มุ่งหน้าเป็นผู้นำ

“เพราะรถยนต์ไฟฟ้าได้รับความนิยมมากขึ้นเรื่อย ๆ เราจึงต้องมั่นใจว่าแบตเตอรี่ที่ใช้ผ่านการทดสอบทั้งด้านความปลอดภัยและประสิทธิภาพ”

Volker Blandow
Global Head of e-Mobility at TÜV SÜD
พุธที่ 27 ตุลาคม 2564

ในปี 2563 รถยนต์ไฟฟ้ามียอดขายกว่า 3.5 ล้านคันทั่วโลก และเชื่อว่าจะพุ่งไปแตะ 6.5 ล้านคันในปี 2564 ผู้เชี่ยวชาญส่วนใหญ่ต่างคาดการณ์ว่า ยอดขายรถยนต์ไฟฟ้าจะขยายตัว 2 เท่าทุกปีในอนาคตอันใกล้

การเติบโตอย่างรวดเร็วของตลาดรถยนต์ไฟฟ้ามาจากแรงผลักดัน 3 อย่าง อย่างแรกที่เห็นได้ชัดคือ การตื่นตัวในเรื่องสภาวะโลกร้อน รายงานล่าสุดจากคณะกรรมการระหว่างรัฐบาลว่าด้วยการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ (IPCC) เตือนว่า ถ้าไม่ลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจกอย่างรวดเร็วและทันที เราจะไม่สามารถบรรลุเป้าหมาย 2oc ตามความตกลงปารีสได้

สภาวะโลกร้อนจะส่งผลกระทบอย่างรุนแรง ไม่ว่าจะเป็นคลื่นความร้อนที่บ่อยครั้งขึ้น ฤดูร้อนที่ยาวนานขึ้น และฤดูหนาวที่สั้นลง ฝนที่ตกไม่ตรงฤดูอันนำไปสู่ภัยแล้ง น้ำท่วม และระดับน้ำทะเลที่เพิ่มสูงขึ้น และความผิดปกติอื่น ๆ อีกมาก เนื่องจากไอเสียรถยนต์เป็นหนึ่งในตัวการสำคัญที่ก่อให้เกิดก๊าซเรือนกระจก รัฐบาลหลายประเทศจึงหันมาสนับสนุนการใช้งานรถยนต์ไฟฟ้า (EV)

การขับเคลื่อนด้วยระบบไฟฟ้า (E-Mobility) กลายเป็นนโยบายสำคัญของยุโรปและจีน และเริ่มได้รับการสนับสนุนมากขึ้นในอเมริกา สหภาพยุโรป (EU) ได้เริ่มพูดคุยเพื่อเตรียมเปลี่ยนถ่ายจากการใช้รถยนต์ระบบสันดาปภายในไปสู่รถยนต์ไฟฟ้า 100% ภายในปี 2578 หรือเร็วกว่านั้น รัฐบาลประเทศสมาชิกอาเซียนและอินเดียก็เริ่มวางนโยบายและกฎระเบียบที่เอื้อประโยชน์ต่อการใช้งานรถที่ขับเคลื่อนด้วยระบบไฟฟ้า

อีกปัจจัยผลักดันคือผู้บริโภคหันมาเลือกใช้รถ EV กันมากขึ้น เนื่องจากสมรรถนะที่ดีกว่า การชับชี่ที่ไร้เสียงรบกวน และยังช่วยประหยัดค่าเชื้อเพลิง

ปัจจัยผลักดันที่สามคือความก้าวหน้าในเทคโนโลยีแบตเตอรี่ แม้เราจะได้ยินคำว่าการขับเคลื่อนด้วยระบบไฟฟ้ามานาน แต่คนก็ยังไม่คุ้นเคยกับมันจนถึงช่วงประมาณ 10 ปีที่ผ่านมา เรื่องนี้เป็นผลมาจากประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ที่ยังพัฒนาได้ไม่เต็มที่ ทำให้รถ EV ขับได้ไม่เกิน 100 ไมล์ต่อการชาร์จ 1 ครั้ง

