เหตุใดแบตเตอรี่จึงร้อนมากเกินไป และจะหลีกเลี่ยงได้อย่างไร

แบตเตอรี่ร้อนจัดส่งผลต่อประสิทธิภาพของอุปกรณ์ อายุการใช้งานและความปลอดภัย เนื่องจากแบตเตอรี่จ่ายไฟให้กับอุปกรณ์ตั้งแต่สมาร์ทโฟนไปจนถึงรถยนต์ไฟฟ้า การทำความเข้าใจสาเหตุและการป้องกันความร้อนสูงเกินไปจึงเป็นสิ่งสำคัญ บทความนี้ครอบคลุมถึงกลไก ผลที่ตามมา และกลยุทธ์การป้องกันแบตเตอรี่ร้อนเกินไป เพื่อช่วยให้ผู้ใช้จัดการแบตเตอรี่ได้อย่างมีประสิทธิภาพ

แบตเตอรี่ร้อนเกินไปคืออะไร?

แบตเตอรี่ร้อนจัดเกิดขึ้นเมื่ออุณหภูมิเกิน ช่วงการทำงานที่ปลอดภัย- แบตเตอรี่แต่ละก้อนมีอุณหภูมิที่เหมาะสมสำหรับปฏิกิริยาเคมีที่มีประสิทธิภาพและปลอดภัย เมื่อเกินขีดจำกัดนี้ ปฏิกิริยาจะไม่เสถียร เสี่ยงต่อการสูญเสียประสิทธิภาพและอันตรายด้านความปลอดภัย

ความร้อนสูงเกินไปเป็นอันตรายเนื่องจากอุณหภูมิที่สูงขึ้นจะเร่งปฏิกิริยาเคมี ทำให้เกิดความร้อนมากขึ้นและอุณหภูมิก็เพิ่มขึ้นอีก วงจรตอบรับเชิงบวกนี้สามารถบานปลายได้อย่างรวดเร็วหากไม่ได้รับการจัดการ ซึ่งนำไปสู่สภาวะที่เป็นอันตราย

ผลที่ตามมาของแบตเตอรี่ร้อนจัด

แบตเตอรี่ร้อนจัดส่งผลต่อประสิทธิภาพและความปลอดภัยหลายประการ:

• ประสิทธิภาพการทำงานลดลง: อุณหภูมิสูงจะทำให้แบตเตอรี่เสื่อมสภาพเร็วขึ้น ลดความจุ และทำให้รันไทม์สั้นลง อุณหภูมิที่สูงกว่า 25°C อาจทำให้อายุการใช้งานแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนลดลง
• หนีความร้อน (TR): ความร้อนสูงเกินไปสามารถกระตุ้นให้เกิด TR ซึ่งอุณหภูมิที่สูงขึ้นทำให้เกิดความร้อนสะสมมากขึ้น และอาจนำไปสู่ไฟไหม้หรือการระเบิด
• ความเสียหายทางกายภาพ: ความร้อนเป็นเวลานานสามารถทำลายโครงสร้างภายในอย่างถาวร ทำให้เกิดอาการบวม การรั่วไหลหรือการเสียรูปและกระทบต่อความสมบูรณ์ของแบตเตอรี่
• ประสิทธิภาพลดลง: แบตเตอรี่ที่มีความร้อนสูงเกินไปจะมีความต้านทานภายในสูงขึ้น ส่งผลให้การชาร์จช้าลงและการใช้งานสั้นลง

สาเหตุของแบตเตอรี่ร้อนเกินไป

การทำความเข้าใจว่าอะไรทำให้เกิดความร้อนสูงเกินไปเป็นกุญแจสำคัญในการป้องกัน สาเหตุหลักได้แก่:

• การชาร์จอย่างรวดเร็วหรือการชาร์จไฟเกิน: การชาร์จเกินข้อกำหนดแบตเตอรี่จะทำให้เกิดความร้อนมากเกินไป
• อุณหภูมิแวดล้อมสูง: ความร้อนภายนอก เช่น แสงแดดหรือยานพาหนะที่ร้อน จะจำกัดการกระจายความร้อน
• สภาพหรือการออกแบบแบตเตอรี่ที่ไม่ดี: แบตเตอรี่เก่า เสียหาย คุณภาพต่ำ หรือข้อบกพร่องจากการผลิตทำให้ความต้านทานภายในและความร้อนเพิ่มขึ้น
• ความต้องการพลังงานที่มากเกินไป: กระแสไฟสูงจากงานที่มีความต้องการสูง (การเล่นเกม การสตรีม เครื่องมือไฟฟ้า) ทำให้แบตเตอรี่เครียด
• การระบายอากาศไม่เพียงพอ: การไหลเวียนของอากาศที่จำกัดขัดขวางการระบายความร้อนที่เหมาะสม
• ระบบการจัดการแบตเตอรี่ (BMS) ล้มเหลว: BMS ที่ผิดพลาดไม่สามารถควบคุมอุณหภูมิหรือกระแสไฟฟ้าได้ ทำให้เกิดสภาวะที่ไม่ปลอดภัย

