热失控气体传感器护航新能源储能安全

在全球积极推进能源转型的大背景下，新能源储能技术作为关键支撑，正以前所未有的速度蓬勃发展。其中，锂电池凭借其高能量密度、长循环寿命等显著优势，成为新型储能技术中的佼佼者，广泛应用于储能电站、电动汽车等多个领域 。然而，随着锂电池应用规模的不断扩大，其安全性问题逐渐凸显，成为制约行业进一步发展的关键因素。

储能电站中，大量电池密集部署。一旦其中某一电池单体出现热失控、短路或电解液泄漏等状况，其产生的影响将迅速蔓延，引发大规模的安全事故，其危害程度远超电动汽车等其他应用场景。据相关统计显示，在 2017 - 2022 年间，全球范围内共发生 60 多起储能安全事故 。深入分析这些事故，锂离子电池热失控已被证实是引发事故的主要根源之一。当储能电池单体因质量瑕疵、机械性损伤、受热或者外部短路等因素导致内短路时，会触发电池热失控起火，在热量的持续作用下，火势将迅速蔓延至整个电池模组和电池簇，甚至引发剧烈爆炸。

所谓电池热失控，是指电池内部发生持续放热的连锁反应，致使电池组温度急剧攀升，最终引发电池燃烧事故的过程。热失控一般历经诱发、发生和蔓延三个阶段，过热、过充、内短路、碰撞等是引发热失控的常见因素 。在锂离子电池热失控的早期阶段，电池温度、放电电压、放电电流等传统的特征识别参数变化极为缓慢，常规的电池管理系统(BMS)难以做到及时、准确的故障监测。但此时，电池内部的电化学反应已开始产生大量气体物质，这为热失控早期预警提供了新的突破口，即利用气体检测传感器来实现锂离子电池热失控的早期精准预警，这已被公认为是目前最为有效的手段。

当锂离子电池出现异常时，会释放出多种气体成分，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 气体通常源于电解液中的有机溶剂或其热分解产物。一旦锂离子电池异常发热，树脂材质部件和电解液便会开始热分解，随着电池内部温度不断上升，各类气体大量逸散出来 。以氢气为例，在电池热失控尤其是因电池老化引发的热失控过程中，氢气具有产生时间早、释放量大的特点。相关研究表明，在电池热失控实验中，氢气最早被检测到，比烟雾早 639 秒，比火焰早 769 秒 ，这充分彰显了氢气作为热失控监测关键指标气体的重要地位。

针对储能电池热失控问题，行业始终秉持 “早发现，早处置” 的原则，力求在储能舱内锂电池热失控的初级阶段实现超前探测预警，将火灾隐患扼杀在萌芽状态 。在此过程中，热失控气体传感器发挥着不可替代的关键作用。众多知名传感器厂商纷纷布局该领域，推出一系列高性能的气体传感器产品。

例如，工采网代理的费加罗气体传感器，凭借尺寸小、寿命长、灵敏度高、可靠性强、价格合理以及丰富的市场应用经验等优势，在锂离子电池的各类应用场景中得到广泛应用 。其涵盖的氢气传感器 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，能够对储能电池热失控早期释放的多种气体进行精准监测，为热失控预警提供可靠的数据支持。

四方光电依托自身完善的气体传感器技术平台，创新地将 NDIR 红外、MEMS 工艺 MOx 传感器、以及激光光散射等多种技术有机融合，推出了集成式热失控预警传感器 。该传感器可针对锂电池热失控触发前释放出的 CO₂、CO、温度及压力、气溶胶颗粒物等关键指标进行高效监测，并通过 CAN 总线将监测信号及时传输给电池管理系统(BMS)，从而实现可靠的热失控预警功能。此外，四方光电还成功研发出氢气传感器，专门用于探测氢燃料电池发动机和氢气供气管路系统的氢气泄漏量，一旦检测到氢气泄漏，便会立即将信号传递给氢气泄漏报警装置，根据泄漏量的大小发出相应级别的警告信号，并在必要时自动关断氢供应，有效保障了相关系统的安全运行。

