การรับรองความปลอดภัยของแบตเตอรี่สำหรับระบบจัดเก็บพลังงานมีขึ้นอย่างไร

การจัดเก็บพลังงาน แบตเตอรี่ และความเสี่ยงจากภาวะความร้อนสูงเกินควบคุม

การทำความเข้าใจการแพร่กระจายของความร้อนในระบบแบตเตอรี่ลิเธียม-ไอออน

ภาวะความร้อนสูงเกินควบคุมยังคงเป็นปัญหาด้านความปลอดภัยที่สำคัญที่สุดสำหรับแบตเตอรี่ลิเธียม-ไอออน แบตเตอรี่เก็บพลังงาน ซึ่งเกิดขึ้นเมื่อการผลิตความร้อนสูงกว่าอัตราการระบายความร้อนระหว่างการทำงาน ปรากฏการณ์แบบลูกโซ่นี้จะเริ่มต้นที่อุณหภูมิ 160-210°C สำหรับแบตเตอรี่ประเภท NMC (นิกเกิล-แมงกานีส-โคบอลต์) ในขณะที่แบตเตอรี่ LFP (ลิเธียม-เฟอร์ริกฟอสเฟต) ที่มีโครงสร้างเคมีที่เสถียรกว่าจะเริ่มต้นที่อุณหภูมิ 270°C (รายงานการศึกษาจากห้องปฏิบัติการอิสระ, 2025) มีสาเหตุหลักสามประการที่ทำให้เกิดการวิเคราะห์ความล้มเหลว:

• ความเสียหายทางกลจากแรงกระแทกหรือการกดทับ
• การใช้งานผิดวิธีทางไฟฟ้า เช่น การชาร์จเกินหรือวงจรลัดวงจร
• ความเครียดจากความร้อนเกินขีดจำกัดที่กำหนดไว้ในการปฏิบัติการ

ปี 2024 Scientific Reports ผลการศึกษาพบว่า การให้ความร้อนด้านข้างทำให้เกิดการลุกลามเร็วกว่าการให้ความร้อนในแนวตั้งถึง 34% ในระบบแบตเตอรี่หลายเซลล์ โดยอุณหภูมิสูงสุดสามารถสูงเกิน 800°C ระหว่างภาวะล้มเหลวแบบลูกโซ่ ขณะนี้การออกแบบแบบโมดูลาร์พร้อมตัวกันไฟชนิด retardant ช่วยชะลอจุดอุณหภูมิวิกฤตได้นานขึ้น 12-18 นาที ซึ่งเป็นเวลาสำคัญสำหรับการทำงานของระบบความปลอดภัย

กลยุทธ์การควบคุมไฟไหม้สำหรับการติดตั้ง BESS

ระบบจัดเก็บพลังงานจากแบตเตอรี่สมัยใหม่ (BESS) ใช้มาตรการป้องกันไฟไหม้อย่างเป็นชั้นเชิง โดยรวมทั้งมาตรการแบบพาสซีฟและแอคทีฟเข้าด้วยกัน:

1. กำแพงกันไฟแบบพาสซีฟ ทนทานต่ออุณหภูมิสูงกว่า 1,200°C เป็นเวลานานกว่า 90 นาที โดยใช้เส้นใยเซรามิกหรือสารเคลือบที่พองตัวเมื่อเจอความร้อน
2. ระบบระบายก๊าซ เปลี่ยนทิศทางผลพลอยได้จากภาวะความร้อนล้นหลามไปยังส่วนที่ยังไม่ได้รับผลกระทบ
3. ตู้แยกส่วน จำกัดการมีอยู่ของออกซิเจนเพื่อยับยั้งการเผาไหม้

การวิเคราะห์มาตรฐานปี 2025 แสดงให้เห็นว่า การติดตั้งที่มีการตรวจจับควันแบบบูรณาการและระบบระบายความร้อนด้วยของเหลว สามารถลดเหตุการณ์ความร้อนลุกลามในระดับเต็มได้ 78% เมื่อเทียบกับระบบระบายความร้อนด้วยอากาศ ในขณะที่การเว้นระยะห่างตามมาตรฐาน NFPA 855 (3 ฟุตระหว่างโมดูล) ยังช่วยลดความเสี่ยงจากการลุกลามของไฟโดยชะลออัตราการถ่ายโอนความร้อนให้ต่ำกว่า 0.8°C/วินาที

