在全球積極推進(jìn)能源轉(zhuǎn)型的大背景下，新能源儲(chǔ)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(zhǎng)循環(huán)壽命等顯著優(yōu)勢(shì)，成為新型儲(chǔ)能技術(shù)中的佼佼者，廣泛應(yīng)用于儲(chǔ)能電站、電動(dòng)汽車等多個(gè)領(lǐng)域 。然而，隨著鋰電池應(yīng)用規(guī)模的不斷擴(kuò)大，其安全性問題逐漸凸顯，成為制約行業(yè)進(jìn)一步發(fā)展的關(guān)鍵因素。

儲(chǔ)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(yuǎn)超電動(dòng)汽車等其他應(yīng)用場(chǎng)景。據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)顯示，在 2017 - 2022 年間，全球范圍內(nèi)共發(fā)生 60 多起儲(chǔ)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(shí)是引發(fā)事故的主要根源之一。當(dāng)儲(chǔ)能電池單體因質(zhì)量瑕疵、機(jī)械性損傷、受熱或者外部短路等因素導(dǎo)致內(nèi)短路時(shí)，會(huì)觸發(fā)電池?zé)崾Э仄鸹?，在熱量的持續(xù)作用下，火勢(shì)將迅速蔓延至整個(gè)電池模組和電池簇，甚至引發(fā)劇烈爆炸。

所謂電池?zé)崾Э?，是指電池?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(gè)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(shí)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(shí)、準(zhǔn)確的故障監(jiān)測(cè)。但此時(shí)，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(cè)傳感器來實(shí)現(xiàn)鋰離子電池?zé)崾Э氐脑缙诰珳?zhǔn)預(yù)警，這已被公認(rèn)為是目前最為有效的手段。

當(dāng)鋰離子電池出現(xiàn)異常時(shí)，會(huì)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(jī)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(huì)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(shí)間早、釋放量大的特點(diǎn)。相關(guān)研究表明，在電池?zé)崾Э貙?shí)驗(yàn)中，氫氣最早被檢測(cè)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(cè)關(guān)鍵指標(biāo)氣體的重要地位。

針對(duì)儲(chǔ)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(chǔ)能艙內(nèi)鋰電池?zé)崾Э氐某跫?jí)階段實(shí)現(xiàn)超前探測(cè)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(fèi)加羅氣體傳感器，憑借尺寸小、壽命長(zhǎng)、靈敏度高、可靠性強(qiáng)、價(jià)格合理以及豐富的市場(chǎng)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)等優(yōu)勢(shì)，在鋰離子電池的各類應(yīng)用場(chǎng)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)?chǔ)能電池?zé)崾Э卦缙卺尫诺亩喾N氣體進(jìn)行精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)，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(tái)，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(jī)融合，推出了集成式熱失控預(yù)警傳感器 。該傳感器可針對(duì)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(biāo)進(jìn)行高效監(jiān)測(cè)，并通過 CAN 總線將監(jiān)測(cè)信號(hào)及時(shí)傳輸給電池管理系統(tǒng)(BMS)，從而實(shí)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(cè)氫燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)和氫氣供氣管路系統(tǒng)的氫氣泄漏量，一旦檢測(cè)到氫氣泄漏，便會(huì)立即將信號(hào)傳遞給氫氣泄漏報(bào)警裝置，根據(jù)泄漏量的大小發(fā)出相應(yīng)級(jí)別的警告信號(hào)，并在必要時(shí)自動(dòng)關(guān)斷氫供應(yīng)，有效保障了相關(guān)系統(tǒng)的安全運(yùn)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(chǔ)能安全系統(tǒng)提供空間點(diǎn)位檢測(cè)、簇級(jí)檢測(cè)、PACK 級(jí)檢測(cè)等全方位的傳感器解決方案，實(shí)現(xiàn)對(duì)一氧化碳、氫氣、煙霧、VOC 氣體、氣溶膠、溫濕度等多種指標(biāo)的精準(zhǔn)檢測(cè) 。氣體傳感器能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)電池儲(chǔ)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(shí)，會(huì)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(yán)重事故發(fā)生前及時(shí)發(fā)出預(yù)警。維護(hù)人員在接到預(yù)警后，能夠及時(shí)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(jìn)而優(yōu)化電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。例如，通過監(jiān)測(cè)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(zhǎng)電池使用壽命，提升電池安全性。