เพิ่มประสิทธิภาพ ลดต้นทุน

แต่ภาพรวมในปัจจุบันนั้นเปลี่ยนไปโดยสิ้นเชิง อันเป็นผลจากเม็ดเงินหลายหมื่นล้านที่วงการยานยนต์ทุ่มเทในงานวิจัยและพัฒนา แบตเตอรี่มีความจุและประสิทธิภาพมากขึ้น ขับเคลื่อนรถยนต์ไฟฟ้าได้ไกลขึ้น ยิ่งไปกว่านั้น ต้นทุนแบตเตอรี่ยังลดลงอย่างรวดเร็ว ภายในระยะเวลา 7 ปีนับแต่พ.ศ. 2556 ต้นทุนแบตเตอรี่รถ EV ลดลงกว่า 80% จากประมาณ 700-800 เหรียญสหรัฐฯ ต่อกิโลวัตต์-ชั่วโมง (kWh) มาอยู่ที่ 100-130 800 เหรียญสหรัฐฯ ต่อกิโลวัตต์-ชั่วโมง บริษัทอย่างเทสลากล่าวว่าจะสามารถลดเพิ่มได้อีก 50% ภายใน 3-5 ปีข้างหน้า เมื่อราคาลดลงมาอยู่ในช่วง 60-70 ต่อกิโลวัตต์-ชั่วโมง รถยนต์ไฟฟ้าจะมีค่าเชื้อเพลิงเท่ากับรถยนต์ที่ใช้น้ำมัน ในขณะที่ค่าใช้จ่ายที่เกี่ยวข้อง ไม่ว่าจะเป็นค่าเชื้อเพลิงและบำรุงรักษา จะถูกกว่ารถที่ใช้น้ำมัน

ผู้ผลิตแบตเตอรี่และผู้ผลิตรถที่นำแบตเตอรี่ไปใช้ จะต้องคำนึงถึงปัจจัย 6 อย่างอันประกอบด้วยความจุ การรองรับการรับและจ่ายไฟ ความหนาแน่นของพลังงานในเชิงประมาณ น้ำหนัก ความปลอดภัย ต้นทุน และการบริหารจำนวนรอบชาร์จ (Lifecycle management) ทางเดียวที่เราจะทราบได้ว่าแบตเตอรี่ได้มาตรฐานทั้ง 6 ปัจจัยคือต้องนำไปผ่านการทดสอบอันเข้มข้น

แบตเตอรี่รถ EV ต้องทนทานต่อปัจจัยต่าง ๆ ทั้งภายในและภายนอกได้ โดยปัจจัยภายนอกประกอบด้วย

• อุณหภูมิ – แบตเตอรี่ต้องใช้งานได้อย่างปลอดภัยและมีประสิทธิภาพในช่วงอุณหภูมิ -300 °C to 500 °C ขึ้นอยู่กับสภาพอากาศในท้องถิ่น
• ความชื้น - ตั้งแต่ 90% ในบางภูมิภาคไปจนถึงเกือบ 0% ในส่วนอื่น ๆ ของโลก
• การสั่นสะเทือน – เมื่อต้องอยู่ภายในยานพาหนะตลอดเวลา แบตเตอรี่ต้องมีกลไกที่แข็งแกร่งพอที่จะรองรับการสั่นสะเทือนในทุกสภาพอากาศและทุกระดับการชาร์จ
• การกระแทก –สภาพถนนที่ต่างกันจะส่งผลต่อแรงกระแทกที่แบตเตอรี่ได้รับมากน้อยต่างกันไป แบตเตอรี่ต้องไม่หยุดทำงานเมื่อเจอถนนที่ขรุขระ
• น้ำท่วม - หลาย ๆ ภูมิภาคมักเจอปัญหาน้ำท่วมเป็นประจำ ไฟฟ้าและน้ำสามารถสร้างความเสียหายต่อแบตเตอรี่และระบบภายในได้ ดังนั้น ต้องมีการทดสอบระดับการป้องกันน้ำเข้าของส่วนประกอบต่าง ๆ และ drive train ทั้งหมด ไม่ว่าจะเป็นสายไฟและหัวต่อ
• แรงกระแทกที่มากกว่าปกติ – กรณีเกิดอุบัติเหตุ แบตเตอรี่ยังคงต้องปลอดภัยให้มากที่สุด ดังนั้น เราจึงทดสอบความต้านทานแรงกดทับและทดสอบการชนของระบบแบตเตอรี่และตัวรถ แม้แต่ในกรณีไฟไหม้รถ แบตเตอรี่ก็ต้องสามารถทนความร้อนสูงได้ในช่วง 15-20 นาที

