工商业储能全方位安全防护解决方案白皮书

随着全球能源转型加速及可再生能源渗透率持续提升，工商业储能系统（Commercial and Industrial EnergyStorage System, C&I ESS）产业正迎来爆发式增长，其核心驱动力包括降低企业用电成本、应对电网不稳定性、实现碳中和目标以及政策激励（如税收抵免和补贴）。技术进步推动锂离子电池成本下降，同时新型电池技术（如固态电池、钠离子电池）和智能化能源管理系统的应用进一步提升了储能效率与经济性；然而，行业仍需克服高初始投资、供应链波动及安全风险（如热失控）等挑战。安全标准、循环经济与跨领域协同创新将是产业可持续发展的关键。前言01 2.1 传统柜式储能方案2.2 传统电芯设计2.3 传统电池包设计2.4 传统系统设计2.5 传统云平台1.1 工商业储能燃爆事件频发1.2 电池热失控1.3 电气危险1.4 设计与运维难度目录12 总结1814关键安全和可靠性测试141516工商业储能思格解决方案093.1 思格模块化解决方案3.2 思格电芯设计3.3 电池包级安全防护设计3.4 思格系统设计091010121302 传统解决方案及其局限性安全考量 4.1 电芯级别4.2 模组级别4.3 系统级别3.5 思格云平台54 03040405060606080905 安全考量随着企业寻求降低能源成本、增强弹性和实现可持续发展目标，商业和工业（C&I）储能系统（ESS）行业正在迅速扩张。然而，安全问题仍然是此行业技术大规模1工商业储能燃爆事件频发1.12025-02-212025-02-192025-02-182025-01-16时间地点英国苏格兰阿伯丁郡英国埃塞克斯郡美国加利福尼亚州莫斯兰丁美国加利福尼亚州莫斯兰丁 03 采用的关键障碍，解决这些风险对于确保长期增长和对这项技术的信任至关重要。以下为今年来发生的部分工商业储能燃爆事件：意外内容在建50MW储能电站火灾，项目配备15排电池舱300MW/600MWh电池储能项目因预制舱电池单元故障起火，持续至次日同一电站一个月内第二次起火，70%设备损毁，LG电池被指存在热失控风险全球最大储能电站起火，火势蔓延，疏散2000名居民，释放有害气体 电池热失控是储能系统的核心安全隐患。锂离子电池在过充、高温、内部短路或机械损伤时，可能引发链式放热反应，导致温度急剧上升（在数分钟内增加到超过5 0 0 ℃）并 释 放 可 燃 气 体（如 氢 气、一 氧 化 碳 等，在 高SOC的情况下，超过5%的浓度即被认为达到气体爆炸电池热失控1.2工商业储能系统通常采用高压直流架构，存在电击、电弧和短路风险。电气绝缘失效、接线错误或设备老化可能导致高压电弧放电，瞬间释放巨大能量并引燃周边设备。此外，电池簇并联运行时的环流问题可能加剧电气危险1.3穿刺变形/隔膜撕裂挤压 内部短路锂枝晶刺穿隔膜过充/过放内部短路 04极限）。若未及时抑制，可能引发火灾或爆炸 。工商业储 能 系 统 规 模 较 大，电 池 模 组 密 集 排 布，局 部 热 失 控可能快速扩散至整个系统。预防措施需依赖电池管理系统（BMS）、高效热管理设计（液冷/风冷）以及消防阻燃材料。局部过热。防范需依赖绝缘监测系统、电弧检测装置、物理隔离设计以及定期维护，同时需严格遵循国际电气标准。电池老化冒烟起火热失控无热失控爆炸极端温度下隔热塌陷过热 工商业场景的储能系统需适配复杂环境（如高温、粉尘、振动），设计难度高。电池一致性管理、通风散热设计、消防系统集成等环节稍有不慎即埋下隐患。运维阶段需持续监测电池健康状态（SOH）、均衡电芯电压并设计与运维难度1.4传统解决方案及其局限性随着全球能源转型加速，工商业储能作为用户侧能源管理的核心环节，其安全性成为行业发展的关键瓶颈。205供电系统光伏发电风电电厂 更 换 老 化 组 件，但 专 业 技 术 人 员 短 缺 可 能 导 致 误 操作。此外，多系统协同（如光伏+储能）增加了故障诊断复杂度。