隨著物聯(lián)網(wǎng)和云計(jì)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(chǔ)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(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程管理和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸。維護(hù)人員在遠(yuǎn)程監(jiān)控中心便能實(shí)時(shí)查看電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的運(yùn)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(huì)自動(dòng)發(fā)出警報(bào)，并及時(shí)通知相關(guān)人員采取應(yīng)對(duì)措施。這種智能監(jiān)控與遠(yuǎn)程管理模式極大地提高了儲(chǔ)能系統(tǒng)的安全性和響應(yīng)速度，為儲(chǔ)能系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)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(chǔ)能系統(tǒng)火災(zāi)探測(cè)裝置設(shè)計(jì) 。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(jì)，具有零功耗、高精度、抗干擾能力強(qiáng)、溫度適應(yīng)范圍寬、使用壽命長(zhǎng)等諸多優(yōu)點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)氣體泄漏的快速報(bào)警和氣體濃度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，完全滿足鋰電池?zé)崾Э貓?chǎng)景下的安全預(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(chǔ)能電站的安全運(yùn)行提供了堅(jiān)實(shí)保障。

江蘇費(fèi)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(cè)系統(tǒng)，通過多技術(shù)融合，實(shí)現(xiàn)了對(duì)熱失控氣體的高精度、實(shí)時(shí)、多參數(shù)檢測(cè) 。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(jìn)技術(shù)，可同時(shí)對(duì) O?、CO、CO?、H?、CH?等多種氣體濃度進(jìn)行精確檢測(cè)。針對(duì)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(cè)精度。此外，系統(tǒng)內(nèi)置多級(jí)校準(zhǔn)裝置，結(jié)合自主開發(fā)的 Labview 上位機(jī)軟件，能夠?qū)崟r(shí)修正環(huán)境溫濕度、壓力波動(dòng)對(duì)數(shù)據(jù)的影響，確保測(cè)量結(jié)果的穩(wěn)定性。通過 AI 算法對(duì)溫度、壓力、氣體濃度等參數(shù)進(jìn)行綜合建模，實(shí)現(xiàn)早期預(yù)警功能，當(dāng)檢測(cè)到 H?濃度驟升等異常情況時(shí)，可在 1 秒內(nèi)迅速觸發(fā)報(bào)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(yùn)行，同時(shí)配備獨(dú)立變頻風(fēng)機(jī)(排煙能力 4kg/s)和多重安全閥，確保氣體流動(dòng)均勻且無泄漏風(fēng)險(xiǎn)，為鋰電池安全檢測(cè)提供了全面、可靠的解決方案。

當(dāng)前，儲(chǔ)能行業(yè)正處于大規(guī)模應(yīng)用的初期階段，儲(chǔ)能電池性能指標(biāo)不夠明確、規(guī)劃設(shè)計(jì)相對(duì)簡(jiǎn)單、儲(chǔ)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(chǔ)能技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和檢測(cè)認(rèn)證體系迫在眉睫。相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)的相繼出臺(tái)，如《電化學(xué)儲(chǔ)能電站安全規(guī)程》(GB/T42288 - 2022) 明確規(guī)定，電化學(xué)儲(chǔ)能電站應(yīng)設(shè)置火災(zāi)自動(dòng)報(bào)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(dòng)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?xì)怏w探測(cè)器、溫感探測(cè)器、煙感探測(cè)器，電池室 / 艙外應(yīng)配置氣體濃度顯示和提示報(bào)警裝置 。這些標(biāo)準(zhǔn)的制定和實(shí)施，為規(guī)范儲(chǔ)能行業(yè)發(fā)展、提升儲(chǔ)能電站安全性和可靠性提供了重要依據(jù)，有力推動(dòng)了儲(chǔ)能行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程。

綜上所述，熱失控氣體傳感器在新能源儲(chǔ)能安全領(lǐng)域扮演著至關(guān)重要的角色 。通過對(duì)鋰離子電池異常情況下產(chǎn)生的多種氣體成分進(jìn)行精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)儲(chǔ)能電池?zé)崾Э氐脑缙陬A(yù)警和超前探測(cè)預(yù)警，切實(shí)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(biāo)準(zhǔn)的持續(xù)完善和嚴(yán)格執(zhí)行，新能源儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)的安全性和可靠性將得到進(jìn)一步顯著提升，為全球能源轉(zhuǎn)型和可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)注入強(qiáng)大動(dòng)力。