2025年工商业储能全方位安全防护解决方案白皮书

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工商业储能 思格新能源 & Intertek天祥集团 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 Energy Storage 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。 工商业储能 全方位安全防护解决方案白皮书 前言 01 传统解决方案及 其局限性 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 总结 18 安全考量 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 03 04 04 05 03 06 06 06 08 09 05 14 关键安全和 可靠性测试 4.1 电芯级别 4.2 模组级别 4.3 系统级别 14 15 16 工商业储能 思格解决方案 09 3.1 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 3.5 思格云平台 09 10 10 12 13 目录 02 1 3 2 5 4 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 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： 1 工商业储能燃爆事件频发 1.1 2025-02-21 2025-02-19 2025-02-18 2025-01-16 时间 地点 意外内容 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 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 03 工商业储能 全方位安全防护解决方案白皮书 04 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 500℃）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 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。 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 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。 电气危险 1.3 穿刺 电池老化 冒烟 起火 热失控 热滥用 电气滥用 机械滥用 无热失控 内部短路 爆炸 极端温度下 隔热塌陷 锂枝晶 刺穿隔膜 变形/隔膜撕裂 过充/ 过放 内部 短路 过热 挤压 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 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。 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。 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。 2 05 供电系统 光伏发电 储能系统 负载 抽水储能 电池储能 风电 电厂 工商业储能 全方位安全防护解决方案白皮书 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 传统柜式储能消防 外置灭火装置 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8-12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 0.2 06 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PACK 07 传统电池储能系统中没有集成压缩阀。 传统柜式储能Pack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 工商业储能 全方位安全防护解决方案白皮书 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。 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 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。 传统柜式储能 + - + - + - DC-DC AFE DC-DC AFE DC-DC AFE 3.65 V 3.63 V 3.57 V 08 NEW 3 4 5 6 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 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。 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 3.1 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 12 kwh 60秒 1 2 3 4 5 6 09 工商业储能 全方位安全防护解决方案白皮书 1 2 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。 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。 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 温度传感器和电芯数量之比：8/12 10 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。 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。 