大容量集装箱锂离子电池储能系统已成为未来的发展趋势-CarMeta

全球能源形势日益紧张，新能源产业的发展已成为必然趋势。储能作为新能源领域的一个新兴产业，在部分地区建立了储能电站，在提高配电网接收分布式电源、稳定电网末端节点电压水平、电网故障或维护备用电源等方面发挥了重要作用。同时，储能电站在智能电网建设的变电环节中也具有很大的经济价值，其安全性和稳定性对整个系统具有重要的经济意义。

随着我国碳达峰和碳中和目标的提出，新能源在一次能源消费中的比重不断提高，化石能源逐渐被取代。习近平总书记在中央财经委员会第九次会议上强调，要实施可再生能源替代行动，深化电力体制改革，构建以新能源为主体的新型电力体系。随着新能源成为主要能源，电网的稳定运行将面临更大的挑战。储能是实现可再生能源消耗、保证电网安全稳定运行的有效手段。它已广泛应用于电源侧、电网侧和用户侧。

集装箱锂离子电池储能系统作为一种新型储能设备，具有功率密度高、能量密度高、使用寿命长、可靠性高、环境适应性强等优点，在电源侧、电网侧和用户侧具有广阔的应用前景。近年来，江苏、河南、湖南、青海、福建等地的100兆瓦锂离子电池储能电站相继建成投产，在抑制新能源电力波动、提高清洁能源配送能力、电网峰值调整、频率调整、电力辅助服务等领域发挥了重要作用。大容量集装箱锂离子电池储能系统已成为未来的发展趋势。

集装箱锂离子电池储能系统以标准集装箱为载体，集成锂离子电池、电池管理系统、监控系统、空调系统、消防系统、配电系统，实现高集成、大容量、可移动的储能装置。然而，锂离子电池的电解质溶剂具有闪点低、化学活性高、易燃烧的特点。即使在集装箱设计中考虑了保护措施，也很难避免锂电池过充、过放电、短路和机械损坏造成的储能电池内部热失控，导致爆炸、燃烧等连锁反应。当一组锂电池失控时，会对周围电池产生强烈的热冲击，导致热失控扩散，产生大量烷烃可燃气体，可能发生严重的火灾甚至爆炸事故。近年来，电化学储能电站安全事故时有发生，国内外储能电站火灾事故30余起，造成财产损失和人员伤亡。锂离子电池储能系统的安全已成为制约行业快速发展的重要因素，越来越受到社会各界的关注。

近年来，我国部分研究机构开展了储能电池火灾防护技术研究、电化学储能电池热失控试验技术研究等基础研究。然而，现有的研究主要针对锂离子电池储能柜、电池簇和储能系统的单个电池和电池模块水平，相关的安全测试方法和标准和规范尚未建立和完善。此外，集装箱锂离子电池储能系统电池簇单体数量多，电池簇并联数量大。一旦单体锂离子电池发生热失控火灾，燃烧温度高，燃烧速度快，灭火难度大。锂离子电池在不同化学系统中燃烧差异较大，产生大量有毒有害烟气，在燃烧过程中可能有爆炸的危险。火灾发生时，整个储能系统发生火灾或爆炸，给消防救援工作带来巨大挑战。

集装箱锂离子电池储能系统火灾早期检测和安全预警

在电池火灾的早期阶段，采取有效、准确的检测和预警，采取相应的消防措施，防止火灾的进一步蔓延。在打开安全阀之前，应尽快进行电池故障诊断和预警。当电池安全阀打开时，会产生大量的气体和烟雾，如CO的体积分数可以从2.4开始×10-6迅速增加至190×10-6。

此外，CO2等释放气体、CH4、挥发性有机化合物（VOC）等，安全阀打开显著增加，因此，可通过相关气体传感器、烟雾传感器、火灾探测器、温度传感器等，根据电站电池的热失控特性，设置相应的预警阈值，耦合各种特征参数，当不同传感器参数达到设定阈值时，发出报警，实现锂离子电池火灾的早期检测和预警，并根据报警采取相应的控制措施，防止锂离子电池火灾的进一步扩大。

此外，应根据测量范围和灵敏度选择适当的传感器和探测器，并设置冗余系统，以确保电站火灾早期检测和预警装置的准确响应。

我们可以从动力锂电池热失控时产生的大量气体入手，锂离子电池当热量失控时，电池中会释放出大量的一氧化碳。一氧化碳不仅是易燃易爆气体，还与人体血红蛋白结合，使其失去与氧气结合的能力，导致缺氧甚至窒息。因此，我们可以通过检测一氧化碳的浓度来判断电池的热失控。在这里，我们推荐一款纽扣式一氧化碳传感器TGS5141：

TGS5141一氧化碳传感器CO传感器是费加罗开发的由电池驱动的电化学传感器，用特殊电极代替储水器。与TGS5042相比，TGS5141的形状尺寸缩小到只有后者的10％大小。非常适合高集成电子产品，对CO灵敏度高，线性输出CO浓度，设计方便，具有自己的出厂预标灵敏度系数，方便用户使用和性能可追溯性，使用寿命超过10年。

毕竟，这与我们的生命安全有关。对精度仍有要求。如果测量不准确，我们怎么能给出正确的警告呢？TGS5141输出电流与一氧化碳浓度在0之间～1.000ppm范围内显示± 5％内偏差较高的直线性。不同浓度CO对应的输出电流可参考下图。