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【所属领域】

能源环保

【痛点问题】

在锂离子电池储能系统快速推广的背景下，其安全性与可靠性仍面临致命挑战，电池系统起火、爆炸事故屡见不鲜。提升锂离子电池的安全性是一个系统工程，需要先进电池管理系统对各个电芯进行监测、预警、调控、处置。然而，现有的电池管理系统并不能及时感知潜在的热失控风险以及准确感知全部电芯的荷电状态（SOC）和健康状态（SOH），因此无法对可能的风险进行预警，并对电池的充放电过程进行合理控制。

究其原因，现有电池管理系统所采集的物理量仅限于模组层面的电压、电流和温度（简称“UIT”），而电池组内部个别电芯的故障，如过充、过放、短路等，并不能及时有效地反映在模组层面的UIT变化。极端情况下，个别电芯内部已经发生了较为严重的副反应，甚至已经严重鼓胀临近爆裂，而由于电化学响应滞后、导热速率慢、测温点未覆盖等原因，电池管理系统感知的模组UIT并不会表现出显著异常，无法做出及时处置。全球公开报导的32起储能电站起火事故中，有21起发生在正常充电或静置过程中，在管理系统发现异常的时候，电池系统往往已经进入了热失控不可逆阶段，安全处置措施极为有限。

因此，有必要开发新的电池监测与管理技术，基于新的物理机制，在热失控的萌芽阶段定位问题电芯，进而从容采取电芯断连、主动降温等方式排除安全隐患。

【解决方案】

通过实施本项目，将建立全新的基于压强测量的锂离子电池热失控预警机制，并融入下一代智能电池管理系统，在电池系统能量密度降低小于1%的前提下，实现全部电芯压强测量精度优于10 kPa，SOC预测误差小于3%，SOH预测误差小于5%，同时具备在起火事故前15分钟发出预警、断开问题电池的能力。项目成果立足应用，易于放大推广，可为新建大型锂离子电池储能电站的安全运行保驾护航。

图1 南方电网深圳莲花山充电站示范应用

图2 定制化超声传感自动集成产线

图3 集成超声的10kWh示范智能电池箱

图4 超声核心电路?？?/span>

【技术指标】

表1 成果主要技术指标对比

【竞争优势】

（1）本项目厘清电芯在常见滥用场景下，热失控不同阶段内部压强演变规律，建立基于压强监测的电芯风险等级划分方法。调研储能电站起火事故资料，针对不同起火原因，通过实验模拟电池在热、电、机械滥用和内短路（记忆合金触发）情况下的热失控过程，利用多种传感器对电池热失控过程中的电压、电流、温度、压强等信息进行实时采集，分析各个物理量在电池热失控过程中的演变规律，总结电芯内部压强变化与电芯热失控不同阶段的关联性，建立基于压强监测的电芯风险等级的划分方法。

（2）本项目研制基于声学原理的电芯压强传感器网络，在不改变电池模组内部结构、系统能量密度降低< 1%的前提下，采集所有电芯的压强数据，实现传感器与电池管理系统之间的高通量数据互联互通。构筑特殊电芯，利用外接气路调节电芯内部压强，厘清电芯声波传播特性与压强的对应关系；设计超薄的声波发射与接收器件，布置在电池模组外壳之外，实现穿透电芯声信号的高精度采集，并根据电芯声波传播特性与压强的对应关系获得电芯内部压强数据；基于柔性电路板技术，开发贴片式多传感器连接网络，实现传感器与电池管理系统之间的高通量数据互联互通。

（3）本项目将压强监测与传统UIT监测有机结合，开发“UIT+压强”综合分析电池管理系统，提升储能电池的SOC/SOH监测精度，实现危险电芯的早期预警与自动断开，大幅提升储能电池系统的预警可靠性。利用自主研发的硬件系统，测试大量已知状态电芯的UIT+压强数据，作为训练集，代入卷积神经网络人工智能算法，训练算法根据“UIT+压强”多维度的物理量预测未知电芯的SOC/SOH，提高SOC/SOH的预测精度；将所确定的基于压强的电芯风险等级划分方法，融合至电池管理系统软件，及时识别异常鼓胀的隐患电芯和具有起火、爆炸可能的危险电芯，实现对危险电芯的早期预警与自动断开。

（4）本项目结合研制的软件、硬件成果，开发了集成多源信息融合电池管理系统的智能电池箱，形成标准化示范应用。基于硬件与软件支撑，构建完整的电池管理系统，并集成在智能电池箱，具备UIT+压强的实际监测能力以及危险电芯的识别与预警功能。

【技术成熟度】

已有样品/样机。

【产业化应用】

储能是构建新型电力系统的关键技术，本成果为电池管理系统提供了新的监测视角和方法，突破了传统基于电压、电流、温度等监测手段的局限性，丰富了电池状态监测和热失控预警的技术手段，推动了电池管理技术的多元化发展。帮助提升储能电池管理系统的性能和安全性，为新能源的大规模接入和稳定运行提供支持，推动新能源的更广泛应用和消纳，助力实现“双碳”目标。

应用案例

①南方电网深圳莲花山200 kWh充电站

②中电建新能源52 kWh定制化PACK

发展规划

l 第一阶段（2025年–2027年）：本地深耕，奠定基础

聚焦武汉，组建本地化研发与市场团队，打造电池安全检测领域的领先品牌。依托武汉丰富的高校与科研资源，推动技术研发与人才引进。主打产品“全新BMS管理箱”力争在武汉及周边地区实现60%的市场渗透，拓展新能源电站、汽车制造、军工等关键行业客户。

l 第二阶段（2028年–2033年）：全国拓展，迈向国际

全面拓展国内市场，建设多个区域服务中心，成为全国领先的电池安全检测解决方案供应商?；斡胄幸当曜贾贫ǎ嵘幸祷坝锶?。同步布局国际市场，搭建初步的全球运营网络，并与国际新能源企业建立战略合作关系。

l 第三阶段（2033年–2043年）：全球引领，可持续发展

迈向全球领先地位，在新能源电站和新能源汽车等领域引领电池安全检测技术发展。设立多个跨国研发与服务中心，持续推动技术创新，参与国际标准制定，推动全球电池安全领域规范化。以绿色可持续方式运营，助力全球能源转型和可持续发展。

知识产权

该成果已申请/授权多项中国发明专利。

合作方式

专利许可、专利转让、作价入股、技术开发、面谈等。

【联系方式】

CG25013