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Tesla澳大利亚Megapack储能系统的火灾原因解析

 知化汽车 2022-05-16 发布于浙江

澳大利亚Victorian的大电池储能火灾是特斯拉Megapacks的第一起起火事件,它于2021年7月30号发生,对该起火灾事件的技术报告在年初的时候完成,在最近才被公开给公众,让我们得以了解事故的整个过程,按起火的时间线来说,整个过程关键时间点如下:

这起火灾事件总共烧毁了两个Megapack,各自的起火原因归结起来有两点:
(1)冷却液泄漏,致使模组的高压功率器件发生电弧,进而造成电芯热失控,从而引发MP-1的热失控蔓延;

(2)借助于风速,MP-1的火势蔓延到MP-2,通过顶棚结构进入到MP-2内部,进而引发MP-2的热失控及热失控蔓延。

Victorian Big Battery 储能的整体布局、MP-1、MP-2的位置,以及起火状态如下图所示。

Victorian Big Battery 储能系统共由212个Megapack构成,提供300MWh-450MWh的电量,单个Megapack尺寸约7.2m*1.6m*2.5m。

事发时,Victorian Big Battery仍在建设之中,而且由于MP-1当天没有参与调试工作,所以,它被手动关闭了,这也是特斯拉远程没有及时发现电芯热失控的原因,MP-1在手动关闭时并没有表现出异常。在上午10点左右的时候,现场人员发现MP-1有烟雾冒出,随后起火,火势蔓延引燃了与其间隔约15cm的MP-2,这两个Megapack燃烧了大约6个小时火势才熄灭。在这期间,现场人员根据特斯拉的紧急措施建议采取了两个工作:

(1)利用冷水进行灭火,并对MP-1/2进行隔离;

(2)无法扑灭时,在确保隔离的情况下,任由MP-1/2自行熄灭。

Megapack在安全设计上还是做了相当多的工作,根据特斯拉的披露,包括电芯安全、模组安全、系统安全以及专门针对火灾的安全。其中有几个点是特别指出的,如下图所示:

包括整箱IP66的密封等级,整个外箱体是钢材,能够抵御外部严苛的环境,包括外部火烧。但这次MP-2的引燃,是通过顶层的泄爆阀口进入的,上图中红圈部分passive deflagration vents(塑料材质),该部分位于箱体的上方。从调查报告描述来看,这部分被烧毁,提供了外部火焰直接进入MP-2箱内模组的路径,致使MP-2的电芯在外部火烧的条件下热失控,进而热蔓延。passive deflagration vents此处的设计是此次被发现的一个设计风险点。

另外一个致使此次热蔓延发生的原因就是MP-1被手动关闭了,除了使无法远程监控到储能的运行状态,另外就是它也使得MP-1的电气安全措施被限制了,如故障监控、断开电路等。此外,冷却液的泄漏让模组功率控制器中的Profuse无法工作,因为Pyrofuse无法得到供电。

从这次的事故调查中,我们也可以得到关于Megapack内电芯温度控制的相关信息:电芯运行的温度在20-50℃,电芯热失控的温度在139℃。

针对这次的火灾,特斯拉在Megapack上进行了3方面的更新,这对国内的储能站来说也具有很高的参考价值,具体来说:

一、流程方面
(1)改善对于冷却液泄露的检测,包括在Megapack的组装和安装调试过程中;
(2)缩短Megapack远程通讯连接的时间,由原来的24小时缩短至1小时,以便能及时传送Megapack的运行数据,包括安全监控;
(3)在Megapack调试和运行期间,禁止钥匙手工关闭系统,这也是为了能够保持对Megapack状态的监控,以及使相应的安全措施处于工作状态,如Pyrofuse。

二、软硬件层面
(1)增加针对液冷系统的报警,包括冷却液的泄露;
(2)保持电气安全措施,如Pyrofuse处于工作状态,无论系统是处于工作还是关闭状态;
(3)主动对Pyrofuse供电电路进行监控,如果发现断电,则主动先断开Pyrofuse。

三、结构层面
主要是针对塑料泄爆阀vents的防护,增加了钢防护结构,避免类似的火烧直接对vents进行接触。

除了以上3个方面,这次还有风力的影响,在设计上反映出来就是可以再把两个Megapack间距增大,这一点并不是核心的,因为Megepack在布置时已经满足了相应的标准(UL9540A)。

总结来说,冷却液泄露的防护、Pyrofuse工作策略和断电措施、泄爆阀vent的防火设计,是特斯拉在此次事故中进行设计改进的重点所在。



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