Bezpečnost BESS a prevence tepelného úniku začíná včasnou detekcí článků

Tepelný únik v systému pro ukládání energie baterií nezačíná požárem. Změny uvnitř lithium-iontového článku se mohou vyvinout dlouho předtím, než teploty dosáhnou kritické úrovně. Včasná detekce těchto změn může poskytnout více času k zásahu dříve, než selhání článku přeroste ve větší bezpečnostní událost.

Bateriový článek se může stát nestabilním z mnoha důvodů, včetně vnitřního poškození, elektrických problémů nebo nadměrného tepla. Abnormální článek však náhle nevstoupí do stavu tepelného úniku. Jeho stav se časem mění. Elektrické charakteristiky se mohou změnit, mohou se tvořit plyny a tlak uvnitř článku může stoupat ještě předtím, než se projeví významný nárůst teploty. Tyto změny vytvářejí okno, ve kterém lze problém detekovat dříve, než článek dosáhne tepelného úniku. Pokud k tomu dojde, uvolněné teplo a plyny mohou ovlivnit sousední články a způsobit šíření selhání.

Bezpečnost v úložných systémech tedy nezávisí pouze na zvládnutí události po zahájení tepelného úniku. Závisí také na identifikaci elektrických a fyzikálních změn, které mu předcházejí.

Společnost LONGi to řeší pomocí svého inteligentního kontaktního systému článků, neboli iCCS, který je součástí bezpečnostní architektury jejích systémů pro ukládání energie baterií sjednocených pod hlavičkou LONGi ONE. Kromě konvenčního monitorování napětí, teploty a nadproudové ochrany využívá iCCS další indikátory k identifikaci abnormálního chování článku v různých fázích jeho vývoje.

Tepelný únik má detekovatelné fáze

Degradující článek vysílá různé varovné signály s rozvojem problému. Nejprve se mohou změnit jeho elektrické charakteristiky. Později se uvnitř článku mohou tvořit plyny, může stoupat tlak a článek se může roztahovat. Pokud problém pokračuje, může se otevřít bezpečnostní ventil a může unikat elektrolyt a plyn. Změny napětí a teploty se mohou stát výraznějšími, jak se článek blíží k tepelnému úniku.

Toto jsou varovné signály, které je systém LONGi iCCS navržen monitorovat. Místo spoléhání se především na napětí a teplotu přidává dřívější indikátory, jako jsou změny vnitřního odporu, tlaku, stavu bezpečnostního ventilu a úniku elektrolytu.
Nedávný výzkum baterií podporuje důležitost monitorování těchto dřívějších fyzikálních změn. Studie z roku 2025 publikovaná v časopise Communications Engineering zjistila, že mechanické namáhání může odhalit abnormální chování článku před významnými vnějšími změnami teploty za několika podmínek zneužití. Výzkumníci poukazují na zásadní omezení monitorování povrchové teploty: teplo generované uvnitř článku potřebuje čas, aby se dostalo na jeho vnější povrch.

Výzkum velkokapacitních LFP článků dochází k podobnému závěru. Studie z roku 2025 v Journal of Power Sources hodnotící napětí, teplotu, namáhání, vnitřní tlak a vnější sílu označila vnitřní tlak za efektivní parametr pro sledování vývoje tepelného úniku. Samostatná experimentální studie na LFP článcích s kapacitou 280 Ah zjistila, že změny mechanického namáhání poskytly včasnou indikaci před otevřením bezpečnostního ventilu.

Tato zjištění jsou relevantní pro návrhový princip za systémem LONGi iCCS: článek může poskytovat detekovatelné elektrické a fyzikální signály dříve, než konvenční monitorování teploty indikuje kritický tepelný stav.

LONGi iCCS prodlužuje detekční okno

Konvenční monitorování článků se obvykle spoléhá na data napětí a teploty. Inteligentní kontaktní systém článků (iCCS) společnosti LONGi přidává další indikátory a analýzy k dřívější identifikaci abnormálních stavů článků.

Jedním z nich je odpor stejnosměrného proudu (DCR). Změny vnitřního odporu mohou poskytnout další informace o stavu článku ještě předtím, než se objeví zjevnější varovné signály. iCCS kombinuje toto s měřením teploty, senzory tlaku a úniku a monitorováním proudu a napětí. Tyto monitorovací funkce společně umožňují systému iCCS sledovat různé známky abnormálního chování článku, jak se vyvíjejí. Podle technických údajů společnosti LONGi může systém iCCS poskytnout předpověď tepelného úniku s předstihem tří až šesti měsíců.

