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储能安全：锂离子电池储能电站火灾爆炸事故防控措施！

电化学储能电站电池过充的原因可能是多种因素造成的，一方面是由于电池老化导致电池内阻变化，引起过电压现象，相应地,需派专员定期对电池进行检查，发现电池老化或者损坏，应及时更换新电池；另一方面，充电过度可能导致电池的电压超出安全范围，当锂离子电池的S0C为20%~80%区间时，电池充电放电内阻均很小，发热量随着降低；同时，在此区间的锂离子电池不容易出现过充问题，大大降低了因锂离子电池过充造成的火灾风险，且在此区间内锂离子电池的寿命大大延长。

此外，外部电源系统故障导致过电压，应配备外部电源保护装置，同时需要提高外部电源保护装置的可靠性，可通过BMS检测电池系统的电压、温度等参数，当电池系统充电至电压上限时，充电过程立即停止，确保其在安全范围内。

预警系统是储能电站安全预防体系中最重要的部分，电池开始出现故障时发出预警信号，通过断电等措施可完全预防热失控和火灾发生。储能电池早期火灾预警技术分为三级：电池表面缺陷及电池故障、早期热失控和电池早期火灾预警。

（1）电池表面缺陷检测技术是通过日常安全检查电池物理状态的改变，并利用检测算法对电池表面特征进行检测。储能电池故障检测方法将为常见，利用超声、反射式倾斜光纤光栅传感探针、显微镜观察、电化学阻抗谱等技术能够在故障早期及时检测到故障信号，并发出预警信号。但是这些方法尚处于实验室阶段。

（2）储能电池热失控早期到发生火灾期间，大量特征参数会发生明显变化，比如电压升高、阻抗异常、温度骤升、膨胀鼓包、热失控气体释放、安全阀破裂等现象。储能电站目前的预警技术通过电信号、热信号、气体信号、声信号、烟雾信号进行预警。电信号和热信号可通过电池管理系统实现，当某一特征参量超过阈值时发出预警信号，以实现早期安全预警的功能，此预警技术操作简单，此项技术在储能电站建设时已广泛应用。由于电池内外温差大，且电池模组的温度很难检测到，因此，温度信号预警技术存在较大的局限性和滞后性。

Li等提出一种在线阻抗检测用于锂电池早期预警，可以实现不同热失挖过程的精准预警。有研究表明：过充诱发磷酸铁锂电池热失控过程中，与碳酸乙烯酯、CO和CO2气体相比，H2含量最高且最先被气体探测器感知，且H2探测技术联合断电可有效抑制电池簇内部热量集聚，此方法可实现热失控早期预警，且装置成本较低，目前，H2探测技术在部分储能电站已经有所应用，通过监测热失控过程中不同气体的响应速度，可将H2、CO、CO2作为一级预警气体，HCI、HF作为二级预警气体。

为避免电池内部压力过大，电池顶部设置有安全阀，热失控前期安全阀打开的声音可以作为特征声音被捕捉和识别，热失控排气声音信号预警技术在少量数据的情况下达到了92.31%的准确率，当声音信号预警系统采集到电池排气声信号采取断电措施，可有效阻止电池热失控蔓延，此预警技术实施方便、成本低等优点，目前，声音信号预警技术已经在兆瓦级储能电站应用示范，基于以上成果，采用四个声学传感器可以实现电池故障报警和定位，定位误差为0.1m。

电池火灾早期预警是通过探测早期火灾特征参数进行预警，比如白色汽化电解液、高温烟气、火焰等特征，唐文杰等提出了一种基于气液逸出物图像识别的电池火灾早期预警方法，该方法在实际锂电池储能舱汽化电解液具有良好的效果，平均精准度达到83.65%。王春力等分析了储能电池热失控过程，提出了典型的电化学储能电站火灾探测报警系统，目前基于气液溢出物图像识别的电池储能系统早期预警技术十分成熟，但此阶段的预警相对比较滞后。

（3）单一的预警方法一般无法满足储能电站安全预警的准确率和有效性，通过综合考虑多因素融合技术，是储能电站早期安全预警将来发展的方向，有研究学者通过实验验证了优化设计集装箱式锂离子电池储能系统消防安全早期预警方法，此方法考虑电信号、声音信号和表面检测综合参量的变化，比传统电池储能系统早期预警方法提升了2.0%的准确率，且优化设计早期预警方法的漏警率和误警率降低了0.9%以上，刘同宇等将温度、特征气体、烟雾和挥发性有机化合物传感器耦合，可提前15 min预警目标磷酸铁锂电池热失挖；因此，在提高储能电站安全预警的精度和准确性的基础上，降低成本是储能电站预警的战略方向，比如，采用BMS-声信号、BMS-特征气体、BMS-力信号多维度的预警技术，减少误报、漏保、准确低等问题，此外，基于大数据、机器学习、算法优化等技术的主动监测技术对储能电站的运行数据进行安全监测，从而在电池故障发生的初期就进行预警，提高储能电站早期安全预警，并在事故发生时，使用联合消防系统，实现有效灭火，同时进行报警，实现对电化学储能电站火灾的监测与智能研判功能。

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