郭子清

（武威市消防救援支隊，甘肅 武威 733000）

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，造成1 座儲能電池艙燒損，過火面積約30m2，直接經(jīng)濟損失約410 萬元，無人員傷亡。

1 儲能電站基本情況

該儲能電站設有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)共設有16 個箱門，每個箱門對應一簇電池組，其中北側(cè)由東向西設有1～7 簇電池組，南側(cè)由東向西設有8～14 簇電池組；中間部位設有電氣艙，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BQ280-16S、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)。此次起火艙室為1 號儲能電池艙。

圖1 1 號儲能電池艙平面布置圖

圖2 簇內(nèi)電池模塊裝配示意圖

2 起火部位認定

通過現(xiàn)場勘驗發(fā)現(xiàn)以下燃燒痕跡特征：①電池艙頂部中間區(qū)域變色最重、向東西兩側(cè)逐漸變輕（見圖3）；②北側(cè)中間部位電氣艙門及3、4 簇電池組對應箱門變形變色最重且向外彎曲，內(nèi)部空調(diào)機燒損變色嚴重，其余箱門外表面僅有輕微過火痕跡，內(nèi)部簇門密封膠條局部脫落、空調(diào)機燒損變色較輕；③南側(cè)中間電氣艙門外表面形成1 個V 字型痕跡，V 型痕跡底部位于艙門中間部位，對應兩側(cè)11、12 簇電池組箱門變形變色較重，其余箱門僅有輕微過火痕跡；④北側(cè)中間部位氣體滅火系統(tǒng)未動作，氣體容器瓶靠近4 簇電池組一側(cè)鼓脹，4 簇電池組呈現(xiàn)鼓脹擠壓變形，接線全部燒損脫落，上述接線絕緣層全部過火燒損、部分多股線芯熔斷，該側(cè)其余簇電池組接線僅有部分脫落、且部分電池組外殼擊穿呈不規(guī)則孔洞；⑤南側(cè)11、12 簇電池組接線局部燒損脫落、部分仍殘留連接，該側(cè)其余簇電池組接線基本完好。通過詢問第一報警人孔某宇、當事人關某得知，最先發(fā)現(xiàn)北側(cè)4簇電池組箱門冒煙并伴有“嘭”的爆炸聲，由此確定起火部位為北側(cè)第4 簇電池組。

圖3 1 號儲能電池艙頂部變色

3 起火點認定

對4 簇電池組進行勘驗發(fā)現(xiàn)：①內(nèi)部電池模塊表面均過火變色，電池模塊之間接線絕緣層全部燒損裸露、部分多股線芯熔斷；②3、11、12、21 號電池模塊接線線頭呈現(xiàn)熔化痕跡；③除12 號電池模塊為擠壓變形外，其余電池模塊均為鼓脹變形（見圖4），朝向12 號電池模塊一側(cè)燒損變形嚴重、其余部位變形較輕；④對監(jiān)控中心后臺數(shù)據(jù)提取分析，起火當日17 時12 分時，1 號電池艙BMS 系統(tǒng)出現(xiàn)過壓一級警告，該電池艙第4 簇第12模塊電池電壓劇烈下降，溫度明顯上升；其后，1 號電池艙內(nèi)14 個簇各模塊整體出現(xiàn)溫升現(xiàn)象，BMS 系統(tǒng)出現(xiàn)過壓二級警告；17 時25 分，1 號電池艙第4 簇第12 模塊電壓為0；17 時26 分，第4 簇第12 模塊兩次電芯采集信息，第一次探測電芯溫度為13455，第二次顯示為0；17 時30 分，1 號電池艙BMS 數(shù)據(jù)抓取失敗，電壓、電流、溫度數(shù)據(jù)全部報錯。由此確定，起火點為第4 簇電池組第12 模塊。

圖4 12 號電池模塊熱失控燒損痕跡

4 起火時間認定

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，17 時51 分切斷充電回路后才撥打報警電話。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。綜合認定起火時間為2023 年4 月22日17 時30 分左右。

