ADI携手中科大火灾科学国家重点实验室，护航储能安全产业新蓝海

近年来，随着双碳目标的推动以及汽车产业的变革，电动化、智能化成为新能源汽车新的发展方向。
 
据中国汽车工业协会统计显示，2022年我国新能源汽车持续爆发式增长，产销分别完成705.8万辆和688.7万辆，同比分别增长96.9%和93.4%，市场增速显著。
 
伴随新能源发展浪潮而来的，是储能规模的提升。根据CESA数据统计，2022年中国化学储能新增装机规模约为5.93GW，同比增长221.48%，储能无疑成为新能源发展的快车道。
 
然而，虽然大规模使用可再生能源是减缓气候变化的有利机会和关键解决方案，但这些自然能源有着不稳定，间歇性的特点，负荷冲击极大，有极大的安全风险。随着储能项目越来越多，储能规模越来越大，储能安全隐患也随之增大。应急管理部数据显示，仅2023年第一季度，新能源汽车自燃率就上涨了32%，平均每天就有8辆新能源车发生火灾。
 
可见，包括电池在内的储能安全成为行业热门话题，为了保持储能系统安全高效的部署，消防安全是必须要考虑的一个重要问题，同时政策法规也对储能消防安全提出了更明确的要求。随着国标《电化学储能电站安全规程》的发布，强制性政策落地将刺激储能消防需求爆发式增长。
 
对此，借助电子和化学方法的技术创新和产品方案，成为提升储能安全性的重要保障。
 
近日，笔者受邀参观了中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室，更进一步的了解了中科大火灾实验室在火灾防控、评估、灭火领域的关键技术和方法学，以及ADI 在储能安全领域的赋能、实践与探索。
 

• 走近中科大火灾科学国家重点实验室

 
据中科大火灾实验室副研级高级工程师陆松博士介绍，中科大早在1987年就提出了建设国家火灾研究中心的建议，于1989年通过立项论证，1992年获准边建设边对外开放，1995年通过国家验收。
 
在2003年、2008年、2013年、2018年四次国家重点实验室评估中，获两次优秀、两次良好。2004年，在“国家重点实验室计划实施二十周年和国家重点基础研究发展计划实施五周年纪念大会”上，实验室荣获“国家重点实验室计划先进集体”。后续，该实验室相继取得了多项进展，获得多个奖项，如今在火灾科学基础研究领域已成为国际知名的研究基地和学术中心。
 
目前，火灾科学国家重点实验室设立有8个研究室：建筑火灾研究室、森林与城市火灾安全研究室、工业火灾研究室、火灾风险评估研究室、火灾化学研究室、火灾监测监控研究室、清洁高效灭火研究室、计算机模拟研究室；3个研究所：安全材料研究所、能源火灾安全研究所、航空航天火灾安全研究所。
 
该实验室总体定位于火灾安全的基础研究——火灾科学，面向国家火灾安全的重大需求和世界火灾科学前沿，致力于火灾动力学演化理论和火灾防治关键技术原理的创新，引领行业技术进步，发挥国家火灾安全智库作用；成为持续科技创新的研究基地，形成以火灾机理与防治关键技术为主干的学科和人才培养体系；实现全方位、多层次的国内外强强联合和科技合作，在国际火灾安全科技领域持续占有重要的一席之地。
 
通过对科研楼、火灾实验楼、大空间建筑火灾实验厅等参观，更进一步的了解了中科大火灾实验室在火灾科学基础研究和技术转化方面的价值和成果。
 
其中，对森林与城市火灾安全研究室的参观尤为记忆深刻：
 

 
通过面向森林与城市及其交界域开放环境，科学认识火灾的动力学演化机理和宏观复杂性规律。在科学认识火灾结构的同时也了解了森林火灾的危害，能够促使在日常生活中更加的爱护环境，减少火灾的生成。
 

• ADI以技术破局，应对行业挑战

 
消防不仅仅是要应对已经发生的火灾，更重要的在于提前预防，消除隐患。以上述提到的锂电池热失控为例，锂电池热失控的早期探测是储能消防领域的关键一环。
 
而火灾预防和防控的背后离不开电子技术的赋能。烟雾探测器就是这样的关键设备，一旦出现疑似火灾的迹象便发出警告提醒，为灭火和逃生赢得时间。
 
目前光电式烟感已经成为市场上的主流的火灾报警器。是新建住宅强制性的配套设施，很有可能是智慧消防迈向住宅社区硬性配置的第一步，未来有望成为住宅社区的标配，正在被越来越多的人接受和使用。
 
然而，据美国消防协会统计，在安装了烟雾探测器的建筑物内，依旧有23%的死亡是在烟雾探测器未工作或因频繁误警而被禁用的情况下发生的，这对烟雾探测器的发展和使用带来了不少严峻的挑战。
 
