防患于未“燃”！芯森电子FR2V磁通门传感器如何守护储能系统？
大怪科学
近年来全球储能呈现爆发式增长态势，2024年全球储能新增装机量约175.4GWh，据预测，2025年全球新增储能容量将达247GWh，同比增长35%。随着储能不断增长，安全事故也呈现出上升趋势，根据统计数据显示：2025年1-5月全球新增18起储能相关的安全事故，其中系统层面的缺陷占比高达72%，绝缘故障和漏电就像储能系统的“隐形杀手”，本文聚焦储能系统中绝缘故障，探讨磁通门漏电传感器在储能系统中的安全应用。
储能系统结构与漏电风险源分析
- 储能系统架构
这里讲的储能系统是指电化学储能系统（ESS），其基本组成：电池组、PCS（能量转换系统）、BMS（电池管理系统）、EMS（能量管理系统）。
下图为电化学储能框架图，其中红线为电力流向，展示电能在系统中的传输路径，蓝线表示通信数据流向，展示各模块之间的数据交互和通信路径。
储能系统的漏电危害：
•直流侧漏电：电池簇间短路、绝缘失效导致热失控。
•交流侧漏电：接地故障引发设备损坏或人身触电。
直流侧的漏电通常称为“绝缘故障”，是储能系统安全的核心隐患，因为直流电弧比交流电弧更难熄灭，危险性极高。
直流侧漏电风险点详解
- 电池内部
电芯漏液：电池因过充、过热、内部短路或外力损伤导致壳体破裂或防爆阀开启，电解液发生泄漏。电解液是导电的（尤其是锂盐溶液）。一旦泄漏，会污染电池模组、托盘和箱体，在电池极柱（高压）与电池外壳（通常与地/机箱相连）之间形成一条导电通路，产生持续的漏电流。这是非常典型的漏电故障。
隔膜损坏：制造缺陷、锂枝晶刺穿或长期老化导致内部隔膜局部破损。隔膜破损会导致正负极之间发生微短路（Micro-short）。虽然未立即引发严重短路，但会形成一个持续的异常漏电流通道，并随时间推移不断恶化，最终可能引发热失控。
- 电池模组与电池簇层级
连接点异常：模组之间的连接铜排（Busbar）螺栓松动、连接面腐蚀、被污染（如安装时留有金属碎屑）。异常连接点会导致接触电阻增大，局部持续过热，烧毁周围的绝缘材料（如青稞纸、塑料支架），最终使高压导体直接暴露并与金属固定件或机柜接触，造成对地漏电。
高压线缆与铜排：线缆因长期振动与金属边缘摩擦、安装时被划伤、高温老化导致绝缘层（橙色的直流专用绝缘层）破损。 裸露的导体一旦接触到电池簇的金属框架、托盘或箱体，就会立即发生漏电。电池簇内部空间紧凑，高压线路密集，此类风险极高。
BMS采样线束：用于监测电压和温度的采样线通常较细，其绝缘层可能因磨损、高温而破损。采样线本身是低压线路。如果其绝缘破损的位置与高压部件接触，可能导致高压电串入低压的BMS控制系统，造成整个BMS瘫痪甚至引发火灾。
- 电池系统层级
冷却液泄漏：原因是冷却管道接头密封失效、管道因振动疲劳断裂或被腐蚀破洞。液冷系统特有风险:冷却液（通常是水-乙二醇混合液，具有导电性）泄漏后，会喷洒或滴落到电池模组、高压接线箱、铜排等带电部件上，在多个带电体之间或带电体与地之间形成导电桥梁，引发大规模绝缘下降甚至短路。
灰尘与凝露：一般原因是系统密封不严，灰尘侵入。在昼夜温差大的环境下，空气中的水汽在冰冷的金属表面和电路板上凝结成水珠。灰尘与水汽混合后，会在绝缘表面（如PCB电路板、连接器）形成一层导电膜，显著降低绝缘电阻，导致爬电（电流沿着表面泄漏）。
安装与维护问题:安装或维护过程中，工具（如螺丝刀）意外跌落磕碰、遗留的金属工具或零件落在带电部件上。此类问题直接造成正极或负极与机柜的短路和漏电。
储能漏电监测的技术方案对比
鉴于以上危害，建议除了在设计初期采用冗余绝缘设计和故障隔离措施，还要加强环境控制（防潮、防尘、防腐蚀）外，定期进行绝缘电阻测试和漏电流监测，如有条件，在直流侧采用高灵敏度漏电流传感器（如磁通门传感器）实时监控。
技术方案 | 原理简述 | 优点 | 缺点 |
绝缘监测装置（IMD） | 注入信号法测量绝缘电阻 | 成熟、适用于直流系统 | 响应慢、无法定位故障点 |
残余电流互感器 | 检测不平衡电流 | 适用于交流侧 | 直流漏电检测能力弱 |
电阻分压法 | 测量对地电阻 | 成本低 | 精度低（＞100mA） |
磁通门传感器 | 高频磁通门技术 | 高精度（μA级）、低温漂 | 成本较高 |
结论：磁通门技术更适合储能系统对微小漏电流和快速响应的严苛需求。
FR2V H00 系列简介
FR2V系列是芯森电子自主研发的基于磁通门技术的高精度电流传感器，专为直流漏电流监测设计，测量漏电范围从±15mA到±300mA。在电化学储能系统中，可用于电池堆绝缘故障检测，预防直流侧短路引发的热失控。
产品特性：
- 电压输出
- 原材料符合UL 94-V0（黑色）
- 高精度
- 非常低的零点温漂
- 执行标准:
n IEC 60664-1:2020
n IEC 61800-5-1:2022
n IEC 62109-1:2010
参数特点：
- 电压输出
- 供电电压：±12V~±15V
- 额定量程：±10~300mA
- 测量范围：±15~360mA
- 工作范围：-40~70°C
- 典型精度：±0.5%
- 响应时间：500ms
- 绝缘耐压：3kV
- 理论增益：500V/A
- 线性度：0.5%
- 零点温漂：±1.5mV/k
产品尺寸：
典型应用电路：
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