中國儲能網(wǎng)訊：事實表明，電池儲能系統(tǒng)對于清潔能源的整合和發(fā)展至關(guān)重要，但需要更加先進的消防安全保護措施?；裟犴f爾建筑技術(shù)公司主管火災探測業(yè)務的總經(jīng)理Steve Kenny對于廢氣探測是防止電池熱失控重要防線的原因進行了分析和闡述。
霍尼韋爾建筑技術(shù)公司在鋰離子電池儲能系統(tǒng)頂部安裝的煙霧和廢氣檢測監(jiān)測傳感器
風力發(fā)電設(shè)施、太陽能發(fā)電場、微電網(wǎng)、數(shù)據(jù)中心和電信設(shè)施至少有一個共同點：它們依賴于由數(shù)千塊鋰離子電池組成的電池儲能系統(tǒng)(BESS)。電池儲能系統(tǒng)不僅在向可再生能源和更智能的電網(wǎng)過渡中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，而且已成為數(shù)據(jù)中心和電信樞紐的關(guān)鍵組成部分——而這兩大要素都是為全球經(jīng)濟帶來活力的驅(qū)動力。
根據(jù)調(diào)查，2020年全球公用事業(yè)規(guī)模電池儲能系統(tǒng)的市場價值為29億美元，預計2020年至2025年的復合年增長率為32.8%，到2025年將增長到121億美元。如果將數(shù)據(jù)和電信中心、車輛充電設(shè)施以及其他儲能應用的不間斷電源（UPS）計算在內(nèi)，這個數(shù)字將增加一倍以上。全球儲能市場總額預計將從2020年的78億美元增長到2028年的268億美元。
為什么鋰離子電池成為首選的電池儲能技術(shù)？首先，其成本相對低廉，并且鑒于其尺寸和重量可以提供更高的能量密度；它們擁有較長的持續(xù)放電時時間；與其他類型電池相比，它們更不容易自放電；此外幾乎不需要維護，也不需要定期排放廢氣。
盡管鋰離子電池具有多重優(yōu)勢，但也存在一些缺點。一方面，鋰離子電池儲能系統(tǒng)需要復雜的電池管理系統(tǒng)(BMS)來保持在電壓、溫度和充電的安全參數(shù)范圍內(nèi)運行。如果管理不當或濫用，電池可能會失效，導致排氣或過熱，如果電池著火（熱失控），將會迅速升級為災難性的火災，甚至發(fā)生爆炸，并且這種火災極難撲滅，能夠以多米諾骨牌效應加速擴散到周圍的電池。
電池故障的三個階段
?濫用因素：電氣濫用、過熱或機械濫用可能導致熱失控。當在充電或放電期間超過電池電壓限制時，就會發(fā)生電氣濫用。由于電池儲能系統(tǒng)中大量電池同時充電或放電，因此單塊電池遭受電氣濫用的風險增加。當工作溫度超過電池承受極限時，就會導致熱濫用。機械濫用是指物理損壞，例如擠壓、壓痕或刺破。
?電池排氣（廢氣）：如果濫用因素繼續(xù)存在，電池中的液態(tài)電解質(zhì)將轉(zhuǎn)化為氣體，這將導致電池內(nèi)部壓力升高，其壓力足夠打開泄壓孔或破壞電池密封性。這種氣體釋放與熱失控發(fā)生之后的氣體釋放明顯不同，并且通常在熱失控之前幾分鐘發(fā)生。
?熱失控：隨著電池內(nèi)部溫度的升高，隔膜將會熔化并破裂，釋放煙霧并點燃電解液。在這階段排放的氣體通常包括一氧化碳（CO）、二氧化碳（CO2）和可燃氣體。由此發(fā)生的火災會產(chǎn)生1,000℃以上的溫度，并蔓延到周圍的電池，導致它們進入熱失控狀態(tài)，從而導致整個系統(tǒng)發(fā)生故障并起火。
電池儲能系統(tǒng)對傳統(tǒng)監(jiān)控技術(shù)帶來的挑戰(zhàn)
電池儲能系統(tǒng)需要采用電池管理系統(tǒng)(BMS)來監(jiān)控電壓、電流和溫度并防止電池被濫用，但依靠電池管理系統(tǒng)(BMS)作為防止熱失控的唯一防御層是有風險的。一方面，電池管理系統(tǒng)(BMS)無法解析單塊電池的溫度或電壓。即使在每塊電池上都有溫度傳感器，也可能存在未被檢測到的熱點。
傳統(tǒng)監(jiān)控技術(shù)，例如煙霧和火災探測、一氧化碳（CO）監(jiān)測、二氧化碳（CO2）監(jiān)測、爆炸下限(LEL)監(jiān)測通常構(gòu)成電池儲能系統(tǒng)安全解決方案的一部分。在熱失控開始之前，通常不會產(chǎn)生煙霧和火災，因此這些電池儲能系統(tǒng)直到停止連鎖反應為時已晚時才會啟動。在發(fā)生熱失控之前，一氧化碳（CO）、二氧化碳（CO2）、爆炸下限(LEL)氣體通常不會以可檢測的濃度出現(xiàn)。
簡而言之，這些技術(shù)是對熱失控的被動反應，而不是主動預防。即使一塊電池已經(jīng)達到冒煙或著火的程度，要阻止其火勢蔓延到周圍的電池也可能為時已晚。
在熱失控前進行初始排氣（廢氣）檢測
檢測鋰離子電池故障的早期跡象對于使操作人員和關(guān)閉措施能夠及時主動響應，以防止熱失控和災難性的（通常是爆炸性的火災）至關(guān)重要。
安全機構(gòu)DNV的一項研究測試了三種技術(shù)，以評估鋰離子電池故在檢測潛在熱失控早期跡象方面的響應時間：廢氣傳感器、電池電壓傳感器、爆炸下限傳感器，它們可以檢測可燃氣體或溶劑蒸氣的危險水平。
霍尼韋爾建筑技術(shù)公司將廢氣探測系統(tǒng)控制器安裝在電池儲能系統(tǒng)的消防控制面板下方
在這三種類型中，廢氣檢測器的靈敏度和準確度最高。它們在排放廢氣開始之后的平均響應時間不到10秒，在熱失控開始前的平均響應時間為6分11秒。在熱失控啟動之前，LEL和電壓傳感器均未激活。
研究結(jié)果還表明，關(guān)閉措施與廢氣檢測相結(jié)合有效地防止了熱失控。一旦檢測到廢氣，電池儲能系統(tǒng)就會自動斷電，以防止電池溫度升高，從而阻止熱失控向相鄰電池蔓延。
