2023年新型储能市场迎来蓬勃发展，以锂离子电池为主的电化学储能系统成为储能产业发展的新动力，发挥着支撑电力保供、提升系统调节能力、保障电网运行安全等重要作用。但提到电池，“电池安全”一直是各行业关注的重点。近来年，国内外锂电池储能系统均有火灾事故发生，造成了严重的经济损失及社会影响。安全问题已逐渐成为锂电池储能电站建设及大规模应用的首要问题。清安储能把电池安全作为技术开发的第一位，从电池的本征安全、系统安全、早期预警、后端运维管控与防护等方面开发多项前沿技术，为储能电站安全保驾护航。本期将重点介绍清安电池云端安全预警技术。
电池云端安全预警是保障电站安全的“第三道防线”
◆电池安全第一道防线：电芯层级的安全开发侧重于电芯设计、生产、质量、性能边界等维度；
◆电池安全第二道防线：系统层级的本地安全开发，侧重点在电池状态的实时估计及告警，如电压、电流、温度、SOC、容量，绝缘等，及热失控安全的抑制与防护、消防等；
◆电池安全第三道防线：云端安全预警从全生命周期运营的角度出发，基于数据模型、数字孪生、AI技术等，通过实时监测、性能评估和故障诊断，实现对电站电池运行状态的全生命周期数据监测、分析和预测预警等功能。其优势为可在安全问题早期，即未发展恶化前，进行提前预警。通过智能运维和优化运行，从而提高储能电站的安全性、运行效率和经济效益。
电池云端安全预警平台
清安云端安全预警平台基于云端大数据存储，结合深度学习、电池本征分析的数据模型，构建安全防护体系和预警机制，通过智能运维，云边端协同，形成数据闭环。其中针对电池安全故障算法有：电芯微短路、电池析锂、电连接异常、电池热失控风险预测、电池健康状态估算及预测、电池SOH预测等。其安全预警理念为：通过早期异常的监控预警，及时运维处置，从而降低电站潜在的安全风险。
微短路是电池安全中需重点防控的异常
通过研究发现，在电池安全故障中，内短路或微短路是电芯故障中极为常见及典型的失效类型。导致内短路原因包括：电池原材料中含有金属杂质（Fe、Co、Ni、Cr、Cu 等）、制程过程中引入金属异物、电池内部因滥用等行为导致锂枝晶产生、机械变形、极端高温引起的隔膜挤破、崩溃等，最终导致正负极直接接触，引发电池产生异常自放电，并逐步发展可能最终引发电池的热失控，属于电池安全中需重点防控的一类异常。
清华大学欧阳明高课题组研究表明，内短路的发展通常会经历三个阶段（如下图所示）
Ⅰ.早期微短路阶段自放电发展缓慢，过程中几乎没有热量产生，这时电池的压降十分缓慢，且几乎没有温升；
Ⅱ.内短路中期，由于热量开始聚集，电池的内短路现象开始变得明显，电压下降速率变大，温度快速升高；
Ⅲ.内短路后期，温度达到了隔膜的瓦解温度，电池内短路加剧，放热链式反应发生，温度异常升高，隔膜进一步的瓦解，造成大面积内短路，从而使电池不可遏制地发生了热失控，其表现为电压消失、温度急剧上升。
储能电芯微短路检测更加复杂
现有电池微短路诊断主要集中于三元类型的动力电池，针对LFP电池研究较少，同时储能用电芯容量变大，内阻极小，由微短路造成的电量损失会变小，电压下降幅度减小，导致异常会更加不明显，这些因素对储能电芯微短路诊断提出了挑战。
清安开发基于电化学模型的磷酸铁锂早期微短路检测算法
根据内短路演化机理研究表明，内短路电池早期由微短路演化而来，发生微短路异常的电芯表现在电量在过程中逐步消耗，相对正常电芯逐步偏离，且该过程是一个不可逆的过程，即差异一旦产生，在无人为参与的情况下，该差异不会自行还原等特性。清安储能采用电站实时充放电实时数据，电路模型、特定的信号处理及滤波计算方法，提取电芯早期微短路特征值，从而实现对磷酸铁锂电池早期微短路异常检测。