Jak se článek blíží k tepelnému úniku, další varování poskytují fyzikální změny. Může stoupat tlak, článek se může roztahovat a v pozdější fázi se může otevřít bezpečnostní ventil a unikat elektrolyt nebo plyn. Společnost LONGi uvádí, že iCCS může v této fázi poskytnout alarm tepelného úniku s předstihem tří až pěti minut. Tím se vytváří několik vrstev detekce namísto spoléhání se na jediný prahový alarm.

Pořadí je důležité. Změny vnitřního odporu mohou poskytnout informace o vyvíjejících se abnormalitách, zatímco tlak, únik a další fyzikální indikátory přidávají další informace s postupujícím stavem článku. Napětí a teplota zůstávají po celou dobu monitorování nezbytnými bezpečnostními parametry. Různé indikátory tak poskytují doplňující informace o stavu článku, místo aby se spoléhaly na jediný parametr pro identifikaci vyvíjející se chyby. Hodnota iCCS tedy nespočívá v nahrazování konvenčního monitorování BMS, ale v přidávání dalších indikátorů na úrovni článků a prodlužování období, během kterého lze potenciálně rozpoznat vyvíjející se abnormalitu.

Detekce na úrovni článků je důležitá, protože šíření začíná lokálně

Velké bateriové úložné systémy v energetickém měřítku obsahují velké množství článků organizovaných do modulů, sad a větších systémových architektur. Tepelná událost však může vzniknout v jednotlivém článku.

Jakmile teplo a horké plyny z tohoto článku ovlivní sousední články, lokální selhání se může vyvinout v tepelnou propagaci. Experimentální výzkum nadále ukazuje, že přenos tepla, horké plyny a vyloučený materiál z selhávajících článků mohou přispět k propagaci napříč moduly baterií.

Proto je detekce na úrovni článků důležitá. Čím dříve lze identifikovat abnormální článek, tím větší je příležitost reagovat dříve, než jeho stav ovlivní sousední články nebo větší část úložného systému.

Systém LONGi iCCS kombinuje elektrické monitorování na úrovni článků s fyzikálními indikátory spojenými s degradací článků. Tyto informace vstupují do širší bezpečnostní architektury BMS a BESS a přidávají dřívější vrstvu detekce předtím, než se stane relevantní protipožární ochrana.

Dřívější detekce může snížit bezpečnostní a ekonomické dopady selhání BESS

Přínos prediktivního monitorování článků se neomezuje pouze na protipožární bezpečnost. Vyvíjející se abnormalita identifikovaná včas může být potenciálně prošetřena během údržby dříve, než se stane tepelnou událostí. Jakmile se tepelný únik rozšíří mimo původní článek, potenciální důsledky mohou sahat k dalším článkům, modulům a dalším systémovým komponentám.

Pro vlastníka aktiva má tento rozdíl také ekonomický rozměr. Rozsáhlejší škody mohou znamenat více zařízení vyžadujících kontrolu nebo výměnu a delší období snížené dostupnosti nebo výpadku. Včasná detekce nemůže eliminovat riziko baterií, ale může vytvořit více příležitostí k řešení problému, dokud jsou jeho fyzické důsledky omezené.

Detekce požáru a hašení proto zůstávají nezbytnými prvky bezpečnosti BESS, ale řeší pozdější fázi řetězce rizik. Prediktivní monitorování posouvá část bezpečnostní strategie dále do předchozí fáze: cílem není jen rychleji detekovat požár, ale identifikovat abnormální vývoj článku dříve, než dojde k požáru, který by bylo možné detekovat.

Pro vývojáře, EPC a vlastníky aktiv porovnávající technologie BESS to vyvolává několik otázek: Jaké parametry jsou monitorovány na úrovni článků? Může systém detekovat fyzikální i elektrické změny? Může identifikovat abnormální vývoj před významným nárůstem teploty? A jak brzy mohou tyto indikátory poskytnout akční informace?

Systém LONGi iCCS řeší tuto dřívější část bezpečnostního řetězce kombinací analýzy DCR a elektrického monitorování na úrovni článků s fyzikálními indikátory, včetně tlaku, stavu bezpečnostního ventilu a úniku elektrolytu. Komerční relevance vyplývá z inženýrství: dřívější identifikace vyvíjejícího se problému s článkem vytváří více příležitostí k zásahu dříve, než se abnormalita na úrovni článku vyvine ve větší systémovou událost.