有效阻止热量传递 全方位绝缘隔热保护 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 内置烟雾探测 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。 工商业储能 全方位安全防护解决方案白皮书 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。 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。 思格系统设计 3.4 模块化设计，分散风险 簇间安全距离 模块化设计，分散风险 12 内置消防模块 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 出安全预警，有效避免事故发生。 高精度监控与安全管理 支持对温度、电流、电压等多维度数据的精准采集 与综合分析，确保能够及时发现潜在的安全问题。 安全事件闭环管理 提供实时数据回溯和故障定位功能，一旦发生安全 事件，能够快速响应并启动应急处置流程，确保系 统恢复。 思格云平台 3.5 13 工商业储能 全方位安全防护解决方案白皮书 + - AFE 3.65 V + - BMS BMS AFE 3.78 V + - AFE 3.63 V + - AFE 3.57 V LV4 LV3 LV2 LV1 BMS BMS Sigenergy: 软件与硬件保护 电芯满充电压:3.55V 实时监控电芯的电压等级并且调节充放电保护策略 *各级电压阈值仅用于展示使用，只做参考 电芯电压等级 第4重保护: 功率电路物理断开 第3重保护: 停止充放电 第2重保护: 停止充电， 50%降额放电 第1重保护: 停止充电, 只进行放电 关键安全和可靠性测试 UL 9540A是针对储能系统（ESS）安全性的标准，其中 电芯（Cell Level）测试的核心目的是评估电池在热失控 （thermal runaway）等极端条件下的安全表现，防止因单 体故障引发火灾或连锁反应，确保储能系统的整体安全。 在UL 9540A标准当中，与其说是要评估电芯的本征 安全，更多是通过以下测试项来为后续的储能模组和单 元设计提供指引。 4 电芯级别 4.1 14 通过加热、过充或针刺等方式触发电池单体热失控，记录温度、 气体释放、火焰产生等数据。 单体的设计需满足特定安全阈值（如温度、压力上升速率），避免 爆炸或剧烈燃烧。 需提供完整的测试数据、视频记录及分析报告，证明单体的安全 设计符合标准。 评估单体热失控后是否引发相邻电池或模块的热扩散，需证明 其影响范围可控。 热失控触发测试 热扩散抑制 安全阈值验证 数据记录与报告 电芯热失控后，防爆阀打开，电芯之间热蔓延情况良好。 电芯温度监控图 IEC 62619 是针对工业用锂离子电池和电池系统的国 际标准，其模组级别（Module Level）评估的核心目的是确 保电池模组在电气安全、机械可靠性、热管理等方面的综 合性能，防止因设计缺陷或运行异常导致的安全事故（如 短路、过热、结构失效等），并提升系统长期运行的稳定性。 其要求包括但不限于： 电池包级别 4.2 15 过充/过放测试：在 25 °C ± 5 °C 的环境温度下，对电池进行过充/过放，测 试样品不得起火或爆炸。 热失控触发测试 机械可靠性测试 热管理测试 模组热蔓延后，外壳保持完整，无破裂 外部短路测试：将充满电的电池放置在 25 °C ± 5 °C 的环境温度下，通过 连接正负端子来短路电池，测试样品不得起火或爆炸。 撞击测试：达到额定容量50%的测试样品放置在平坦的混凝土或金属地 板上，将 9,1 kg 的刚性质量从 610 mm ± 25 mm 的高度跌落至放置的 样品上，撞击后测试样品不得起火或爆炸。 热失控测试：在 25 °C ± 5 °C 的环境温度下，充满电的电池系统中的一个 电池单元被激光加热，直到电池进入热失控状态。电池系统无外部起火， 电池系统外壳无破裂。 工商业储能 全方位安全防护解决方案白皮书 GB/T 36276 是中国针对电力储能用锂离子电池制定 的技术规范，其核心目的是规范锂离子电池在储能应用中 的设计、生产、测试和验收要求，确保电池的安全性、可靠 性和性能一致性，降低储能系统因电池故障引发的火灾、 爆炸等风险，同时推动储能技术的标准化和产业化发展。 系统级别 4.3 车规级湿热附霜冻测试 基本情况:2025年4月9号，思格与Intertek在思格上 海研发中心实验室共同验证系统级别全环境测试。 经过24h*10循环后，设备能够正常工作。 验证方法:按vw80000K-09湿热循环（霜冻） （Damp heat，cyclic（with frost））测试要求，进行全环境测试，最高 温环境温度为63℃，最低环境温度为-10℃，湿度设定93%。 16 前五个循环温湿度曲线 后五个循环温湿度曲线 循环结束后测试：充电工况（绿灯） 循环结束后测试：放电工况（蓝灯） 24小时泡水测试 基本情况: 2025年4月10号，思格与Intertek在思格上海 研发中心实验室共同验证24小时泡水测试。 验证方法：被测设备由底座+2个pack+bcu组成 维持该水位24h（期间设备处于待机状态）。 24h后，对设备进行充放电测试，设备能够正常工作，且试验过程中和结束后不爆炸，不冒烟，不起火，不漏液。 将被测设备置于水槽。向水槽中缓慢注水，模拟 下雨情况。当水位淹没底座和底部第一个pack（此 时水位高度为49.5cm），停止注水，此时设备可正常 充放电。 17 被测设备 水位图 泡水结束后测试：充电工况（绿灯） 泡水结束后测试：放电工况（蓝灯） 工商业储能 全方位安全防护解决方案白皮书 总结 从各项安全指标来看，SigenStack与传统柜式工商业储能系统相比，提供更加完善的安全保护： 5 电芯间隔热 电池包间隔热绝缘 温度传感器 烟雾探测器 泄压阀 消防模块 外壳完整性 全天候环境适应性 具备 具备 8个温度传感器检测12个电芯， 精度较高 Pack级别 具备 Pack级别 Pack热失控后外壳仍保持完整 车规级测试 不具备 不具备 8个温度传感器检测52个电芯， 精度低 柜级别/簇级别 不具备 柜级别 Pack热失控后外壳被破坏 工业级测试 安全指标 SigenStack模块化解决方案 传统柜式工商业储能系统 随着工商业（C&I）储能系统（ESS）行业的规模扩大以 满足不断增长的需求，安全将成为其可持续发展的基石。 模块化解决方案，能够从结构上解决传统柜式工商业储能 系统的潜在的安全设计问题。其灵活的布