轨道车辆电池储能系统的灭火措施

轨道车辆电池储能系统的灭火措施

 

 

 在中国，电动汽车（EV）有望在2025年售出1570万辆。在交通运输业的其他领域，这种成功得到了认可。随着世界寻求缓解全球变暖的影响，所有碳基燃料的用户基本上都意识到，他们也需要在减少碳排放方面尽自己的一份力。
交通运输行业的其他领域也在积极响应。锂离子电池储能系统（BESS）正被广泛应用于各种交通工具中。几乎每一种道路运输车辆都有电池驱动的版本。BESS和混合动力船舶已经出现在我们身边，世界上第一架电池驱动的客运飞机也即将起飞。
因此，配备BESS的车辆理应纳入这一转变之中，事实也的确如此。如下所述，BESS目前在车辆行业中得到广泛应用。由于几乎所有列车终将实现电动化，因此对于行业而言，将BESS（电池储能系统）集成到推进系统中并非难以实现的技术跨越。

 

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# 铁路车辆上的BESS应用 #

 

 

 

BESS以几种不同的方式被整合到车辆中。现代铁路运输工具由以下两种方式之一进行电力驱动：

直接从架空电线或第三轨获取电力，或者使用机车上的柴油发电机产生驱动牵引电机所需的电力。因此，增加BESS是一种自然的发展趋势。

像汽车一样，一些火车也采用了混合动力方式。这种方式包括在火车完全运行时使用柴油发电机提供动力，但在短距离移动或在平坦地形低速行驶时依赖电池供电。这种混合动力方式通常被称为零排放增压机车（ZEBL），铁路当局发现这种混合动力方式不仅提高了性能，还减少了碳排放并改善了燃油效率。

BESS也常用于“切换机车”——在编组或拆卸列车时用于火车站场移动铁路车厢的机车。由于它们只在短距离上以间歇的方式移动铁路车厢，对行驶距离的担忧较少，在换班期间有时间充电，因此无需担忧续航问题。

随着车辆不断追求更高的动力效率，BESS被用于储存再生制动产生的能量。这些系统允许列车的电动牵引电机作为发电机，将列车的动能转化为电能，并储存在车载BESS中。这种能量可以用来帮助火车加速或上坡时的动力。

将BESS纳入铁路车辆的动力组合对环境和铁路运营商的利润都是好消息。然而，如同其他能源系统，BESS也存在潜在风险。

 

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 # BESS的工作原理及故障机制 #

 

 

 

在描述风险和缓解解决方案之前，了解锂离子BESS的工作原理和故障情况非常重要。BESS有多种电池选项，例如铅酸电池，约90%的BESS市场由锂离子电池组成。

锂离子电池是一项获得诺贝尔和平奖的发明。毫不奇怪，它们是BESS的首选，在相对紧凑的包装中包含巨大的能量。

锂离子电池包含正极和负极。放电时，锂离子从负极移动到正极，充电时再返回。这一过程发生在离子导电的电解质（一种低粘度易燃液体溶剂）中。当锂离子电池被装进一个外壳或容器中时，它们被称为“电池”。BESS可以包含几十个、几百个甚至车辆电池储能系统灭火成千上万的电池用于储存能量。这些电池通常被装在模块中，而这些模块则被放置在机架中，机架又被存放在各种类型和尺寸的容器中。

当锂离子BESS出现问题或损坏时，可能会以剧烈的火焰方式失效。BESS最常在充电过程中失效，但也可能在使用中出现故障。锂离子电池的失效过程可能迅速发生，也可能缓慢进行。无论哪种情况，最终结果通常是难以扑灭的深层火源。

第一阶段：电池在某种程度上受损，例如制造缺陷、机械损坏、电气故障等。

第二阶段：电池发热并开始释放可燃气体电解液。

第三阶段：产生可见烟雾，表明热失控开始。在热失控过程中，一个加热单元使相邻单元升温，而相邻单元又使另一个相邻单元升温，形成连锁反应。

第四阶段：烟雾和易燃蒸汽爆炸起火，火势迅速蔓延到更多电池单元，很难扑灭。

 

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# BESS的火灾隐患 #

 

 

随着锂离子BESS电池日益普及，涉及BESS的事故也在不断增加。简单在网络上检索，就能看到大量关于BESS故障引发火灾和爆炸事件的报道和视频。尽管火灾统计数据表明电动汽车的火灾发生率低于内燃机汽车，但这类事故的发生频率在不断上升，而且由于其严重性，常引发广泛关注。

消防部门和监管机构不得不引起重视。截至2023年6月，纽约消防局（FDNY）报告称，涉及锂离子电池的火灾在今年迄今已导致的死亡人数超过了2021年和2022年的总和。92起与锂离子电池相关的火灾中，已有9人死亡，64人受伤。

根据FDNY的说法，电动自行车是这些火灾的罪魁祸首。目前，纽约市正计划出台新法规加以管控。

 

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 # 铁路车辆火灾抑制解决方案 #

 

 

虽然考虑到上述要求，车辆火灾扑救的可行选择范围大大缩小，但有一款灭火剂和输送系统在这些条件下，能够发挥出色作用：Stat-X®。如果我们逐一探讨这些要求，很快就会发现，当要求是保护车辆BESS时，Stat-X是显而易见的选择。

• 独立高效

Stat-X以紧凑、独立的单元形式提供。这些单元可以单独使用，也可以连接成一个系统。这些装置可以通过火灾探测系统启动，或者可以作为热探测器，在预定温度下释放灭火剂。没有管道和集中组件。此外，紧凑型装置易于改装，占用空间小，安装简单。

• 适应严苛环境

Stat-X装置专为高温、多尘、偏远等恶劣环境设计。坚固的外壳不会因振动和移动而受到不良影响。安装后，几乎无需维护，使用寿命长。也无需进行繁琐的检测流程。

• 灭火性能卓越

Stat-X已经通过世界知名测试机构DNV和PVEL的第三方测试，Stat-X能够有效抑制锂离子BESS火灾，遏制热失控，并防止爆炸发生。其快速响应和悬浮特性，使其成为电池火灾防护的理想剂。

• 安全环保

Stat-X 采用专利钾基灭火剂，在人员密集区域使用安全无害，对全球变暖、臭氧层无任何负面影响，也不会在大气中残留。无需担心因环保问题更换灭火剂，减少后续成本。