关于电池储能系统人工智能驱动的安全管理的综述
来源：
卡特蓄电池 发布时间：2026-07-15 09:14:55 点击： 次
介绍
在过去的几十年里，快速的工业化和大量使用化石燃料对全球环境造成了严重影响[[1], [2], [3]]。为应对这些问题，应对气候变化、减少环境污染和促进可持续发展已成为全球能源和工业战略的核心目标[4,5]。大规模部署风能和太阳能等可再生能源被认为是低碳能源转型的基石[6]。然而，可再生能源发电的内在间歇性和不确定性对电力系统的稳定性和可靠性提出了重大挑战，这凸显了高效和可扩展的能源储存解决方案对于支持电网运行的必要性[7,8]。
锂离子电池（Li-ion或LIB）技术的快速发展是大规模部署电池储能系统（BESS）的主要推动力。主流锂离子电池的能量密度在2000年代初从100增加到150 Wh/kg，到2025年则增加到250-600 Wh/kg，而最新的固态电池已经超过了700 Wh/kg [9,10]。其他电化学储能系统也取得了重大进展，包括钠离子电池、锂金属电池、钒液流电池和高温电池 [11]。然而，它们的整体性能和可靠性仍然无法与最先进的锂离子电池相比或赶上，因此在未来的十年内，它们在大规模BESS中的广泛应用不被预期[[12], [13], [14]]。同样，其他新型储能系统，例如，压缩空气、飞轮、超级电容器和重力能量存储各自都有其内在的问题，因此在可预见的未来，基于锂离子的电池储能系统（BESS）仍将是主要的电力储能技术。得益于电动汽车（EVs）几十年的发展，锂离子电池具有高能量密度、长循环寿命、高 round-trip 效率和降低的制造成本，使其特别适用于电网规模的应用 [15,16]。与锂离子电池相比，传统的铅酸电池最便宜，但深度放电、循环寿命和效率有限 [17]。其他电池技术，如超级电容器，表现出高功率密度但低能量密度，通常优化用于特定的操作场景而不是高容量能量存储 [18]。飞轮、超级电容器和重力能量储存各自都有其内在的问题，因此在可预见的未来，基于锂离子的电池储能系统（BESS）仍将是主要的电力储存技术。得益于电动汽车（EVs）几十年的发展，锂离子电池具有高能量密度、长循环寿命、高 round-trip 效率和不断下降的制造成本，特别适用于电网规模的应用 [15,16]。与锂离子电池相比，传统的铅酸电池最便宜，但深度放电、循环寿命和效率有限 [17]。其他电池技术，如超级电容器，表现出高功率密度但低能量密度，通常优化用于特定的操作场景而不是高容量的能量储存 [18]。飞轮、超级电容器和重力能量储存各自都有其内在的问题，因此在可预见的未来，基于锂离子的电池储能系统（BESS）仍将是主要的电力储存技术。得益于电动汽车（EVs）几十年的发展，锂离子电池具有高能量密度、长循环寿命、高 round-trip 效率和不断下降的制造成本，特别适用于电网规模的应用 [15,16]。与锂离子电池相比，传统的铅酸电池最便宜，但深度放电、循环寿命和效率有限 [17]。其他电池技术，如超级电容器，表现出高功率密度但低能量密度，通常优化用于特定的操作场景而不是高容量的能量储存 [18]。它们有自己的内在问题，因此在可预见的未来，基于锂离子的电池储能系统（BESS）将仍然是主要的电力储存技术。得益于电动汽车（EVs）几十年的发展，锂离子电池具有高能量密度、长循环寿命、高往返效率和不断下降的制造成本，使其特别适用于电网规模的应用[15,16]。与锂离子电池相比，传统的铅酸电池最便宜，但深度放电、循环寿命和效率有限[17]。其他电池技术，如超级电容器，表现出高功率密度但低能量密度，通常优化用于特定的操作场景而不是高容量能源储存[18]。它们有自己的内在问题，因此在可预见的未来，基于锂离子的电池储能系统（BESS）将仍然是主要的电力储存技术。得益于电动汽车（EVs）几十年的发展，锂离子电池具有高能量密度、长循环寿命、高往返效率和不断下降的制造成本，使其特别适用于电网规模的应用[15,16]。与锂离子电池相比，传统的铅酸电池最便宜，但深度放电、循环寿命和效率有限[17]。其他电池技术，如超级电容器，表现出高功率密度但低能量密度，通常优化用于特定的操作场景而不是高容量能源储存[18]。