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為何手機電池會突然爆炸？專家揭2大關鍵主因，多數人都不知道 鋰電池技術的變革，手機、電動車、儲能系統大量使用鋰電池，已成為時代的必然。（圖／取自Unsplash）
疫情再度爆發前，家裡人一起慶祝我兒子三歲生日，我發現自己開始擔心兒子是否能平安健康地長大成人，他會不會走在路上被車子撞，去餐廳吃火鍋遇上氣爆，去賣場感染到新冠病毒，我有好多好多的擔心。
生命如此脆弱，生活中隱藏的風險卻無處不在。因此，當你在媒體上看到電池爆炸的新聞，很本能地你一定馬上會覺得手機、電動車、儲能系統很危險：
「三星手機Note 7鋰電池爆炸！全球回收並停止生產」
「特斯拉Model 3驚傳起火爆炸！電池究竟出了什麼問題？」
「全台首例充電站爆炸！Gogoro回應了」
「韓國兩年超過三十起儲能系統鋰電池火災」
「突發！北京儲能系統火災，兩名消防員殉職」
你想，一支手機放一顆鋰電池就可能爆炸，一個密閉空間放超過上百顆甚至上萬顆的鋰電池芯，然後讓它在馬路上走來走去，或是裝在貨櫃裡放在大太陽下曝曬，簡直就是在自己身邊放一個未爆彈，也太不安全了吧！
奇怪的是，負面新聞這麼多，同一時間鋰電池產業卻依然快速蓬勃發展，鋰電池生產供不應求，是因為大家頭都已經洗下去了，還是商人反正只管賺錢，視人命如草芥？
當然不是！一個官司就可能讓車廠傾家蕩產，車廠要對其設計負責，因此他們其實比你還緊張。因為鋰電池技術的變革，手機、電動車、儲能系統大量使用鋰電池，已成為時代的必然。既然無法避免，OK，那我們來看如何讓它成為可控制的風險。
我是儲能研發工程師，因此我們先討論鋰電池儲能系統的火災問題。我將用名偵探柯南的放大鏡，整理出造成儲能火災的「五大嫌疑犯」及「頭號要犯」，讓你更系統性地理解電池火災，更棒的是，以後不管是哪種鋰電池爆炸燃燒，你都可以知道其背後的原因，甚至遇到時也知道應該如何處理。
儲能火災的嫌疑犯一：電池老化與熱失控 鋰電池是一種以鋰離子為媒介來儲存能量的化學電池，鋰離子就像游泳選手一樣，不斷在正、負極間來回游動，當鋰離子游到負極，就是充電；當鋰離子游到正極，就是放電。而讓鋰離子游動的游泳池的水，就是電解液。實務上，為了避免正、負極直接接觸導致短路而燒起來，中間會插入一層高分子做成的隔離膜用以分隔正、負極。
雖然有這層隔離膜，但電池在充放電過程中，可能因為各種管理問題造成過度充電、過度放電、溫度過高等狀況，這時電池就可能因為鋰金屬沉積、刺穿隔離膜造成內部短路風險，此風險輕微是造成電池加速老化，嚴重則有可能使電池熱失控，當熱失控溫度無法控制，就會燃燒起來造成火災。
你可能聽說過當電池火災時，無法用任何東西滅火，只能在旁邊默默等它燒完，為什麼？這是因為電解液是一種有機溶劑，多多少少伴隨著有機氣體，這些氣體都是可燃的，而空氣中也都是甲皖、氫氣、一氧化碳、二氧化碳等可燃氣體，因此當電池燃燒起來造成火災，消防人員一打開電池櫃，正好替這些有機氣體從空氣中補給滿滿的原料，就有可能會噴出可燃高溫氣體及火焰，進而影響周圍電池溫度，造成連鎖爆炸現象 ，消防人員這時進去等於是送命了！
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如果電池芯製程有瑕疵，這個問題會更被放大，因此，有機氣體、可燃氣體的偵測在近年漸漸成為標配，早期偵測並預警，避免後期熱失控產生有毒氣體與可燃氣體成分，導致滅火的困難度提高。
儲能火災的嫌疑犯二：電池管理系統沒預警 聽完你可能會覺得電池芯很可怕，但其實很少火災是因為電池芯的單一問題，儲能系統是一個複雜系統，造成火災自然也有天不時、地不利、人不合的複雜原因。
因為可能的起火點太多，儲能系統採用分層架構式管理機制，試圖讓它成為可控制的風險，我們之前文章曾經給儲能系統開箱，要理解電池火災的原因，我們必須再次請出這張圖：
模組廠在製作模組時，會建立第一層小型電池管理系統(Battery Management Unit, BMU)，它必須一直蒐集電池模組的電壓、電流、容量、溫度等資訊，來評估電池現在的健康程度，並將消防防護機制也設計在內，以防止電池芯之間的延燒。第二層就是電池管理系統BMS，判斷現有電池容量還可以使用多長時間，若使用過量會影響其他電池模組正常運作，這時BMS會啟動保護機制，停止供電或充電，來保護整個電池機櫃的安全。
到這裡你已經看出這是很被動的做法，有些電池火災事故報告中發現，起火原因是BMS出狀況，事故發生前的初期徵兆常常無法被偵測到，等到BMS說有問題才處理已經太晚了。
現在的趨勢是化被動為主動，透過演算機制，分析充放電的容量斜率變化，以達到預判電池老化及危險程度，並做出適當的保護機制，來維持電池壽命及安全。
另外，中國大陸與韓國皆有多起儲能系統在充飽電等待中發生事故，因此，縮小電池電量使用範圍，例如充電不超過90％與放電不低於10％，在電量中間區段充放電，內阻值較小、發熱量較低，也可以控制風險。
休息一下，喝口水，下一篇，我們繼續來偵查其他三位儲能火災的「嫌疑犯」，以及公布另一位「頭號要犯」！
作者介紹｜陳貽評 專長電力系統與微電網系統，人生的精華歲月躬逢其盛遇到第一波儲能系統商業應用爆發期，參與建置臺灣第一套大型電網級儲能系統（高雄永安案），另一案屏東林邊智慧微型電網則獲得2015年APEC ESCI智慧電網銀質獎，開發專案擴及菲律賓與印尼等，現任大同大學電機系兼任助理教授及綠學院綠色帶路人。
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