儲能電池系統(tǒng)熱失控安全監(jiān)測傳感器解決方案

實現(xiàn)“雙碳”目標，能源是“主戰(zhàn)場”，電池儲能是一種實現(xiàn)綠低碳最為行之有效的辦法，電池儲能市場也迎來了新的拐點。自儲能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展被提上日程以來，儲能電池市場呈現(xiàn)了指數(shù)型增長的態(tài)勢，甚至電池儲能市場出現(xiàn)了供不應求的局面，隨著電池儲能系統(tǒng)裝機量的增加，寧德時代、中航鋰電、比亞迪等電池企業(yè)也在儲能應用板塊持續(xù)加碼，迎接萬億市場的到來。

電池儲能快速增長，安全問題不容忽視

電池儲能的快速發(fā)展對于構(gòu)建新型綠色能源，實現(xiàn)“碳中和”目標有著積極的推動意義。但是安全問題似乎又成為了限制電池儲能行業(yè)發(fā)展的一大因素.

新型儲能是指除抽水蓄能以外的其他新型的電化學儲能、物理儲能和電磁儲能技術(shù)。截至2021年底，中國新型儲能裝機2.4GW，占儲能裝機總?cè)萘康?2.5%，其中鋰離子電池儲能占新型儲能的89.7%，是當前發(fā)展最快速、應用最廣泛、相對成熟的新型儲能技術(shù)路線。然而，鋰離子電池儲能電站火災爆炸安全事故時有發(fā)生，已成為制約電池儲能規(guī)?；l(fā)展的主要障礙。據(jù)不完全統(tǒng)計，從2011年至2021年，全球儲能安全事故共發(fā)生50余起，其中事故起數(shù)排名前4位的是：韓國30余起、美國10余起、中國4起、澳大利亞3起。2022 年 1-5 月， 全球就已經(jīng)發(fā)生了 17 起以上的儲能著火事故。國內(nèi)在電池儲能站快速發(fā)展的同時，由于 電池、PCS 質(zhì)量問題或者系統(tǒng)集成商施工能力良莠不齊，電池儲能火災隱患較為嚴重， 起火事故頻繁。鋰離子電池儲能安全問題是世界性難題，也成為建設(shè)新型電力系統(tǒng)安全難題。

通過對儲能事故分析發(fā)現(xiàn)，造成事故的主要因素有以下幾點：鋰離子電池熱失控。儲能電池單體因質(zhì)量缺陷、機械損傷、受熱或外部短路等導致鋰離子電池內(nèi)短路，引發(fā)電池熱失控起火，在熱濫用的作用下，整個電池模組和電池簇被點燃甚至發(fā)生爆炸。

什么是電池熱失控？

電化學電池以不可控制的方式通過自加熱升高其溫度的事故即為熱失控。

什么是熱失控擴散？

熱失控電池產(chǎn)生的熱量高于它可以消散的熱量時，熱量進一步積累，可能導致火災，爆炸和氣體釋放。如果電池系統(tǒng)中，由于一個電芯產(chǎn)生熱失控而引發(fā)其他電芯熱失控，即為熱失控擴散。國家標準GB/T 36276—2018中給出的熱失控擴散定義如表2所示。

熱失控的引發(fā)原因？

熱失控現(xiàn)象的產(chǎn)生原因可以分為兩類：內(nèi)因和外因。內(nèi)因主要指在電池設(shè)計及制造過程中產(chǎn)生的原因；外因主要指在電池運輸、安裝及運行維護過程中由于人員、外部條件等導致的原因。分類概括如下▼

鋰電池熱失控反應特征非常劇烈-失控難控制

熱失控預警：儲能電池多維度安全監(jiān)測預警技術(shù)受到國家層面高度重視！

針對熱失控預警技術(shù)

，2022年08月29，工信部公開征求對《關(guān)于推動能源電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展的指導意見（征求意見稿）》的意見（以下簡稱《指導意見》）給出了指導意見。

電池系統(tǒng)集成、檢測評價和回收利用中指導意見：

加強儲能電池多維度安全測試技術(shù)、熱失控安全預警技術(shù)和評價體系的開發(fā)與應用，突破電池安全高效回收拆解、梯次利用和再生利用等技術(shù)。

儲能系統(tǒng)智能預警安防中指導意見：

開發(fā)基于聲、熱、力、電、氣多物理8參數(shù)的智能安全預警技術(shù)，以及高效、清潔的消防技術(shù)。

電池儲能安全該如何化解？

電池熱失控是指電池持續(xù)放熱的連鎖反應，導致電池組溫度急劇上升，進而引發(fā)電池燃燒事故的過程。熱失控有三個過程，誘發(fā)、發(fā)生到蔓延，其中引發(fā)熱失控的主要原因是過熱、過充、內(nèi)短路、碰撞等因素。

在鋰離電池熱失控早期，由于電池溫度、放電電壓、放電電流等特征識別參數(shù)的變化非常緩慢，通過現(xiàn)代 BMS 無法及早地監(jiān)測到電池故障，而此時電池內(nèi)部電化學反應會產(chǎn)生大量的氣體物質(zhì)，因此，利用氣體檢測傳感器來實現(xiàn)鋰離子電池熱失控早期預警是最有效的辦法。

從餅圖中可看出，電池在熱失控過程中產(chǎn)生這些主要氣體的組分構(gòu)成非常類似，如圖所示 氣體成分主要為二氧化碳(CO2)、氫氣(H2)、一氧化碳(CO)，其余小部分氣體主要為小分子烴類物質(zhì)(CH4、C2H4等)。

我們可以從動力鋰電池熱失控時產(chǎn)生的大量氣體入手，鋰離子電池熱失控的時候，電池內(nèi)部會有大量的一氧化碳釋放出來。所以我們可以通過檢測一氧化碳的濃度來判斷電池熱失控。在這里工采網(wǎng)給大家推薦一款紐扣式一氧化碳傳感器（CO傳感器）TGS5141：

TGS5141-P00

紐扣式一氧化碳傳感器TGS5141，該傳感器具有靈敏度高、可靠性好、壽命長等優(yōu)點，非常適用于電池熱失控檢測。

CO傳感器TGS5141是可電池驅(qū)動的電化學式傳感器，使用一個特殊的電極取代了儲水器，由于去除了TGS5042中使用的儲水器，TGS5141與TGS5042相比，其外形尺寸縮減到只有后者的10％大小。非常適用于高集成電子產(chǎn)品，對CO的靈敏度高、將CO濃度線性輸出，設(shè)計方便，自帶出廠預標定靈敏度系數(shù)，方便用戶使用與性能追溯，壽命長達10年以上。

審核編輯黃宇