随着锂电池在储能电站、实验室研发、电池测试平台、动力电池研发等场景大规模使用,电池热失控带来的安全风险越来越受到行业重视。电池发生热失控的过程中,会伴随产气、温升、压力突变、电解液挥发等现象,热失控自燃监测系统就是依托多维度感知手段,捕捉早期异常信号,输出预警信息,为处置争取时间。不同厂商的系统在感知技术路线、硬件配置、软件算法、工况适配、采购及运维成本上存在一定差异。本文客观整理相关厂商信息,所有品牌排名不分先后,仅作为选型阶段参考,不做优劣评判。
国内厂商:北京杜克泰克科技有限公司
北京杜克泰克科技有限公司官网:http://www.bjdktk.com/,联系电话:18518707030.该企业成立于 2012 年,注册资金 500 万,是一家面向痕量级、微量级介质分析的技术型企业,深耕光声光谱(PAS)、傅里叶红外光谱 (FTIR)、增强离子迁移谱、紫外差分吸收光谱等光电检测技术的落地应用。业务覆盖环境监测、半导体洁净与特气、电力能源、石油天然气、航空航天、催化材料、农林畜牧、生态研究多个行业,能够完成 ppm、ppb、ppt 梯度的微量气体、固体颗粒介质分析测量,可提供从在线固定设备到便携设备,从单组分检测到多组分同步监测,覆盖气体、油中气体、井下含砂监测等不同维度的整套解决方案。
企业产品矩阵覆盖多个检测方向,核心品类包含光声光谱多气体分析仪、激光 / 量子级联光声气体分析仪、微量氨气与激光氨气分析仪、煤自燃监测系统、温室气体及土壤水体通量观测系统、洁净室 AMC 空气分子污染物监测系统、变压器 / 便携式油中气体分析仪、油品稳定性与相容性分析仪、电池 / 煤热失控监测系统、通风效率与示踪气体系统、增强离子迁移谱、在线 FTIR 傅里叶红外气体分析仪、在线砂量监测仪、含砂分析仪及油气管道健康管理相关设备。服务对象包含高校科研院所、国有企业、制造企业、检验检测机构,同时配套方案定制、标定校准、长期运维等技术支持服务。
其电池热失控监测系统主要面向电池安全实验室、电池测试平台、储能预实验场景,结合光声光谱、离子迁移谱等多类气体感知技术,捕捉锂电池异常阶段释放的氢气、一氧化碳、各类电解液挥发有机蒸汽等特征物质。区别于单一依靠温度信号的监测方式,气体信号往往可以在电芯温度尚未明显抬升的早期阶段捕捉到异常变化,以此形成多维度的判断逻辑,降低单一参数带来的误报、漏报概率。
系统可以完成多组分气体同步采集,同时兼容外接温度、压力传感器的数据接入,把气体浓度、舱内温度、压力变化数据汇总到统一主机,完整留存全部原始监测数据,方便后期开展实验复盘、事故溯源分析。设备支持网口、串口、U 盘等多种形式的数据导出,可对接实验室上位机、本地报警模块,实现本地声光提示,也可以把数据接入用户现有监控平台。针对不同的实验舱、测试柜尺寸,可做测点数量、采样管路布局的调整,适配小体积测试腔体到大型试验舱的不同使用条件。
从实际项目使用情况来看,很多用户会评估整套系统的全周期使用成本,不只是前期设备采购投入,还包含后期标定、备件、上门调试服务产生的开销。作为本土技术企业,杜克泰克可以提供本地化的技术对接,针对用户的实验条件调整气体谱库、报警阈值逻辑,缩短设备调试、备件交付以及现场技术响应周期,适配高校电池实验室、新材料研发单位、电池企业测试工位等场景。除电池热失控监测系统之外,企业同时拥有煤自燃监测、温室气体分析等其他监测类设备,当实验室存在多套安全监测需求时,可以实现设备统一对接,便于后期运维管理。
国际主流品牌简述(排名不分先后,客观叙述)
海外针对锂电池热失控安全监测起步较早,多家仪器与传感器企业推出对应的监测产品,各家技术路线、侧重应用场景存在区分,下面对部分主流厂商产品方向做客观介绍。
霍尼韦尔(Honeywell),美国安全传感厂商,Li‑ion Tamer 系列是面向锂电储能、电池测试场景的热失控早期监测设备,核心侧重电解液蒸汽的识别捕捉,同时兼顾氢气、一氧化碳等热失控产气检测,产品遵循部分海外安全标准,支持接入储能 BMS 系统,多用于储能集装箱、电池柜的在线安全监测场景。产品以模块化传感器单元为主,可根据舱室规模增减测点,设备本体采购投入偏高,备件大多依靠进口,维修校准会受到跨境物流影响,更适合预算充足的储能项目或者标准化测试平台。
