แบตเตอรี่ลิเธียมประสิทธิภาพสูงสำหรับการจัดเก็บพลังงานต้องมีใบรับรองความปลอดภัยใดบ้าง

UL 1973: ใบรับรองความปลอดภัยหลักสำหรับโมดูลและแพ็คแบตเตอรี่ลิเธียม

ขอบเขต ขอบเขตการใช้งาน และข้อกำหนดหลักสำหรับระบบกักเก็บพลังงานแบบคงที่

UL 1973 เป็นแนวทางด้านความปลอดภัยหลักในทวีปอเมริกาเหนือสำหรับโมดูลและแพ็กแบตเตอรี่ลิเทียมที่ออกแบบมาเพื่อการใช้งานแบบคงที่ เช่น ระบบจัดเก็บพลังงาน (ESS) และแหล่งจ่ายไฟสำรอง (UPS) โดยหลักแล้ว มาตรฐานนี้ประเมินว่าการออกแบบสามารถทนต่อปัญหาทั่วไปได้หรือไม่ เช่น ข้อบกพร่องของระบบไฟฟ้า สภาวะความร้อนสูงเกินขีดจำกัด และความเสี่ยงในการเกิดเพลิงไหม้ มาตรฐานนี้มีข้อกำหนดสำคัญหลายประการที่ควรพิจารณาเป็นพิเศษ ประการแรก ต้องมีฉนวนกันไฟฟ้าที่มีประสิทธิภาพสูง เพื่อป้องกันไม่ให้เกิดการลัดวงจรแบบอาร์ค (arcing) ที่อาจเป็นอันตรายเมื่อเกิดเหตุผิดปกติ วัสดุทั้งหมดต้องมีคุณสมบัติต้านการลุกไหม้ และต้องมีระบบป้องกันการรั่วซึมหรือการกระจายของสารอันตรายอย่างเหมาะสม ส่วนประกอบเชิงกลต้องสามารถทนต่อการสั่นสะเทือนและแรงกระแทกที่เกิดขึ้นเป็นประจำระหว่างการใช้งานจริง ระบบจัดการความร้อนก็ต้องทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพแม้ในสภาวะอุณหภูมิที่เปลี่ยนแปลงรุนแรงเกินขอบเขตการใช้งานปกติ การได้รับการรับรองตามมาตรฐาน UL 1973 หมายความว่า แบตเตอรี่เหล่านี้จะสามารถทำงานได้อย่างปลอดภัยภายในอาคารเชิงพาณิชย์และโรงงานอุตสาหกรรมทั่วทุกแห่ง นอกจากนี้ การผ่านการทดสอบตามมาตรฐานนี้ยังเป็นข้อกำหนดจำเป็นก่อนที่ผู้ผลิตจะสามารถยื่นขอใบรับรองระดับสูงขึ้น เช่น UL 9540 สำหรับระบบทั้งระบบ

การทดสอบการใช้งานอย่างรุนแรงที่สำคัญ: การชาร์จเกินขีดจำกัด, การลัดวงจร, การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิแบบเป็นวัฏจักร และการกระแทกเชิงกล

เพื่อรับรองมาตรฐาน UL 1973 ระบบแบตเตอรี่ลิเธียมจะต้องผ่านการจำลองสถานการณ์การใช้งานอย่างรุนแรงอย่างเข้มงวด ซึ่งออกแบบมาเพื่อเลียนแบบสภาวะความล้มเหลวที่รุนแรงที่สุด ได้แก่:

• การชาร์จเกิน : การชาร์จเกินขีดจำกัดที่ปลอดภัย เพื่อยืนยันประสิทธิภาพของวงจรป้องกัน
• ลัดวงจร : การเชื่อมต่อโดยตรงที่ขั้วต่อ เพื่อประเมินความสามารถในการควบคุมการแพร่กระจายของภาวะร้อนล้น (thermal runaway)
• การหมุนเวียนทางความร้อน : การสัมผัสอุณหภูมิซ้ำๆ ตั้งแต่ –20°C ถึง +60°C เพื่อประเมินการเสื่อมสภาพของประสิทธิภาพ
• แรงกระแทกเชิงกล : การกระแทกเพื่อเลียนแบบแรงกดดันระหว่างการขนส่งหรือความเสียหายทางกายภาพ