ปัจจัยภายในประกอบด้วย

• อุณหภูมิ – ความร้อนในตัวแบตเตอรี่จะมีระดับต่างกันไปจากกิจกรรมต่าง ๆ เช่น ระบบชาร์จเร็วหรือการใช้งานที่หนักหน่วงอย่างการขับรถขึ้นเขา หรือขับด้วยความเร็วสูง
• แรงดัน – เซลล์ภายในโมดูลแบตเตอรี่ต้องออกแบบมาให้ยึดแน่นพอ เพื่อไม่ให้เกิดความเสียหาย
• ซอฟท์แวร์ – ระบบตรวจสอบแบตเตอรี่ (BMS) ต้องผ่านเกณฑ์ความปลอดภัยการทำงานและความปลอดภัยด้านไอที
• การออกแบบที่วางใจได้ – ผลกระทบจากการรั่วไหลของสารอิเล็กโทรไลต์หรือน้ำหล่อเย็น และผลกระทบจากความชื้นข้างในตัวแบตเตอรี่ที่เกิดจากอุณหภูมิที่เปลี่ยนแปลงกระทันหันหรือการกลั่นตัวของไอน้ำ
• ออกแบบเพื่อความปลอดภัย – การทำงานเมื่อเซลล์ใดเซลล์หนึ่งลัดวงจร (เสียหาย ดัดแปลง หรือบกพร่องจากการผลิต) 

การทดสอบครบวงจร

ทูฟ ซูดเป็นผู้นำในด้านการทดสองแบตเตอรี่มากว่า 15 ปี การทดสอบของเราครอบคลุมทุกแง่มุม ทูฟ ซูดร่วมมือกับพันธมิตรและดำเนินการวิจัยและพัฒนากระบวนการต่าง ๆ เพื่อให้มั่นใจว่าแบตเตอรี่ที่ตรวจสอบปลอดภัยและใช้งานได้อย่างมีประสิทธิภาพ เราทดสอบเซลล์ โมดูล และความปลอดภัยของการประกอบ การทดสอบแบตเตอรี่เพื่อให้ได้ตราและประกาศรับรองเป็นสิ่งที่จำเป็นสำหรับผู้บริโภคและการยื่นเรื่องต่อหน่วยงานรัฐ การทดสอบชุดที่สองจะรับรองว่า ตัวแบตเตอรี่เป็นไปตามมาตรฐานของหน่วยงานด้านยานยนต์ของแต่ละประเทศ และตามมาตรฐานสากลอย่าง DIN/ISO หรือมาตรฐานอื่น ๆ ที่ผู้ผลิตร่วมกันพัฒนา การทดสอบชุดที่สามจะเป็นการทดสอบแบบ “ฟรีสไตล์” ที่ปรับเปลี่ยนและออกแบบให้ตรงตามความต้องการของผู้ผลิตเพื่อทดสอบประสิทธิภาพการทำงาน ความปลอดภัยที่มากขึ้น ความน่าเชื่อถือ การจัดการคุณภาพ และการเพิ่มประสิทธิภาพ
เมื่อรถยนต์ไฟฟ้าได้รับความนิยมมากขึ้น การทดสอบก็ซับซ้อนมากขึ้นเช่นกัน ไม่ว่าจะเป็นในด้านขนาดของตัวแบตเตอรี่ ประสิทธิภาพ (ระดับสูง) และคุณลักษณะที่ผู้ผลิตต้องการเพิ่มเติม เพื่อให้ครอบคลุมความต้องการทดสอบดังกล่าว ทูฟ ซูดพัฒนาและลงทุนสร้างห้องปฏิบัติการทดสอบทั่วโลก และอยู่ใกล้กับโรงงานของคุณ

