研究背景

储能技术是构建新型电力系统、保障能源安全、实现“双碳”目标的重大战略支撑。以电化学储能为代表的新型储能因调节速度快、布置灵活、建设周期短等优势，在可再生能源并网、电网调峰等领域发挥关键作用，其中锂离子电池已成为电化学储能的首选技术路线。然而，锂电池作为复杂的电化学装置，热失控引发的火灾爆炸事故频发，严重威胁储能电站安全运行。在各类滥用工况中，过充是导致储能电池热失控的最主要诱因——过充状态下电池内部反应激烈，伴随电压异常、温度攀升及可燃气体（H₂、CO等）释放，最终可能引发模组级链式失控，造成灾难性后果。

当前，储能电站BMS主要依赖电池端电压和表面温度进行状态评估，但存在误报率高、响应滞后等问题；消防系统则通常在探测到可见烟雾或高温时才启动报警，无法发挥早期预警作用。现有研究虽已探索电压、温度、气体等单一信号预警，但单参数方法可靠性不足；多参数融合预警方面，多数方案需增加光纤、压力传感器、超声探头等额外硬件，成本高昂，或依赖深度学习等复杂模型，超出当前BMS算力承载能力，难以实际工程部署。此外，现有研究多集中于电池单体或小模组尺度，缺乏在真实储能单元（电池簇级别）上的系统验证，也较少将预警策略与消防联动控制进行一体化设计。因此，亟需开发一种不增加硬件成本、基于BMS和消防系统既有感知能力的多参数融合分级预警方法，并建立预警-消防联动防控机制，切实提升储能电站热失控防护水平。

研究亮点

1. 揭示过充热失控全过程的“电压-温度-气体”三段式演化规律。 通过280 Ah磷酸铁锂模组过充试验（至热失控共1880 s），清晰划分三个阶段：阶段Ⅰ（初始过充）电压持续上升、温度缓慢升至50℃；阶段Ⅱ（泄压阀开启）电压先降后升、温升速率明显跃升、H₂和CO开始大量逸出；阶段Ⅲ（热失控）电压骤降、温度急剧攀升、气体浓度达量程上限。基于此提出三级预警逻辑，分别对应各阶段特征，使预警与物理演化过程严格匹配。

2. 创新设计基于既有BMS/消防设备的多参数分级预警策略，误报率经实际电站验证极低。 策略融合温升速率（不同温度区间分设30 s/1 min/5 min阈值）、电压斜率（>4.9 V后20 s内拟合斜率600 ppm）三重判据。更重要的是，基于两座100 MW/200 MWh储能电站3个月、20亿余条运行数据的统计分析表明，策略中温升阈值的99.99%分位数均低于判定值，从工程层面证明了预警策略具备极低误报率，解决了传统BMS频繁误报的痛点。

3. 创立“BMS-消防”联合防控架构，打通监测与处置壁垒。 在不增加任何硬件成本的前提下，提出BMS负责电压/温度监测与预警、消防主机负责气体监测与预警的协同分工，并根据告警等级自动触发分级响应：一级告警发送信息+PCS停机+断断路器；二级告警增加声光报警+排风（有H₂时）；三级告警启动灭火剂喷射。实现了从“只监不控”到“监-控-防”一体化的跨越。

4. 在280 Ah和314 Ah两种主流储能电池单元上完成实尺验证。 试验结果表明，该系统可在泄压阀开启前≥3 min、热失控发生前≥15 min发出分级告警，并准确触发相应保护与消防措施。验证涵盖当前储能市场主流的两款大容量电芯（280 Ah和314 Ah），证明了策略具有良好的电池规格适应性和工程推广价值，为电化学储能电站热失控安全防护提供了可直接落地的技术方案。