อาการของแบตเตอรี่ร้อนจัด

ประสิทธิภาพการชาร์จหรือการคายประจุลดลง

การรับรู้สัญญาณความร้อนสูงเกินไปช่วยให้สามารถเข้าแทรกแซงได้ทันท่วงทีก่อนที่ความเสียหายจะเกิดขึ้น

การเสียรูปหรือบวม

ความร้อนสูงเกินไปจะเพิ่มแรงดันภายใน ส่งผลให้เคสแบตเตอรี่นูนหรือบิดเบี้ยว สิ่งนี้บ่งบอกถึงปัญหาภายในที่ร้ายแรงและต้องได้รับการดูแลทันที

กลิ่นหรือควัน

กลิ่นไหม้หรือควันบ่งบอกถึงการสลายภายในหรือการเผาไหม้ ดำเนินการทันทีเนื่องจากสิ่งเหล่านี้มักเกิดขึ้นก่อนสภาวะที่เป็นอันตราย

อุณหภูมิสูงผิดปกติ

ความร้อนที่มากเกินไปทำให้แบตเตอรี่สัมผัสไม่สะดวก บ่งบอกถึงความร้อนสูงเกินไปอย่างชัดเจน และไม่ควรมองข้าม

ประสิทธิภาพการชาร์จหรือการคายประจุลดลง

ระยะเวลาการทำงานที่ลดลงหรือการชาร์จที่ช้าแสดงให้เห็นว่าความร้อนสูงเกินไปทำให้เคมีของแบตเตอรี่เสียหาย ส่งผลให้ประสิทธิภาพลดลง

การเปรียบเทียบอาการความร้อนสูงเกินของแบตเตอรี่แต่ละประเภท

วิธีป้องกันแบตเตอรี่ร้อนเกินไป

ขั้นตอนเชิงรุกช่วยลดความเสี่ยงจากความร้อนสูงเกินไป:

• ใช้ที่ชาร์จที่ผู้ผลิตแนะนำเพื่อป้องกันแรงดันไฟฟ้าไม่ตรงกันและความร้อนส่วนเกิน
• เก็บอุปกรณ์ไว้ที่อุณหภูมิระหว่าง 20°C ถึง 25°C (68°F–77°F) หลีกเลี่ยงแสงแดดโดยตรงและยานพาหนะที่ร้อน
• ตรวจสอบให้แน่ใจว่ามีการระบายอากาศที่เหมาะสมโดยรักษาการไหลเวียนของอากาศรอบๆ อุปกรณ์ โดยเฉพาะระหว่างการชาร์จ และทำความสะอาดช่องระบายอากาศเป็นประจำ
• ถอดอุปกรณ์ออกเมื่อชาร์จเต็มแล้ว และหลีกเลี่ยงการใช้งานหนักขณะชาร์จเพื่อลดการสะสมความร้อน
• ใช้ระบบการจัดการแบตเตอรี่ที่ตรวจสอบอุณหภูมิ พิจารณาเซ็นเซอร์เพิ่มเติมสำหรับการใช้งานที่สำคัญ
• ตรวจสอบความเสียหายของแบตเตอรี่เป็นประจำ ทำความสะอาดขั้วต่อ และอัปเดตเฟิร์มแวร์เพื่อการจัดการระบายความร้อนที่เหมาะสมที่สุด

วิธีจัดการกับแบตเตอรี่ร้อนจัด

หากเกิดความร้อนสูงเกินไป ให้ทำตามขั้นตอนเหล่านี้:

1. ตัดการเชื่อมต่อไฟฟ้าทันทีเพื่อหยุดการสร้างความร้อน

2. ย้ายแบตเตอรี่ไปยังบริเวณที่ไม่ติดไฟและมีอากาศถ่ายเทสะดวก ห่างจากสารติดไฟ

3. ปล่อยให้แบตเตอรี่เย็นลงตามธรรมชาติที่อุณหภูมิห้อง หลีกเลี่ยงการทำความเย็นอย่างรวดเร็วเช่นการทำความเย็น

4. อย่าชาร์จจนกว่าจะเย็นเต็มที่และตรวจสอบแล้ว

5. ตรวจสอบอาการบวม การรั่วไหล หรือความเสียหาย อย่านำกลับมาใช้ใหม่หากเสียหาย

6. สำหรับความร้อนสูงเกินไปหรือความเสียหายที่มองเห็นได้ โปรดปรึกษาผู้เชี่ยวชาญ

7. กำจัดแบตเตอรี่ที่เสียหายตามข้อบังคับท้องถิ่น อย่าทิ้งลงในถังขยะทั่วไปเนื่องจากความเสี่ยงด้านความปลอดภัย

แบตเตอรี่ชนิดใดมีแนวโน้มที่จะเกิดความร้อนมากเกินไป?

