新能源汽車電池和儲能安全監(jiān)測應(yīng)用解決方案

近年來，在“雙碳”背景下，我國新能源汽車及儲能產(chǎn)業(yè)均呈現(xiàn)高速增長態(tài)勢。從全球來看，到2025年，預(yù)計動力電池出貨量將正式邁入“TWh”時代，儲能電池出貨量將達(dá)到460GWh。清潔能源的蓬勃發(fā)展，將帶動鋰電池需求的持續(xù)增長。電池使用安全的監(jiān)控也刻不容緩。

一、儲能系統(tǒng)組成示意圖：

系統(tǒng)構(gòu)成包括：電芯單元—電池模組—電池簇/電池機(jī)柜—集裝箱

柜式鋰電池儲能系統(tǒng)也被稱為鋰電池儲能柜，通常以磷酸鐵鋰電池為能量載體，電量大于6200Wh，通過PCS（儲能變流器）進(jìn)行充放電，僅作為外部儲電和供電使用。常規(guī)產(chǎn)品外觀為箱型柜體，箱體外殼采用堅固的金屬材料，體積一般超過3m3、重量超過400kg。箱內(nèi)主要由多個鋰電池組/模組、1個主控箱和1個溫控系統(tǒng)，1個消防系統(tǒng)組成。

二、新能源汽車介紹

所謂新能源汽車，是相對于傳統(tǒng)以化石燃料為動力的汽車而言，是采用非常規(guī)的車用燃料作為動力來源的汽車，目前主要以鋰離子電池和氫燃料電池為主，其中鋰離子電池的占比更大。

不過由于鋰離子天然的特性，使得鋰電池在某些情況下會出現(xiàn)熱失控，氫燃料電池也會出現(xiàn)氫氣泄漏的風(fēng)險。所以這類新能源汽車確實會存在一定的安全隱患。及時發(fā)現(xiàn)隱患，并通過預(yù)警系統(tǒng)提醒駕駛員，則顯得尤為關(guān)鍵。

三、電池安全問題

無論是儲能系統(tǒng)和新能源汽車，電池使用安全的問題越來越引起大家的重視。

電池出現(xiàn)安全問題的誘發(fā)因素很多

1電池本體：制造瑕疵、電池老化

2運行環(huán)境：高溫低溫、水分粉塵

3外部誘因：外部短路、熱沖擊、電沖擊，碰撞

4電池濫用：過充、過放、過流、內(nèi)部短路

事故的演化

1電解質(zhì)分解、

2產(chǎn)生有毒氣體，可燃?xì)怏w

3電池鼓脹、殼體破裂

4引發(fā)爆燃，火災(zāi)

四、傳感器介紹

工采傳感代理的多款傳感器非常適合應(yīng)用于新能源電池儲能系統(tǒng)的安全防控檢測模組中，并針對動力電池?zé)崾Э剡M(jìn)行監(jiān)控。

電池?zé)崾Э厥侵鸽姵爻掷m(xù)放熱的連鎖反應(yīng)，導(dǎo)致電池組溫度急劇上升，進(jìn)而引發(fā)電池燃燒事故的過程。熱失控有三個過程，誘發(fā)、發(fā)生到蔓延，其中引發(fā)熱失控的主要原因是過熱、過充、內(nèi)短路、碰撞等因素。

在鋰離電池?zé)崾Э卦缙?，由于電池溫度、放電電壓、放電電流等特征識別參數(shù)的變化非常緩慢，通過現(xiàn)代 BMS 無法及早地監(jiān)測到電池故障，而此時電池內(nèi)部電化學(xué)反應(yīng)會產(chǎn)生大量的氣體物質(zhì)，因此，利用氣體檢測傳感器來實現(xiàn)鋰離子電池?zé)崾Э卦缙陬A(yù)警是最有效的辦法。

從餅圖中可看出，電池在熱失控過程中產(chǎn)生這些主要氣體的組分構(gòu)成非常類似，如圖所示 氣體成分主要為二氧化碳(CO2)、氫氣(H2)、一氧化碳(CO)，其余小部分氣體主要為小分子烴類物質(zhì)(CH4、C2H4等)。

工采傳感器推薦的監(jiān)測模塊通過一氧化碳對新能源汽車鋰電池的狀態(tài)進(jìn)行實時監(jiān)測。當(dāng)電池處于熱失控狀態(tài)時，電解液泄露揮發(fā)出的氣體，電池組短路產(chǎn)生的氣體以及電線過熱產(chǎn)生的焦糊味，這些異常情況就會被傳感器捕捉到，同時傳感器會根據(jù)動力電池?zé)崾Э啬Ｐ拖蝰{駛員發(fā)出熱失控預(yù)警，并結(jié)合預(yù)設(shè)的火災(zāi)抑制裝置對鋰電池進(jìn)行及時處置。

紐扣式一氧化碳傳感器TGS5141，該傳感器具有靈敏度高、可靠性好、壽命長等優(yōu)點，非常適用于電池?zé)崾Э貦z測。

TGS5141-P00

TGS5141一氧化碳傳感器CO傳感器是費加羅研發(fā)的可電池驅(qū)動的電化學(xué)式傳感器，使用一個特殊的電極取代了儲水器，由于去除了TGS5042中使用的儲水器，TGS5141與TGS5042相比，其外形尺寸縮減到只有后者的10％大小。非常適用于高集成電子產(chǎn)品，對CO的靈敏度高、將CO濃度線性輸出，設(shè)計方便，自帶出廠預(yù)標(biāo)定靈敏度系數(shù)，方便用戶使用與性能追溯，壽命長達(dá)10年以上。

而對于氫燃料電池，工采傳感器推薦一款專門針對燃料電池泄漏H2檢測的可燃?xì)怏w傳感器TGS6814和TGS2615-E00：

TGS2615-E00是半導(dǎo)體原理傳感器，響應(yīng)快速、功耗低、體積小，TGS2615-E00 為了消除酒精等大分子干擾氣體的影響而設(shè)置了過濾層，顯示出對氫氣極高選擇性的靈敏度特性。一般不帶過濾的傳感器都會受到干擾從而誤報，因此TGS2615-E00非常適用于氫氣泄漏監(jiān)測。

TGS6814

同時推薦甲烷傳感器CH4傳感器TGS6814，TGS6814是催化燃燒式的氣體傳感器,可以檢測100%LEL水平爆炸下限的甲烷氣體，亦可以檢測H2，此傳感器不但具有優(yōu)異的耐久性與快速響應(yīng)能力，與此同時,線性輸出與輸出的高度穩(wěn)定性也是其主要特征。也可以用于檢測氫氣泄漏。

審核編輯黃宇