可能发生热失控的圆柱形锂电池(图片来源:韩联社)

电池火灾防控正从单纯的灭火处置,延伸至起火前预警和熄灭后排查两个环节。业内认为,围绕热失控的早期识别以及火后无人巡检,正逐步成为电池安全体系的重要组成部分;随着海外工厂更早适用相关消防与保险标准,这类技术的导入节奏也有望进一步加快。

从事故机理看,锂电池火灾往往在明火出现前就已启动。过热、过充等异常持续累积后,电芯内部电解液会分解并释放蒸气等逸出气体;若这一过程继续发展,最终将进入热失控阶段,随后出现烟雾和火焰。相比之下,现有安全管理措施过去更多聚焦于热失控已经发生后的处置。

问题在于,即便电池管理系统(BMS)正常运行,热失控临近时,电压和温度变化也可能并不明显,传统监测手段难以及时捕捉。用于探测氢气的气体探测器,通常也要到热失控启动前后才会作出反应。另一方面,明火扑灭后,残余电池仍可能再次进入热失控状态,但在人员无法进入现场的情况下,内部状况往往难以确认。

这一风险已在实际事故中显现。去年8月,忠清南道一处一次电池制造工厂成品仓库发生火灾。韩国国立消防研究院表示,仓库内存放的约21万只军用一次电池包,与2024年6月京畿道华城Aricell工厂火灾中的电池型号相同。Aricell火灾曾因锂电池连锁热失控烧毁整栋建筑,并造成23名工人死亡。

相比之下,忠清南道这起仓库火灾因建筑采用钢筋混凝土耐火结构、设置耐火隔墙,并在每个电池存放货架上安装自动扩散灭火装置,火势在早期得到控制。不过,虽然不少电池包未被直接烧毁,但其已暴露在高温环境中。业内指出,受热后的锂电池即便只受到轻微冲击,或温度再次上升,也可能触发二次热失控,并进一步引发连锁爆炸。

正因如此,当地消防部门在灭火后立即封锁内部入口长达两周,仅能从建筑外部持续观察。火势虽未蔓延至全仓,但残余电池本身反而成为新的风险源。

在此背景下,业内正将安全监测范围前移至起火前。现阶段,被视为替代方案的,是能够识别逸出气体的传感器。美国桑迪亚国家实验室测试显示,对电解液蒸气等逸出气体有反应的挥发性有机化合物(VOC)传感器,可在热失控发生前7.1分钟发出预警;在传感器触发后立即切断电流的电池包并未起火,而是随后逐步冷却降温。

韩国也在推进相关研究。汉阳大学研究团队正探索,针对没有安全阀、气体不易直接外泄的软包电池,如何通过逸出气体实现对热失控条件的提前识别。

在熄灭后阶段,机器人巡检正成为减少人员风险的重要手段。忠清南道仓库事故中,韩国国立消防研究院与韩国科学技术院(KAIST)Yoo Ji-hwan教授团队开发的软体机器人被投入现场。考虑到轮式或四足机器人机身较重,可能压到地面电池并触发热失控,现场对其使用一直有所顾虑。

上述软体机器人则通过充气使管状结构翻转并向前延展,几乎不会对地面施加压力。该机器人可从屋顶排气口和地面缝隙进入建筑内部,并实时回传温度、电池变形及坍塌迹象等信息。

业内判断,逸出气体监测和无人巡检的应用趋势,未来也将扩展至电池电芯工厂。鉴于相关监测方式已在过充、过热等缓慢演变的异常状态中验证有效,市场普遍认为,这类技术在大规模处理电芯的工厂设备端具备较大的应用空间。

与此同时,海外标准已开始纳入相关要求。据Tfactory披露称,美国财产保险机构FM Global已于2024年1月修订锂离子储能系统(ESS)损失预防标准,要求当电芯温度升高或检测到逸出气体时,ESS系统应自动隔离。相较之下,氢气探测器则被单独界定为在热失控启动后承担报警和应急排风功能的装置。

此外,美国消防协会(NFPA)的通信设施标准NFPA 76也规定,对于电池密集布置且容量在20kWh以上的设施,应配置可监测热失控发生前电解液蒸气释放的装置。考虑到韩国电池企业的海外工厂需同时满足保险机构要求和当地消防标准,业内预计,逸出气体监测将优先在海外产线加快导入。

有业内人士表示,电芯工厂一旦发生哪怕一次热失控事故,都可能带来致命冲击。基于这一判断,企业正不等待立法节奏推进,而是主动升级内部标准,以提升成本控制和风险管理效率。

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