電池儲能系統使用電池和其他電氣設備的布局來存儲電能。這些安裝越來越多地用于住宅、商業、工業和公用事業應用，以實現調峰或電網支持，從大型室外和室內站點（例如倉庫型建筑）到模塊化系統。集裝箱系統是一種模塊化設計形式，已成為高效集成電池儲能系統項目的流行手段。

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由于響應時間快，鋰離子電池儲能系統可用于穩定電網、調節電網頻率、提供應急電力或工業規模的調峰服務，降低最終用戶的電力成本。然而，高功率和快速充電循環會給電池帶來壓力，導致電池隨著時間的推移而衰減，這不利于安全。

在過去的四年里，世界各地有三十多個大型電池儲能系統發生故障，導致火災，在某些情況下還引發爆炸。考慮到這些問題，專業人士和當局需要制定和實施戰略來預防和減輕電池儲能系統火災和爆炸危險。NFPA 855（儲能系統安裝標準）和國際消防法規第 1207 章（電能存儲系統）中提供的指南是第一步。

預防和緩解措施應針對熱失控，這是迄今為止最嚴重的電池儲能系統故障模式。如果不能阻止熱失控，最嚴重的后果是火災和爆炸。

鋰離子電池電芯的熱失控本質上是鋰離子電池儲能系統起火或爆炸的主要原因。在各種導致短路的情況下，電池可能會發生熱失控，其中存儲的化學能轉化為熱能。如果該過程無法充分冷卻，溫度就會升高，從而加劇反應，從而導致電池破裂并釋放出易燃和有毒氣體。熱失控最常見的引發事件包括：

電池制造缺陷

過度充電（例如逆變器故障）

過熱（例如冷卻能力差或冷卻系統故障）

機械濫用（例如地震事件或撞擊）

電池管理系統作為熱失控的屏障

在電池儲能系統中，最重要的障礙之一是電池管理系統（BMS），它通過確保電池系統在安全參數范圍（例如荷電狀態、溫度）內運行來提供主要的熱失控保護。在 UL 9540 認證的 BESS 中，BMS 監視、控制和優化電池模塊的性能，并在出現異常情況時將其與系統斷開。BMS還提供電池的充電和放電管理。

當出現欠壓、過壓、過溫、過流等情況時，BMS會報警并限制充放電電流或功率。在緊急情況下，BMS 將停止運行并斷開每個電池外殼的電氣連接。這是假設 BMS 未損壞且正常運行的情況。然而，如果發生內部電池擊穿，BMS 將無法阻止熱失控。

爆炸控制

導致火災或爆炸的熱失控是需要預防或減輕的最嚴重的危險。雖然已經有一些關于火災控制和滅火的指導，但許多 BESS 制造商、集成商和最終用戶都在努力滿足爆炸控制要求。爆炸控制可以通過提供以下之一來實現：

防爆系統按照 NFPA 69（防爆系統標準）設計、安裝、操作、維護和測試

按照 NFPA 68（爆燃通風裝置防爆標準）安裝和維護爆燃通風裝置

如果根據 NFPA 69 實施防爆系統，則對于運行條件和材料負荷的所有可預見變化，可燃濃度應保持在 LFL 的 25% 或以下。實現這些要求的一種選擇是通風或空氣稀釋。這可以通過安裝強制通風系統來實現，當氣體濃度水平超過預定設定點時，該系統可以由氣體檢測系統自動啟動。

此外，爆燃排氣為快速膨脹的氣體在發生爆燃時排出外殼創造了一條通道。在自由空氣量很少且內部阻礙程度較高的情況下，保護 BESS 外殼可能具有挑戰性。在這種情況下，可能需要基于性能的工程方法，例如計算流體動力學 (CFD)。

減輕電池儲能系統危害的最佳實踐

為了允許電池儲能系統，越來越需要遵守 NFPA 855，并且國際消防規范 (IFC) 影響了有關這些系統的當地消防規范要求。因此，NFPA 855 和 IFC 用于指導最佳實踐以及行業經驗（即從故障事件中吸取的教訓）。

以下是能量容量大于 600 kWh 的電池儲能系統的最佳實踐。這些適用于電池儲能系統產品級別，并不普遍適用于各種安裝地點。根據電池儲能系統的安裝位置，可能需要考慮其他當地要求和偏好。此外，所有功能均應符合適用的當地規范和標準，包括所列設備的使用。

危害緩解分析 (HMA)。HMA 有助于識別和緩解電池儲能技術造成的危害。HMA 至少應解決 NFPA 855 和 IFC 中確定的故障模式。HMA 可用于分析已安裝安全措施的有效性。

煙霧和火災探測。煙霧和火災探測設備需要安裝在非遠程或室內應用的大型 BESS 外殼中。IFC 要求為包含固定電池儲能系統的“房間”配備煙霧探測和自動噴水滅火系統。

消防和滅火。NFPA 855 規定了消防和滅火，但如果項目地點位于偏遠且室外，經主管部門和業主雙方批準，可以省略。IFC 要求為包含固定電池儲能系統的“房間”配備自動噴水滅火系統。如果發生熱失控并引發火災，水是首選的滅火劑。雖然消防噴淋裝置無法阻止已經開始熱失控的電池，但它能夠控制火勢蔓延并減少鋰離子電池火災的危險。

爆炸控制。NFPA 855 要求采取爆燃通風 (NFPA 68) 或防爆 (NFPA 69) 形式的爆炸控制措施，包括柜式電池儲能系統外殼。

氣體檢測。氣體檢測可用作 NFPA 69 爆炸控制解決方案的一部分。

熱失控保護。熱失控保護是必需的，通常可以通過使用經過 UL 1973 認證的電池管理系統來實現。

尺寸和間隔要求。每個電池儲能系統集裝箱與相鄰結構之間應保持間隔距離，以減少火災蔓延。考慮到全面的防火測試數據、基于性能的方法或使用工程防火屏障，可以縮短規定的距離。

供水。由于水是抑制鋰離子電池火災的首選劑，因此建議使用永久水源。

解決鋰離子電池儲能的消防安全挑戰

電池儲能系統是減少碳排放和實現可再生發電技術的重要因素。在電池儲能系統安裝的開發和部署不斷增加的時代，確保其安全完成非常重要。Jensen Hughes 可以幫助您解決與鋰離子電池儲能和處理相關的獨特消防安全挑戰，并確保滿足建筑和消防規范要求。