VEWFD超早期火灾预警系统

　　锂离子电池以其能量密度高与周期寿命长的优点，在工业、电网储能和日常生活中得到了广泛的应用。然而，不同滥用工况导致的锂离子电池热失控仍对储能安全造成挑战。从诱发电池热失控的宏观条件出发，造成锂离子电池热失控的主要诱因分为：机械滥用，包括针刺、挤压导致的电池变形；热滥用，外部过热环境诱发电芯内部隔膜溶解；电滥用，包括过充电、过放电等滥用条件诱导电池内部产生枝晶体，刺穿隔膜。这些诱因都会导致电池内短路产热继而发生热失控。

　　电池内部的固体电解质界面(solid electrolyte interphase, SEI)熔化后，负极与电解质发生反应，导致正极和电解质同时分解，进而使电池发生内短路。整个过程使电池内部产生热量，加速热失控过程，使热失控速度加快。大量实验和实例表明，锂离子电池的热失控过程反应剧烈、发生迅速。从电芯SEI膜的熔解到热失控过程结束，当能量密度越高、热故障越剧烈时，温升速率可达10 ℃/s，温度变化约400 ℃。当能量密度较低、热故障较轻微时，温升速率可达到1 ℃/s，温度变化约为200 ℃。

　　由于锂离子电池突出的能量特性，锂离子电池热失控过程会发生剧烈的产热反应，此外电池内部发生的副反应会产生大量可燃气体，这些气体与空气中的氧气结合，在高温状态下点燃，从而发生爆炸和火灾。由于储能系统应用的锂离子电池具有规模集群特点，单体电池热失控发生后会进一步在整个电池箱乃至整个储能系统中迅速蔓延，形成链式燃烧和爆炸反应。为了更好地防止锂离子电池热失控，广泛采集和利用锂离子电池热失控过程中的特征信号并采取相应的预警方法，对储能安全的发展极为重要。

　　锂离子电池热失控反应过程快速剧烈，并且具有一定的蔓延特性。传统预警方法以温度传感器、烟雾传感器为核心，由于精度、处理速度和热失控本身变化规律的限制，使其无法在锂离子电池发生热失控的早期得到高效准确的检测结果，导致以温度及烟雾特征检测为目标的预警方法只能在热失控过程的中后期进行有效响应。为了实现锂离子电池热失控检测的时效性和准确性，沃特华一直致力于锂离子电池热失控早期的特征变化的研究。

　　除了热失控后期产生的烟雾以外，锂离子电池热失控常常伴随着H2、CO和其他在电解质中产生的挥发性有机物。分析热失控早期产气构成并采用对应的传感器进行预警也是目前主流的热失控早期检测手段。

　　由于电池材料和状态经常存在差异，Golubkov等以不同正极材料的圆柱锂离子电池为对象，在热滥用工况下进行实验研究电池产气喷发行为，发现锂电池失效过程中存在两次喷阀现象；并对产气成分展开气相色谱定量检测，结果表明NCM和LFP电池失效产气的主要成分为CO2和H2。

　　特征气体与烟雾

　　电池在热失控过程中产生CO、H2、HF、各种烃类等，这些特征气体的出现，会导致周围环境中该气体的浓度迅速增高，采用对应的传感器对这些气体以及烟雾进行监测也是目前一种很重要的监测手段。

　　我们通过对不同正极材料的锂离子电池的热失控特性进行研究，发现正极材料分别为三元材料、锰酸锂材料以及磷酸铁锂材料的电池，出现着火时表面测得的温度分别仅为56.3 ℃、75.2 ℃以及120.4 ℃，而电池热失控早期都会产生冒烟的现象，所产生的小分子特征气体浓度会由0骤增至几百甚至几千毫克每立方米。因而相较于温度参数，电池热失控生成的特征气体更适合做预警的判断依据。

　　沃特华提供热失控传感器、电流传感器、气体探测器、烟温感、系统主机在内的一体化解决方案。

　　电气火灾是储能电站需要警惕的隐患。在电流传输过程中，短路、过载等情况都有可能形成局部高温，导致电气设备中的可燃物不慎点燃。基于此，沃特华电流传感器可设置在标准储能柜中，对高压主回路的电流信息进行实时监控，尽早发现并解决电路故障，使安全隐患“无处可藏”。

　　沃特华也开发了基于可靠电化学及催化气体传感的气体探测器及系统，可联动消防系统对热失控反应产生的可燃气体进行探测。

　　针对储能消防，沃特华复合型VEWFD超早期烟雾预警系统是由全球研发团队通过对锂电池热失控进行深入研究后开发的。该系统中的特殊传感器可用于检测电解液中的早期挥发气体，使其能在热失控发生的6分钟前发出预警。这一技术的引入极大地降低了潜在风险，提高了储能系统的安全性。

　　电池舱火灾特点及形势

　　储能电池舱内锂离子电池若处于过热、过充、短路等情况发生时，电池内部会因热量积聚而发生热失控，从而引起火灾甚至发生爆炸事故。通常单个电池模组发生，若得不到有效控制，则极易引发火灾，继而在电池模块间、电池柜间甚至是整个储能电池舱之间传播蔓延，且锂离子电池在自燃同时会释放氧气，从而出现复燃现象，造成大规模的火灾甚至爆炸。