为应对这一挑战，ADI利用其深厚的专业知识与中科大火灾实验室携手开发了一款基于ADI ADPD188BI双光源集成烟雾传感器的智能感测模块，很好地解决了传统烟雾报警器存在的技术问题。
 
据ADI公司中国区资深系统应用经理王君亭介绍，ADPD188BI是一个集成的烟感方案，它将模拟前端、LED和光电二极管组合到一个小巧的封装中，极大地减小了烟雾探测器的占用空间。光电二极管和AFE的集成还提供高的环境光抑制功能和宽动态范围，ADPD188BI中集成了蓝光与红外两颗LED发射器，采用双光路方式的优化电路设计，使其不但能监测烟雾的浓度，同时还可以监测烟雾的颗粒直径，从而分辨干扰烟，例如水蒸气、粉尘与油烟等，进一步减少误警。
 

搭载ADPD188BI烟感方案的烟雾探测器
 
王君亭表示，安装于ADPD88BI上方的黑色塑料件被业内称为“迷宫”，是智慧烟感器的核心模块。“迷宫”不但可以屏蔽外部的环境光信号给光电式传感器提供了一个稳定的光学环境，而且有助于“梳理”流动的烟雾颗粒浓度，提高传感器的解析度、准确度，并精准判定物体燃烧的烟雾类型。
 
此外，ADI还提供获得了评估许可的烟室以解决环境光、灰尘、昆虫等影响，并完全适用于ADPD188BI的集成光电器件使用反向散射系统。
 
值得一提的是，ADI还开发了烟雾探测器参考设计，包括经过设计和测试的UL217测试数据设置和算法以满足UL要求，从而加快开发周期，降低成本和项目风险。
 
凭借其高性能和高一致性，ADPD188BI在消防领域取得了很高的成绩。
 
除了ADPD188BI集成烟雾探测器模块外，结合自身在电池管理系统 (BMS)和高性能模拟器件领域的经验优势，ADI针对锂电池热失控问题拥有整体解决方案，包括针对电芯/电池包的传感器、针对储能电池包的无线互联方案，以及针对电池簇和集装箱式储能容器的储能管理系统等，ADI拥有完整的智能边缘和多传感器解决方案。
 

 
王君亭表示，锂电池热失控火灾监测研究属于新鲜事物，与高校实验室合作是最优选择。
 
ADI作为全球高性能半导体公司，在系统级的理论研究及测试领域，热衷于开展与高校的合作，在提供资金和技术支持外，ADI工程师正努力地向师生们传递着世界先进的模拟电子设计技术、经验和理念，通过课程、培训、竞赛、实习等多种形式培养出了许多富有创新能力和设计能力的人才。
 
截至目前，ADI先后与中科大张和平教授课题组开展了两期的合作研究：1）第一期是关于锂电池火灾的特性研究，帮助ADI验证芯片性能及系统方案；2）第二期是针对锂电池热失控的事件深度分析，以烟雾探测器为基础探讨锂电池热失控的多模态信息融合检测技术。
张和平教授课题组长期从事飞机货舱低误报火灾探测技术和航空锂电池热安全研究，通过双方的合作，将航空领域先进的探测技术应用到民用锂电池探测中。
 

• 产教融合，共促产业新未来

 
据智研咨询数据，2022年市场规模将达到4465亿元，同时根据国务院相关的通知，鼓励应用物联网等新技术，提高防火预测及信息获取等能力。初步估算，未来5年全国的烟感器安装规模有望达到7亿，全球年均安装规模超30亿只，市场前景非常广阔。
 
这一趋势无论是对于中科大火灾实验室还是ADI来讲，都将带来新的发展机遇。
 
展望未来，ADI将着眼于未来的领先技术，依托目前的锂电池热失控分析和研究解决热失控事件的提前感知预警。当然，除了锂电池相关的电化学储能、新能源汽车、新能源大巴等锂电池的直接应用领域外，ADI还将聚焦于解决充电桩、换电站以及高功率电器开关柜等领域的安全问题，以技术创新为消防安全保驾护航。
 
在这个过程中，ADI与中科大还将持续推进产教融合，保持密切合作，ADI 通过与中科大火灾科学国家重点实验室一流团队合作，高标准地测试、验证ADI产品和技术，确保产品的高精度和高可靠性；与此同时，ADI为火灾科学国家重点实验室提供前沿的芯片级传感器、数据和原型算法，在双方契合程度和意愿程度较高的领域积极配合，旨在更进一步的提高火灾探测技术水平，保障消防安全。
 
“同时，在促进理论与工程实践结合的进程中，也为中国的电子专业教育事业培养出更多的卓越工程师，反哺中国电子半导体产业更快更好发展。”陆松博士说道。