太阳能	山地	集装箱	2019.01	9个月	充电后等待中
21	蔚山	46.757	需求响应	工厂地带	混凝土	2019.01	7个月	充电后等待中
22	庆北七谷	3.66	太阳能	山地	组建式面板	2019.05	2年3个月	充电后等待中
23	全北长寿	1.027	太阳能	山地	组建式面板	2019.05	1年	充电后放电中

表1

图1

图2

图3

图4

参考文献 25

1	北极星储能网. 针对储能电站事故原因韩国提出四大改善措施(附报告) [EB/OL]. [2019-06-13]. .
2	朱玉龙. 韩国储能电池起火事故第二阶段调查[EB/OL]. [2020-02-14]. .
3	LIAO Z, ZHANG S, LI K, et al. A survey of methods for monitoring and detecting thermal runaway of lithium-ion batteries[J]. Journal of Power Sources, 2019, 436.
4	ABADA S, MARLAIR G, LECOCQ A, et al. Safety focused modeling of lithium-ion batteries: A review[J]. Journal of Power Sources, 2016, 306: 178-192.
5	LIU X, REN D, HSU H, et al. Thermal runaway of lithium-ion batteries without internal short circuit[J]. Joule, 2018, 2(10): 2047-2064.
6	苏伟, 钟国彬, 沈佳妮, 等. 锂离子电池故障诊断技术进展[J]. 储能科学与技术, 2019, 8(2): 225-236.
	SU Wei, ZHONG Guobing, SHEN Jiani, et al. The progress in fault diagnosis techniques for lithium-ion batteries[J]. Energy Storage Science and Technology, 2019, 8(2): 225-236.
7	JIANG J, DAHN J C. ARC studies of the thermal stability of three different cathode materials: LiCoO₂; Li [Ni_0.1Co_0.8Mn_0.1] O₂; and LiFePO₄, in LiPF₆ and LiBoB EC/DEC electrolytes[J]. Electrochemistry Communications, 2004, 6: 39-43.
8	Barkholtz H M, Preger Y, Ivanov S, et al. Multi-scale thermal stability study of commercial lithium-ion batteries as a function of cathode chemistry and state-of-charge[J]. Journal of Power Sources, 2019, 435: doi: 10.1016/j.jpowsour.2019.226777.
9	Inoue T, Mukai K. Roles of positive or negative electrodes in the thermal runaway of lithium-ion batteries: Accelerating rate calorimetry analyses with an all-inclusive microcell[J]. Electrochemistry Communications, 2017, 77: 28-31.
10	Hildebrand S, Friesen A, Haetge J, et al. Delayed thermal runaway investigation on commercial 2.6 A·h NCM-LCO based 18650 lithium ion cells with accelerating rate calorimetry[J]. ECS Transactions, 2016, 74(1): 85-94.
11	Birkl C R, Roberts M R, Mcturk E, et al. Degradation diagnostics for lithium ion cells[J]. Journal of Power Sources, 2017, 341: 373-386.
12	高飞, 王康康, 田宝贵, 等. 不同衰退状态磷酸铁锂动力电池组件的燃烧性及危险性研究[J]. 储能科学与技术, 2019, 8(6): 1176-1181.
	GAO Fei, WANG Kangkang, TIAN Baogui, et al. Combustibility and hazard of lithium iron phosphate power battery components in different aging states[J]. Energy Storage Science and Technology, 2019, 8(6): 1176-1181.
13	Dong T, Wang Y, Peng P, et al. Electrical‐thermal behaviors of a cylindrical graphite‐NCA Li‐ion battery responding to external short circuit operation[J]. International Journal of Energy Research, 2019, 43(4): 1444-1459.
14	Abraham D, Roth E, Kostecki R, et al. Diagnostic examination of thermally abused high-power lithium-ion cells[J]. Journal of Power Sources, 2006, 161(1): 648-657.
15	Jiang F, Peng P, Sun Y. Thermal analyses of LiFePO₄/graphite battery discharge processes[J]. Journal of power Sources, 2013, 243: 181-194.
16	Kim G H, Pesaran A, Spotnitz R. A three-dimensional thermal abuse model for lithium-ion cells [J]. Journal of Power Sources, 2007, 170: 476-489.
17	Huang P, Ping P, Li K, et al. Experimental and modeling analysis of thermal runaway propagation over the large format energy storage battery module with Li₄Ti₅O₁₂ anode[J]. Applied Energy, 2016, 183: 659-673.
18	朱伟杰, 史尤杰, 雷博. 锂离子电池储能系统BMS的功能安全分析与设计[J]. 储能科学与技术, 2020, 9(1): 271-278.
	ZHU Weijie, SHI Youjie, LEI Bo. Functional safety analysis and design of BMS for lithium-ion battery energy storage system[J]. Energy Storage Science and Technology, 2020, 9(1): 271-278.
19	王春力, 贡丽妙, 亢平, 等. 锂离子电池储能电站早期预警系统研究[J]. 储能科学与技术, 2018, 7(6): 1152-1158.
	WANG Chunli, GONG Limiao, KANG Ping, et al. Research on early warning system of lithium ion battery energy storage power station[J]. Energy Storage Science and Technology, 2018, 7(6): 1152-1158.
20	Feng X, Pan Y, He X, et al. Detecting the internal short circuit in large-format lithium-ion battery using model-based fault-diagnosis algorithm[J]. Journal of Energy Storage, 2018, 18: 26-39.
21	Ouyang M, Zhang M, Feng X, et al. Internal short circuit detection for battery pack using equivalent parameter and consistency method[J]. Journal of Power Sources, 2015, 294: 272-283.
22	Jiang Y, Jiang J, Zhang C, et al. A Copula-based battery pack consistency modeling method and its application on the energy utilization efficiency estimation[J]. Energy, 2019, 189： doi: 10.1016/j.energy.2019.116219.
23	LIAO Z, ZHANG S, LI K, et al. A survey of methods for monitoring and detecting thermal runaway of lithium-ion batteries[J]. Journal of Power Sources, 2019, 436： doi: 10.1016/j.jpowsour.2019.226879.
24	Meng H, Li Y F. A review on prognostics and health management (PHM) methods of lithium-ion batteries[J]. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2019, 116： doi: 10.1016/j.rser.2019.109405.
25	Zhang C, Li K, Deng J. Real-time estimation of battery internal temperature based on a simplified thermoelectric model[J]. Journal of Power Sources, 2016, 302: 146-154.