热失控与火灾隐患、复杂场景下的消防难题，以及设计与运维缺陷，都阻碍着工商业储能的进一步发展。储能系统负载抽水储能电池储能 传统柜式储能系统以集中式设计为主，通常将电池模组、PCS（储能变流器）、BMS（电池管理系统）、消防组件、温控系统等集成于单一柜体内。传统柜式储能方案2.1传统电芯安全依赖电芯厂规格书和质保，电芯规格宽松，以交付为主。传统电芯设计2.2电池包的传统设计有以下缺点：传统柜式储能的灭火装置外置，无法快速灭火。传统电池包设计2.3外置灭火装置 传统柜式储能消防 传统柜式储能电池Pack温度传感器和电芯的比例较低，整 个 储 能 柜 布 置 8 - 1 2 个 温 度 传 感 器，需 检 测52-60个电芯。温度传感器和电芯数量之比:小于 0.206 传统电池储能系统中没有集成压缩阀。传 统 柜 式 储 能 Pa c k 内 的 电 芯 单 元 和 外 壳 没 有 绝缘 保 护，在 循 环 寿 命 中 膨 胀 可 能 直 接 与 金 属 外 壳接 触 导 致 短 路，缺 乏 从 电 芯 单 元 到 外 壳 的 热 扩 散阻 隔 方 法 。无绝缘隔热保护 传统柜式储能以电池簇为一个防护单元，内置簇级探测器，外置消防钢瓶或泵组，通过管路喷头喷射到发生热失控的电池包内，此类消防方案的烟雾探测和温度传感精度不高，灭火时效慢，若外置消防钢瓶损坏，会严重影响消防系统的灭火效能，因此极度依赖日常运维和定期巡检。传统柜式储能消防外置灭火装置传统储能Pack不使用隔热垫，无法阻止热量传递。传统无隔热垫的储能PACK07 储能系统的传统设计有以下缺点：电池组和各系统全部集成在单一柜体内，受火灾影响的风险倍增。传统方案忽略了电池簇之间的安全距离，一旦发生火灾，会迅速波及整个储能系统。传统系统设计2.4传统柜式储能 传统储能系统只有3重软件防护，无硬件冗余保护。一旦软件控制失效，整个电源电路将失去保护，可能导致系统在异常状态下持续工作，进而造成电路元件损坏甚至引发安全事故。硬件保护三重软件保护，无硬件保护功率电路在软件保护失效的情况下继续运行,具有潜在风险。+-+-+-DC-DCAFEDC-DCAFEDC-DCAFE3.65 V3.63 V3.57 V08 储能系统的广泛应用同样也带来软件层面的安全问题。传统管理平台由于架构老化，无法高效应对大规模设备的高并发数据接入和实时处理需求，导致关键安全数据的监控延迟和响应不足，增加未能及时发现传统管理平台2.5工商业储能思格解决方案针对以上提到的安全性难题，思格新能源推出了SigenStack模块化储能解决方案，在模组Pack级别提供了多重的安全防护，专为工商业（C&I）应用而设计。相比之下，传统储能系统在出现热失控时，往往会导致火灾蔓延至整个储能系统，影响范围大，防火装置的反应时间也较慢，无法做到及时遏制。SigenStack基于模块化设计理念，专为大型 C&I 项目量身定制，采用了包括全方位覆盖温度传感器、内置消防模块、耐高温隔热垫、绝缘隔热层、泄压阀和内置烟雾探测在内,零 距 离 探 测 电 芯 热 失 控，电 池 热 失 控 秒 级 响 应 。每 个12kWh电池包内就有一个独立的防火装置，全方位守护系统安全。3思格模块化解决方案3.109 NEW3456安全隐患的风险。传统平台通常依赖低精度的参数采样（如电流、电压和表面温度），在电池热失控初期，难以精准识别潜在安全风险，增加了故障发生概率。内置消防模块全方位覆盖温度传感器耐高温隔热垫内置烟雾探测泄压阀绝缘隔热层重电池安全防护6每一个消防系统内置烟雾探测0距离探测电芯热失控，时效性提升12kwh60秒12345612思格解决方案，PACK级消防 SigenStack在电池包级别的设计上采用了6重安全防护：SigenStack在选用电芯方面，侧重于安全方面的保护考量，正极材料热稳定性高，使用阻燃电解液并且内部阻抗低的电芯供应商应当优先选择,选用的电芯，均符合各种电芯级别的国际安全标准。