储能电池系统热失控安全监测传感器解决方案

实现“双碳”目标，能源是“主战场”，电池储能是一种实现绿低碳最为行之有效的办法，电池储能市场也迎来了新的拐点。自储能产业的发展被提上日程以来，储能电池市场呈现了指数型增长的态势，甚至电池储能市场出现了供不应求的局面，随着电池储能系统装机量的增加，宁德时代、中航锂电、比亚迪等电池企业也在储能应用板块持续加码，迎接万亿市场的到来。

电池储能快速增长，安全问题不容忽视

电池储能的快速发展对于构建新型绿色能源，实现“碳中和”目标有着积极的推动意义。但是安全问题似乎又成为了限制电池储能行业发展的一大因素.

新型储能是指除抽水蓄能以外的其他新型的电化学储能、物理储能和电磁储能技术。截至2021年底，中国新型储能装机2.4GW，占储能装机总容量的12.5%，其中锂离子电池储能占新型储能的89.7%，是当前发展最快速、应用最广泛、相对成熟的新型储能技术路线。然而，锂离子电池储能电站火灾爆炸安全事故时有发生，已成为制约电池储能规模化发展的主要障碍。据不完全统计，从2011年至2021年，全球储能安全事故共发生50余起，其中事故起数排名前4位的是：韩国30余起、美国10余起、中国4起、澳大利亚3起。2022 年 1-5 月， 全球就已经发生了 17 起以上的储能着火事故。国内在电池储能站快速发展的同时，由于 电池、PCS 质量问题或者系统集成商施工能力良莠不齐，电池储能火灾隐患较为严重， 起火事故频繁。锂离子电池储能安全问题是世界性难题，也成为建设新型电力系统安全难题。

通过对储能事故分析发现，造成事故的主要因素有以下几点：锂离子电池热失控。储能电池单体因质量缺陷、机械损伤、受热或外部短路等导致锂离子电池内短路，引发电池热失控起火，在热滥用的作用下，整个电池模组和电池簇被点燃甚至发生爆炸。

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 

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。

电池储能安全该如何化解？

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)。

我们可以从动力锂电池热失控时产生的大量气体入手，锂离子电池热失控的时候，电池内部会有大量的一氧化碳释放出来。所以我们可以通过检测一氧化碳的浓度来判断电池热失控。在这里工采网给大家推荐一款纽扣式一氧化碳传感器（CO传感器）TGS5141：

TGS5141-P00

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。

CO传感器TGS5141是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。

审核编辑 黄宇