[1]	李海涛, 孔令丽, 张欣, 余传军, 王纪威, 徐琳. N/P设计对高镍NCM/Gr电芯性能的影响[J]. 储能科学与技术, 2022, 11(7): 2040-2045.
[2]	刘显茜, 孙安梁, 田川. 基于仿生翅脉流道冷板的锂离子电池组液冷散热[J]. 储能科学与技术, 2022, 11(7): 2266-2273.
[3]	陈龙, 夏权, 任羿, 曹高萍, 邱景义, 张浩. 多物理场耦合下锂离子电池组可靠性研究现状与展望[J]. 储能科学与技术, 2022, 11(7): 2316-2323.
[4]	易顺民, 谢林柏, 彭力. 基于VF-DW-DFN的锂离子电池剩余寿命预测[J]. 储能科学与技术, 2022, 11(7): 2305-2315.
[5]	祝庆伟, 俞小莉, 吴启超, 徐一丹, 陈芬放, 黄瑞. 高能量密度锂离子电池老化半经验模型[J]. 储能科学与技术, 2022, 11(7): 2324-2331.
[6]	王宇作, 王瑨, 卢颖莉, 阮殿波. 孔结构对软碳负极储锂性能的影响[J]. 储能科学与技术, 2022, 11(7): 2023-2029.
[7]	郭雨涵, 郁丹, 杨鹏, 王子绩, 王金涛. 基于贪婪算法的分布式储能系统容量优化配置方法[J]. 储能科学与技术, 2022, 11(7): 2295-2304.
[8]	霍思达, 薛文东, 李新丽, 李勇. 基于CiteSpace知识图谱的锂电池复合电解质可视化分析[J]. 储能科学与技术, 2022, 11(7): 2103-2113.
[9]	邓健想, 赵金良, 黄成德. 高能量锂离子电池硅基负极黏结剂研究进展[J]. 储能科学与技术, 2022, 11(7): 2092-2102.
[10]	孔为, 金劲涛, 陆西坡, 孙洋. 对称蛇形流道锂离子电池冷却性能[J]. 储能科学与技术, 2022, 11(7): 2258-2265.
[11]	吴田, 林闽城, 海浩, 孙海渔, 温兆银, 马福元. 面向一次调频的镍氢电池系统开发[J]. 储能科学与技术, 2022, 11(7): 2213-2221.
[12]	欧宇, 侯文会, 刘凯. 锂离子电池中的智能安全电解液研究进展[J]. 储能科学与技术, 2022, 11(6): 1772-1787.
[13]	韩俊伟, 肖菁, 陶莹, 孔德斌, 吕伟, 杨全红. 致密储能：基于石墨烯的方法学和应用实例[J]. 储能科学与技术, 2022, 11(6): 1865-1873.
[14]	辛耀达, 李娜, 杨乐, 宋维力, 孙磊, 陈浩森, 方岱宁. 锂离子电池植入传感技术[J]. 储能科学与技术, 2022, 11(6): 1834-1846.
[15]	燕乔一, 吴锋, 陈人杰, 李丽. 锂离子电池负极石墨回收处理及资源循环[J]. 储能科学与技术, 2022, 11(6): 1760-1771.

韩国锂离子电池储能电站安全事故的分析及思考

Ponderation over the recent safety accidents of lithium-ion battery energy storage stations in South Korea

RichHTML

PDF

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

图/表 5

参考文献 25

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价