运输安全：UN38.3认证保障电池在航空、海运等运输中的安全。思格电芯设计3.2全方位覆盖温度传感器SigenStack的每个电池Pack内布置了8个温度传感器监测12个电芯，温度传感器与电芯数量比达到0.67，分布更广更均匀，大幅度提高温度监测的全面性和准确性。基于NTC温度传感器采样，实现实时检测端子过温状态，更早地检测到异常温度升高，从而采取预防措施。思格电池包设计3.3 电 气 性 能 与 安 全 领 域 ：U L 1 9 7 3 、I E C 6 2 6 1 9 、IEC62281等认证，从不同维度确保电芯在各类应用场景的电气规范。消防安全：满足UL9540A针对储能系统消防安全规范。电池单体安全：UL1642聚焦电池单体安全，让产品从单体到系统皆安全可靠。温度传感器和电芯数量之比：8/1210 耐高温隔热垫SigenStack在电池包内部，电芯之间使用了耐高温隔热垫，提高了电芯之间阻燃、隔热和绝缘效果。该隔热垫的导热系数小于0.035W/m·K，有效阻止了电池单元间的热量传播，从而降低了热失控的风险。此外，隔热垫材料也有较好的绝缘性能，为电池系统提供了额外的电气安全保障。11内置式烟雾探测SigenStack模块化储能以每个电池包为一个防护单元:内置烟雾探测器，“零距离”探测电芯热失控，时效性相较于传统柜式储能显著提升。“零距离”探测 高热耐火绝缘垫SigenStack每个电池Pack内采用高温绝缘垫和金属外壳进行隔绝。该材料具有低于0.02W/m·K的热导率和超过500MΩ的绝缘阻抗，能够有效预防电池循环过程中因膨胀导致电池结构变形后引起的绝缘失效问题。此外，绝缘垫还能阻止热量从电芯单元向壳体的扩散，有助于控制电池的温度以及高温热失控的蔓延。泄压阀防 止 电 池 组 爆 炸 的 另 一 种 方 法 是 使 用 创 新 的 泄 压阀。这类泄压阀作为一种单向排气装置，常用于在电芯热失控时快速释放内部可燃气体，从而降低电池包结构内的压力，是防止电池组爆炸的重要安全设计。大多数电池储能系统不集成这类泄压阀。 有效阻止热量传递内置烟雾探测 全方位绝缘隔热保护泄压阀 内置消防模块SigenStack内置消防模块，在电芯单体热失控后，能够迅速响应并实现快速灭火，及时阻止火灾的蔓延。模块化设计，分散风险针对电气安全风险，SigenStack产品的储能总控盒设计在储能电站的顶部，那么在发生火灾等紧急情况时，由于热气流上升的原理，火源和热量更可能向上扩散，而电池模块通常位于下方，因此理论上可以减少直接受到火灾影响的风险。此外，顶部的总控盒设计还便于快速切断电源，防止火势蔓延，同时也便于消防人员进行灭火操作，因为可以直接对火源进行扑救，而不需要深入到电池模块区域。思格系统设计3.4 模块化设计，分散风险 簇间物理隔离SigenStack储能系统在设计时充分考虑了电池簇之间的安全距离，通过在簇和簇之间设置一定的间隔，可以在一定程度上有效防止燃烧蔓延和簇间转移。这种设计不仅提高了储能系统的安全性，还减少了火灾蔓延的风险，从而保护了整个储能系统。 簇间安全距离模块化设计，分散风险12 四重过电压保护三重软件保护+独立于软件策略的硬件保护电路，会在电压变大的时候触发不同的动作，若电压到某个绝对阈值，就会触发最高等级的硬件防护，关断整个电池PACK。为应对上述提到的诸多软件层面的安全挑战，行业正逐步向基于云平台和人工智能的架构转型。思 格 云 平 台 通 过 结 合 云 计 算 与 人 工 智 能 技 术，为 储 能 管 理 系 统 的 安 全 性 提 供 了 创 新 的 解 决 方 案，显 著 提 升 了 系 统 的 安 全 性 能，确 保 储 能 系 统 的 稳 定与可靠运行。智能故障检测与预警平台实现高精度数据采集和10秒级的实时数据刷新，结合AI算法对电池运行状态进行监测，及时发思格云平台3.513 出安全预警，有效避免事故发生。高精度监控与