ตามฉบับปี ค.ศ. 2022 ของมาตรฐานนี้ การผ่านการรับรองต้องไม่มีการเกิดไฟลุกไหม้ ระเบิด หรือการรั่วไหลของอิเล็กโทรไลต์—ซึ่งแสดงให้เห็นว่าระบบสามารถทนต่อสภาวะสุดขั้วได้โดยไม่เกิดความล้มเหลวอย่างรุนแรง

UL 9540A: การตรวจสอบการแพร่กระจายของภาวะร้อนล้นในระบบแบตเตอรี่ลิเธียม

โปรโตคอลการทดสอบการแพร่กระจายของเพลิงจากระบบเซลล์ถึงระบบ และการตีความข้อมูล

UL 9540A ทำงานโดยการวิเคราะห์การแพร่กระจายของความร้อนในระหว่างเหตุการณ์ล้มเหลว ตั้งแต่เซลล์แบตเตอรี่เดี่ยวไปจนถึงระบบทั้งระบบซึ่งประกอบด้วยโมดูลและหน่วยย่อยหลายชุด โดยพื้นฐานแล้ว กระบวนการทดสอบนี้จะสร้างสภาวะการลุกลามอย่างรวดเร็วของความร้อน (thermal runaway) ขึ้นอย่างมีการควบคุม ผ่านวิธีการต่าง ๆ เช่น การชาร์จไฟเกินขีดจำกัด การทำให้เกิดวงจรลัด (short circuit) หรือการกระทำแรงทางกายภาพต่อบาตเตอรี่ ที่ทุกขั้นตอนของกระบวนการนี้ จะมีการตรวจสอบว่าระบบสามารถกักเก็บปัญหาไว้ได้หรือไม่ ก่อนที่สถานการณ์จะเลวร้ายลง หากมีสิ่งใดหยุดยั้งการแพร่กระจายของความร้อนได้ที่จุดใดจุดหนึ่งในลำดับชั้นของระบบ ก็จะไม่จำเป็นต้องดำเนินการทดสอบต่อไปอีก อย่างไรก็ตาม เมื่อความร้อนแพร่กระจายออกไปจริง เจ้าหน้าที่เทคนิคจะวัดค่าต่าง ๆ เช่น อุณหภูมิที่เพิ่มสูงขึ้น ชนิดของก๊าซที่ปล่อยออกมา อนุภาคที่อาจหลุดรอดออกมา และระยะเวลาที่แน่นอนที่ความล้มเหลวใช้ในการลุกลามจากรูปแบบหนึ่งไปยังอีกรูปแบบหนึ่ง ฉบับล่าสุดที่เผยแพร่ในปี ค.ศ. 2024 มีการปรับปรุงที่สำคัญหลายประการ รวมถึงมาตรฐานที่เข้มงวดยิ่งขึ้นสำหรับการทดสอบแบตเตอรี่ลิเธียมชนิดต่าง ๆ ภายใต้อุณหภูมิสูง รวมทั้งกฎเกณฑ์ที่ชัดเจนยิ่งขึ้นว่าอะไรถือว่าผ่านเกณฑ์และอะไรถือว่าไม่ผ่านเกณฑ์ เช่น หนึ่งในข้อกำหนดใหม่ระบุว่า แบตเตอรี่ต้องสามารถกักเก็บปัญหาไว้ได้เป็นเวลาอย่างน้อย 60 นาทีระหว่างเซลล์แต่ละเซลล์ เพื่อให้สอดคล้องกับมาตรฐานความปลอดภัย ผลลัพธ์จากการทดสอบทั้งหมดนี้จะถูกจัดทำเป็นรายงานเชิงลึก ซึ่งให้ข้อมูลเชิงตัวเลขเกี่ยวกับอัตราความเร็วในการลุกลามของเปลวเพลิง ปริมาณควันพิษที่อาจปล่อยออกมา และความเป็นไปได้ของการระเบิด ข้อมูลเหล่านี้มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อหน่วยงานท้องถิ่นในการจัดทำข้อบังคับด้านการดับเพลิง หรือต่อบริษัทต่าง ๆ ที่ต้องการประเมินความเสี่ยงที่อาจเกิดขึ้นภายในโรงงานหรือสถานที่ปฏิบัติงานของตน

มาตรฐาน UL 9540A ช่วยกำหนดแนวทางการออกแบบระบบจัดเก็บพลังงาน (ESS) ที่ปลอดภัยจากอัคคีภัยและกลยุทธ์การลดความเสี่ยง