การทดสอบหลาย ๆ อย่างของเราเข้มข้นกว่ามาตรฐานที่องค์กรรัฐหรือระหว่างประเทศตั้งเอาไว้ จะเกิดอะไรขึ้นถ้าแบตเตอรี่ได้รับประจุไฟเกิน (overcharge) อย่างต่อเนื่องแล้วระเบิด แบตเตอรี่จะเป็นอย่างไรถ้ารถชนระหว่างขับที่ความเร็ว 120 กม./ชม. แบตเตอรี่จะเป็นอย่างไรถ้าอุณหภูมิพุ่งสูงถึง 600°C แล้วตกลงในน้ำอุณหภูมิติดลบ ยังการทดสอบอื่น ๆ ที่ทูฟ ซูดทำเพื่อความปลอดภัย เช่น ไฟไหม้แบตเตอรี่ขณะอยู่ในตัวรถ การทดสอบ Thermal runaway ของแพ็กแบตเตอรี่ และการสาธิตวิธีดับเพลิงรถยนต์ไฟฟ้าที่เกิดจากแบตเตอรี่ไหม้ เหตุการณ์เหล่านี้อาจจะเกิดขึ้นน้อยมากในชีวิตจริง แต่ผู้ผลิตรถยนต์ไฟฟ้าเล็งเห็นถึงความสำคัญทั้งในเชิงความปลอดภัย ความน่าเชื่อถือ และคุณภาพ ห้องปฏิบัติการทดสอบแบตเตอรี่ของทูฟ ซูดทุกแห่งสามารถทดสอบสิ่งที่กล่าวมาทั้งหมดได้อย่างปลอดภัย และไม่ทำลายสิ่งแวดล้อม ก๊าซเสียที่เกิดขึ้นจะถูกกักเก็บไว้

การทดสอบแบตเตอรี่โดยทั่วไปจะประกอบด้วยตู้ควบคุมสภาพแวดล้อม (Climate Chamber) เพื่อทดสอบเกี่ยวกับความชื้นและอุณหภูมิ การจัดการพลังงานที่เลียนแบบการชาร์จ คายประจุ และ active driving cycle เครื่องมือเสริมอย่างเครื่องทำความเย็นและโหลดอิเล็กทรอนิกส์จะช่วยจำลองสภาพแวดล้อมให้ใกล้เคียงกับความเป็นจริงมากที่สุด การทดสอบแรงกระแทกทำโดยใช้เครื่องทดสอบการสั่นสะเทือน (Vibration Table) และระหว่างการทดสอบ driving cycle ในทุกขั้นตอน เราจะตรวจสอบวิธีที่แบตเตอรี่ทำงานร่วมกับพาหนะหรืออุปกรณ์จ่ายไฟ เพื่อให้รู้ว่าอยู่เสมอว่าแบตเตอรี่มีประสิทธิภาพเพียงใด ข้อมูลใดบ้างที่ระบบตรวจสอบแบตเตอรี่ (BMS) และเซนเซอร์ต่าง ๆ สื่อสารออกมา รูปแบบการการกระจายอุณหภูมิเป็นส่วนสำคัญต่อการประเมินประสิทธิภาพของระบบหล่อเย็น อุณหภูมิที่พุ่งสูงขึ้นมากเกินไปอาจบ่งชี้ถึงการออกแบบที่ผิดพลาด อันนำไปสู่อายุการใช้งานที่สั้นลงของเซลล์ในบริเวณนั้น ๆ ความเข้าใจ “พื้นที่เสี่ยง” ถือเป็นขั้นแรกที่นำไปสู่การออกแบบแบตเตอรี่ประสิทธิภาพและความทนทานสูง

นอกจากนี้ เรายังสามารถทดสอบปัจจัยภายนอกอย่างการกันน้ำ การกัดกร่อนไอเกลือ อุณหภูมิสูงและต่ำมากได้อีกด้วย

กระบวนการทดสอบของทูฟ ซูดโดยทั่วไปจะเริ่มจากการทำความเข้าใจความต้องการร่วมกับลูกค้า ต่อด้วยการออกแบบการทดสอบที่เหมาะสม ระบุเวลาและขั้นตอนการทดสอบ เตรียมการณ์และทำการทดสอบ วิเคราะห์ความเสียหาย และท้ายที่สุดคือข้อมูลที่มีค่ามากต่อการออกแบบแบตเตอรี่ขั้นสุดท้าย และการนำไปติดตั้งจริงในตัวรถยนต์

