预防火灾危险并尽早发现锂离子电池的热失控

预防锂离子电池火灾隐患及早期发现热失控

温室气体排放导致的气候变化是全球关注的问题。技术进步为更清洁的可再生能源转换过程铺平了道路，提高了效率。然而，可再生能源面临的主要挑战是其间歇性，这需要有效的储能系统来确保可靠性。在全球向清洁能源转变的过程中，电化学系统，特别是锂离子 (Li-ion) 电池的作用至关重要。这些电池有助于减少运输和电力排放，成为运输、供暖和工业部门脱碳和电气化的支柱。作为工程师和专业人士，您是这一重大变革的一部分。

随着电池成本下降和能量密度提高，出现了许多应用，展示了锂离子电池的潜力。这些电池因其高能量和功率密度、低自放电率和延长的使用寿命而被广泛使用。常见的成分包括 LiMn2O4 (LMO)、LiCoO2 (LCO) 和 LiFePO4 (LFP)。锂离子电池在各种应用中用途广泛，前景光明。

电池能量密度是指电池所含能量与其重量或尺寸之比，通常称为比能密度（重量）和体积能量密度（尺寸）。高能量密度有利于需要紧凑但功能强大的电池的应用。然而，在电池中装入更多能量也会增加热失控的风险，这是由于锂的反应性和热敏感性而导致高火灾风险的关键因素。锂离子电池中的电解质极易挥发，可能导致燃烧，造成火灾隐患。尽管具有内置安全功能，但电池仍然存在风险，尤其是在制造、储存或回收过程中。电池热失控正成为处理电池产品的公司的重大责任，储存、充电和回收中心的火灾事故不断增加。

由于制造缺陷或外部误用（例如过度充电、过热、穿孔或挤压），高能量密度电池会发生热失控。当电池达到临界温度时，会发生连锁反应，导致火灾。这种现象涉及电池内部的链式放热反应，导致内部温度急剧上升，使电池内部结构不稳定并退化。自燃的内部原因包括电极表面涂层缺陷、污染颗粒和焊接不良，导致电气短路和发热。外部原因包括过度充电造成的电气滥用、挤压或穿刺造成的机械滥用以及高温环境造成的热滥用。这些滥用是相互关联的；例如，穿刺（机械滥用）可能导致短路（电气滥用），产生热量并引发热失控。

如今，各种火灾探测系统和传感器可用于预警和设施监控。这些系统测量火灾爆发的烟雾吸入、密度和热量。然而，这些系统只能在电池已经分解后才能检测到火灾，而不是在火灾威胁出现之前。此外，最佳传感器放置对于室外或高气流环境中的火灾探测至关重要；烟雾探测器放置不理想可能无法完全探测到火灾。因此，最有效的方法是采取预防措施，在火灾发生前识别并移除有缺陷的电池单元。在这种情况下，可以尽早冷却有缺陷的电池，防止热失控。此外，将危险电池与其他易燃电池隔离将限制损坏的严重程度。预防措施和持续监测对于最大限度地降低风险至关重要。

自动热点检测：使用 Xi 系列红外热像仪是防止电池起火的关键

Xi 系列红外热像仪，例如独立的 Xi 410 热像仪，提供带报警输出的自动热点检测功能，确保无需额外软件即可立即响应潜在问题。热点查找器功能可提前检测热点，以防止火灾或爆炸风险，从而避免相关的健康危害、昂贵的停机时间和资源损失。这些热检测系统可以集成到设施监控自动化控制和灭火系统中，以缩短火灾检测响应时间并提高消防安全性。

Xi 系列红外热像仪以其直接以太网连接而脱颖而出，可轻松集成到现有网络基础设施中。各种光学器件的可用性进一步增强了它们对不同监控要求的适应性。带有故障安全信号的自监控系统确保可靠运行。热成像系统还支持在一个软件屏幕上同时显示多个热像仪，从而实现对大面积或多个电池单元的全面监控。对于常规电池单元监控，红外热像仪通常在 8 µm – 14 µm 的 LT 波长范围内工作。

值得注意的是，红外防火系统（如 Xi 系列）旨在补充现有的检测和响应协议。相反，它们充当强大的预警系统，检测设施中可能发生点火的区域。包括红外热像仪在内的预防性火灾探测措施对于减轻热失控风险至关重要。最有效的方法是在火灾发生前识别过热的有缺陷的电池单元。及早冷却有缺陷的电池并将其与易燃电池分开可以限制损坏的严重程度。持续监测和实施 Xi 系列等智能火灾探测系统对于消防安全和预防至关重要。

热成像系统适用于储存、处置、调试、生产、运输和消防措施等各个阶段。