แบตเตอรี่บางชนิดไม่ได้มีความเสี่ยงจากความร้อนสูงเกินไปเหมือนกัน

18650 ทรงกระบอก NCM และ LCO แบตเตอรี่ลิเธียมไอออน มีความไวต่อความร้อนสูงเกินไปเป็นพิเศษเนื่องจากการออกแบบที่ใช้พลังงานสูง โดยเฉพาะอย่างยิ่งภายใต้พลังงานสูงหรือความร้อน

แบตเตอรี่ LFP (ลิเธียมเหล็กฟอสเฟต) มีความเสถียรทางความร้อนมากกว่าและมีแนวโน้มที่จะเกิดความร้อนมากเกินไปน้อยกว่า แต่ยังคงความร้อนมากเกินไปในสภาวะที่รุนแรง

แบตเตอรี่ทรงแท่งปริซึมขนาดใหญ่ เช่นเดียวกับในยานพาหนะไฟฟ้า อาจมีความร้อนมากเกินไปโดยไม่มีการระบายความร้อนที่เหมาะสม เนื่องจากขนาดและความหนาแน่นของพลังงาน

ทำไมแบตเตอรี่ที่ไม่ได้ใช้ถึงร้อนขึ้น?

แบตเตอรี่สามารถสร้างความร้อนได้แม้ว่าจะไม่ได้ใช้งานเนื่องจาก:

• ปฏิกิริยาเคมีภายใน: การคายประจุเองอย่างช้าๆ จะทำให้เกิดความร้อนเมื่อเวลาผ่านไป
• วงจรไมโครลัดวงจร: ข้อผิดพลาดภายในหรือการเสื่อมสภาพทำให้เกิดการลัดวงจรและความร้อน
• การจัดเก็บที่อุณหภูมิสูง: ความร้อนเร่งการปลดปล่อยและการสะสมตัวเอง
• การเสื่อมสภาพตามอายุ: แบตเตอรี่รุ่นเก่ามีความต้านทานสูงกว่า ทำให้เกิดความร้อนได้มากกว่าแม้จะมีกิจกรรมเพียงเล็กน้อยก็ตาม

แบตเตอรี่ที่มีขนาดต่างกันส่งผลต่อการกระจายความร้อนหรือไม่?

ขนาดของแบตเตอรี่มีผลอย่างมากต่อการกระจายความร้อน

แบตเตอรี่ขนาดใหญ่จะกระจายความร้อนได้อย่างมีประสิทธิภาพน้อยลง เนื่องจากความร้อนของแกนกลางเดินทางได้ไกลขึ้น ส่งผลให้อุณหภูมิภายในสูงขึ้น

วิจัย แสดงให้เห็นว่าแบตเตอรี่ที่มีอัตราส่วนเส้นผ่านศูนย์กลางต่อความสูง (D/H) ที่ใหญ่กว่าจะมีอุณหภูมิต่ำกว่าและการไล่ระดับความร้อนน้อยลง เนื่องจากพื้นที่ผิวเพิ่มขึ้นเพื่อการกระจายความร้อนที่ดีขึ้น สิ่งนี้อธิบายได้ว่าทำไมชุดแบตเตอรี่ขนาดใหญ่ เช่น ในยานพาหนะไฟฟ้า จึงต้องการระบบระบายความร้อนแบบแอคทีฟ ในขณะที่แบตเตอรี่สมาร์ทโฟนขนาดเล็กกว่าใช้ระบบระบายความร้อนแบบพาสซีฟ

การออกแบบแบตเตอรี่ต้องคำนึงถึงทั้งการสร้างความร้อนและการกระจายความร้อนเพื่อรักษาอุณหภูมิที่ปลอดภัย

บทสรุป

แบตเตอรี่ร้อนจัดถือเป็นปัญหาร้ายแรง การรับรู้ถึงสาเหตุและอาการจะช่วยให้ผู้ใช้ป้องกันและจัดการแบตเตอรี่ได้อย่างปลอดภัย

ด้วยการจัดการแบตเตอรี่อย่างระมัดระวังและเคารพขีดจำกัดอุณหภูมิ เราจึงสามารถเพลิดเพลินกับพลังงานแบบพกพาในขณะที่ลดความเสี่ยงได้