リチウム電池蓄電システムにおける火災リスクは、主にリチウム電池内部の反応の制御不能、外力、そして電気機器の危険性という3つの側面から生じます。消防法規によれば、電池設置エリア(以下、電池室)と高電圧・低電圧電気機器設置エリア(以下、機器室)は、それぞれ別々に設計する必要があります。
1. リチウム電池:内部反応のリスク
リチウム電池は充放電に化学反応を利用しており、必然的に熱が発生します。発生した熱が電池の放熱能力を超えると、熱が蓄積され、過熱状態を引き起こします。
SEI膜、電解液、正極・負極の分解といった内部化学反応により、多量の熱とガスが発生し、電池の発熱・膨張を引き起こします。これにより熱暴走が引き起こされ、急激な温度上昇が起こり、内部材料が発火する可能性があります。電解液の分解により可燃性ガスが発生し、一定の濃度に達した場合、発火源に触れると爆発する可能性があります。
さらに、エネルギー貯蔵システムのバッテリーモジュールは複数のバッテリーパックを直列に接続しているため、安全上のリスクが増大します。1つのバッテリーが故障して発火すると、周囲のバッテリーに波及し、火災の範囲が拡大します。
2. 外力要因
- 穴あきの危険性:鋭利な物体(金属片や落とした工具など)はバッテリーに穴を開ける可能性があります。ケースはある程度の保護を提供しますが、強い衝撃を受けると金属シェルとセパレーターが貫通し、内部ショート、急激な発熱、熱暴走を引き起こす可能性があります。
- 機械的損傷:輸送中または設置中に、強い圧迫や衝突(例:車両の振動や不適切な取り扱い)を受けると、バッテリーパックが変形し、内部の電極構造が損傷して短絡が発生する可能性があります。また、ケースに亀裂が生じると、可燃性の電解液が漏れ、電気火花にさらされると発火する可能性があります。
- 振動の影響:長期にわたる高周波振動は、接続部品(ケーブルや電極接点など)の緩みを引き起こし、接触抵抗の上昇や局所的な過熱を引き起こす可能性があります。また、振動は活物質の剥離を引き起こし、バッテリー性能の低下や熱暴走のリスクを高めます。
3. 電気機器の危険性
エネルギー貯蔵システムにおける電気機器の安定性と安全性は、バッテリーの性能に直接影響します。高電圧・大電流システムや多数の微弱電流・通信システムが存在すると、保護部品が損傷し、安全機能が停止し、火災を引き起こす可能性があります。
リチウム電池エネルギー貯蔵システムの火災安全対策
リチウム電池式エネルギー貯蔵防火システムは、大規模/分散型エネルギー貯蔵ステーション、移動型エネルギー貯蔵車両、バックアップ発電所向けに設計されており、電力産業チェーン全体(発電、送電、配電、消費)をカバーしています。リチウムベースのエネルギー貯蔵には多くの利点がありますが、金属リチウムの反応性の高さと車両における熱暴走事故の頻発により、火災安全性は最優先事項となっています。主な対策は以下のとおりです。
1. 防火システム
リチウム電池の熱暴走は、ガス、エネルギー、煙、そして明火(裸火)を放出します。火力発電所及び変電所システムの防火設計基準や火災警報システム設計基準などの規格に基づき、電池室は隔離され、以下の構成を持つ専用の防火システムが設置されています。
- 検知と制御:バッテリー室のガス組成に異常が発生すると、火災警報制御装置、複合検知器、可燃性ガスセンサーなどの機器が作動し、水素、VOC、CO、煙、温度を監視します。これらの機器は警報を発し、電源を遮断し、制御センターに警告を送信します。緊急停止ボタン、手動警報、および可聴・可視インジケータにより、現場での緊急制御が可能になります。
- ガス消火:ガス消火器、パイプ、ノズルなどの設備があり、物理的な方法(酸素遮断)を使用して迅速に消火します。
- HFC-227ea(セブンフルオロプロパン):無色、無臭、非導電性のガスで、化学反応を抑制します。液体として保管され、ガスとして放出されるため、残留物を残さず、電気機器に損傷を与えることはありません。
- パーフルオロヘキサノン:急速に蒸発して酸素を遮断し、火災現場を冷却する高効率の次世代消火剤です。
- 液体窒素: 窒素ガスを放出して酸素を置き換え、物理的に冷却して火を消火する環境に優しい媒体。
2. 空調システム
リチウム電池は充放電中に継続的に熱を発生します。低温は容量低下を加速させ、高温は電気機器や電池の火災リスクを高めるため、電池室の最適な温度は25℃です。
3. 連動装置
誤操作や緊急事態による死傷者を防止するため、バッテリー室には防火扉、排気システム、外部緊急停止ボタンが装備されており、火災警報器、自動消火装置、換気装置と連動して多重の安全性を確保しています。
4. 電気設計
- サージ保護: 高電圧回路には、高電圧/高電流によるリスクを軽減するための雷およびサージ保護デバイスが取り付けられています。
- レイアウト計画: 移動式エネルギー貯蔵エリアには少なくとも 2 つの出口があり、地上システムには幅 3.5 m の避難通路が確保され、地下システムには消防設備を備えた幅 1.5 m の避難経路が確保されています。
- 電源: 消防設備は、信頼性を確保するために耐火ケーブルを使用して電力網から独立した電源を使用します。
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投稿日時: 2025年6月10日












