新能源汽车电池和储能安全监测应用解决方案

近年来，在“双碳”背景下，我国新能源汽车及储能产业均呈现高速增长态势。从全球来看，到2025年，预计动力电池出货量将正式迈入“TWh”时代，储能电池出货量将达到460GWh。清洁能源的蓬勃发展，将带动锂电池需求的持续增长。电池使用安全的监控也刻不容缓。

一、储能系统组成示意图：

系统构成包括：电芯单元—电池模组—电池簇/电池机柜—集装箱

柜式锂电池储能系统也被称为锂电池储能柜，通常以磷酸铁锂电池为能量载体，电量大于6200Wh，通过PCS（储能变流器）进行充放电，仅作为外部储电和供电使用。常规产品外观为箱型柜体，箱体外壳采用坚固的金属材料，体积一般超过3m³、重量超过400kg。箱内主要由多个锂电池组/模组、1个主控箱和1个温控系统，1个消防系统组成。

二、新能源汽车介绍

所谓新能源汽车，是相对于传统以化石燃料为动力的汽车而言，是采用非常规的车用燃料作为动力来源的汽车，目前主要以锂离子电池和氢燃料电池为主，其中锂离子电池的占比更大。

不过由于锂离子天然的特性，使得锂电池在某些情况下会出现热失控，氢燃料电池也会出现氢气泄漏的风险。所以这类新能源汽车确实会存在一定的安全隐患。及时发现隐患，并通过预警系统提醒驾驶员，则显得尤为关键。

三、电池安全问题

无论是储能系统和新能源汽车，电池使用安全的问题越来越引起大家的重视。

电池出现安全问题的诱发因素很多

1电池本体：制造瑕疵、电池老化

2运行环境：高温低温、水分粉尘

3外部诱因：外部短路、热冲击、电冲击，碰撞

4电池滥用：过充、过放、过流、内部短路

事故的演化

1电解质分解、

2产生有毒气体，可燃气体

3电池鼓胀、壳体破裂

4引发爆燃，火灾

四、传感器介绍

工采传感代理的多款传感器非常适合应用于新能源电池储能系统的安全防控检测模组中，并针对动力电池热失控进行监控。

电池热失控是指电池持续放热的连锁反应，导致电池组温度急剧上升，进而引发电池燃烧事故的过程。热失控有三个过程，诱发、发生到蔓延，其中引发热失控的主要原因是过热、过充、内短路、碰撞等因素。

在锂离电池热失控早期，由于电池温度、放电电压、放电电流等特征识别参数的变化非常缓慢，通过现代 BMS 无法及早地监测到电池故障，而此时电池内部电化学反应会产生大量的气体物质，因此，利用气体检测传感器来实现锂离子电池热失控早期预警是最有效的办法。

从饼图中可看出，电池在热失控过程中产生这些主要气体的组分构成非常类似，如图所示 气体成分主要为二氧化碳(CO2)、氢气(H2)、一氧化碳(CO)，其余小部分气体主要为小分子烃类物质(CH4、C2H4等)。

工采传感器推荐的监测模块通过一氧化碳对新能源汽车锂电池的状态进行实时监测。当电池处于热失控状态时，电解液泄露挥发出的气体，电池组短路产生的气体以及电线过热产生的焦糊味，这些异常情况就会被传感器捕捉到，同时传感器会根据动力电池热失控模型向驾驶员发出热失控预警，并结合预设的火灾抑制装置对锂电池进行及时处置。

纽扣式一氧化碳传感器TGS5141，该传感器具有灵敏度高、可靠性好、寿命长等优点，非常适用于电池热失控检测。

TGS5141-P00

TGS5141一氧化碳传感器CO传感器是费加罗研发的可电池驱动的电化学式传感器，使用一个特殊的电极取代了储水器，由于去除了TGS5042中使用的储水器，TGS5141与TGS5042相比，其外形尺寸缩减到只有后者的10％大小。非常适用于高集成电子产品，对CO的灵敏度高、将CO浓度线性输出，设计方便，自带出厂预标定灵敏度系数，方便用户使用与性能追溯，寿命长达10年以上。

而对于氢燃料电池，工采传感器推荐一款专门针对燃料电池泄漏H2检测的可燃气体传感器TGS6814和TGS2615-E00：

TGS2615-E00是半导体原理传感器，响应快速、功耗低、体积小，TGS2615-E00 为了消除酒精等大分子干扰气体的影响而设置了过滤层，显示出对氢气极高选择性的灵敏度特性。一般不带过滤的传感器都会受到干扰从而误报，因此TGS2615-E00非常适用于氢气泄漏监测。

TGS6814

同时推荐甲烷传感器 CH4传感器TGS6814，TGS6814是催化燃烧式的气体传感器,可以检测100%LEL水平爆炸下限的甲烷气体，亦可以检测H2，此传感器不但具有优异的耐久性与快速响应能力，与此同时,线性输出与输出的高度稳定性也是其主要特征。也可以用于检测氢气泄漏。

审核编辑 黄宇