近年来，伴随着各国对“双碳”及能源安全重视度的提高，清洁能源发电、储能、电动交通等行业发展迅速，锂离子电池也被引入众多应用领域；锂离子电池因其具有高能量密度和长循环寿命而广泛应用于大型新能源储能电站项目，然而电池热失控引起的自燃、火灾、爆炸事故频发，据不完全统计，2017年至今全球储能电站项目至少发生了39起火灾事故，其中，韩国34起、中国2起、比利时/美国/澳大利亚各1起，严重威胁着储能电站的管理人员生命和储能电站财产安全。

针对储能系统的起火、爆炸等事故发生的原因，电池本身的热失控，以及电池模块和系统的热失控扩散，是行业目前关注的焦点。

由于热失控原因复杂且随机性高，因此提出一种反应快、精度高、应用范围广的热失控预测预警传感器技术是一项具有挑战性的任务。

基于多通道传感器结合先进人工智能算法的锂电池热失控监测系统是多种方案中的优选项！是一种快速、准确、可靠、应用广泛的传感方案！可有效监测锂离子电池热失控风险，保障化学能储能电站安全！

01研究：热失控的机理、特征、危险性和热失控监测技术的发展情况

什么是电池热失控？

电化学电池以不可控制的方式通过自加热升高其温度的事故即为热失控。

什么是热失控扩散？

热失控电池产生的热量高于它可以消散的热量时，热量进一步积累，可能导致火灾，爆炸和气体释放。如果电池系统中，由于一个电芯产生热失控而引发其他电芯热失控，即为热失控扩散。国家标准GB/T 36276—2018中给出的热失控扩散定义如表2所示。

 

热失控的引发原因？

热失控现象的产生原因可以分为两类：内因和外因。内因主要指在电池设计及制造过程中产生的原因；外因主要指在电池运输、安装及运行维护过程中由于人员、外部条件等导致的原因。分类概括如下▼

 

锂电池热失控反应特征非常剧烈-失控难控制

 

中科院院士欧阳明高说“没有内短路照样有热失控”。锂电池热失控的诱因是多元的。电池热失控非常剧烈，当锂电池一旦发生热失控，整个电池组能够释放出的能量是惊人的。由100节带电量100Ah的电芯组成的电池组，失控能量达到240000000J，合57公斤TNT炸药。

应开发更小电池单元的热失控监测技术，行业瓶颈亟待破解：

通常当有单节电池发生热失控现象时，电池包内压力急剧上升。热失控传感器检测到压力急剧变化时，触发防爆阀打开，释放内部压力，以防止爆炸事故发生。

电池包/组的整体热失控往往是由单体电芯热失控引发的，对于更小电池单元热失控进行监测，将为事故处理和人员撤离赢得宝贵的时间。

储能电站应实现pack级别预警。

pack级别预警

锂电池热失控难控制，容易引发多米诺骨牌效应，最终导致储能电站出现火灾甚至爆炸。

 

锂电池热失控预警和灭火技术关键对比（热失控预警是火灾发生前，火灾报警是火灾发生后），前者技术难度更高

 

储能电站火灾、爆炸事故频发，生命财产损失巨大：

 

储能电站安全的前置防线-国际现有储能安全规范要求提出电池储能系统热失控的监测要求

美国国际防火规范ICC IFC：2018的12章和美国国家消防协会NFPA 855率先提出了对储能系统安装的防火要求。2020年出版的储能系统安全标准UL 9540:2020也引入了这些法规的要求。这些法规标准都提出了电池储能系统热失控火焰蔓延的监测要求，而UL 9540A作为目前唯一的测试方法标准引起了广泛关注。UL 9540A从2017年第一次发布，到如今的2019版，已经是第四个版本，标准的更替也在不断地提升电力储能系统对安全的要求。

热失控预警：储能电池多维度安全监测预警技术受到国家层面高度重视！

针对热失控预警技术，2022年08月29，工信部公开征求对《关于推动能源电子产业发展的指导意见（征求意见稿）》的意见（以下简称《指导意见》）给出了指导意见。

电池系统集成、检测评价和回收利用中指导意见：

加强储能电池多维度安全测试技术、热失控安全预警技术和评价体系的开发与应用，突破电池安全高效回收拆解、梯次利用和再生利用等技术。

储能系统智能预警安防中指导意见：

开发基于声、热、力、电、气多物理8参数的智能安全预警技术，以及高效、清洁的消防技术。

目前热失控监测技术的现状：

常规的电压测量通常已经部署在锂离子电池中用于电池平衡和过充电或过充电保护，电压监测仅是对热失控事件的最后一次反应，把其做为热失控监测手段有着明显热失控报警严重迟滞的缺陷；

电压监测也存在着最长的时间才能显示其输出信号中的检测电压甚至因为更多的单元并行而进一步延迟，检测速度变慢。

 