ข้อมูลจากการทดสอบ UL 9540A มีบทบาทสำคัญอย่างยิ่งต่อการตัดสินใจของวิศวกรในการเลือกวิธีการที่สามารถลดความเสี่ยงจากไฟไหม้ในโลกแห่งความเป็นจริงได้อย่างแท้จริง ในการออกแบบระบบที่เกี่ยวข้อง ผู้เชี่ยวชาญจะพิจารณาค่าการถ่ายเทความร้อนและอัตราการลุกลามของเปลวเพลิง เพื่อกำหนดแนวทางที่ดีขึ้นในการสร้างอุปสรรคกันความร้อน ออกแบบช่องระบายอากาศ และจัดวางระยะห่างระหว่างส่วนต่าง ๆ ของระบบติดตั้งให้เหมาะสม เพื่อให้เหตุการณ์ความร้อนรุนแรงใด ๆ ถูกจำกัดไว้เฉพาะภายในโมดูลเดียว หรืออย่างมากไม่เกินสองโมดูลเท่านั้น เครื่องตรวจจับก๊าซจะถูกตั้งค่าให้เริ่มทำงานระบบดับเพลิงก่อนที่สถานการณ์จะทวีความรุนแรงจนถึงระดับอันตราย เช่น อุณหภูมิสูงเกิน 150 องศาเซลเซียส ฉบับปรับปรุงล่าสุดในปี 2024 ได้ยกระดับมาตรฐานความปลอดภัยอย่างมากสำหรับอุปกรณ์ที่ติดตั้งบนหลังคาและในโรงรถ ซึ่งเป็นพื้นที่ที่มีข้อจำกัดด้านพื้นที่และผู้คนไม่สามารถอพยพออกได้อย่างรวดเร็วหากเกิดเหตุฉุกเฉินใกล้อาคาร ตามสถิติอุตสาหกรรมจากปีที่ผ่านมา สถานที่ที่ปฏิบัติตามแนวทาง UL 9540A มีอัตราการเกิดเพลิงไหม้น้อยลงประมาณร้อยละ 74 เมื่อเทียบกับสถานที่ที่ไม่ปฏิบัติตาม ผู้ดับเพลิงยังใช้รายงานการลุกลามของเพลิงเหล่านี้ในการวางแผนการตอบสนองต่อสถานการณ์เฉพาะด้วย ส่วนเจ้าหน้าที่ตรวจสอบก็อาศัยข้อมูลทั้งหมดนี้เพื่อให้มั่นใจว่าการติดตั้งนั้นสอดคล้องตามข้อกำหนดของ NFPA 855 ทั้งในด้านระยะห่างที่เหมาะสมและการไหลเวียนของอากาศ โดยแปลงการประเมินความเสี่ยงเชิงทฤษฎีให้กลายเป็นมาตรการความปลอดภัยที่ใช้งานได้จริงในสถานที่ติดตั้ง

IEC 62619 และ EN 62619: มาตรฐานอุตสาหกรรมระดับโลกสำหรับความปลอดภัยของแบตเตอรี่ลิเธียม

ข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพ ความทนทานต่อการใช้งานผิดวิธี และการปฏิบัติตามมาตรฐานสำหรับการใช้งานระบบกักเก็บพลังงานเชิงพาณิชย์ (Commercial ESS)

