在全球積極推進能源轉(zhuǎn)型的大背景下，新能源儲能技術(shù)作為關(guān)鍵支撐，正以前所未有的速度蓬勃發(fā)展。其中，鋰電池憑借其高能量密度、長循環(huán)壽命等顯著優(yōu)勢，成為新型儲能技術(shù)中的佼佼者，廣泛應(yīng)用于儲能電站、電動汽車等多個領(lǐng)域 。然而，隨著鋰電池應(yīng)用規(guī)模的不斷擴大，其安全性問題逐漸凸顯，成為制約行業(yè)進一步發(fā)展的關(guān)鍵因素。

儲能電站中，大量電池密集部署。一旦其中某一電池單體出現(xiàn)熱失控、短路或電解液泄漏等狀況，其產(chǎn)生的影響將迅速蔓延，引發(fā)大規(guī)模的安全事故，其危害程度遠超電動汽車等其他應(yīng)用場景。據(jù)相關(guān)統(tǒng)計顯示，在 2017 - 2022 年間，全球范圍內(nèi)共發(fā)生 60 多起儲能安全事故 。深入分析這些事故，鋰離子電池?zé)崾Э匾驯蛔C實是引發(fā)事故的主要根源之一。當(dāng)儲能電池單體因質(zhì)量瑕疵、機械性損傷、受熱或者外部短路等因素導(dǎo)致內(nèi)短路時，會觸發(fā)電池?zé)崾Э仄鸹?，在熱量的持續(xù)作用下，火勢將迅速蔓延至整個電池模組和電池簇，甚至引發(fā)劇烈爆炸。

所謂電池?zé)崾Э兀侵鸽姵貎?nèi)部發(fā)生持續(xù)放熱的連鎖反應(yīng)，致使電池組溫度急劇攀升，最終引發(fā)電池燃燒事故的過程。熱失控一般歷經(jīng)誘發(fā)、發(fā)生和蔓延三個階段，過熱、過充、內(nèi)短路、碰撞等是引發(fā)熱失控的常見因素 。在鋰離子電池?zé)崾Э氐脑缙陔A段，電池溫度、放電電壓、放電電流等傳統(tǒng)的特征識別參數(shù)變化極為緩慢，常規(guī)的電池管理系統(tǒng)(BMS)難以做到及時、準確的故障監(jiān)測。但此時，電池內(nèi)部的電化學(xué)反應(yīng)已開始產(chǎn)生大量氣體物質(zhì)，這為熱失控早期預(yù)警提供了新的突破口，即利用氣體檢測傳感器來實現(xiàn)鋰離子電池?zé)崾Э氐脑缙诰珳暑A(yù)警，這已被公認為是目前最為有效的手段。

當(dāng)鋰離子電池出現(xiàn)異常時，會釋放出多種氣體成分，包括氫氣(H?)、一氧化碳(CO)、甲烷(CH?)、二氧化碳(CO?)以及烴類 VOC 氣體(如碳酸甲乙酯 EMC、碳酸二甲酯 DMC 等)。這些烴類 VOC 氣體通常源于電解液中的有機溶劑或其熱分解產(chǎn)物。一旦鋰離子電池異常發(fā)熱，樹脂材質(zhì)部件和電解液便會開始熱分解，隨著電池內(nèi)部溫度不斷上升，各類氣體大量逸散出來 。以氫氣為例，在電池?zé)崾Э赜绕涫且螂姵乩匣l(fā)的熱失控過程中，氫氣具有產(chǎn)生時間早、釋放量大的特點。相關(guān)研究表明，在電池?zé)崾Э貙嶒炛?，氫氣最早被檢測到，比煙霧早 639 秒，比火焰早 769 秒 ，這充分彰顯了氫氣作為熱失控監(jiān)測關(guān)鍵指標氣體的重要地位。

針對儲能電池?zé)崾Э貑栴}，行業(yè)始終秉持 “早發(fā)現(xiàn)，早處置” 的原則，力求在儲能艙內(nèi)鋰電池?zé)崾Э氐某跫夒A段實現(xiàn)超前探測預(yù)警，將火災(zāi)隱患扼殺在萌芽狀態(tài) 。在此過程中，熱失控氣體傳感器發(fā)揮著不可替代的關(guān)鍵作用。眾多知名傳感器廠商紛紛布局該領(lǐng)域，推出一系列高性能的氣體傳感器產(chǎn)品。

