電池儲能不安全？溫度、電流、電壓傳感器能否化解安全問題

電子發燒友網報道（文/李誠）在各國大力推進“碳中和”的背景下，電池儲能是一種實現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。自儲能產業的發展被提上日程以來，儲能電池市場呈現了指數型增長的態勢，甚至電池儲能市場出現了供不應求的局面，隨著電池儲能系統裝機量的增加，寧德時代、中航鋰電、比亞迪等電池企業也在儲能應用板塊持續加碼，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

電池儲能的快速發展對于構建新型綠色能源，實現“碳中和”目標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發展的一大因素，據不完全統計，2021年全球范圍內儲能火災事故將近30余起，電池儲能安全形勢十分嚴峻，在造成巨大經濟損失的同時，還帶來了血和淚的教訓。

2021年4月16日，位于北京豐臺區的國軒福威斯光儲充供電有限公司變電室突發大火，北樓發生爆炸。據北京消防警情報告，此次因儲能電站南樓的電池儲能柜突發大火，火災牽連至北樓引發爆炸，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。事故后經現場調查與仿真事故發生過程等多方論證后，得出此事爆炸事故是由電池熱失控引起的。

今年年初，1月12日和17日，韓國接連發生了兩起儲能電站火災事故。在蔚山南區SK能源公司發生火災后的第5天，位于慶尚北道軍威郡牛寶郡新谷里的太陽能發電廠突發大火。經鑒定，這起火災的最初起火點為廠房內的電池儲能設備，同樣這起火災也是因為儲能電池內部熱失控引起的。

現如今落地的儲能項目越來越多，項目的規模也越來越大，電池儲能的安全性能與可靠性正面臨著諸多的質疑與考驗，儲能安全究竟該如何化解？

電池儲能安全該如何化解？

在電池儲能系統中，實現降低火災風險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，并對處于異常狀態的電池進行管理，這也是常被我們稱之為BMS的電池管理系統。

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感知的元件。在電池儲能應用中，溫度傳感器主要是負責對電池溫度變化的感知，當電池溫度達到一定閾值時BMS會自動終止電池的充放電操作；電流傳感器主要負責對電池電流的變化進行感知，BMS能夠對電流的變化判斷出電池儲能系統是否有短路的發生；電壓傳感器主要負責對電池電壓變化進行監控，方便BMS判斷電池當前的電量情況，避免過充的情況發生。著三種傳感器的加入最終目都是為了實現電池的熱管理，從源頭上避免電池熱失控的問題出現，提高電池儲能系統的安全性與可靠性。

TDK動力電池溫度傳感器

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

TDK推出的這款傳感器能夠滿足在－40℃到150℃兩種極端環境下的應用，同時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耐受溫度提高到了200℃。同時該傳感器還通過了有關汽車儲能的化學與機械沖擊測試，使用壽命達到了LV 124的標準，電阻也達到LV 123 H3等級，相當于2.5 kV DC。卓越的電氣特性進一步降低了傳感器在汽車生命周期內的損壞率，實現汽車動力電池長期穩定的溫度監測。

在傳感器的連接部分，TDK采用了外置雙絞線的設計，減少PCB上的電路鋪設，提高EMC性能。在傳感器的固定部分采用了化學性質活躍度較低的銅合金圓環設計，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、溫度監控傳感器

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

在電流監測方面，TI為該芯片專門設計了20位的Δ-ΣADC用以提升信號采樣的速率，為進一步優化在測量時產生的噪聲，ADC的轉換時間可根據實際應用，在50μs到4.12ms內進行選擇，采樣平均值在1X至1024X之間。同時，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。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。

為盡可能地降低環境因素造成測量結果的誤差，在芯片的研發階段，TI為其加入了低溫漂和增益漂移設計。得益于極低的失調電壓和噪聲，使得該芯片能夠在mA至kA的寬電流應用中使用，并且芯片不會因為較寬的電流測量范圍而產生額外的電能損耗。同時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，能夠實現精度更高的電流變化測量，測量精度可達到微安級。

結語

在“碳中和”與“碳達峰”的政策背景，以及高比例的可再生能源的消納壓力之下，新能源在電力系統中的地位不斷提升，電池儲能的發展也被提上了日程。儲能電站火災頻發致使各界對儲能安全的關注提升到了一個新的高度，在儲能應能中為避免電池熱失控，溫度、電流、電壓傳感器的使用必不可少。