กรณีศึกษา: การวิเคราะห์เหตุการณ์ไฟไหม้แบตเตอรี่ปี 2023

เหตุการณ์ไฟไหม้ระบบเก็บพลังงานแบตเตอรี่ขนาดใหญ่ในปี 2023 ได้เปิดเผยช่องโหว่ในการออกแบบที่สำคัญ เมื่อการคายประจุเองผิดปกติในโมดูล NMC จำนวนสามโมดูล ทำให้เกิดการสะสมความร้อนที่ไม่ถูกตรวจจับ ผลการตรวจสอบทางเทคนิคที่สำคัญมีดังนี้

• เซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิใช้เวลา 22 วินาทีในการรายงานค่าอุณหภูมิที่เกินระดับวิกฤต
• กำแพงกันไฟไม่มีความทนทานต่อการกัดกร่อนเพียงพอในสภาพแวดล้อมที่มีความชื้นสูง
• เจ้าหน้าที่ดับเพลิงต้องการการฝึกอบรมเฉพาะทางเพื่อจัดการกับไฟที่เกี่ยวข้องกับลิเธียม

การจำลองสถานการณ์หลังเกิดเหตุแสดงให้เห็นว่า โปรโตคอลการปิดระบบฉุกเฉินที่ได้รับการอัปเดตอาจสามารถควบคุมความเสียหายไว้ที่ 11% ของพื้นที่โรงงาน แทนที่จะสูญเสียจริงถึง 63% เหตุการณ์นี้ทำให้เกิดการเร่งรัดข้อกำหนดด้านกฎระเบียบสำหรับการตรวจสอบอุณหภูมิแบบสองช่องทาง และการตรวจสอบภาพความร้อน (thermal imaging) เป็นประจำทุกไตรมาสใน 14 รัฐของสหรัฐฯ

การจัดเก็บพลังงาน แบตเตอรี่ มาตรฐานการทดสอบความปลอดภัย

วิธีการทดสอบไฟขนาดใหญ่ตามมาตรฐาน UL 9540A

การปฏิบัติตามมาตรฐานความปลอดภัยในปัจจุบัน แบตเตอรี่เก็บพลังงาน อ้างอิงตามมาตรฐานการทดสอบความปลอดภัยจากไฟไหม้ เช่น UL 9540A โดยมีพื้นฐานจากการประเมินความเสี่ยงด้านไฟไหม้ที่เกี่ยวข้องกับแบบจำลองพื้นฐานสำหรับการแพร่กระจายปฏิกิริยาลูกโซ่การสูญเสียความร้อน (thermal runaway) และเหตุการณ์ในสถานการณ์เลวร้ายที่สุด เช่น การล้มเหลวแบบลูกโซ่ของอุปกรณ์โมดูลแบตเตอรี่ ซึ่ง UL 9540A ที่ปรับปรุงใหม่ในปี 2025 ช่วยให้สามารถประเมินเทคโนโลยีใหม่ๆ เช่น แบตเตอรี่ไอออนโซเดียม และรับประกันการตรวจสอบความเสี่ยงจากไฟไหม้อย่างเข้มงวด ตัวอย่างเช่น ผลการทดสอบจะบ่งชี้ว่าการติดตั้งจำเป็นต้องใช้โครงสร้างกันไฟหรือระบบระบายอากาศเพื่อควบคุมการปล่อยก๊าซหรือไม่ และตอนนี้องค์ประกอบทางเคมีของ powerpack ครอบคลุมหมวดหมู่ที่กว้างขึ้น สะท้อนถึงความก้าวหน้าโดยรวมในอุตสาหกรรมการจัดเก็บพลังงาน

