4.1 早期安全预警的概念

目前储能系统的安全预警均以电池管理系统某些特征参数的阈值判断来识别电池是否有热失控风险，其对安全管理的定义主要是指消防安全，对应的预警主要是指热失控告警。针对锂电池热失控风险的预警包括判断各种滥用阈值是否被触发、是否监测到滥用过程副反应产气等。然而发展到该阶段时，电池内部链式反应已经产生，单体热失控已不可逆。

本书提出的锂离子电池储能电站早期安全预警的概念为：电池开始出现故障时发出预警信号，通过断电等操作就可以完全中止电池热失控的发展或者火灾的发生，称为早期安全预警。早期安全预警属于事故前预警，完全区别于现有储能电站的火灾预警（属于事故后告警）。早期安全预警的主要目的是提前预判热失控的发生，给运维人员和消防系统的介入争取足够的时间，控制事故的扩大。

实现早期安全预警的信号必须具有及时性和有效性。电池从正常运行状态演变至热失控阶段，中间还要经历渐变故障演化和滥用故障触发两个阶段。当热失控触发以后再发出告警信号为时已晚，因此，必须在渐变故障演化和滥用故障触发两个阶段准确检测到故障电池的状态特征参量，当某一特征参量突然出现或者已有特征参量超过阈值时发出预警信号，以实现早期安全预警的功能，避免热失控致火事故触发。图4-1所示为早期安全预警的作用时间示意图，期望达到的早期预警时间要比热失控致火时间早10min以上。

图4-1 早期安全预警作用时间示意图

电池在事故初期呈现出的状态参量很多，包括外部信号和内部信号，并且处于不断演化的状态。从中选取并识别出最有效的信号作为早期预警特征参量至关重要。电池本体安全状态参量演化包括内部温度演化、阻抗演化等方面，外部状态参量演化包括外部声音、外部气体、外部压力等方面。如对电池内部温度和阻抗的识别，可以获取更准确的故障信息。当某电池本体的阻抗在某一阶段发生微小变化，相应的内部温度即检测出电池异常变化，利用温度预警就能准确捕捉到这一微小变化并使运维人员提前关注电池状态。事实上，电池运行环境和状态参量复杂多变，本书将从内部温度监测、阻抗识别、声音和图像识别技术等多维度出发提出多级安全预警系统，以实现高准确和低延迟地发出早期预警信号，为锂离子电池储能电站安全运行提供可靠的安全保障。