2023年4月22日17時56分，武威市消防救援支隊119指揮中心接到報警稱，位于民勤縣某儲能電站發(fā)生火災(zāi)，造成1座儲能電池艙燒損，過火面積約30㎡，直接經(jīng)濟損失約410萬元，無人員傷亡。此后，武威市消防救援支隊在《中國設(shè)備工程》發(fā)表《一起儲能電站火災(zāi)事故的分析與研究》（以下簡稱《事故分析》），披露了本次事故的詳細(xì)信息。 

該儲能電站位于某荒灘區(qū)域，周圍無高大煙囪及切割電焊動火作業(yè)，調(diào)取氣象資料發(fā)現(xiàn)起火當(dāng)日無大風(fēng)及雷電天氣。

1、 電站基本情況

該儲能電站設(shè)有4座集裝箱式儲能電池艙及儲能升壓一體艙，由北向南依次布置，分別編號為1~4號。

每座儲能電池艙長13.7m、寬2.43m、高2.95m，南、北兩側(cè)共設(shè)有16個箱門，每個箱門對應(yīng)一簇電池組，其中北側(cè)由東向西設(shè)有1~7簇電池組，南側(cè)由東向西設(shè)有8~14簇電池組；中間部位設(shè)有電氣艙，電氣艙內(nèi)北側(cè)為氣體滅火系統(tǒng)、南側(cè)為電腦主機裝置（見圖1）。

每簇電池組內(nèi)裝配有25個電池模塊（見圖2），每個電池模塊又包括16個磷酸鐵鋰電池芯，該磷酸鐵鋰電池芯型號為BQ28016S、容量280AH、額定電壓3.2V、滿電電壓3.65V，上述每簇電池組內(nèi)25個電池模塊之間、每個電池模塊16個電池芯之間均為串聯(lián)，簇與簇之間為并聯(lián)。

換算可知，單艙電池容量為5MWh。此次起火艙室為1號儲能電池艙。

2、 火災(zāi)經(jīng)過

根據(jù)第一報警人孔某宇反映，2023年4月22日15時許對1、3、4號儲能電池艙進行滿充實驗，17時30分許其在測試車內(nèi)聽到“嘭”的爆炸聲。

其后看到起火部位處冒出白色煙氣并伴有刺激性氣味，5min后開始冒出黑煙，這說明電池組內(nèi)部發(fā)生電氣故障，電解液發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生白色氣體，此后電池組內(nèi)部發(fā)生大規(guī)模短路、溫度急劇升高，引發(fā)明火并引燃線路絕緣層及其他可燃物，產(chǎn)生黑色煙氣，符合熱失控特征。

17時51分，孔某宇切斷充電回路后撥打報警電話。調(diào)取119報警記錄，4月22日17時56分119指揮中心接到孔某宇電話報警。

對儲能電站監(jiān)控中心后臺數(shù)據(jù)提取分析：

4月22日17時12分，1號電池艙BMS系統(tǒng)出現(xiàn)過壓一級警告；

17時12分至14分，1號電池艙14簇電池組整體出現(xiàn)溫升；

17時15分，1號電池艙BMS系統(tǒng)出現(xiàn)過壓二級警告；

17時22分，充電電流顯示為*；

17時29分，1號電池艙電池模塊電壓下降至1.19V；

17時30分，1號電池艙電壓、電流、溫度數(shù)據(jù)全部報錯。

綜合認(rèn)定起火時間為2023年4月22日17時30分左右。

通過現(xiàn)場勘驗發(fā)現(xiàn)，第4簇第12模塊電池呈現(xiàn)擠壓變形、其余電池均為鼓脹變形特征，證明該模塊電池最先發(fā)生故障后電解液分解放熱并產(chǎn)生氣體鼓脹，電池內(nèi)分解氣體噴放同時，周圍相鄰電池受外熱相繼發(fā)生熱失控產(chǎn)生鼓脹對最先鼓脹電池擠壓并導(dǎo)致變形，符合鋰電池?zé)崾Э毓收贤庥^特征。

3、 火災(zāi)事故成因分析

對儲能電站監(jiān)控中心后臺數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，1號電池艙第4簇第12模塊電池電壓、溫度變化后，BMS系統(tǒng)出現(xiàn)過壓一級警告，此后電池模塊均出現(xiàn)溫度升高；

