中国储能网讯：
引言
在过去五年，全球部署的公用事业规模电池储能系统（BESS）的数量和装机容量快速增长。尽管在此期间发生的一些电池储能系统火灾事件曾经一度引起媒体的广泛关注，但由于从早期故障事件中吸取的教训已经被纳入新的电池储能系统的设计和实践中，电池储能系统故障的总体发生率显著降低。研究表明，2018年至2023年，全球运营的电网规模电池储能系统故障率下降了97%。而电池储能企业正在不断进行探索和研发，以改进故障预防和缓解措施，包括更好地了解导致电池储能系统发生故障的各种原因（如图1所示）。
图1全球2018-2023年间部署的电网规模电池储能系统装机容量和故障率
一些权威机构汇编了由不同种类电池构建的电池储能系统发生故障或火灾的信息。美国电力科学研究院(EPRI) 基于可公开访问的数据对固定的电池储能系统故障事件进行了全面的汇编，其名称为《EPRI电池储能系统事件数据库》。其他值得关注的研究报告还包括UL公司的《锂离子电池事故报告》和澳大利亚消防安全机构EV FireSafe公司的电动汽车电池追踪报告。
UL公司的《锂离子电池事故报告》涵盖了由公用事业规模、商业和工业（C&I）和住宅电池储能系统以及电动汽车和消费电子产品引起的事故。该数据库主要关注锂离子电池的故障。EV FireSafe的追踪报告涵盖了牵引电池引起的电动汽车和微型电动交通工具的火灾，并按原因对故障事件进行分类。虽然这两份报告都提供了一些统计数据和数字，但并没有披露各个故障事件的具体细节或来源。
迄今为止还没有公开资料根据具体原因对电池储能系统故障事件进行分类。这三家公司发布的数据和信息将提供有关常见故障和不常见故障模式的深刻见解，这对于行业厂商具有重要意义，因为个别事件的细节和根本原因信息往往难以轻易获取，因此对于提高电池储能系统的安全性和预知风险至关重要。故障分类可以帮助确定电池储能系统不同组件（从控制组件到电池单元/模块）在导致故障和防止未来发生故障的潜在作用。遗憾的是，美国联邦、州或地方司法管辖区目前并没有强制要求行业厂商提交电池储能系统事故报告。即使进行了详尽的根本原因调查，一些法律条款也往往阻碍了这些结果的公开分享。
值得关注的是，纽约州已经迈出了积极的一步，鼓励电池储能系统制造商在故障事件发生之后对外披露根本原因分析报告。然而，这一鼓励措施并未在即将更新的消防法规中转化为强制性的要求。
《EPRI电池储能系统事件数据库》旨在填补故障模式分析领域的空白，通过构建一个对利益相关者极具实用性的分类系统来实现这一目标。一旦这些故障数据得到标准化的分类，就能进行深入分析，从而更全面地理解电池储能系统故障的发生方式、根本原因以及频率等各方面信息。这不仅有助于提高对电池储能系统安全性的认识，还能为未来的安全改进提供建议和指导。
分类方法
该报告根据《EPRI电池储能系统事件数据库》的数据、事件报告和根本案例分析的发现以及专家访谈，以建立对每个故障事件的可靠描述。数据库中的每个事件都进行了分类，以便分析不同的故障。电池储能系统故障有两种分类：a)故障的根本原因(设计；制造；集成、装配、施工；操作)，b) 电池储能系统中发生故障的元件(电池单元/模块、控制或系统平衡)。美国电力科学研究院(EPRI)考察和分析了根本原因或责任要素的故障比例、根本原因与发生故障要素之间的关系，以及故障类型和故障率随时间变化的发展趋势。其分析结果将为电池储能行业优化安全研究和产品开发提供信息。
1.电池储能系统故障事件数据库
《EPRI电池储能系统事件数据库》是该报告的主要数据来源。该数据库于2021年建立，建设这个数据库的起因是韩国此前发生了一系列锂离子电池储能系统火灾，美国亚利桑那州的一个电池储能系统也发生了火灾。该数据库主要收集商业和工业(C&I)和公用事业规模电池储能系统的故障事件信息。该数据库将公用事业规模的电池储能系统定义为“与电网相互连接的电池储能系统”，并且对其装机容量没有特定限制，而商业和工业(C&I)储能系统则包括用户侧安装的储能系统。住宅储能系统的故障不在该数据库的跟踪范围内，因此本文并不探讨此类问题。
这个数据库收录了自从2011年以来发生的电池储能系统故障事件，并且随着新事件的发生而不断更新。其关注重点在于那些对公共健康和安全构成广泛风险或影响的事件，而不是那些不会或可能不会对人员或设备造成额外风险的运营故障。EPRI将故障事件定义为“由电池储能系统系统或组件故障引起的导致安全风险上升的事件，而不是由于外部原因(例如森林火灾)”。