CSA C800-2025 ข้อกำหนดในการประเมินความทนทาน

CSA C800-2025 ซึ่งมีการพัฒนารหัสที่ Argonne เป็นมาตรฐานคู่สำหรับแบตเตอรี่รถยนต์ โดยเน้นข้อกำหนดด้านความทนทานที่ดีขึ้นของระบบแบตเตอรี่ พร้อมให้ความสำคัญเพิ่มขึ้นทั้งในด้านความทนทานเชิงกลและความทนทานต่อสิ่งแวดล้อม การทดสอบประกอบด้วยการจำลองสภาพการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิเป็นเวลา 2,000 ชั่วโมง แรงสั่นสะเทือนที่เทียบเท่ากับสภาพในเขตแผ่นดินไหวระดับ 4 และสภาพความชื้นตามมาตรฐานที่ระดับ 95% RH การทดสอบเหล่านี้ยืนยันว่ากรณีแบตเตอรี่จะไม่มีการรั่วไหลของอิเล็กโทรไลต์แม้ในสภาพอากาศสุดขั้ว ซึ่งมีความสำคัญเป็นพิเศษในพื้นที่ชายฝั่งทะเลหรือพื้นที่เสี่ยงเกิดแผ่นดินไหว

กระบวนการรับรองจากหน่วยงานภายนอกเพื่อความน่าเชื่อถือของ ESS

องค์กรรับรองอิสระทำการตรวจสอบระบบจัดเก็บพลังงานผ่านการตรวจสอบหลายขั้นตอนที่สอดคล้องกับมาตรฐาน NFPA 855 และ IEC 62933 โดยกระบวนการนี้ประกอบด้วย

• การวิเคราะห์วัสดุในระดับชิ้นส่วน (เช่น ความสมบูรณ์ของตัวแยกสารกันไฟ)
• การทดสอบการทำงานภายใต้ภาวะเครียดของระบบแบบครบวงจรที่ ±15% ความทนทานต่อแรงดันไฟฟ้า
• การประเมินความปลอดภัยทางไซเบอร์สำหรับระบบจัดการแบตเตอรี่ที่เชื่อมต่อกับคลาวด์

ผู้รับรองดำเนินการตรวจสอบสถานที่โดยไม่แจ้งล่วงหน้าเพื่อให้มั่นใจว่ามีการปฏิบัติตามข้อกำหนดอย่างต่อเนื่อง โดย 93% ของการตรวจสอบที่ล้มเหลวเกิดจากการปรับเทียบเซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิที่ไม่เหมาะสม (รายงานความปลอดภัย ESS ปี 2024)

การจัดเก็บพลังงาน แบตเตอรี่ คุณสมบัติความปลอดภัยในการออกแบบ

ระบบความปลอดภัยถูกสร้างไว้ภายในเพื่อประกันความปลอดภัยของแบตเตอรี่สำหรับการเก็บพลังงานจากภาวะการเพิ่มอุณหภูมิแบบไม่ควบคุมได้ผ่านมาตรการทางวิศวกรรมหลายระดับ นวัตกรรมหลักมาจากสามด้าน ได้แก่ ระบบจัดการแบตเตอรี่ขั้นสูง (BMS) เพื่อการตรวจสอบแบบออนไลน์ ส่วนผสมของอิเล็กโทรไลต์ที่ช่วยลดการลุกไหม้ และสถาปัตยกรรมแบบโมดูลาร์เพื่อระบุตำแหน่งข้อผิดพลาด รวมกันแล้วหลักการออกแบบเหล่านี้เพิ่มความสามารถในการรับมือกับข้อผิดพลาดเฉพาะที่ และลดโอกาสเกิดความล้มเหลวที่เป็นหายนะ

สถาปัตยกรรมระบบจัดการแบตเตอรี่ขั้นสูง (BMS)