5 起火原因認定

5.1 排除遺留火種及外來火源

經(jīng)調(diào)查詢問，當日現(xiàn)場測試人員共3 人，分別為王某楠（電路測試工程師）、關某（電路測試工程師）、孔某宇（升壓艙廠家技術人員），上述3 人在調(diào)試設備期間均無吸煙行為，且電池艙內(nèi)線路絕緣層屬于自熄性材料、無法被煙頭等弱火源引燃。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)起火當日無大風及雷電天氣。由此可排除遺留火種及外來火源引發(fā)火災。

5.2 排除供電回路過電壓

對1 號電池艙對應的升壓一體艙進行勘驗發(fā)現(xiàn)，艙內(nèi)PCS 變流器、變壓器及接線控制板均無打火痕跡；調(diào)取當日該地區(qū)330KV 變電站輸出電壓、電流數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，暫態(tài)過電壓智能檢測平臺“過壓記錄”“報警記錄”“實時記錄”和“召測記錄”數(shù)據(jù)正常，無異常波動。由此可排除供電回路過電壓故障。

5.3 確定為磷酸鐵鋰電池熱失控引發(fā)火災

據(jù)第一報警人孔某宇反映，發(fā)生火災前聽到“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，證明電池組內(nèi)部發(fā)生電氣故障，電解液發(fā)生化學反應產(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，該過程符合鋰電池熱失控特征。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致變形，符合鋰電池熱失控故障外觀特征。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)火災的邏輯順序。據(jù)此，綜合認定起火原因為第4 簇第12 模塊磷酸鐵鋰電池熱失控引發(fā)火災。

6 幾點體會

（1）高度重視調(diào)查詢問。儲能電站作為當前消防安全監(jiān)管的新興業(yè)態(tài)領域，其火災具有一定特殊性，在調(diào)查詢問過程中需對起火時的情況作全面了解，包括火災發(fā)現(xiàn)情況、蔓延情況、設備運行情況、火災前人員操作情況及其他用火用電情況，尤其對起火時電池的充電狀態(tài)、起火現(xiàn)象（包括氣體顏色、泄放聲音、電池噴射火、爆燃等）、電池放置環(huán)境、電池使用歷史、設備異常情況及相關數(shù)據(jù)的有效掌握，對鋰電池原理、結構、生產(chǎn)工藝、起火條件的熟悉了解決定了火災調(diào)查的成敗。

（2）正確理解現(xiàn)場痕跡特征。鋰電池火災現(xiàn)場痕跡不能盲目根據(jù)一般火災痕跡特征判斷起火部位、起火點，一定要根據(jù)鋰電池熱失控機理進行分析判斷，一般來說，電池系統(tǒng)內(nèi)某一單體電池發(fā)生熱失控起火后對周圍電池形成熱濫用誘因，可導致周圍電池隔膜熔化損壞、形成新的熱失控依次傳導。所以，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、破壞嚴重，其余部位則燒損變形相對較輕，具有明顯的方向性。

（3）創(chuàng)新現(xiàn)場勘驗技術手段。鋰離子電池由涂覆在鋁箔集流器上的正極材料、涂覆在銅箔集流器上的負極材料、多孔高分子材料隔膜、易燃液體的電解液、金屬制或者鋁塑殼體以及一些安全保護裝置組成?；馂暮箐囯x子電池殘留物中正極材料、負極材料、隔膜均完全炭化，無法區(qū)分，一般情況下，鋁制集流器會因火災高溫熔化或燒失，銅制集流器則會保留下來。因此，當確定了最先發(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。通常X 射線影像分析、CT 三維成像分析及電池拆解分析確定的故障點應當相互印證。X 射線影像分析得到一個比較粗略的方向，在此基礎上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。

（4）科學判斷鋰電池熱失控誘因。鋰離子電池熱失控是指由各種誘因引發(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)鏈式反應，導致電池高壓冒煙、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。本案中，起火電池模塊設計充電時間為2h，在滿充測試過程中實際充電時間達3h，由于過充電導致鋰離子電池正、負極性質(zhì)發(fā)生變化，正、負極上的放熱反應和鋰枝晶引發(fā)的內(nèi)短路共同引發(fā)電池熱失控。