产品风采 I 面向锂电池储能系统标准的气体检测与预警装置设计方案

        据储能业内专家透露，过去一年，全球范围内累计发生了数十起储能火灾事故，储能产业面临诸多安全隐忧，引起社会广泛关注。在储能系统中，锂离子电池一旦发生热失控，其产生的可燃烟气极易被点燃，从而造成起火、爆炸事故。大规模锂离子电池储能系统的扑救存在高电压大电流、火灾易复燃、火场毒性大、爆炸风险高等特点，消防扑救较为困难，容易导致应急处置人员伤亡。
01 热失控防控难

        我国部分研究机构近年来开展了储能电池火灾防护技术研究、电化学储能电池热失控实验检测技术研究等基础性课题研究。研究主要针对单体电池及电池模块级别，对锂离子电池储能柜、电池簇及储能系统开展的相关实验研究较少，相关安全测试方法、标准规范尚未建立健全。
        集装箱式锂离子电池储能系统电池簇单体数量多，电池簇并联数量大。单体锂离子电池一旦热失控发生火灾，燃烧温度高，燃烧速度快，扑救难度大。不同化学体系的锂离子电池燃烧差异性大，产生大量的有毒、有害烟气，在燃烧过程中可能存在爆炸的危险。锂离子电池模组中，单体锂离子电池热失控引发相邻电池发生热失控的多米诺效应，当火灾发生后造成剧烈燃烧，导致储能系统整体失火或爆炸，给消防灭火救援工作带来巨大的挑战。
02 完善安全措施

        此外，据国家能源部门消息，随着储能产业进入高速发展时期，社会关于储能安全的关注和讨论越来越多，一系列相关标准的起草和制定也在酝酿和筹划之中。尽快引导储能产业迈向健康安全可持续的发展之路，已成为全社会各界共同期望的目标。
国家标准相继出台
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。
2021年9月出台《电化学储能电站安全规程（征求意见稿）》，要求储能消防融入视频监控系统、设定系统性解决方案，更加精细化及科技化，并规定了储能电站设备安全技术要求、运行、维护、检修、试验等方面的安全要求。
2022年2月发布《“十四五”国家消防工作规划》，提出要围绕新型储能设施，加强消防设计，加强源头管理。各政策对储能电站建设、管理提出细节化要求；引导配套储能消防设建设，提高储能电站运营安全程度；提出2025目标装机规模和降本增效目标，政策指引储能市场发展。
2022年2月10日国家发改委、能源局印发《“十四五”新型储能发展实施方案》，相较于2021年7月发布的《关于加快推动新型储能发展的指导意见》，新政策细化了储能安全标准体系的具体覆盖内容，如：加快制定消防灭火标准，明确了储能安全技术突破方向，如突破电化学系统安全预警、高效灭火技术等等，为储能大规模装机及稳定安全运行创造有利条件。
2022年4月国务院安全生产委员会印发《“十四五”国家安全生产规划》中强调健全电动汽车、电动自行车储能等新材料新设备新业态火灾风险预估预判机制，优化落实本质安全措施。严密防控电化学储能站等新技术新产业新业态安全风险。
2022年4月国家能源局综合司发布的《国家能源局综合司关于加强电化学储能电站安全管理的通知》中将项目法人列为安全运行责任主体，从规划设计、设备选型、施工验收、并网验收、运行维护、应急消防处置能力提出安全管理要求。
2022年10月陆续实施的《电化学储能电站安全技术要求》，其中在电池管理系统的安全要求中硬性规定：一个电池柜至少布置2个气体信号采集点，也就是说至少有两个气体传感器模块参与安全预警工作。
        随着多项涉及储能消防安全的相关政策及标准的陆续落地实施，可以预见储能装机规模将快速增加，新标准下储能消防的重要性不断突显，储能消防投入占比有望进一步提升。
03 安全预警方案