ระบบจัดการแบตเตอรี่ (BMS) ในปัจจุบันใช้อัลกอริทึมทำนายผลเพื่อติดตามระดับแรงดันไฟฟ้า อุณหภูมิภายใน และระดับการชาร์จ (SoC) ของแต่ละเซลล์ โดยหนึ่งในกระบวนการดำเนินงานคือ การตรวจจับความผิดปกติแต่เนิ่นๆ เช่น การชาร์จเกินหรือความเครียดจากความร้อน จากนั้นจึงกระตุ้นให้ระบบปิดการทำงานของโมดูลที่ได้รับผลกระทบโดยทันที ก่อนที่ความเสียหายจะเพิ่มขึ้นจนถึงระดับที่ไม่สามารถควบคุมได้ เหมาะสมกับสถานการณ์ที่กำหนด การแทรกแซงแบบเรียลไทม์นี้ช่วยป้องกันไม่ให้ปัญหาเฉพาะจุดบางอย่างพัฒนาไปสู่เหตุการณ์ทางความร้อน (Thermal Events) ของระบบโดยรวม ซึ่งมีความสำคัญเป็นพิเศษสำหรับการติดตั้งขนาดใหญ่

ความก้าวหน้าทางวิทยาศาสรวัสดุในอิเล็กโทรไลต์ทนไฟ

มีความก้าวหน้าอย่างมากในด้านเคมีของอิเล็กโทรไลต์ โดยมุ่งเน้นที่อิเล็กโทรไลต์ที่มีคุณสมบัติทนไฟโดยธรรมชาติ ซึ่งไม่เพียงแค่ต้านทานการลุกไหม้ แต่ยังช่วยชะลอการลุกลามของไฟอีกด้วย การอัปเดตงานวิจัยด้านความปลอดภัยของแบตเตอรี่สำหรับแบตเตอรี่ปี 2024 ได้เปิดเผยถึงการออกแบบแบตเตอรี่แบบสถานะคงที่ (solid-state) ที่ใช้แนวทางการลดอิเล็กโตรไฟล์ (electrophile reduction) เพื่อตรึงอิเล็กโทรไลต์ไว้กับที่ และลดการเกิดลิเธียมเดนไดรต์ (lithium dendrite) กลยุทธ์นี้ให้ผลลัพธ์ที่ประสิทธิภาพสูงถึง 99.9% ในการเก็บประจุ (coulombic efficiency) และมีอายุการใช้งานยาวนานถึง 10,000 ชั่วโมง พร้อมความเสี่ยงในการลุกไหม้ที่ลดลงอย่างมาก

การออกแบบแบบโมดูลาร์เพื่อแยกและควบคุมข้อผิดพลาด

การจัดวางแบตเตอรี่แบบโมดูลาร์จะแบ่งเซลล์ออกเป็นหน่วยที่ทนไฟได้ โดยมีการกั้นระหว่างหน่วยด้วยวัสดุกันความร้อน หากเกิดภาวะความร้อนสูงเกินควบคุม (thermal runaway) โครงสร้างนี้จะจำกัดความเสียหายไว้เฉพาะโมดูลที่เกิดเหตุเท่านั้น และป้องกันการลุกลามไปยังหน่วยอื่นๆ การแยกข้อผิดพลาดเช่นนี้ช่วยให้ระบบยังคงทำงานได้บางส่วนระหว่างการซ่อมแซม ลดเวลาที่ต้องหยุดทำงาน และทำให้สามารถเปลี่ยนชิ้นส่วนเฉพาะจุดได้โดยไม่ต้องปิดระบบทั้งหมด

แบตเตอรี่สำหรับระบบจัดเก็บพลังงานที่เป็นไปตามมาตรฐาน NFPA 855

ระยะห่างและความกำหนดของตู้ควบคุม

ด้วยเหตุนี้ NFPA 855 จึงกำหนดให้มีระยะห่างอย่างน้อยสามฟุตระหว่างหน่วย ESS กับผนังที่ใกล้ที่สุด เพื่อช่วยป้องกันการแพร่กระจายของการเกิดภาวะ Thermal Runaway ระยะห่างเหล่านี้อาจลดลงได้จากการทดสอบแบบจำลองเต็มรูปแบบของกำแพงกันไฟและทางเลือกในการป้องกันที่ยืนยันแล้ว โดยอุตสาหกรรมชั้นนำได้เปลี่ยนไปใช้ตู้ทำจากเหล็กเสริมแทนพลาสติกทนไฟ (FR plastics) ที่สามารถติดไฟได้ เพื่อลดความเสี่ยงของการถ่ายเทความร้อนลง 40–60% เมื่อเทียบกับการออกแบบที่ไม่มีการจัดอันดับ

