双碳目标提出以后，国家提出了以新能源为主体的新型电力系统的能源电力发展战略。电池储能由于可实现电能供需解耦且不受地理条件限制，已成为提高电网对可再生能源接纳能力所必不可少的重要技术手段。
电池储能中，锂电池储能占比很高。然而，锂电池采用沸点低、易燃的有机电解液，电池或电气设备的故障容易引致电池热失控，进而可能演化成储能系统燃烧爆炸等重大安全事故。近年来，电池储能电站事故频发，比如北京“4.16”储能电站爆炸事故、澳洲“7.30” 特斯拉储能电站火灾事故等，社会影响极大。安全问题已成为电池储能电站大规模应用的首要技术障碍。
北京“4.16”事故
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电池储能系统的事故隐患及安全防控
电池储能系统事故的诱因归纳起来有两大方面：一是电池系统外部的风险源，包括温度、水汽等运行环境和外部短路冲击；二是电池系统自身的故障，包括电池本体和电池管理系统。实际上，电池储能系统很多环节都可能出现问题进而引发安全事故。一旦某一个电芯被诱发了热失控，很快就会在整个电池系统中蔓延，最终酿成严重事故。对于储能电站来说，由于聚集了大量的能量，其规模越大，安全风险就越突出。
电池储能系统事故诱因
储能电站的安全防控是一个系统工程，它有三个“安全”：本征安全、被动安全与主动安全。
本征安全
本征安全是指电池本体的安全性。然而，不管电池制造的工艺水平提升到多高的地步，也不可能百分百地保证电芯零故障。即使电芯的内短路概率仅为一千万分之一，按照100MW规模储能电站装有20万颗电芯计算，每50个储能电站就有可能发生一起事故。
被动安全
被动安全是指发生事故后的消防措施。然而，当消防系统启动的时候，损失已经不可避免。
主动安全
主动安全是在储能系统运行过程中，通过监测评估电池的运行状态，对系统的早期故障进行识别和预警，进而可以采取有针对性的维护措施，把可能造成严重事故的风险因素扼杀在摇篮里。
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储能电站主动安全技术
针对储能电站的安全问题，清华四川能源互联网研究院（以下简称研究院）通过自主研发，构建了储能主动安全三级防控体系：
第一级防护：故障风险源的在线识别
在这个阶段电池尚未损坏，但系统中存在一些安全隐患，例如电池组不一致性过大、电池管理系统SOC误差过大、绝缘老化等，通过及时排除这些安全隐患可避免发生电池损坏。
第二级防护：电池故障早期预警
针对电池微短路和电池异常衰竭等两类缓变型的电池故障进行早期预警，通过对劣化电池进行及时更换可避免发生热失控。
电池微短路识别
电池微短路是诱发电池热失控的重要原因。微短路往往由电芯内部枝晶引发，在早期对电池性能影响不大，但经过缓慢的发展很可能会演化成热失控。研究院研发了一套电池微短路识别算法，可在线检测微短路并对内短路电阻进行准确估计，并根据内短路阻值判断微短路的严重程度，进行分级预警。
电池异常衰竭识别
电池在正常情况下的老化过程很缓慢，但在特定条件下某些劣化电池会加速衰减，原因包括电芯内部压力不均匀分布、负极析锂等。研究院从电池运行数据中提取能反映电池健康状态的多维特征量，基于机理模型和数据模型研发了一套电池异常衰竭识别算法，可在线识别异常衰竭电池，并基于电池数据进行工程化的故障诊断。
第三级防护：电池热失控提前预警
第三级防护主要针对突变型的电池故障。通过对电芯“电压-温度”提取联合特征，采用模式识别的方法把热失控发生前的异常征兆识别出来，进而可通过提前采取相应的措施，避免热失控的蔓延和事故扩大。
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储能电站主动安全及智能运维系统
基于多项自主研发的电池主动安全专利技术，研究院开发了一套储能电站主动安全及智能运维系统。该系统采用实时大数据处理架构，具备百万点数据的采集、存储与分析能力，可以对电池的健康状态进行实时评估，并对电站系统进行主动安全三级预警。在此基础上，该系统可为电站运维提供智能化的辅助服务，包括检修周期优化、劣化单元定位、检修操作推荐、检修记录生成等，支撑电站的主动运维。
目前该系统已在北京、河北、江苏等地多个储能电站落地应用，大大降低了储能电站发生严重燃爆事故的风险，提高了储能电站运维管理的效率。
江苏某储能电站主动安全及智能运维系统