第4簇第12模塊電壓變?yōu)?后，其他電池模塊電壓下降直至電壓、電流、溫度數(shù)據(jù)全部報錯，符合該模塊電池最先熱失控后造成其他電池相繼受熱短路引發(fā)火災(zāi)的邏輯順序。據(jù)此，綜合認(rèn)定起火原因為第4簇第12模塊磷酸鐵鋰電池?zé)崾Э匾l(fā)火災(zāi)。

科學(xué)判斷鋰電池?zé)崾Э卣T因。鋰離子電池?zé)崾Э厥侵赣筛鞣N誘因引發(fā)鋰離子電池內(nèi)部局部或整體溫度急速上升，熱量無法及時釋放，大量聚集在內(nèi)部誘發(fā)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，導(dǎo)致電池高壓冒煙、起火的現(xiàn)象。

目前，常見的熱失控誘因主要包括機械外力、高溫原因、電氣原因、內(nèi)短路等，而電氣原因又包括過充電、外部短路、過放電等具體原因，鋰離子電池在熱失控時由于內(nèi)部發(fā)生短路、不能輸出電流，在利用電池監(jiān)控系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)分析時需要注意，最先輸出電壓電流為0的電池即為最初發(fā)生熱失控的電池。

經(jīng)調(diào)查詢問，當(dāng)日現(xiàn)場測試人員共3人，分別為王某楠（電路測試工程師）、關(guān)某（電路測試工程師）、 孔某宇（升壓艙廠家技術(shù)人員），上述3人正在調(diào)試設(shè)備，測試操作失當(dāng)導(dǎo)致電池?zé)崾Э亍?/p>

根據(jù)產(chǎn)品參數(shù)設(shè)計，起火電池模塊設(shè)計充電時間為2h，在滿充測試過程中實際充電時間達(dá)3h，由于過充電導(dǎo)致鋰離子電池正、負(fù)極性質(zhì)發(fā)生變化，正、負(fù)極上的放熱反應(yīng)和鋰枝晶引發(fā)的內(nèi)短路共同引發(fā)電池?zé)崾Э亍?/p>

4、事故的思考

高度重視調(diào)查詢問。儲能電站作為當(dāng)前消防安全監(jiān)管的新興業(yè)態(tài)領(lǐng)域，其火災(zāi)具有一定特殊性，在調(diào)查詢問過程中需對起火時的情況作全面了解。

正確理解現(xiàn)場痕跡特征。最先發(fā)生故障的電池由于從內(nèi)部起火，其燒損痕跡沒有明顯的方向性，從外部觀察，最先出現(xiàn)故障的電池往往不是燒損最為嚴(yán)重的；周圍因熱濫用引發(fā)熱失控電池迎火面一側(cè)發(fā)生隔膜熔化、殼體撕裂、破壞嚴(yán)重，其余部位則燒損變形相對較輕，具有明顯的方向性。

創(chuàng)新現(xiàn)場勘驗技術(shù)手段。當(dāng)確定了最先發(fā)生故障的鋰離子電池時，可使用X射線成像法、CT三維成像法、電池拆解法等方法對故障電池內(nèi)部痕跡進行分析。

X射線影像分析得到一個比較粗略的方向，在此基礎(chǔ)上CT三維成像分析可確定大概的故障點，經(jīng)過電池拆解分析，發(fā)現(xiàn)集流器上存在局部缺損痕跡，三者互相印證，可確定該缺失位置即為電池最初故障點。

科學(xué)判斷鋰電池?zé)崾Э卣T因。目前，常見的熱失控誘因主要包括機械外力、高溫原因、電氣原因、內(nèi)短路等，而電氣原因又包括過充電、外部短路、過放電等具體原因，鋰離子電池在熱失控時由于內(nèi)部發(fā)生短路、不能輸出電流，在利用電池監(jiān)控系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)分析時需要注意，最先輸出電壓電流為0的電池即為最初發(fā)生熱失控的電池。

本案中起火電池模塊設(shè)計充電時間為2h，在滿充測試過程中實際充電時間達(dá)3h，由于過充電導(dǎo)致鋰離子電池正、負(fù)極性質(zhì)發(fā)生變化，正、負(fù)極上的放熱反應(yīng)和鋰枝晶引發(fā)的內(nèi)短路共同引發(fā)電池?zé)崾Э亍?/p>