Bezpieczeństwo BESS i zapobieganie ucieczce termicznej zaczynają się od wczesnego wykrywania ogniw

Ucieczka termiczna w systemie magazynowania energii bateryjnej nie zaczyna się od pożaru. Zmiany wewnątrz ogniwa litowo-jonowego mogą rozwijać się na długo przed osiągnięciem krytycznego poziomu temperatury. Wczesne wykrycie tych zmian może dać więcej czasu na interwencję, zanim awaria ogniwa przerodzi się w większe zdarzenie zagrażające bezpieczeństwu.

Ogniwo bateryjne może stać się niestabilne z wielu powodów, w tym uszkodzeń wewnętrznych, problemów elektrycznych lub nadmiernego ciepła. Jednak nienormalne ogniwo nie przechodzi nagle w stan ucieczki termicznej. Jego stan zmienia się w czasie. Charakterystyki elektryczne mogą ulec zmianie, mogą tworzyć się gazy, a ciśnienie wewnątrz ogniwa może wzrosnąć, zanim pojawi się znaczący wzrost temperatury. Te zmiany tworzą okno, w którym problem można wykryć, zanim ogniwo osiągnie stan ucieczki termicznej. Jeśli do tego dojdzie, uwolnione ciepło i gazy mogą wpłynąć na sąsiednie ogniwa i spowodować rozprzestrzenianie się awarii.

Bezpieczeństwo w systemach magazynowania zależy zatem nie tylko od opanowania zdarzenia po rozpoczęciu ucieczki termicznej. Zależy również od identyfikacji zmian elektrycznych i fizycznych, które jej poprzedzają.

LONGi rozwiązuje ten problem dzięki swojemu inteligentnemu systemowi kontaktów ogniw, czyli iCCS, który stanowi część architektury bezpieczeństwa jej systemów magazynowania energii bateryjnej zintegrowanych pod marką LONGi ONE. Oprócz konwencjonalnego monitorowania napięcia, temperatury i przetężenia, iCCS wykorzystuje dodatkowe wskaźniki do identyfikacji nienormalnych zachowań ogniw na różnych etapach ich rozwoju.

Ucieczka termiczna ma wykrywalne etapy

Pogarszające się ogniwo wysyła różne sygnały ostrzegawcze w miarę rozwoju problemu. Najpierw mogą zmienić się jego charakterystyki elektryczne. Później wewnątrz ogniwa mogą tworzyć się gazy, ciśnienie może wzrosnąć, a ogniwo może się rozszerzyć. Jeśli problem się utrzymuje, zawór bezpieczeństwa może się otworzyć, a elektrolit i gaz mogą się wydostać. Zmiany napięcia i temperatury mogą stać się bardziej wyraźne, gdy ogniwo zbliża się do stanu ucieczki termicznej.

Są to sygnały ostrzegawcze, które LONGi iCCS ma na celu monitorować. Zamiast polegać głównie na napięciu i temperaturze, dodaje wcześniejsze wskaźniki, takie jak zmiany rezystancji wewnętrznej, ciśnienia, stanu zaworu bezpieczeństwa i wycieku elektrolitu.
Niedawne badania nad bateriami potwierdzają znaczenie monitorowania tych wcześniejszych zmian fizycznych. Opublikowane w 2025 roku badanie w Communications Engineering wykazało, że naprężenia mechaniczne mogą ujawnić nienormalne zachowanie ogniwa przed znaczącymi zewnętrznymi zmianami temperatury w warunkach różnych rodzajów obciążenia. Naukowcy wskazują na fundamentalne ograniczenie monitorowania temperatury powierzchni: ciepło generowane wewnątrz ogniwa potrzebuje czasu, aby dotrzeć do jego zewnętrznej powierzchni.

Badania nad ogniwami LFP o dużej pojemności dochodzą do podobnych wniosków. Opublikowane w 2025 roku badanie w Journal of Power Sources, oceniające napięcie, temperaturę, naprężenia, ciśnienie wewnętrzne i siłę zewnętrzną, wykazało, że ciśnienie wewnętrzne jest skutecznym parametrem do śledzenia rozwoju ucieczki termicznej. Oddzielne badanie eksperymentalne na ogniwach LFP 280 Ah wykazało, że zmiany naprężeń mechanicznych stanowiły wczesną wskazówkę przed otwarciem zaworu bezpieczeństwa.

Wyniki te są istotne dla zasady projektowania LONGi iCCS: ogniwo może dostarczać wykrywalne sygnały elektryczne i fizyczne, zanim konwencjonalne monitorowanie temperatury wskaże krytyczny stan termiczny.

LONGi iCCS wydłuża okno detekcji

Konwencjonalne monitorowanie ogniw zazwyczaj opiera się na danych dotyczących napięcia i temperatury. Inteligentny System Kontaktów Ogniw (iCCS) firmy LONGi dodaje dalsze wskaźniki i analizy, aby wcześniej identyfikować nienormalne warunki w ogniwie.

Jednym z nich jest rezystancja prądu stałego (DCR). Zmiany w rezystancji wewnętrznej mogą dostarczyć dodatkowych informacji o stanie ogniwa przed pojawieniem się bardziej oczywistych sygnałów ostrzegawczych. iCCS łączy to z czujnikami temperatury, ciśnienia i wycieku, a także z monitorowaniem prądu i napięcia. Razem te funkcje monitorowania pozwalają iCCS śledzić różne oznaki nienormalnego zachowania ogniwa w miarę jego rozwoju. Według danych technicznych LONGi, system iCCS może zapewnić prognozę ucieczki termicznej z wyprzedzeniem od trzech do sześciu miesięcy.