郑州炜盛电子科技有限公司作为传感器解决方案提供商，可为储能安全系统提供空间点位检测、簇级检测、PACK 级检测等全方位的传感器解决方案，实现对一氧化碳、氢气、烟雾、VOC 气体、气溶胶、温湿度等多种指标的精准检测 。气体传感器能够实时监测电池储能系统内部的气体成分和浓度变化。当电池出现过热、短路等异常情况时，会释放出特定的气体，气体传感器可迅速捕捉到这些气体变化，并在热失控等严重事故发生前及时发出预警。维护人员在接到预警后，能够及时采取关闭系统、降低温度或排除潜在短路源等有效措施，从而极大地降低事故发生的概率。不仅如此，通过在系统中安装气体传感器，研究人员和工程师还能深入了解电池在不同工况下的性能表现，发现潜在安全隐患，进而优化电池储能系统的设计。例如，通过监测电池充放电过程中的气体生成情况，可优化电池的工作参数和充电策略，避免过充和过放现象的发生，有效延长电池使用寿命，提升电池安全性。

随着物联网和云计算技术的飞速发展，气体传感器与智能监控系统的深度融合为储能安全领域带来了全新的解决方案 。通过将气体传感器与智能监控系统相连接，可实现远程管理和实时数据传输。维护人员在远程监控中心便能实时查看电池储能系统的运行状态，包括气体浓度、温度、压力等关键参数。一旦系统出现异常情况，智能监控系统会自动发出警报，并及时通知相关人员采取应对措施。这种智能监控与远程管理模式极大地提高了储能系统的安全性和响应速度，为储能系统的稳定运行提供了有力保障。

普晟传感推出的锂电池热失控解决方案，包含一氧化碳传感器和氢气传感器等系列产品，专为储能系统火灾探测装置设计 。其 FC - H2 - 1000 氢气传感器和 FC - CO - 1000 一氧化碳传感器基于微型燃料电池原理设计，具有零功耗、高精度、抗干扰能力强、温度适应范围宽、使用寿命长等诸多优点，能够实现气体泄漏的快速报警和气体浓度的实时监测，完全满足锂电池热失控场景下的安全预警环境要求，有效解决了关键零部件自主可控的问题，为储能电站的安全运行提供了坚实保障。

江苏费尔曼安全科技有限公司研发的电池热失控气体全谱监测系统，通过多技术融合，实现了对热失控气体的高精度、实时、多参数检测 。该系统集成了顺磁氧分析仪、红外 CO/CO₂分析仪、电化学 H₂传感器以及激光吸收光谱(TDLAS)等先进技术，可同时对 O₂、CO、CO₂、H₂、CH₄等多种气体浓度进行精确检测。针对剧毒气体氟化氢(HF)，系统采用化学吸附 - 光谱联用技术，通过预处理模块(冷凝、干燥、过滤)去除干扰物质，显著提升了检测精度。此外，系统内置多级校准装置，结合自主开发的 Labview 上位机软件，能够实时修正环境温湿度、压力波动对数据的影响，确保测量结果的稳定性。通过 AI 算法对温度、压力、气体浓度等参数进行综合建模，实现早期预警功能，当检测到 H₂浓度骤升等异常情况时，可在 1 秒内迅速触发报警。该系统采用 304 不锈钢材质的密封舱体和耐高温传感器(耐温 1200℃)，可在热失控产生的高温、高压(3MPa 以上)极端环境下稳定运行，同时配备独立变频风机(排烟能力 4kg/s)和多重安全阀，确保气体流动均匀且无泄漏风险，为锂电池安全检测提供了全面、可靠的解决方案。

当前，储能行业正处于大规模应用的初期阶段，储能电池性能指标不够明确、规划设计相对简单、储能火灾消防研究和技术支撑不足等问题依然较为突出 。在此背景下，建立健全的储能技术标准和检测认证体系迫在眉睫。相关国家标准的相继出台，如《电化学储能电站安全规程》(GB/T42288 - 2022) 明确规定，电化学储能电站应设置火灾自动报警系统、消防给水系统、供暖排风与空调系统、自动灭火系统、视频监控系统等，电池室 / 舱内应设置可燃气体探测器、温感探测器、烟感探测器，电池室 / 舱外应配置气体浓度显示和提示报警装置 。这些标准的制定和实施，为规范储能行业发展、提升储能电站安全性和可靠性提供了重要依据，有力推动了储能行业标准化进程。

综上所述，热失控气体传感器在新能源储能安全领域扮演着至关重要的角色 。通过对锂离子电池异常情况下产生的多种气体成分进行精准监测，实现了对储能电池热失控的早期预警和超前探测预警，切实将火灾隐患消灭在萌芽状态。随着相关技术的不断创新与发展，以及国家标准的持续完善和严格执行，新能源储能产业的安全性和可靠性将得到进一步显著提升，为全球能源转型和可持续发展目标的实现注入强大动力。