Veiligheid van BESS en preventie van thermische runaway beginnen met vroege celdetectie

Thermische runaway in een batterij-energieopslagsysteem (BESS) begint niet met vuur. Veranderingen binnen een lithium-ion cel kunnen zich ontwikkelen lang voordat temperaturen een kritiek niveau bereiken. Deze veranderingen vroegtijdig detecteren, kan meer tijd bieden om in te grijpen voordat een celdefect uitmondt in een groter veiligheidsincident.

Een batterijcel kan om diverse redenen instabiel worden, waaronder interne schade, elektrische problemen of overmatige hitte. Maar een abnormale cel raakt niet plotseling in thermische runaway. De conditie ervan verandert over tijd. Elektrische eigenschappen kunnen wijzigen, gassen kunnen zich vormen en de druk in de cel kan toenemen voordat een significante temperatuurstijging zichtbaar wordt. Deze veranderingen creëren een venster waarin het probleem kan worden gedetecteerd voordat de cel thermische runaway bereikt. Gebeurt dit, dan kunnen de vrijkomende warmte en gassen aangrenzende cellen beïnvloeden en de storing laten verspreiden.

De veiligheid in opslagsystemen hangt daarom niet alleen af van het beheersen van een incident nadat thermische runaway is begonnen. Het hangt ook af van het identificeren van de elektrische en fysieke veranderingen die eraan voorafgaan.

LONGi pakt dit aan via het intelligente celcontactsysteem, of iCCS, dat deel uitmaakt van de veiligheidsarchitectuur van haar batterij-energieopslagsystemen verenigd onder LONGi ONE. Naast conventionele monitoring van spanning, temperatuur en overstroom, gebruikt iCCS aanvullende indicatoren om abnormaal celgedrag in verschillende stadia van ontwikkeling te identificeren.

Thermische runaway kent detecteerbare stadia

Een degraderende cel geeft verschillende waarschuwingssignalen af naarmate het probleem zich ontwikkelt. Eerst kunnen de elektrische eigenschappen veranderen. Later kunnen gassen zich in de cel vormen, kan de druk toenemen en kan de cel uitzetten. Als het probleem aanhoudt, kan de veiligheidsklep openen en kunnen elektrolyt en gas ontsnappen. Veranderingen in spanning en temperatuur kunnen prominenter worden naarmate de cel dichter bij thermische runaway komt.

Dit zijn de waarschuwingssignalen die LONGi's iCCS ontworpen is om te monitoren. In plaats van voornamelijk te vertrouwen op spanning en temperatuur, voegt het eerdere indicatoren toe, zoals veranderingen in interne weerstand, druk, status van de veiligheidsklep en lekkage van elektrolyt.Recent batterijonderzoek ondersteunt het belang van het monitoren van deze eerdere fysieke veranderingen. Een studie uit 2025 gepubliceerd in Communications Engineering toonde aan dat mechanische belasting abnormaal celgedrag kan onthullen voordat er significante externe temperatuurveranderingen optreden onder verschillende misbruikomstandigheden. De onderzoekers wijzen op een fundamentele beperking van oppervlaktetemperatuurmeting: de warmte die binnen een cel wordt gegenereerd, heeft tijd nodig om de buitenkant te bereiken.

Onderzoek naar LFP-cellen met grote capaciteit komt tot een vergelijkbare conclusie. Een studie uit 2025 in Journal of Power Sources, die spanning, temperatuur, rek, interne druk en externe kracht evalueerde, beschouwde interne druk als een effectieve parameter voor het volgen van de ontwikkeling van thermische runaway. Een afzonderlijke experimentele studie naar 280 Ah LFP-cellen toonde aan dat veranderingen in mechanische spanning een vroege indicatie gaven vóór het openen van de veiligheidsklep.

Deze bevindingen zijn relevant voor het ontwerpprincipe achter LONGi's iCCS: een cel kan detecteerbare elektrische en fysieke signalen geven voordat conventionele temperatuurbewaking een kritieke thermische toestand aangeeft.

LONGi iCCS verlengt het detectievenster

Conventionele celmonitoring is doorgaans gebaseerd op spannings- en temperatuurgegevens. LONGi's Intelligent Cell Contact System (iCCS) voegt extra indicatoren en analyse toe om abnormale celomstandigheden eerder te identificeren.

Eén daarvan is directe-gelijkstroomweerstand, of DCR. Veranderingen in de interne weerstand kunnen aanvullende informatie verschaffen over de conditie van een cel voordat meer voor de hand liggende waarschuwingssignalen verschijnen. iCCS combineert dit met temperatuursensoren, druk- en lekdetectoren, evenals stroom- en spanningsmonitoring. Samen stellen deze monitoringsfuncties iCCS in staat om verschillende tekenen van abnormaal celgedrag te volgen naarmate ze zich ontwikkelen. Volgens LONGi's technische gegevens kan het iCCS-systeem een voorspelling van thermische runaway drie tot zes maanden van tevoren geven.