มาตรฐาน IEC 62619 พร้อมกับคู่เทียบระดับยุโรปของมัน คือ EN 62619 ได้กำหนดกฎเกณฑ์ด้านความปลอดภัยที่จำเป็นสำหรับแบตเตอรี่ลิเธียมเชิงอุตสาหกรรมที่ใช้ในระบบจัดเก็บพลังงานแบบคงที่ (ESS) แนวทางปฏิบัติระหว่างประเทศเหล่านี้ซึ่งได้รับการยอมรับอย่างกว้างขวาง กำหนดให้แบตเตอรี่สามารถทำงานได้อย่างน่าเชื่อถือแม้ภายใต้สภาวะเครียดขณะใช้งาน ซึ่งรวมถึงการรักษาความจุไว้ได้หลังจากผ่านการชาร์จ-ปล่อยซ้ำหลายรอบ และรักษาเสถียรภาพทางความร้อนได้จนถึงอุณหภูมิประมาณ 60 องศาเซลเซียส มาตรฐานดังกล่าวยังระบุวิธีที่แบตเตอรี่ต้องทนต่อสถานการณ์การใช้งานผิดวิธีต่าง ๆ ผ่านการทดสอบตามมาตรฐาน เช่น ต้องสามารถทนต่อสภาวะแรงดันไฟฟ้าเกิน (overvoltage) ที่ระดับ 1.5 เท่าของแรงดันชาร์จสูงสุด ทนต่อวงจรลัดวงจรภายนอกที่ค่าความต้านทานลดลงต่ำกว่า 100 มิลลิโอห์ม ทนต่อแรงกดเชิงกลที่มากกว่า 100 กิโลนิวตัน และควบคุมการแพร่กระจายของเหตุการณ์ thermal runaway ได้อย่างมีประสิทธิภาพ เพื่อให้สอดคล้องตามข้อกำหนด ผู้ผลิตจำเป็นต้องติดตั้งคุณสมบัติด้านความปลอดภัยภายในตัวหลายประการ เช่น ระบบตรวจสอบแรงดันสำรอง กำแพงกั้นแบบพาสซีฟที่หยุดการลุกลามของเปลวเพลิง และกลไกการปิดระบบอย่างรวดเร็วที่ทำงานภายในไม่กี่มิลลิวินาที การปฏิบัติตามข้อกำหนดเหล่านี้เป็นสิ่งจำเป็นจริงในการได้รับเครื่องหมาย CE ตามกฎระเบียบว่าด้วยแบตเตอรี่ของสหภาพยุโรป (EU's Batteries Regulation) ซึ่งกำหนดให้มีหลักฐานแสดงการสอดคล้องตามข้อกำหนดด้านความปลอดภัยมากกว่า 25 ด้าน บริษัทที่ปฏิบัติตามมาตรฐาน IEC/EN 62619 รายงานว่ามีอัตราความล้มเหลวในแอปพลิเคชันจริงลดลงประมาณ 40% เมื่อเทียบกับกรณีทั่วไป ตามผลการตรวจสอบด้านระบบจัดเก็บพลังงานเชิงอุตสาหกรรม (Industrial Energy Storage Audit) ประจำปี 2023 ทำให้มาตรฐานเหล่านี้เหมาะสมยิ่งขึ้นสำหรับการนำไปใช้งานในระดับกริดขนาดใหญ่

UL 9540: การรับรองระดับระบบสำหรับการผสานรวมแบตเตอรี่ลิเธียมและระบบจัดการแบตเตอรี่ (BMS) ด้านความปลอดภัย

UL 9540 ตรวจสอบความปลอดภัยของระบบจัดเก็บพลังงานแบบครบวงจรอย่างไร — รวมถึงแบตเตอรี่ลิเธียม การจัดการความร้อน และระบบควบคุม

มาตรฐาน UL 9540 ให้การตรวจสอบความปลอดภัยอย่างครอบคลุมในระดับระบบสำหรับระบบที่จัดเก็บพลังงานแบบครบวงจร โดยพิจารณาเกินกว่าเฉพาะโมดูลแบตเตอรี่เพียงอย่างเดียว ไปยังองค์ประกอบอื่นๆ เช่น ระบบจัดการความร้อน ระบบจัดการแบตเตอรี่ หรือที่เรียกสั้นๆ ว่า BMS โครงหุ้ม และวิธีที่ชิ้นส่วนทั้งหมดเหล่านี้ทำงานร่วมกันผ่านตรรกะการควบคุม แม้ว่าการทดสอบตามมาตรฐานทั่วไปมักจะเน้นที่ส่วนประกอบแต่ละชิ้นเป็นหลัก แต่มาตรฐาน UL 9540 กลับทำการทดสอบประสิทธิภาพของระบบทั้งหมดเมื่อเผชิญกับปัญหาในโลกแห่งความเป็นจริงที่เกิดขึ้นพร้อมกัน เช่น ปัญหาด้านไฟฟ้าที่เกิดร่วมกับสภาพอากาศสุดขั้ว หรือปฏิกิริยาลูกโซ่ด้านความร้อนที่เป็นอันตรายซึ่งเราอาจพบเห็นได้บ้าง สิ่งที่สำคัญที่สุดคือการพิสูจน์ว่าฟีเจอร์ด้านความปลอดภัยทั้งหมดสามารถทำงานร่วมกันได้อย่างมีประสิทธิภาพในฐานะทีมงานเดียว ซึ่งหมายความว่าต้องรักษาความเสถียรระหว่างการชาร์จและปล่อยประจุตามปกติ ควบคุมปัญหาความร้อนไว้ภายในโครงหุ้มที่ออกแบบมาโดยเฉพาะ ปิดระบบโดยอัตโนมัติเมื่อเกิดเหตุผิดปกติรุนแรง และมั่นใจว่าระบบจัดการแบตเตอรี่ (BMS) สามารถสื่อสารกับอุปกรณ์ระบายความร้อนได้อย่างมีประสิทธิภาพ วิธีการทดสอบแบบภาพรวมเช่นนี้ช่วยค้นหาจุดอ่อนที่เกิดขึ้นบริเวณรอยต่อระหว่างส่วนประกอบต่างๆ ทั้งนี้ ระบบที่ผ่านการรับรองตามมาตรฐานนี้แสดงให้เห็นว่ามีเหตุการณ์ความร้อนผิดปกติลดลงประมาณ 47 เปอร์เซ็นต์ เมื่อเทียบกับข้อมูลจากรายงานความปลอดภัยจากเหตุเพลิงไหม้ปี 2023 นอกจากนี้ การได้รับการรับรองยังช่วยเร่งกระบวนการอนุมัติ และสร้างชั้นการป้องกันที่สำคัญสำหรับการติดตั้งแบตเตอรี่ลิเธียมขนาดพาณิชย์และขนาดใหญ่ระดับสาธารณูปโภค