Gdy ogniwo zbliża się do stanu ucieczki termicznej, dalsze ostrzeżenie stanowią zmiany fizyczne. Ciśnienie może wzrosnąć, ogniwo może się rozszerzyć, a na późniejszym etapie zawór bezpieczeństwa może się otworzyć i wydostać elektrolit lub gaz. LONGi podaje, że iCCS może w tym etapie zapewnić alarm ucieczki termicznej z wyprzedzeniem od trzech do pięciu minut. Tworzy to kilka warstw detekcji, zamiast polegać na pojedynczym progu alarmowym.

Kolejność jest ważna. Zmiany w rezystancji wewnętrznej mogą dostarczyć informacji o rozwijających się anomaliach, podczas gdy wskaźniki ciśnienia, wycieku i inne wskaźniki fizyczne dodają dalszych informacji w miarę postępu stanu ogniwa. Napięcie i temperatura pozostają kluczowymi parametrami bezpieczeństwa przez cały proces monitorowania. Różne wskaźniki dostarczają zatem uzupełniających informacji o stanie ogniwa, zamiast polegać na pojedynczym parametrze w celu identyfikacji rozwijającej się usterki. Wartość iCCS nie polega zatem na zastępowaniu konwencjonalnego monitorowania BMS, ale na dodaniu dodatkowych wskaźników na poziomie ogniwa i wydłużeniu okresu, w którym potencjalnie można rozpoznać rozwijającą się anomalię.

Detekcja na poziomie ogniwa ma znaczenie, ponieważ propagacja zaczyna się lokalnie

Systemy magazynowania energii bateryjnej na skalę sieciową zawierają dużą liczbę ogniw zorganizowanych w moduły, pakiety i większe architektury systemowe. Jednak zdarzenie termiczne może rozpocząć się w pojedynczym ogniwie.

Gdy ciepło i gorące gazy z tego ogniwa wpływają na sąsiednie ogniwa, lokalna awaria może rozwinąć się w propagację termiczną. Badania eksperymentalne nadal pokazują, że transfer ciepła, gorące gazy i materiały wyrzucane z uszkodzonych ogniw mogą przyczyniać się do propagacji przez moduły bateryjne.

Dlatego detekcja na poziomie ogniwa ma znaczenie. Im wcześniej można zidentyfikować nienormalne ogniwo, tym większa szansa na reakcję, zanim jego stan wpłynie na sąsiednie ogniwa lub większą część systemu magazynowania.

LONGi iCCS łączy elektryczne monitorowanie na poziomie ogniwa ze wskaźnikami fizycznymi związanymi z degradacją ogniwa. Informacje te trafiają do szerszej architektury bezpieczeństwa BMS i BESS, dodając wcześniejszą warstwę detekcji, zanim stanie się istotna ochrona przeciwpożarowa.

Wcześniejsza detekcja może zmniejszyć wpływ awarii BESS na bezpieczeństwo i gospodarkę

Korzyści z predykcyjnego monitorowania ogniw nie ograniczają się do bezpieczeństwa przeciwpożarowego. Rozwijająca się anomalia zidentyfikowana na wczesnym etapie może potencjalnie zostać zbadana podczas konserwacji, zanim przerodzi się w zdarzenie termiczne. Gdy ucieczka termiczna rozprzestrzeni się poza ogniwo inicjujące, potencjalne konsekwencje mogą obejmować dodatkowe ogniwa, moduły i inne komponenty systemu.

Dla właściciela aktywów ta różnica ma również wymiar ekonomiczny. Bardziej rozległe uszkodzenia mogą oznaczać konieczność inspekcji lub wymiany większej ilości sprzętu oraz dłuższe okresy zmniejszonej dostępności lub przestoju. Wczesna detekcja nie eliminuje ryzyka związanego z bateriami, ale może stworzyć więcej możliwości rozwiązania problemu, gdy jego fizyczne konsekwencje pozostają ograniczone.

Wykrywanie i tłumienie pożarów pozostają zatem kluczowymi elementami bezpieczeństwa BESS, ale dotyczą one późniejszego etapu łańcucha ryzyka. Predykcyjne monitorowanie przesuwa część strategii bezpieczeństwa dalej w górę strumienia: celem nie jest po prostu szybsze wykrycie pożaru, ale identyfikacja nienormalnego rozwoju ogniwa, zanim będzie można wykryć pożar.

Dla deweloperów, EPC i właścicieli aktywów porównujących technologie BESS, rodzi to kilka pytań: Jakie parametry są monitorowane na poziomie ogniwa? Czy system może wykrywać zmiany fizyczne i elektryczne? Czy może identyfikować nienormalny rozwój przed znaczącym wzrostem temperatury? I jak wcześnie te wskaźniki mogą dostarczyć praktycznych informacji?

LONGi iCCS zajmuje się tą wcześniejszą częścią łańcucha bezpieczeństwa, łącząc analizę DCR i elektryczne monitorowanie na poziomie ogniwa ze wskaźnikami fizycznymi, w tym ciśnieniem, stanem zaworu bezpieczeństwa i wyciekiem elektrolitu. Znaczenie handlowe wynika z inżynierii: wcześniejsza identyfikacja rozwijającego się problemu z ogniwem stwarza większą możliwość interwencji, zanim anomalia na poziomie ogniwa przerodzi się w większe zdarzenie systemowe.