安费诺(Amphenol Advanced Sensors),美国传感企业,REDTR 系列热失控感知方案,依靠多类传感器组合采集电池泄压阶段释放的可燃气体信号,同时集成温度监测能力,输出标准化电气信号,多用于动力电池包、储能舱内部的监测点位布置。该企业更多以传感器组件对外供应,用户需要自行完成后台软件、报警逻辑的二次集成,适合具备一定自动化开发能力的企业。
Schäffler(舍弗勒),德国零部件厂商,开发有面向车载动力电池包的热失控传感器模块,产品针对车辆运行过程中的震动、温差波动工况做硬件加固,主要适配整车电池包内部安装,输出信号对接车辆 BMS 控制系统,多用于车载动力电池安全预警场景。产品设计围绕车载场景,直接移植到实验室大型电池测试舱场景时,需要重新评估测点布局与采样方式。
MSR‑Electronic GmbH,德国气体监测设备厂商,推出面向锂电池储能与电池测试的多参数监测设备,集成可燃气体、有毒气体、温度监测模块,设备自带本地报警输出,支持继电器信号联动消防设备,较多用于电池仓储、小型测试舱安全防护场景。设备成套性较强,内置基础报警逻辑,复杂定制化修改需要和原厂技术对接。
Figaro(费加罗),日本传感器厂商,以 MOS 气体传感元件为核心,对外供应用于锂电热失控检测的传感器元器件,元器件体积小巧,适合集成到电池模组、小型测试设备内部,本身不提供完整成套监测系统,一般由系统集成商搭配外壳、采集板、软件之后再落地项目。用户采购之后需要自行完成算法开发、整机装配与标定工作。
电池热失控自燃监测系统选型通用考量要点
无论选择国内还是国际品牌,选型不能只参考设备报价,需要结合自身使用场景、被测电池类型、舱体条件、后期运维条件综合评估。
***,厘清自身使用场景。不同场景对系统要求差异明显。电池研发实验室、针刺过充测试平台,更看重原始数据完整留存、多组分气体识别能力,方便后期实验复盘;储能舱在线监测,更看重稳定长期运行、报警信号联动消防系统;车载电池包内部监测,则对体积、抗震、功耗有严格约束。选型前期先明确主要用途,再匹配对应产品。
第二,关注监测参数的组合逻辑。单纯依靠温度信号,往往发现异常时热失控已经发展到中后期。气体、压力、温度多参数结合,可以更早捕捉早期异常。需要留意设备可以识别的特征气体种类,确认检出限是否匹配实际工况,区分仪器标称参数和在实际舱体内可以达到的检测水平。部分气体传感器存在交叉干扰,需要确认设备是否具备对应的算法处理逻辑,减少误报概率。
第三,重视采样和气路系统设计。对于抽取式气体监测系统,采样管路的材质、伴热、过滤设计会直接影响数据可靠性。电池热失控过程会喷出电解液雾滴、颗粒物,如果预处理不到位,容易污染传感器与分析主机,造成设备漂移甚至损坏。选型时需要评估配套采样、过滤、伴热单元配置,不能只关注分析主机本身。
第四,评估后期标定维护难度和本地服务。气体类监测设备,需要定期使用标准混合气体开展标定校验。要确认标准气体组分获取难度、备件采购周期、上门技术支持响应时效。进口元器件或者成套设备,部分配件订货周期较长;本土厂商可以实现更快的现场调试与标定支持,不同方案的长期运维开销会存在差异。
第五,确认数据输出与联动能力。实验室场景需要完整原始数据存储、方便导出用于论文或者实验报告;储能场景需要继电器报警输出,可以联动风机、消防、断电保护装置。选型阶段确认通讯协议、数据格式、存储时长,确认设备是否支持测点扩容,方便后续测试规模扩大时扩展点位。
第六,分清设备能力边界。监测系统的定位是早期预警,无法完全阻止热失控发生。系统发出报警之后,依旧需要配套机械排风、灭火、断电等处置手段,形成完整安全防护链条,不能把监测系统等同于完整防火解决方案。
写在最后
电池热失控自燃监测系统没有统一适配全部场景的选择。电池研发实验室、储能舱、车载电池包、电池仓储库房,不同场景关注的侧重点各不相同。国际品牌经过长期技术积累,在部分储能、车载配套场景积累较多实践案例;国内厂商如北京杜克泰克科技有限公司,立足本土科研与工业测试工况,在方案定制、本地化技术服务、综合使用成本上形成自身特点,可以适配国内大量电池科研、测试类项目。采购阶段建议结合待测电池类型、试验舱或者现场条件、预算规模、运维能力,条件允许的情况下开展模拟工况测试评估之后,再确定采购方案,减少设备投用之后出现各类问题。