        目前技术上并没有能够保证锂电池不发生热失控的方法，只能够以技术实现及时发现和预防锂电池热失控的方法。我们可以通过气体传感器技术，根据储能电池的热失控特性，设定相应的预警阀值，实现早期的探测和预警，防止储能电站事故进一步扩大。
        智慧储能，安全先行，感闻科技母公司慧闻科技作为一家从事智能传感器研发、生产和销售，同时提供人工嗅觉解决方案的国家级高新技术企业，目前已研发出针对多种有毒有害气体（如甲醛、酒精、氨气、一氧化碳、氮氧化物、硫化氢、甲烷、TVOC 等）的传感器芯片及相应的检测模块。

        公司自主研发的智能传感器模组MSD3005电池/储能安全监测模块，可用于判断当前环境中的危险气体等级（CO，氢气，DMC），可同时识别和检测异味含量，模组具有高灵敏度、高分辨率、低功耗的特点。同时也可以根据等级进行高低报警，MSD3005系列模组的传感器是不同材料体系组成的多通道气体传感器，使用特定的调理电路和精确地算法来判定当前环境中三种危险气体的预警等级，对于电池组安全的早期预警有非常实用的意义。
        公司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，公司提供压力传感器、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。
        基于母公司成熟的传感器技术，感闻科技也开发了多类针对储能电站安全监测解决方案：
储能电站安全监测解决方案
· 储能电站锂电池机架的火灾成因及特点表现为单个电池及电池组的热失控，电池组间的热传导从而导致不可避免的级联热失控，有毒易燃气体的排放扩散和电池机架的复燃、爆炸。
· 通过电池安全检测模组实施多点布控可精准定位到出现问题的电池包并且做出相应的隔离处理，通过多气体检测和温感烟感可在火灾发生时发出报警，并联动消防控制系统。
· 消防系统根据上报的气体报警信息做对应不同的处理（开启通风或通风加喷淋）。

根据产品提供出的解决方案如下：
· 集装箱级安全监测：GWD30或GWD50系列
· 电池包级安全定位：GWD系列+MSD3005
· 电池包级安全定位+电池芯鼓胀预防：GWD系列+MSD3005+柔性压力传感器
单一气体检测方案
        如果只需要检测H2、CO气体，可以选用我司单一探测器产品GWD30系列。可搭配专门的烟雾报警装置使用。

多合一组合检测方案
        目前国内储能集装箱的消防系统仍然是以烟感、火焰及温度探测为主，监测的目标主要是发生灾后产生的因素，对预防火灾收效甚微。实际上，在发生火灾导致出现烟雾、火焰及温度剧烈上升之前，电池内部由于化学反应已经开始释放多种可燃及有毒气体，对这些气体进行监测对预防发生火灾会有更加明显的效果。
        感闻科技作为专业气体探测器的研发及生产厂家，针对储能集装箱，专门开发了集H2、CO、烟感、温感传感器于一体的四合一产品-- GWD50。

车用CO、烟感和温感多合一锂电池安全监测系统
（提供电池箱内部安全预警及消防联动）
· 模块化设计，一体化装置，方便安装和日常维护管理；
· 基于消防系统的＂冗余设计＂理念，提高系统可靠性；
· 总线制和单片机技术，智能、先进，安装方便，降低故障率。装置以单片机为基础，智能化程度高；以 CAN 总线技术代替普通的模拟量技术，减少接线数量和信号传输距离，提高装置可靠性；
· 智慧型地址码技术，无烦琐的查线、找线程序，任意接入、无限扩展、智慧识别、智能灭火
· 预留智慧应用I/O端口。

压力监测方案
（针对软包电池芯早期异常预警及安全监测）
        通过检测电池箱内电池本身压力变化来诊断电池热失控情况的柔性压力传感器方案。柔性薄膜压力传感器灵敏度高、响应速度快、全柔性设计，能轻松适应于平面或曲面的复杂结构件内表面，贴合在电池表面感知电池表面的压力及形变。

        储能安全监测模组是储能系统安全检测的重要保障手段，将给储能站的安全运行和维护带来极大的方便，为锂电池储能站安全运行提供可靠保障，真正地做到防患于未燃，符合储能行业“安全第一，预防为主”的安全思想。

END