例如，工采網(wǎng)代理的費加羅氣體傳感器，憑借尺寸小、壽命長、靈敏度高、可靠性強、價格合理以及豐富的市場應(yīng)用經(jīng)驗等優(yōu)勢，在鋰離子電池的各類應(yīng)用場景中得到廣泛應(yīng)用 。其涵蓋的氫氣傳感器 TGS2616/CGM6812、一氧化碳傳感器 TGS5141/TGS5042、甲烷傳感器 TGS2611/TGS2619、HC 類傳感器 TGS2612/TGS2618、VOC 傳感器 TGS2620 以及二氧化碳傳感器 CDM7162 等，能夠?qū)δ茈姵責(zé)崾Э卦缙卺尫诺亩喾N氣體進行精準監(jiān)測，為熱失控預(yù)警提供可靠的數(shù)據(jù)支持。

四方光電依托自身完善的氣體傳感器技術(shù)平臺，創(chuàng)新地將 NDIR 紅外、MEMS 工藝 MOx 傳感器、以及激光光散射等多種技術(shù)有機融合，推出了集成式熱失控預(yù)警傳感器 。該傳感器可針對鋰電池?zé)崾Э赜|發(fā)前釋放出的 CO?、CO、溫度及壓力、氣溶膠顆粒物等關(guān)鍵指標進行高效監(jiān)測，并通過 CAN 總線將監(jiān)測信號及時傳輸給電池管理系統(tǒng)(BMS)，從而實現(xiàn)可靠的熱失控預(yù)警功能。此外，四方光電還成功研發(fā)出氫氣傳感器，專門用于探測氫燃料電池發(fā)動機和氫氣供氣管路系統(tǒng)的氫氣泄漏量，一旦檢測到氫氣泄漏，便會立即將信號傳遞給氫氣泄漏報警裝置，根據(jù)泄漏量的大小發(fā)出相應(yīng)級別的警告信號，并在必要時自動關(guān)斷氫供應(yīng)，有效保障了相關(guān)系統(tǒng)的安全運行。

鄭州煒盛電子科技有限公司作為傳感器解決方案提供商，可為儲能安全系統(tǒng)提供空間點位檢測、簇級檢測、PACK 級檢測等全方位的傳感器解決方案，實現(xiàn)對一氧化碳、氫氣、煙霧、VOC 氣體、氣溶膠、溫濕度等多種指標的精準檢測 。氣體傳感器能夠?qū)崟r監(jiān)測電池儲能系統(tǒng)內(nèi)部的氣體成分和濃度變化。當(dāng)電池出現(xiàn)過熱、短路等異常情況時，會釋放出特定的氣體，氣體傳感器可迅速捕捉到這些氣體變化，并在熱失控等嚴重事故發(fā)生前及時發(fā)出預(yù)警。維護人員在接到預(yù)警后，能夠及時采取關(guān)閉系統(tǒng)、降低溫度或排除潛在短路源等有效措施，從而極大地降低事故發(fā)生的概率。不僅如此，通過在系統(tǒng)中安裝氣體傳感器，研究人員和工程師還能深入了解電池在不同工況下的性能表現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)潛在安全隱患，進而優(yōu)化電池儲能系統(tǒng)的設(shè)計。例如，通過監(jiān)測電池充放電過程中的氣體生成情況，可優(yōu)化電池的工作參數(shù)和充電策略，避免過充和過放現(xiàn)象的發(fā)生，有效延長電池使用壽命，提升電池安全性。

隨著物聯(lián)網(wǎng)和云計算技術(shù)的飛速發(fā)展，氣體傳感器與智能監(jiān)控系統(tǒng)的深度融合為儲能安全領(lǐng)域帶來了全新的解決方案 。通過將氣體傳感器與智能監(jiān)控系統(tǒng)相連接，可實現(xiàn)遠程管理和實時數(shù)據(jù)傳輸。維護人員在遠程監(jiān)控中心便能實時查看電池儲能系統(tǒng)的運行狀態(tài)，包括氣體濃度、溫度、壓力等關(guān)鍵參數(shù)。一旦系統(tǒng)出現(xiàn)異常情況，智能監(jiān)控系統(tǒng)會自動發(fā)出警報，并及時通知相關(guān)人員采取應(yīng)對措施。這種智能監(jiān)控與遠程管理模式極大地提高了儲能系統(tǒng)的安全性和響應(yīng)速度，為儲能系統(tǒng)的穩(wěn)定運行提供了有力保障。