Naarmate een cel dichter bij thermische runaway komt, bieden fysieke veranderingen verdere waarschuwing. De druk kan toenemen, de cel kan uitzetten en, in een later stadium, kan de veiligheidsklep openen en elektrolyt of gas ontsnappen. LONGi stelt dat iCCS in dit stadium drie tot vijf minuten van tevoren een alarm voor thermische runaway kan geven. Dit creëert verschillende detectielagen in plaats van te vertrouwen op één enkele alarmdrempel.

De volgorde is belangrijk. Veranderingen in interne weerstand kunnen informatie verschaffen over ontwikkelende abnormaliteiten, terwijl druk, lekkage en andere fysieke indicatoren verdere informatie toevoegen naarmate de celconditie vordert. Spanning en temperatuur blijven essentiële veiligheidsparameters gedurende het monitoringsproces. De verschillende indicatoren bieden dus aanvullende informatie over de conditie van de cel in plaats van te vertrouwen op één enkele parameter om een ontwikkelend defect te identificeren. De waarde van iCCS ligt dus niet in het vervangen van conventionele BMS-monitoring, maar in het toevoegen van aanvullende indicatoren op celniveau en het verlengen van de periode waarin een ontwikkelende abnormaliteit potentieel kan worden herkend.

Cel-level detectie is belangrijk omdat propagatie lokaal begint

Batterij-energieopslagsystemen van utiliteitsformaat bevatten een groot aantal cellen, georganiseerd in modules, packs en grotere systeemarchitecturen. Een thermisch incident kan echter ontstaan in een individuele cel.

Zodra warmte en hete gassen van die cel aangrenzende cellen beïnvloeden, kan een lokale storing zich ontwikkelen tot thermische propagatie. Experimenteel onderzoek blijft aantonen dat warmteoverdracht, hete gassen en uitgeworpen materiaal van falende cellen kunnen bijdragen aan propagatie door batterijmodules.

Daarom is detectie op celniveau belangrijk. Hoe eerder een abnormale cel kan worden geïdentificeerd, hoe groter de kans om te reageren voordat de conditie ervan aangrenzende cellen of een groter deel van het opslagsysteem beïnvloedt.

LONGi's iCCS combineert elektrische monitoring op celniveau met fysieke indicatoren die verband houden met celdegradatie. Die informatie voedt de bredere BMS- en BESS-veiligheidsarchitectuur, en voegt een eerdere detectielaag toe voordat brandbeveiliging relevant wordt.

Eerdere detectie kan de veiligheids- en economische impact van een BESS-storing verminderen

Het voordeel van voorspellende celmonitoring beperkt zich niet tot brandveiligheid. Een vroegtijdig geïdentificeerde, zich ontwikkelende abnormaliteit kan mogelijk tijdens onderhoud worden onderzocht voordat het een thermisch incident wordt. Zodra thermische runaway zich verspreidt buiten de oorspronkelijke cel, kunnen de potentiële gevolgen zich uitstrekken tot extra cellen, modules en andere systeemcomponenten.

Voor een asset owner heeft dat verschil ook een economische dimensie. Uitgebreidere schade kan meer apparatuur betekenen die inspectie of vervanging vereist, en langere perioden van verminderde beschikbaarheid of downtime. Vroege detectie kan batterijrisico's niet elimineren, maar het kan wel meer mogelijkheden creëren om een probleem aan te pakken terwijl de fysieke gevolgen beperkt blijven.

Branddetectie en -onderdrukking blijven dus essentiële elementen van BESS-veiligheid, maar ze pakken een latere fase van de risicoketen aan. Voorspellende monitoring verplaatst een deel van de veiligheidsstrategie verder stroomopwaarts: het doel is niet simpelweg om een brand sneller te detecteren, maar om de abnormale celontwikkeling te identificeren voordat er een brand te detecteren valt.

Voor ontwikkelaars, EPC's en asset owners die BESS-technologieën vergelijken, roept dit verschillende vragen op: Welke parameters worden op celniveau gemonitord? Kan het systeem fysieke en elektrische veranderingen detecteren? Kan het abnormale ontwikkeling identificeren voordat er een significante temperatuurstijging optreedt? En hoe vroeg kunnen die indicatoren bruikbare informatie bieden?

LONGi's iCCS pakt dit vroegere deel van de veiligheidsketen aan door DCR-analyse en elektrische monitoring op celniveau te combineren met fysieke indicatoren, waaronder druk, status van de veiligheidsklep en lekkage van elektrolyt. De commerciële relevantie volgt uit de engineering: eerdere identificatie van een ontwikkelend celprobleem biedt meer mogelijkheden om in te grijpen voordat een abnormaliteit op celniveau uitgroeit tot een groter systeemincident.