急需提出新一代的电池热失控预测及预警方法，主要基于电池电化学机理建模的方法和基于电池大数据分析的人工智能方法，并实现用于新能源储能项目锂电池的热失控的快速、精准的监测和预警，解决锂离子电池热失控预测及预警所面临的挑战。

国际上主要的锂电池热失控监测实验，结果及结论分析

国际学术论文的主要实验结果：

 

图表说明：

S1电压传感器是绿色的线，它已经实现在绝大多数电池应用场景的电池监测中采用。标有“可见排气”的虚线表示在电池外壳外可见排气的时间。实验结果是所有实验传感器都能在≈20秒的热失控时间窗内检测到电池单元的热失控效应。

实验分析：

目前普遍采用的电压传感器（S1）方案是在20秒窗口的末期才监测到热失控参数，该时间已经是热失控效应的结束期。其他传感器均在20秒窗口的初期既已监测到热失控参数。

电压传感器监测方案不能较好地满足锂电池热失控快速、准备监测的需求。 

锂电池热失控监测学术研究结论：两个或多个传感器的组合可以帮助创建一个检测系统，构建多数据融合的人工智能算法模型消除单个传感器的缺点，提高整个系统的可靠性。

 

02热失控监测传感器是新的巨大蓝海市场

蓝海市场热失控监测传感器应用规模不断扩大：

● 2021年7月发改委、能源局发布《关于加快推动新型储能发展的指导意见》，指出到2025年，装机规模达到30GW，新型储能从商业化初期向规模化发展转变。

● 截至2021年底，全国已有21个省级行政区在全省或部分地区明确了新增新能源发电项目规制性配储能比例以及配储时长。3个省份出台鼓励配储政策。综合来看，平均配储比例约为10%，配储时长约为2h。

   

03基于多物理参数数据融合和先进人工智能算法的热失控监测传感器模块方案

基于多物理参数数据融合和先进人工智能算法的热失控监测传感器模块

 

这种储能电池安全防护装置方案，包括以下单元：

储能电池预警模块单元

气体检测模块，设置于柜体内，用于探测所述柜体内的气体浓度信息；

温度传感器，设置于电池柜体内，用于探测柜体内的所述电池模块的温度信息；

控制模块，与气体检测模块和温度传感器电连接，用于根据气体浓度信息及温度信息生成灭火指令；

容纳灭火药剂的灭火装置，与柜体连通，且与控制模块连接，用于根据所述灭火指令向所述柜体释放所述灭火药剂。

配合智能管理平台，与储能电池安全防护装置连接，用于采集并显示所述储能电池安全防护装置的设备信息，并根据设备信息对储能电池安全防护装置进行集中调度（设备信息包括：灭火设备信息、环境和火灾信息、电池状态信息和位置信息）。

在电池PACK层面的小空间内快速检测多种火灾信息，通过多信息对锂电池的热失控状态进行判断，并自动释放灭火药剂进行灭火。消防安全问题是影响储能行业发展的最重要因素，锂离子电池储能系统的安全性是个复杂的综合性问题。需要针对集装箱式锂离子电池储能系统消防灭火的特点和技术需求，从消防安全标准体系建设、新型消防技术及装置研发和火灾早期探测预警装置研发等方面开展系统研究。建立系统、科学的技术标准体系及测试规范，开发有针对性的锂离子电池储能系统消防预警灭火技术。提升集装箱式锂离子电池储能系统的安全性，促进集装箱式锂离子电池储能系统在新型电力系统中的规模化应用。

     

慧闻科技自主研发的锂离子电池箱复合型火灾预警装置BSP1000电池/储能安全监测模块，是一款应用于锂电池热失控火灾早期预警及火灾发生期紧急报警的产品。探测装置具有气体、温度、烟雾探测报警功能，能实时监测锂电池箱内的电解液气体、燃烧 特征气体、烟雾、温度、等参数的变化，通过多传感器数据融合算法判断是否有火灾隐患或者已经发生火灾，并发出分级报警信息。

慧闻科技围绕储能安全开发了多种可用于储能电池热失控安全检测的传感器产品，作为一家创新型智能传感综合服务商，慧闻科技提供压力传感器、MEMS可燃气体传感器、烟雾粉尘传感器、电解液泄漏传感器、电化学模组等多种可用于电池安全的传感器检测方案。

应用：

1.项目类型：数据中心电池、机房储能、备电解决方案

数据中心项目为了响应国家绿能号召，利用智慧储能系统来调节用电高峰阻塞对数据安全带来的风险，同时也作为特殊情况下的应急备电，采用锂电池热失控监测传感器保护储能电池安全。

 

2.项目类型：大型化学能储能电站（电源侧）

锂电池零碳储能项目。推进清洁能源综合利用，优化能源结构，实现“碳中和”有着重要意义，采用锂电池热失控监测传感器保护储能电池、电站安全。

   

3.项目类型：用户侧化学能储能电站

用户侧锂电池零碳储能项目。推进清洁能源综合利用，优化能源结构，实现“碳中和”有着重要意义，采用锂电池热失控监测传感器保护储能电池、电站安全。

     

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