热失控气体传感器护航新能源储能安全

微科传感

在能源转型的浪潮中，全球储能产业正以前所未有的速度发展，装机规模不断攀升。然而，随着产业的蓬勃发展，储能安全问题也日益凸显，成为制约行业发展的关键因素之一。近期，美国圣地亚哥天然气和电力公司的电池存储设施发生火灾，再次将储能安全议题推向风口浪尖。作为新型储能技术中的佼佼者，锂电池的质量和安全性对于储能电站的稳定运行至关重要。因此，如何在规范锂电池标准、加强电站运维与安全监测以及开发更安全的新兴储能技术等方面下功夫，成为保障电站安全稳定运行的重要课题。

                               
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一、锂电安全面临挑战当前，全球储能市场以锂离子电池为主，中国也不例外。据国家能源局发布的数据显示，截至2023年底，国内已投运的锂离子电池储能占比高达97.4%。然而，储能电站中的电池数量庞大，一旦发生热失控、短路或电解液泄漏等安全问题，其影响范围将远超电动汽车等其他领域。锂电储能的瓶颈问题主要在于电芯级别的本质安全，即电芯不能热失控和燃烧爆炸。分场景来看，源网侧由于防火结构要求严格且远离建筑物或人群，通常有更多的时间和空间来应对火灾。相比之下，用户侧和工商业储能系统起火后的救援难度更大，因为这些场景下的储能系统通常位于建筑物内部或附近。
业内普遍认为，磷酸铁锂电池技术在中国锂电储能领域占据主导地位，而海外电化学储能装置则多配套日韩相关电池企业的产品，且以安全性较低的三元锂电池为主，这或许是储能电站事故多发生在海外的原因之一。尽管磷酸铁锂电池在安全属性和耐高温性能方面表现更优，但仍不能保证绝对安全。通过对储能事故的分析发现，锂离子电池热失控是引发事故的主要因素之一。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内短路，进而引发电池热失控起火，并在热量的作用下，整个电池模组和电池簇被点燃甚至发生爆炸。
二、锂电池储能安全化解之道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。热失控通常包括诱发、发生和蔓延三个阶段，而引发热失控的主要原因包括过热、过充、内短路、碰撞等因素。在锂离子电池热失控早期，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，一般情况下通过电池管理系统（BMS）无法及早地监测到电池故障。然而，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。

                               
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锂离子电池在出现异常时，会产生多种气体成分，包括氢气（H2）、一氧化碳（CO）、甲烷（CH4）、二氧化碳（CO2）以及烃类VOC气体（如碳酸甲乙酯EMC、碳酸二甲酯DMC等）。这些烃类VOC气体通常是电解液中的有机溶剂或其热分解物。一旦锂离子电池异常发热，树脂材质部件和电解液就会开始热分解，随着内部温度的上升，各种气体逸散出来。

                               
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※ EMC : 碳酸甲乙酯 (Ethyl Methyl Carbonate)、 DEC : 碳酸二甲酯 (Diethyl Carbonate)
DMC : 碳酸二乙酯 (Dimethyl Carbonate)、 EC ： 碳酸乙酯 (Ethyl Carbonate)
针对储能电池热失控问题，应坚持“早发现，早处置”的原则，对储能舱内锂电池热失控初级阶段进行超前探测预警，将火灾隐患扑灭在萌芽阶段。工采网代理的费加罗气体传感器以其尺寸小、寿命长、灵敏度高、可靠性高、价格低以及丰富的市场应用，在锂离子电池的各种应用场景中不断拓展使用范围。例如，氢气传感器TGS2616/CGM6812、一氧化碳传感器TGS5141/TGS5042、甲烷传感器TGS2611/TGS2619、HC类传感器TGS2612/TGS2618、VOC传感器TGS2620以及二氧化碳传感器CDM7162等，这些气体传感器能够实现对储能电池热失控早期预警的精准监测。

                               
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以上热失控安全监测传感器还可以灵活运用到使用锂离子电池LIB的设备中，可早期预知LIB的异常状态，及时采取措施从而将损害降至最低。

                               
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三、国家标准相继出台，护航储能安全目前，储能行业正处于大规模应用的初期阶段，储能电池性能指标模糊、规划设计简单、储能火灾消防研究和技术支撑不足等问题依然突出。电化学储能电站的性能及安全还存在很多关键问题亟待解决。为此，业界迫切需要建立健全的储能技术标准和检测认证体系，为电站质量“保驾护航”。
2023年2月22日，国家标准化管理委员会、国家能源局发布了《新型储能标准体系建设指南》的通知，计划制定和修订205项新型储能标准，体系框架分为基础通用、规划设计、设备试验、运行维护、检测认证、安全管理、系统建设、新兴技术和标准国际化等九个部分。这一举措将有力推动储能行业标准化进程，提升储能电站的安全性和可靠性。
综上所述，多气体传感器在新能源储能安全领域发挥着至关重要的作用。通过精准监测锂离子电池在异常情况下产生的气体成分，实现对储能电池热失控的早期预警和超前探测预警，将火灾隐患扑灭在萌芽阶段。同时，随着国家标准的相继出台和储能技术标准的不断完善，储能电站的安全性和可靠性将得到进一步提升，为新能源储能产业的健康发展提供有力保障。