因此，基于锂离子电池的储能系统（BESS）在可预见的未来将仍然是主要的电力储存技术。得益于电动汽车（EVs）几十年的发展，锂离子电池具有高能量密度、长循环寿命、高往返效率和不断下降的制造成本，使其特别适用于电网规模的应用[15,16]。与锂离子电池相比，传统的铅酸电池最便宜，但深度放电、循环寿命和效率有限[17]。其他电池技术，如超级电容器，表现出高功率密度但低能量密度，通常优化用于特定的操作场景而不是高容量能源储存[18]。因此，基于锂离子电池的储能系统（BESS）在可预见的未来将仍然是主要的电力储存技术。得益于电动汽车（EVs）几十年的发展，锂离子电池具有高能量密度、长循环寿命、高往返效率和降低的制造成本，特别适用于电网规模的应用[15,16]。与锂离子电池相比，传统的铅酸电池最便宜，但深度放电、循环寿命和效率有限[17]。其他电池技术，如超级电容器，表现出高功率密度但低能量密度，通常优化用于特定的操作场景而不是高容量能源储存[18]。长循环寿命、高 round-trip 效率和降低的制造成本，使其特别适用于电网规模的应用 [15,16]。与锂离子电池相比，传统的铅酸电池最便宜，但深度放电、循环寿命和效率有限 [17]。其他电池技术，如超级电容器，表现出高功率密度但低能量密度，通常针对特定操作场景进行优化，而不是高容量能量存储 [18]。长循环寿命、高 round-trip 效率和降低的制造成本，使其特别适用于电网规模的应用 [15,16]。与锂离子电池相比，传统的铅酸电池最便宜，但深度放电、循环寿命和效率有限 [17]。其他电池技术，如超级电容器，表现出高功率密度但低能量密度，通常针对特定操作场景进行优化，而不是高容量能量存储 [18]。例如，超级电容器表现出高功率密度但低能量密度，通常针对特定的操作场景进行优化，而不是高容量的能量存储。例如，超级电容器表现出高功率密度但低能量密度，通常针对特定的操作场景进行优化，而不是高容量的能量存储。
在各种储能技术中，BESS（电池储能系统）已成为现代电力系统中最重要的基础设施之一。风能和光伏（PV）的高渗透率给电网带来了运营上的复杂性，例如频率和电压的不稳定[19]。BESS能够削峰填谷、调频、整合可再生能源以及提供应急电源，从而显著增强电网的灵活性和能源安全[20,21]。最近的大规模电力系统故障，例如2021年的德克萨斯电力危机，其峰值需求达到约70吉瓦，导致超过450万用户断电，并在极端运行条件下暴露出电网的脆弱性[22]。同样，2025年西班牙全国范围的停电事件导致总断开负荷达到31吉瓦，影响了数百万用户。强调了可靠的电池储能系统（BESS）在增强电网弹性和运营稳健性方面不可或缺的作用[23]。
同时，电池在各种应用领域中被越来越广泛地采用，从便携式电子设备到电动汽车，以及新兴的电动垂直起降（eVTOL）飞机和数据中心的备用电池单元（BBU）（见图1）。这些多样的应用加速了电池在规模和复杂性上的扩展。人工智能（AI）的快速发展和GPU AI芯片的大量运行增加了电力需求，并带来了更快、更难以预测的负荷波动。在这种情况下，BBU为AI数据中心增强电网灵活性提供了独特的机会[24,25]。作为传统不间断电源（UPS）电池的升级，系统级BBU配置更类似于电池储能系统（BESS）。但是它们的运行特性存在显著差异。BBU系统优化用于高放电率和短放电时间，而BESS提供延长的放电时间（从几小时到几天），并且优化用于深度循环。从系统级的角度来看，电网规模的BESS在运行条件、系统集成和安全管理方面面临更高的要求。
不同电池应用之间的区别总结在表1中。电池为AI驱动的基础设施扩展提供了关键支持，而先进的AI方法正在成为提升大规模电池系统安全性和可靠性的关键推动因素。
与锂离子电池能量密度和单个电池容量的快速增加相比，安全技术和保护措施远远落后，因此整体故障后果和潜在火灾危险变得非常严重。此外，随着用于支持电网、互联网和人工智能应用的电池储能系统（BESS）集装箱数量不断增加，其安全性对公共安全变得更加关键。确保BESS安全的挑战远远超出了孤立的故障现象，并涵盖了系统生命周期的多个阶段，从材料内在安全设计到运行安全管 、智能灭火、以及电池第二寿命的安全风险。电池储能系统（BESS）的安全性在整个使用寿命期间都成为了一个系统级的挑战，涉及化学过程。