ข้อกำหนดระบบตรวจจับควันและการระบายอากาศ

ระบบตรวจจับควันขั้นสูงจะต้องทำงานให้สัญญาณเตือนภายใน 30 วินาทีหลังจากตรวจพบอนุภาคตามแนวทางของ NFPA 72 การออกแบบระบบระบายอากาศเน้นการเจือจางก๊าซที่ติดไฟได้เช่น ไฮโดรเจนฟลูออไรด์ โดยกำหนดให้มีการเปลี่ยนถ่ายอากาศ 12–15 ครั้งต่อชั่วโมงในพื้นที่ปิด ผลการศึกษาอุตสาหกรรมในปี 2023 แสดงให้เห็นว่าการระบายอากาศที่เหมาะสมสามารถลดความเสี่ยงการสะสมของก๊าซลงได้ถึง 60% ในสถานการณ์ Thermal Runaway

การรับรองมาตรฐานการป้องกันอัคคีภัยในระดับรัฐ

ปัจจุบันมี 23 รัฐที่กำหนดให้ต้องปฏิบัติตามมาตรฐาน NFPA 855 สำหรับการติดตั้งแบตเตอรี่ในระดับระบบสาธารณูปโภค โดยทั้งรัฐมิชิแกนและแคลิฟอร์เนียยังกำหนดให้ต้องมีการวิเคราะห์อันตรายเฉพาะที่โดยหน่วยงานอิสระสำหรับเหตุเพลิงไหม้ที่เกิดขึ้นหลังปี 2023 สถานการณ์หนักสุด: รายงาน National Safety Blueprint ปี 2024 ระบุว่า 89% ของโครงการใหม่ในปัจจุบันมีการปฏิบัติตามมาตรฐาน NFPA เกินกว่าข้อกำหนดขั้นต่ำผ่านการใช้กำแพงกันไฟแบบหลายชั้น และระบบดับเพลิงอัตโนมัติ รัฐแคลิฟอร์เนียและอีก 12 รัฐได้สรุปร่างกฎหมายปี 2025 เรียบร้อยแล้ว ซึ่งจะมีมาตรการควบคุมระบบกักเก็บพลังงานไฟฟ้า (ESS) ในเขตเมืองเข้มงวดมากยิ่งขึ้น

แผนปฏิบัติการตอบโต้เหตุฉุกเฉินสำหรับแบตเตอรี่ระบบกักเก็บพลังงาน

ระเบียบปฏิบัติในการประสานงานกับกรมดับเพลิงสำหรับเหตุเพลิงไหม้ในระบบกักเก็บพลังงานแบตเตอรี่ (BESS)

กฎเกณฑ์การดับเพลิงสำหรับระบบกักเก็บพลังงานแบตเตอรี่ (BESS) มีความจำเป็นเพื่อให้การตอบสนองเหตุฉุกเฉินประสบผลสำเร็จ หน่วยงานต่าง ๆ ควรพัฒนาแผนเตรียมการก่อนเกิดเหตุการณ์ โดยกำหนดยุทธวิธีเฉพาะในการควบคุมการเกิดปฏิกิริยาลูกโซ่ความร้อน การดำเนินการแยกแหล่งจ่ายไฟฟ้า และกลยุทธ์การใช้น้ำสำหรับเคมีภัณฑ์ของลิเธียม-ไอออนที่แตกต่างกัน การฝึกซ้อมเชิงปฏิบัติการร่วมกันระหว่างผู้ดำเนินการระบบและเจ้าหน้าที่ป้องกันและบรรเทาสาธารณภัย เพื่อสอนเจ้าหน้าที่ให้ทราบถึงตำแหน่งของประตูห้องแบตเตอรี่และอุปกรณ์ตัดไฟฟ้าของแบตเตอรี่ นอกจากนี้ ควรมีการนำการแลกเปลี่ยนข้อมูลแบบเรียลไทม์ระหว่างระบบตรวจสอบภายในสถานที่และศูนย์บัญชาการเหตุการณ์ไปรวมไว้ในโครงสร้างการสื่อสาร เพื่อช่วยประสานงานกิจกรรมควบคุมสถานการณ์เมื่อเกิดเหตุการณ์ความร้อน

