電池儲能不安全？溫度、電流、電壓傳感器能否化解安全問題

電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/李誠）在各國大力推進(jìn)“碳中和”的背景下，電池儲能是一種實(shí)現(xiàn)綠低碳最為行之有效的辦法，電池儲能市場也迎來了新的拐點(diǎn)。自儲能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展被提上日程以來，儲能電池市場呈現(xiàn)了指數(shù)型增長的態(tài)勢，甚至電池儲能市場出現(xiàn)了供不應(yīng)求的局面，隨著電池儲能系統(tǒng)裝機(jī)量的增加，寧德時(shí)代、中航鋰電、比亞迪等電池企業(yè)也在儲能應(yīng)用板塊持續(xù)加碼，迎接萬億市場的到來。

電池儲能快速增長，安全問題不容忽視

電池儲能的快速發(fā)展對于構(gòu)建新型綠色能源，實(shí)現(xiàn)“碳中和”目標(biāo)有著積極的推動意義。但是安全問題似乎又成為了限制電池儲能行業(yè)發(fā)展的一大因素，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2021年全球范圍內(nèi)儲能火災(zāi)事故將近30余起，電池儲能安全形勢十分嚴(yán)峻，在造成巨大經(jīng)濟(jì)損失的同時(shí)，還帶來了血和淚的教訓(xùn)。

2021年4月16日，位于北京豐臺區(qū)的國軒福威斯光儲充供電有限公司變電室突發(fā)大火，北樓發(fā)生爆炸。據(jù)北京消防警情報(bào)告，此次因儲能電站南樓的電池儲能柜突發(fā)大火，火災(zāi)牽連至北樓引發(fā)爆炸，該爆炸事故造成了兩名消防員犧牲，一位值班員工遇難以及一位消防員受傷的慘劇。事故后經(jīng)現(xiàn)場調(diào)查與仿真事故發(fā)生過程等多方論證后，得出此事爆炸事故是由電池?zé)崾Э匾鸬摹?br />
今年年初，1月12日和17日，韓國接連發(fā)生了兩起儲能電站火災(zāi)事故。在蔚山南區(qū)SK能源公司發(fā)生火災(zāi)后的第5天，位于慶尚北道軍威郡牛寶郡新谷里的太陽能發(fā)電廠突發(fā)大火。經(jīng)鑒定，這起火災(zāi)的最初起火點(diǎn)為廠房內(nèi)的電池儲能設(shè)備，同樣這起火災(zāi)也是因?yàn)閮δ茈姵貎?nèi)部熱失控引起的。

現(xiàn)如今落地的儲能項(xiàng)目越來越多，項(xiàng)目的規(guī)模也越來越大，電池儲能的安全性能與可靠性正面臨著諸多的質(zhì)疑與考驗(yàn)，儲能安全究竟該如何化解？

電池儲能安全該如何化解？

在電池儲能系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)降低火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)最為行之有效的辦法就是在電池組的電路中加入對電池溫度、電流、電壓的感知系統(tǒng)，并對處于異常狀態(tài)的電池進(jìn)行管理，這也是常被我們稱之為BMS的電池管理系統(tǒng)。

BMS集成了溫度傳感器、電流傳感器與電壓傳感器等對電池狀態(tài)感知的元件。在電池儲能應(yīng)用中，溫度傳感器主要是負(fù)責(zé)對電池溫度變化的感知，當(dāng)電池溫度達(dá)到一定閾值時(shí)BMS會自動終止電池的充放電操作；電流傳感器主要負(fù)責(zé)對電池電流的變化進(jìn)行感知，BMS能夠?qū)﹄娏鞯淖兓袛喑鲭姵貎δ芟到y(tǒng)是否有短路的發(fā)生；電壓傳感器主要負(fù)責(zé)對電池電壓變化進(jìn)行監(jiān)控，方便BMS判斷電池當(dāng)前的電量情況，避免過充的情況發(fā)生。著三種傳感器的加入最終目都是為了實(shí)現(xiàn)電池的熱管理，從源頭上避免電池?zé)崾Э氐膯栴}出現(xiàn)，提高電池儲能系統(tǒng)的安全性與可靠性。

TDK動力電池溫度傳感器

此前，TDK為避免汽車動力電池出現(xiàn)熱失控的問題，推出了一款滿足車規(guī)級動力電池應(yīng)用的溫度傳感器B58703M1103A。

TDK推出的這款傳感器能夠滿足在－40℃到150℃兩種極端環(huán)境下的應(yīng)用，同時(shí)為增加傳感器的可靠性和使用壽命，TDK還將此款溫度傳感器的短時(shí)耐受溫度提高到了200℃。同時(shí)該傳感器還通過了有關(guān)汽車儲能的化學(xué)與機(jī)械沖擊測試，使用壽命達(dá)到了LV 124的標(biāo)準(zhǔn)，電阻也達(dá)到LV 123 H3等級，相當(dāng)于2.5 kV DC。卓越的電氣特性進(jìn)一步降低了傳感器在汽車生命周期內(nèi)的損壞率，實(shí)現(xiàn)汽車動力電池長期穩(wěn)定的溫度監(jiān)測。

在傳感器的連接部分，TDK采用了外置雙絞線的設(shè)計(jì)，減少PCB上的電路鋪設(shè)，提高EMC性能。在傳感器的固定部分采用了化學(xué)性質(zhì)活躍度較低的銅合金圓環(huán)設(shè)計(jì)，簡化了傳感器的安裝難易程度，提高了元器件熱耦合性和防止腐蝕的能力。

TI電流、電壓、溫度監(jiān)控傳感器

在電流、電壓監(jiān)測方面，TI也推出了一款具有高精度的數(shù)字型功率監(jiān)控器INA229-Q1 。該芯片集成了電流、電壓、溫度測量等多種功能。

在電流監(jiān)測方面，TI為該芯片專門設(shè)計(jì)了20位的Δ-ΣADC用以提升信號采樣的速率，為進(jìn)一步優(yōu)化在測量時(shí)產(chǎn)生的噪聲，ADC的轉(zhuǎn)換時(shí)間可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用，在50μs到4.12ms內(nèi)進(jìn)行選擇，采樣平均值在1X至1024X之間。同時(shí)，該芯片還支持范圍為－0.3V至+85V的電阻式分流器感測元件測量±163.84mV或±40.96mV的滿量程差分輸入，采樣精度在±0.5%以內(nèi)。在溫度測量方面，片上集成了一個用于裸片溫度測量的溫度傳感器，測量誤差值在±1℃之間。

為盡可能地降低環(huán)境因素造成測量結(jié)果的誤差，在芯片的研發(fā)階段，TI為其加入了低溫漂和增益漂移設(shè)計(jì)。得益于極低的失調(diào)電壓和噪聲，使得該芯片能夠在mA至kA的寬電流應(yīng)用中使用，并且芯片不會因?yàn)檩^寬的電流測量范圍而產(chǎn)生額外的電能損耗。同時(shí)基于該芯片較低的輸入電流偏置特性，搭配較大的電流檢測電阻器，能夠?qū)崿F(xiàn)精度更高的電流變化測量，測量精度可達(dá)到微安級。

結(jié)語

在“碳中和”與“碳達(dá)峰”的政策背景，以及高比例的可再生能源的消納壓力之下，新能源在電力系統(tǒng)中的地位不斷提升，電池儲能的發(fā)展也被提上了日程。儲能電站火災(zāi)頻發(fā)致使各界對儲能安全的關(guān)注提升到了一個新的高度，在儲能應(yīng)能中為避免電池?zé)崾Э?，溫度、電流、電壓傳感器的使用必不可少?br />