普晟傳感推出的鋰電池?zé)崾Э亟鉀Q方案，包含一氧化碳傳感器和氫氣傳感器等系列產(chǎn)品，專為儲能系統(tǒng)火災(zāi)探測裝置設(shè)計 。其 FC - H2 - 1000 氫氣傳感器和 FC - CO - 1000 一氧化碳傳感器基于微型燃料電池原理設(shè)計，具有零功耗、高精度、抗干擾能力強、溫度適應(yīng)范圍寬、使用壽命長等諸多優(yōu)點，能夠?qū)崿F(xiàn)氣體泄漏的快速報警和氣體濃度的實時監(jiān)測，完全滿足鋰電池?zé)崾Э貓鼍跋碌陌踩A(yù)警環(huán)境要求，有效解決了關(guān)鍵零部件自主可控的問題，為儲能電站的安全運行提供了堅實保障。

江蘇費爾曼安全科技有限公司研發(fā)的電池?zé)崾Э貧怏w全譜監(jiān)測系統(tǒng)，通過多技術(shù)融合，實現(xiàn)了對熱失控氣體的高精度、實時、多參數(shù)檢測 。該系統(tǒng)集成了順磁氧分析儀、紅外 CO/CO?分析儀、電化學(xué) H?傳感器以及激光吸收光譜(TDLAS)等先進技術(shù)，可同時對 O?、CO、CO?、H?、CH?等多種氣體濃度進行精確檢測。針對劇毒氣體氟化氫(HF)，系統(tǒng)采用化學(xué)吸附 - 光譜聯(lián)用技術(shù)，通過預(yù)處理模塊(冷凝、干燥、過濾)去除干擾物質(zhì)，顯著提升了檢測精度。此外，系統(tǒng)內(nèi)置多級校準裝置，結(jié)合自主開發(fā)的 Labview 上位機軟件，能夠?qū)崟r修正環(huán)境溫濕度、壓力波動對數(shù)據(jù)的影響，確保測量結(jié)果的穩(wěn)定性。通過 AI 算法對溫度、壓力、氣體濃度等參數(shù)進行綜合建模，實現(xiàn)早期預(yù)警功能，當(dāng)檢測到 H?濃度驟升等異常情況時，可在 1 秒內(nèi)迅速觸發(fā)報警。該系統(tǒng)采用 304 不銹鋼材質(zhì)的密封艙體和耐高溫傳感器(耐溫 1200℃)，可在熱失控產(chǎn)生的高溫、高壓(3MPa 以上)極端環(huán)境下穩(wěn)定運行，同時配備獨立變頻風(fēng)機(排煙能力 4kg/s)和多重安全閥，確保氣體流動均勻且無泄漏風(fēng)險，為鋰電池安全檢測提供了全面、可靠的解決方案。

當(dāng)前，儲能行業(yè)正處于大規(guī)模應(yīng)用的初期階段，儲能電池性能指標不夠明確、規(guī)劃設(shè)計相對簡單、儲能火災(zāi)消防研究和技術(shù)支撐不足等問題依然較為突出 。在此背景下，建立健全的儲能技術(shù)標準和檢測認證體系迫在眉睫。相關(guān)國家標準的相繼出臺，如《電化學(xué)儲能電站安全規(guī)程》(GB/T42288 - 2022) 明確規(guī)定，電化學(xué)儲能電站應(yīng)設(shè)置火災(zāi)自動報警系統(tǒng)、消防給水系統(tǒng)、供暖排風(fēng)與空調(diào)系統(tǒng)、自動滅火系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)等，電池室 / 艙內(nèi)應(yīng)設(shè)置可燃氣體探測器、溫感探測器、煙感探測器，電池室 / 艙外應(yīng)配置氣體濃度顯示和提示報警裝置 。這些標準的制定和實施，為規(guī)范儲能行業(yè)發(fā)展、提升儲能電站安全性和可靠性提供了重要依據(jù)，有力推動了儲能行業(yè)標準化進程。

綜上所述，熱失控氣體傳感器在新能源儲能安全領(lǐng)域扮演著至關(guān)重要的角色 。通過對鋰離子電池異常情況下產(chǎn)生的多種氣體成分進行精準監(jiān)測，實現(xiàn)了對儲能電池?zé)崾Э氐脑缙陬A(yù)警和超前探測預(yù)警，切實將火災(zāi)隱患消滅在萌芽狀態(tài)。隨著相關(guān)技術(shù)的不斷創(chuàng)新與發(fā)展，以及國家標準的持續(xù)完善和嚴格執(zhí)行，新能源儲能產(chǎn)業(yè)的安全性和可靠性將得到進一步顯著提升，為全球能源轉(zhuǎn)型和可持續(xù)發(fā)展目標的實現(xiàn)注入強大動力。