ทูฟ ซูดร่วมมือกับผู้ผลิตอย่างใกล้ชิดในขั้นตอนการออกแบบและพัฒนาแบตเตอรี่รถยนต์ไฟฟ้า นำไปสู่การใช้งบประมาณทดสอบอย่างคุ้มค่า การตีความหมายข้อมูลที่ง่าย และการลดความเสี่ยงที่ต้องรื้อออกแบบใหม่ในขั้นตอนท้าย ๆ ของกระบวนการวิจัยและพัฒนา แบตเตอรี่ที่ได้รับการทดสอบแต่เนิ่น ๆ มักจะไม่ค่อยมีปัญหาเมื่อต้องผ่านกระบวนการทดสอบและรับรอง เนื่องจากตัวแบตเตอรี่ได้ปรับปรุงให้ตรงตามมาตรฐานมาเรียบร้อยแล้ว ทูฟ ซูดพร้อมอยู่เคียงข้างคุณตั้งแต่เริ่มทดสอบไปจนถึงผ่านการรับรองในตลาดต่าง ๆ ทั่วโลก
เพื่อให้เป็นไปตามมาตรฐานของลูกค้า หน่วยงานรัฐ และผู้ใช้งานในอาเซียนและตลาดเกิดใหม่ ทูฟ ซูดยังให้บริการทดสอบแบตเตอรี่ที่ครอบคลุมทั้งวงจรชีวิต ประกอบด้วยการทดสอบที่เกินไปกว่าการใช้งานจนเสื่อม (first life) แบตเตอรี่ที่เสื่อมสภาพแล้วอาจนำไปใช้กับพาหนะอื่นหรือต่อกับโครงข่ายไฟฟ้าเพื่อใช้เป็นแหล่งกักเก็บพลังงาน ขั้นตอนสุดท้ายคือการตรวจสอบกระบวนการรีไซเคิลให้ถูกต้อง เนื่องจากแบตเตอรี่นั้นประกอบขึ้นจากโลหะและวัสดุมีค่ามากมาย หลายประเทศมีแนวโน้มจะออกกฎหมายเพื่อสนับสนุนเศรษฐกิจหมุนเวียน และท้ายที่สุดแล้ว แบตเตอรี่จะต้องมีเครื่องหมายติดตามเพื่อให้ตรวจสอบย้อนกลับทั้งวงจรได้ แม้รถที่ใช้จะเป็นรถนำเข้าก็ตาม

ห้องปฏิบัติการของทูฟ ซูดยังพร้อมไปด้วยอุปกรณ์สำหรับทดสอบหน่วยควบคุมกระแสไฟฟ้า (PCU) ระบบตรวจสอบแบตเตอรี่ (BMS) มอเตอร์ เครื่องชาร์จที่ติดตั้งในตัวรถ (On-board charger) และสถานีชาร์จ เรามีห้องปฏิบัติการ 11 แห่งทั่วโลกเพื่ออำนวยความสะดวกแก่ลูกค้า ในฐานะสมาชิกก่อตั้ง CharIN และในฐานะสมาชิกสมาคม CHAdeMO เราเข้าใจทุกอุปสรรคที่เกี่ยวข้องกับระบบ quick charge และ super-fast charge การทดสอบโพรโทคอลสื่อสารของชาร์จเจอร์แบบ DC จะช่วยสร้างประสบการณ์การใช้งานที่ปลอดภัยและสะดวกในขณะที่รถกำลังชาร์จอยู่

อย่างไรก็คาม ทูฟ ซูดได้ก้าวไปอีกขั้นในการทดสอบการขับเคลื่อนด้วยระบบไฟฟ้า รถยนต์ไฟฟ้าเซลล์เชื้อเพลิงจะกลายเป็นตัวเสริมแก่รถยนต์ไฟฟ้าไป “โดยปริยาย” โดยเฉพาะอย่างยิ่งในกรณีที่ต้องใช้งานอย่างหนักหน่วง และในฟลีทที่ต้องไม่เสียเวลาเติมพลังงาน ไฮโดรเจนจะกลายมาเป็นพลังงานที่สำคัญในอนาคต เราจะได้เห็นรถที่ใช้พลังงานไฮโดรเจนบนท้องถนนจนชินตา แน่นอนว่าทูฟ ซูดสามารถเป็นพาร์ทเนอร์ที่คุณไว้ใจได้เมื่อต้องการทดสอบระบบอัดอากาศในตัวรถ หรือหัวจ่ายพลังงานในสถานีน้ำมัน

ที่มา :
Special report Global Warming of 1.5 ºC — (ipcc.ch)