กลยุทธ์การลดผลกระทบต่อสาธารณสุข

อันตรายต่อสุขภาพของประชาชนในเหตุการณ์ BESS ถูกนำเสนอเป็นระบบป้องกันหลายชั้นสำหรับการรั่วไหลของก๊าซพิษและอนุภาค การระบายอากาศเชิงกลยุทธ์และการตรวจสอบสภาพบรรยากาศจะช่วยกำหนดเขตปลอดภัยเพื่อปกป้องชุมชน แผนการอพยพควรคำนึงถึงแบบจำลองการกระจายตัวของฝอย (ทิศทางลมและเคมีของแบตเตอรี่) โครงการต่างๆ เช่น ความร่วมมือด้านความปลอดภัยของลิเธียม-ไอออนทั่วโลก กำลังดำเนินการเพื่อสร้างวิธีการที่ดีกว่าในการควบคุมแพ็กแบตเตอรี่ที่เกิดความเสียหาย แนวทางเหล่านี้ให้ความสำคัญกับการควบคุมคุณภาพอากาศในระยะยาวผ่านการเก็บตัวอย่างสิ่งแวดล้อมและการเฝ้าระวังสุขภาพหลังเกิดเหตุการณ์

ส่วน FAQ

การเกิดภาวะความร้อนสะสม (Thermal runaway) ในแบตเตอรี่ระบบจัดเก็บพลังงานคืออะไร?

ภาวะความร้อนสะสมคือปัญหาด้านความปลอดภัยของแบตเตอรี่ลิเธียม-ไอออน เกิดขึ้นเมื่อการผลิตความร้อนมากกว่าการระบายความร้อน ทำให้เกิดปฏิกิริยาลูกโซ่ภายในระบบแบตเตอรี่

สามารถป้องกันภาวะความร้อนสะสมในระบบจัดเก็บพลังงานได้อย่างไร?

การเกิดภาวะความร้อนลุกลามสามารถป้องกันได้ด้วยการออกแบบแบบโมดูลาร์ที่มีตัวคั่นกันไฟ ช่องกันไฟแบบพาสซีฟ โครงสร้างแบบห้องแยกส่วน และการตรวจสอบแบบเรียลไทม์ผ่านระบบจัดการแบตเตอรี่ขั้นสูง

มาตรฐานความปลอดภัยใดบ้างที่เกี่ยวข้องสำหรับแบตเตอรี่สำหรับการจัดเก็บพลังงาน?

NFPA 855, UL 9540A และ CSA C800-2025 เป็นมาตรฐานความปลอดภัยหลักสำหรับการปฏิบัติตาม โดยเน้นการทดสอบการทนไฟ ข้อกำหนดด้านความทนทาน และการปฏิบัติในการติดตั้งที่เหมาะสม

กลยุทธ์หลักในการควบคุมไฟไหม้สำหรับระบบจัดเก็บพลังงานคืออะไร?

ระบบจัดเก็บพลังงานใช้มาตรการแบบพาสซีฟและแอคทีฟ เช่น กำแพงกันไฟ ระบบระบายแก๊ส และโครงสร้างที่ทนไฟเพื่อควบคุมการลุกลามของไฟและลดความเสียหาย

ระบบจัดการแบตเตอรี่ขั้นสูงมีบทบาทอย่างไรในการรับประกันความปลอดภัย?

สถาปัตยกรรม BMS ขั้นสูงใช้อัลกอริธึมเชิงพยากรณ์เพื่อติดตามพารามิเตอร์สำคัญ และกระตุ้นการปิดระบบล่วงหน้าเพื่อป้องกันเหตุการณ์ทางความร้อนที่อาจเกิดขึ้นในทั้งระบบ