คำถามที่พบบ่อย

ใบรับรอง UL 1973 คืออะไร?

ใบรับรอง UL 1973 เป็นมาตรฐานความปลอดภัยสำหรับโมดูลและแพ็กแบตเตอรี่ลิเธียมที่ใช้ในระบบจัดเก็บพลังงานแบบคงที่ (stationary energy storage systems) และแหล่งจ่ายไฟสำรอง (uninterruptible power supplies) โดยรับรองว่าสามารถทนต่อข้อบกพร่องทางไฟฟ้า ความเครียดจากความร้อน และความเสี่ยงในการเกิดเพลิงไหม้ได้

เหตุใดการทดสอบภายใต้สภาวะการใช้งานที่รุนแรง (critical abuse tests) จึงมีความสำคัญต่อระบบแบตเตอรี่ลิเธียม?

การทดสอบภายใต้สภาวะการใช้งานที่รุนแรง เช่น การชาร์จเกินพิกัด การลัดวงจร การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างรวดเร็ว (thermal cycling) และแรงกระแทกเชิงกล (mechanical shock) ช่วยให้มั่นใจว่าระบบแบตเตอรี่ลิเธียมสามารถทนต่อสภาวะสุดขั้วโดยไม่เกิดความล้มเหลวอย่างร้ายแรง จึงสอดคล้องตามข้อกำหนดด้านความปลอดภัย

มาตรฐาน UL 9540A มีอิทธิพลต่อการออกแบบระบบจัดเก็บพลังงานอย่างไร?

UL 9540A ให้ข้อมูลเกี่ยวกับการถ่ายเทความร้อนและการลุกลามของเปลวเพลิง ซึ่งมีความสำคัญยิ่งต่อการออกแบบระบบที่ลดความเสี่ยงจากเพลิงไหม้ รวมถึงเป็นแนวทางในการจัดวางอุปกรณ์กันความร้อน (thermal barriers) และกำหนดกลยุทธ์การลดความเสี่ยง

มาตรฐาน IEC 62619 และ EN 62619 คืออะไร?

IEC 62619 และ EN 62619 เป็นมาตรฐานสากลที่กำหนดข้อกำหนดด้านความปลอดภัยที่จำเป็นสำหรับแบตเตอรี่ลิเธียมเชิงอุตสาหกรรมที่ใช้ในระบบจัดเก็บพลังงานเชิงพาณิชย์ ซึ่งรวมถึงความน่าเชื่อถือในการทำงานและความสามารถในการทนต่อการใช้งานผิดวิธี

ใบรับรอง UL 9540 ครอบคลุมประเด็นใดบ้าง?

ใบรับรอง UL 9540 ครอบคลุมด้านความปลอดภัยของระบบจัดเก็บพลังงานทั้งระบบ รวมถึงแบตเตอรี่ลิเธียม การจัดการความร้อน และระบบควบคุม โดยมั่นใจว่าส่วนประกอบทั้งหมดจะทำงานร่วมกันอย่างมีประสิทธิภาพเพื่อลดความเสี่ยงให้น้อยที่สุด