　　在火灾探测方面，沃特华采用了全新一代复合型VEWFD超早期烟雾预警系统，为汽车新能源锂电池制造、生产、存储及储能电站等场所提供超早期火灾预警；沃特华复合型VEWFD超早期烟雾预警系统采用双光源多气体传感器复合型探测技术及基于WTH EFD SYSTEM 2.0强大后台管理系统；VEWFD超早期烟雾预警系统集成：湿度传感器、温感传感器、CO、H2、有毒有害气体传感技术，实现对锂电池及储能仓内部温度和等关键指标的实时监测。现场VEWFD超早期烟雾预警探测器通过4G、WiFi或485通讯方式连接至监控中心，确保信息的实时传输和处理。通过综合算法进行判断，实现对整个电池热失控火灾风险的全面监控。

　　热失控初期：可以根据电量和温度变化初步判断电池开始出现热失控迹象。

　　热失控早期：该阶段电池电极温度明显变化，而且已经有热解气体释放。合理设置电池表面温度探测器和气体探测器均能有效探测电池热失控特征，及时采取处置措施。该阶段是VEWFD超早期烟雾预警探测器对锂电池热失控进行热失控探测预警的阶段。

　　热失控中期：电池表面温度明显升高，泄压阀打开，同时热解出含有大量可燃性气体的气溶胶。在这一阶段VEWFD超早期烟雾预警探测器是对温度进行探测还是对热解气体探测。

　　热失控后期：即进入了完全的失控状态，一旦进入该阶段，大量的浓烟产生，部分电池也会产生火焰、轰燃。应该说灾害已经发生，需要考虑的就只剩下如何防止灾害扩大了。

　　VEWFD超早期烟雾预警系统在时间发现隐患。即在锂离子电池热失控初期或早期阶段完成隐患预警探测。

　　根据锂离子电池热失控各阶段可探测特征，对电极温度或电池热解出的微量气体进行探测，并设置合适的报警设定值，均可在电池热失控早期发现锂离子电池热失控隐患，VEWFD超早期烟雾预警系统需要采集所有电池的电极温度，因此需要合适的温度传感器。对热解出的微量气体探测，则需要灵敏度较高且可靠性高的气体传感器，同时对气体探测器的设置也有较高要求。

　　VEWFD超早期烟雾预警系统对锂离子电池表面温度进行探测，并设置合适的报警条件，可以在热失控早期偏后阶段完成对锂离子电池热失控隐患探测，并在发出报警信号后为应急处置提供足够的应急处置时间。比对热失控中期气体探测报警时间提前很多，适用于对所有类型的锂离子电池热失控隐患预警探测。

　　随着温度和压力升高，电池在其泄压阀打开后直接进入了热失控中期阶段，此时大量的气体伴随着热气流经泄压口涌出。VEWFD超早期烟雾预警系统采用气体探测器对热解出来的各类气体进行探测，并设置合适的报警设定值实现对锂离子电池热失控火灾预警探测。

　　VEWFD超早期烟雾预警系统确定了合适的火灾隐患报警设定值，且某些原理和规格的锂离子电池热失控发展相对较缓、热失控中期持续时间较长，同时部分类型的锂离子电池在报警联动断电后具有延缓或终止热失控进程特性，也能保证火灾自动报警系统发出火灾隐患预警信号后，应急处置人员有充足的时间排除隐患。

　　由于不同原理的锂离子电池的热失控特性和相同原理、不同规格的锂离子电池的热失控特性差异都非常大，甚至相同原理、相同规格而不同生产企业的锂离子电池的热失控特性也有很大差别，同时由于电池组制冷方式不同也导致锂离子电池热失控释放出的热解粒子分布差异很大，所以真正做好消防系统对储能系统安全运行保障防护前，必须先获取该储能系统选用的锂离子电池特性和电池组安装方式特性。

　　VEWFD超早期烟雾预警系统具有以下显著特点：

　　首先，它具备高灵敏度，主动式探测。储能消防锂电池火灾探测器能够准确感知环境温度的变化和热解粒子挥发物异常，有效避免漏报和误报现象，确保火灾隐患得到及时发现。

　　其次，它具备智能化功能。探测器内置了强大的数据处理和分析系统，能够对监测数据进行实时分析，预测火灾风险，为消防部门提供有针对性的预防措施。

　　此外，VEWFD超早期烟雾预警系统还具备RS485和开关量通讯功能。它可以与其他消防设备实现无缝连接，形成一个完整的火灾报警系统。当发生火灾时，探测器可以迅速将火警信息传递给消防中心和相关部门，实现快速响应和高效救援。

　　在锂电池制造工厂，复杂的电气设计对安全提出了更高要求。传统的点式烟雾探测器响应速度较慢，难以满足电池工厂的快速响应需求。 VEWFD超早期烟雾预警系统凭借其技术优势，在实现早期预警的同时将干扰警报降低，为锂电池制造工厂带来可靠保护：

　　灵活的空气采样分析：VEWFD超早期烟雾预警系统通过空气采样管网不断从保护区域抽出空气，并通过高效吸气泵主动吸入探测器，准确分析稀薄的烟雾，为干预赢得时间，更大程度消除了疏散需求。

　　定点寻址功能：VEWFD超早期烟雾预警系统定点寻址功能特性，意味着它甚至能在数据柜内部提供高效探测。

　　设计灵活性：探测管上的采样孔意味着它的部署可满足复杂的设计要求，同时 VEWFD超早期烟雾预警系统有多种探测器可供选择，可在各种应用中大显身手。

　　减少维护成本：VEWFD超早期烟雾预警系统具备集中式测试和维护的能力，维修和测试可在探测单元处进行。还提供对受限区域的可见性和远程访问，无需接触或提升沉重的设备。

　　VEWFD超早期烟雾预警系统，凭借其专科技和低成本优势保护人员与资产安全、维持业务运营不间断、减轻停工造成的经济损失和品牌影响，为锂电池制造工厂筑起坚固的火灾防线，有力推动电化学储能行业的稳健前行。