BMS+H2 创新性锂电池安全预警系统:降维PACK消防 保驾储能安全

2023年7月1日正式实施的GB/T 42288-2022《电化学储能电站安全规程》(以下简称新国标),出于安全性的考虑,新国标将储能消防的要求下沉至了Pack级。“锂离子电池室/舱自动灭火系统的最小保护单元宜为电池模块,每个电池模块可单独配置灭火介质喷头或探火管”。这条规定将储能消防的最小保护层级明确到PACK级。这意味着采用以电池模块为单位的“PACK级探测+灭火”的配置方案或将成为储能消防的发展趋势。

BMS+H2 创新性锂电池安全预警系统:降维PACK消防 保驾储能安全
图1、GB/T 42288-2022《电化学储能电站安全规程》

 

来自同济大学团队依托多年的积累研发出锂电池热失控氢检测传感器,并将其于自研BMS进行结合,研发出了针对PACK级别的锂电池热失控安全预警与控制方案。

通过检测锂电池在热失控前释放的氢气进行储能安全预警的技术已经成熟应用。其原理是,通过H2气体的捕捉过程检测电池中的锂枝晶生长情况,其中H2的产生通过金属锂和聚合物粘结剂之间的反应生成,当H2被发现后,如果停止充电,能够及时阻止锂枝晶继续生长,阻止发烟和燃烧。

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图2、电池析氢原理

 

目前国内大型储能多将氢气传感器安装于集装箱顶部进行监控。这种安装方式无法第一时间准确捕捉电池热失控前释放的少量氢气,更无法准确定位到释放氢气的电池位置。

以下是传统预制舱储能电站火灾探测及消防设计示例:

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图3、传统预制舱储能电站火灾探测及消防设计

上海磁骋交通科技有限公司科技创新性的将BMS与自研氢气传感器进行结合,并直接将氢气传感器安装于电池包内,该方案创造性的解决了锂电池热失控管理的难点,通过电池管理系统的策略设置做到针对PACK级电池热失控的“事前预警”、”系统联动控制”,有效增加储能系统的安全性,确保储能系统的安全运行。

示例:如下图4、5所示,对满容量75Ah的电池以0.2C的充电倍率进行充电并持续用90W的加热丝进行加热40分钟后,电池逐渐鼓包,电池电压超过充电截至电压,之后过充30分钟之内电池鼓包现象持续明显。此时检测到有少量氢气(50ppm-100ppm)析出。在安全阀打开5s内会检测到超高浓度(2000-4000ppm)的氢气析出,后续电压骤降,超出半导体探头的量程。通过反复测试得出如下结论:在锂电池过充中,探头可在锂电池安全阀打开前八分钟左右可以监测到少量氢气析出,BMS可以做到对电池PACK热失效提前预防。

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图4、集成氢传感器检测的BMS示意图
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图5、集成氢传感器检测的BMS对电池PACK热失效测试数据曲线

 

上海磁骋交通科技有限公司集成氢检测预警系统的BMS系统具备以下功能特点:

  • 优化策略:完全自研系统,可根据客户选用电芯特点与要求实现控制策略的定制化设置,极大提升客户使用效果;
  • 提前预防:可以第一时间探测到锂电池热失控的前兆,真正实现热失控的预防,防止演化为火灾;
  • 精准定位:基于PACK包的传感器配置既可以极大提升检测精确程度,又可以快速定位问题电池位置;
  • 提前隔离:BMS可以与PCS、EMS集成控制,可以第一时间隔离故障PACK。
  • 精准管控:氢气检测与BMS融为一体,既可以实现对电池的精准管理,又可以实现针对电池热失控本地就近处置与信息上报;
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    图6、系统监控

    当前上海磁骋交通科技已经与国内多家一线储能系统集成企业就该系统进行了技术交流对接,下一步将逐步在全行业进行推广使用,助力中国储能行业安全发展!

     

    上海磁骋交通科技有限公司

    上海市嘉定区杭桂路1211弄同济大学科创园82号401

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