这个数据库精心搜集了全球范围内的电池储能系统的各类故障事件信息，其数据来源广泛，涵盖了公开报道的各个方面，例如媒体报道、详尽的根本原因分析（RCA）报告以及行业厂商发布的新闻稿。该数据库通过主动搜索全球媒体来精准定位原始资料，与此同时，也借助在互联网网站和RSS源上设置的关键词标签收集相关报道。此外，那些可以通过公开文档验证的众包信息也被纳入其中，从而确保了信息的多样性和全面性。
EPRI不仅利用行业媒体，还积极与其他组织开展合作，致力追踪并记录所有公开已知的电池储能系统故障事件。然而值得注意的是，在2018-2019年之前，由于行业人士还没有特别关注电池储能系统安全问题，许多故障事件并未在新闻媒体上广泛报道。
因此，尽管研究机构付出了极大的努力，但这个数据库可能无法涵盖与电池储能系统故障相关的每一个事件，也无法确保捕获到与这些事件相关的所有详细数据。尽管如此，这个数据库仍然可以为相关领域的专业人士和研究人员提供了极具价值的参考信息。
2.数据收集
该数据库详尽记录了81起电池储能系统的故障事件。其中，有26起事件拥有足够的信息，以深入探究其根本原因，并确定导致故障的元素。某些故障事件已经公布了根本原因分析报告，明确指出了故障原因。其余故障事件根据美国电力科学研究院(EPRI)、德国电池分析软件生产商Twaice公司和美国太平洋西北国家实验室(PNNL)的技术专家的分析判断进行分类。本文回顾了公开可用的技术细节，并对参与故障事件分析的行业专家进行了采访。
电池储能系统故障原因的透明度仍然有限。电池储能系统制造商和集成商往往不愿披露故障原因，许多调查报告也没有向公众发布。在一些情况下，法规的复杂性使储能系统所有者或制造商无法透露有关故障性质的信息。而第三方的汇总和匿名化可以鼓励这些信息的披露，以支持安全研究的深入发展，从而推动电池储能行业的进步。
3.故障事件分类
电池储能系统的故障事件可能由多种原因引起，例如设备进水、改装错误、运行条件、冷却剂泄漏、温度应力、质量控制、部件制造缺陷以及其他因素。为了进行有意义的分析，该报告将这些原因进行了分类。每个故障事件都有足够的信息，按根本原因和故障因素进行分类。每种分类的定义如下：
（1）根本原因
•设计。由于单个组件或储能系统的规划架构、布局或功能而导致的故障。设计故障包括因基本的产品缺陷或缺乏防止误用的保障措施而导致的故障。
·制造。由于在制造过程中引入的元件缺陷而导致的故障，包括但不限于将外来物质引入电池，形成错误的物理公差，或零件缺失或组装不当。
·集成、装配和施工。由于集成不良、组件不兼容、储能系统元件安装错误或调试不充分而导致的故障。
•操作。由于电池储能系统的充电、放电和静置行为超出了储能系统某个部件或整个系统的设计公差而导致的故障。操作故障包括但不限于电压、电流、温度和其他设定点值的错误感应，或者在超过储能系统设计的温度、充电速率、充电状态或电压限制的情况下运行。
（2）故障元素
·电池/模块：故障起源于锂离子电池单体或电池模块，这些储能系统的基本功能单元，由电极、电解质、外壳、端子以及隔板等组件组装而成。电池故障通常始于电池内部的短路，最终导致热失控。出现故障的原因是不良的电池设计、制造缺陷、不正确的安装或电池滥用。
•控制系统：传感、逻辑电路和通信系统的故障。控制系统协调电池储能系统的操作，包括电池管理系统(BMS)、能源管理系统(EMS)、工厂控制器以及任何子系统。控制系统故障包括控制系统不兼容或安装不正确、导致传感器或控制故障的缺陷、或操作限制不当。
•系统平衡（BOS）：电池储能系统中除了电池单体、模块和控制部件外的任何部件的故。系统平衡（BOS）组件通常包括但不限于：母线、电缆、外壳、电力转换系统、变压器、消防系统、HVAC或液体冷却系统。
一个故障事件可能包含多个元素或根本原因，这类事件被划分为多个类别。以下示例说明了这种分类方法：位于加利福尼亚州莫斯兰汀的Elkhorn电池储能系统在2022年9月20日发生火灾。电池储能系统制造商和集成商特斯拉公司和太平洋天然气与电力公司（储能系统所有者）公开分享了这起火灾的调查报告。调查发现，由于雨水侵入通风系统，导致一个电池储能单元内部发生热失控。其故障原因是，在通风罩的安装过程中，其中的一个保护阀脱落，从而在外壳上形成了一个雨水侵入点，而在进水之后，绝缘警报未得到及时处理。在首次记录绝缘警报的两天之后，运营人员向消防部门报告了电池储能系统出现烟雾和火灾。虽然绝缘警报可以防止最初的故障升级，但由于人为因素导致电池储能单元发生火灾。因此，其根本原因被归类为系统平衡（BOS）的集成、组装和施工故障以及控制系统的设计故障。
（未完待续）
