管理固定電池系統中的氫風險

固定電池在各行業中發揮著至關重要的作用，可確保可靠且不間斷的電力。然而，這些系統，特別是那些使用閥控鉛酸 (VRLA)、通風鉛酸 (VLA) 和鎳鎘 (Ni-Cad) 電池的系統，會因產生氫氣而帶來潛在的安全隱患。這種氣體是在正常操作期間產生的，並且在充電期間或異常條件下會顯著增加。如果管理不當，氫氣累積可能導致爆炸和火災等災難性事件。鋰離子電池在正常工作時不會產生氫氣，但在熱失控等異常情況下會釋放氫氣。在本部落格中，我們探討了電池儲存系統中與氫氣相關的風險、減輕這些風險的行業標準，以及氫氣監測系統相對於傳統連續通風方法的優勢。以下總結了電池室氫感測器的重要性和最佳實踐。

電池技術和氫氣釋放

• 閥控式鉛酸 (VRLA) 電池
  VRLA 電池具有防溢漏功能，旨在最大限度地減少重組過程中的水分損失。然而，在充電、充電均衡或任何不規則充電情況下，該閥門可能會打開，將氫氣釋放到周圍環境中。這種釋放通常是由過度充電引起的，過度充電可能導致熱失控——溫度的自我持續升高會增加電池的氫氣排放。
• 通風鉛酸 (VLA) 和鎳鎘 (Ni-Cad) 電池
  VLA 和鎳鎘電池因其能夠排出充電過程中產生的氣體而被稱為氣體電池。充電期間氫氣產量最高，並在電池充電 90% 時達到高峰。過度充電或快速充電可能會導致過度放氣。雖然通風電池很少見，但異常情況可能導致熱失控，進一步增加氫氣排放。
• 鋰離子電池
  鋰離子電池雖然通常是密封的，但在熱失控過程中會釋放氫氣和其他易燃氣體，這可能是由內部短路、過度充電、外部熱量和其他類型的濫用引起的。這些電池依靠電池管理系統 (BMS) 來調節其運行，但 BMS 也容易受到感測器故障、軟體故障、溫度快速上升和複雜故障情況的影響
• 鐵-空氣電池
  鐵-空氣電池在充電過程中水被電解時會產生氫氣。為了管理這些氫氣，需要使用重組催化劑或排氣系統。此外，氫氣感測器通常會整合到這些系統中，以監測氣體水平並觸發適當的安全措施。

電池儲存行業最佳實踐和標準

行業最佳實踐和標準已經建立，以減輕與電池系統中氫氣生成相關的風險。

IEEE 電池室安全標準

IEEE 1635/ASHRAE 21 標準提供了根據電池類型管理析氫的指南，並概述了潛在的熱量和廢氣種類。例如，VLA電池室經過半天的均衡運作和三天的正常浮充運轉後，氫氣濃度即可增加2%。該標準對於了解與不同電池技術相關的風險以及實施適當的通風和監控系統至關重要。

電池室安全產業標準

IEC 62933-5-2 是由國際電工委員會 (IEC) 制定的標準，重點關注併網儲能係統 (ESS) 的安全要求。該標準對於確保儲能係統的安全運作至關重要，儲能係統在現代電網中變得越來越重要。

固定式電池系統防火規範要求

美國國家消防協會 (NFPA) 和國際消防法規 (IFC) 等消防法規規定了電池儲存系統的具體安全措施。例如，IFC 要求儲能超過 70 kWh 的電池房必須遵守嚴格的消防法規。氫氣感測器和檢測系統在這些設定中至關重要，因為當氫氣水平達到一定閾值時，它們可以觸發機械排氣通風。

現實世界的事件：正確的重要性 氫 傳感和 管理

一些現實世界的事件強調了電池儲存系統中適當的氫管理的重要性。例如，1994 年在洛杉磯，電話交換機處的氫氣著火導致 911、警察和消防通訊中斷一個小時。該事件涉及六串 VRLA 電池並聯，其中一個電池極柱處的氫氣著火引發了連鎖反應。

在 2001 年的另一起事件中，不間斷電源系統 (UPS) 電池室發生氫氣爆炸，對已退役的資料中心造成嚴重的結構損壞。儘管已經安裝了氫氣監測系統，但目前尚不清楚建築物被疏散時通風系統是否正常運作。這些例子凸顯了對強大的氫氣監測和通風系統的迫切需求，以防止此類災難。

新技術與舊技術：氫感測與檢測的進步

用於電池儲存的傳統氫感測技術，例如催化珠感測器（CBS）和熱導檢測器（TCD），已廣泛用於區域感測。然而，這些技術需要頻繁的校準和更換，導致維護成本更高。此外，TCD 不具有特定成分，並且可能對其他氣體交叉敏感，從而降低了其檢測氫氣的可靠性。

相較之下，新型固態自校準氫氣感測器具有諸多優勢。這些氫氣感測器不會隨時間推移而性能下降，使用壽命可達10年以上。此外，這些感測器內建的漂移檢測功能無需手動校準，可降低高達40%的維護需求和擁有成本。

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