top of page
Search

การจับคู่เซลล์และการปรับสมดุล (Cell matching and Balancing)

Updated: Jul 19, 2021

เซลล์คุณภาพเป็นรากฐานที่ดีที่สุดสำหรับแบตเตอรี่ที่ใช้งานได้ยาวนาน


ผู้ผลิตไม่สามารถคาดเดาความจุไฟฟ้าที่แน่นอนได้เมื่อเซลล์หลุดออกจากสายการผลิตและโดยเฉพาะอย่างยิ่งกับแบตเตอรี่ตะกั่วกรด และแบตเตอรี่อื่น ๆ ที่เกี่ยวข้องกับการประกอบด้วยมือ แม้แต่การผลิตเซลล์ด้วยระบบอัตโนมัติในห้องปลอดฝุ่นก็ยังเกิดความแตกต่างของประสิทธิภาพของแต่ละเซลล์ ตามระบบการควบคุมคุณภาพเซลล์แต่ละเซลล์จะถูกวัดและแยกออกเป็นหมวดหมู่ตามระดับความสามารถในการเก็บประจุ NiMH ความจุสูงและเซลล์อื่น ๆ อาจถูกสงวนไว้สำหรับการใช้งานพิเศษและจำหน่ายในราคาพิเศษ กลุ่มความจุปานกลางขนาดใหญ่จะไปสู่ตลาดภาคการค้าและอุตสาหกรรม ส่วนเซลล์คุณภาพต่ำอาจลงเอยในสินค้าสำหรับผู้บริโภคทั่วไปหรือในห้างสรรพสินค้า การฟื้นฟูประจุจะไม่ช่วยเพิ่มขีดความสามารถของเซลล์ระดับล่างได้มากนัก และผู้ซื้อควรตระหนักถึงความแตกต่างในด้านความจุและคุณภาพของเซลล์ซึ่งมักจะเป็นตัวชี้วัดในเรื่องอายุการใช้งาน


การจับคู่เซลล์ตามความจุเป็นสิ่งสำคัญโดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับแบตเตอรี่อุตสาหกรรมและมีโอกาสที่จะไม่สามารถจับคู่ที่สมบูรณ์แบบได้ หากจับคู่กันไม่เหมาะสมเล็กน้อยเซลล์ที่ทำจากนิกเกิลจะปรับตัวเข้าหากันหลังจากผ่านการชาร์จ / การคายประจุ ไม่กี่รอบ คล้ายๆกับผู้นักกีฬาในทีมที่แข่งขัน เซลล์ที่มีคุณภาพสูงยังคงทำงานได้นานกว่าเซลล์ที่มีคุณภาพต่ำกว่าและการคายประจุจะมีความสม่ำเสมอและควบคุมได้มากกว่า ในทางกลับกันเซลล์เกรดต่ำจะคายประจุเร็วกว่าตามการใช้งานและเวลา และความล้มเหลวเนื่องจากการจับคู่ที่แตกต่างกันของเซลล์จะมีมากขึ้น การจับคู่เซลล์ที่ไม่เหมาะสมเป็นสาเหตุของความล้มเหลวในแบตเตอรี่อุตสาหกรรม ผู้ผลิตเครื่องมือไฟฟ้าและอุปกรณ์ทางการแพทย์ระดับมืออาชีพมีความระมัดระวังในการเลือกเซลล์เพื่อให้แบตเตอรี่มีความน่าเชื่อถือและอายุการใช้งานยาวนานมาดูกันว่าเกิดอะไรขึ้นกับเซลล์ที่อ่อนแอซึ่งจับคู่กับเซลล์ที่แข็งแรงกว่าในแบตเตอรี่แพ็ค เซลล์ที่อ่อนแอมีความจุของประจุน้อยกว่าและคายประจุออกไปเร็วกว่าเซลล์ที่แข็งแรง

เซลล์ที่อ่อนแอจะหมดประจุก่อนทำให้เซลล์ที่แข็งแรงรับภาระต่อไปจนถึงจุดที่ภาระสูงนี้สามารถผลักเซลล์ที่อ่อนแอเกิด reverse polarity อันเป็นสาเหตุให้เซลล์นั้นเสียถาวรได้


นิกเกิล - แคดเมียม สามารถทนต่อแรงดันไฟฟ้าย้อนกลับได้แค่ลบ 0.2V ที่ไม่กี่มิลลิแอมป์ แต่หากเกินกว่านี้จะทำให้เซลล์เสียถาวร ขณะชาร์จเซลล์ที่อ่อนแอจะชาร์จเต็มก่อนจากนั้นจะเกิดการสะสมความร้อนในช่วงที่เกิดการ overchargeในขณะที่เซลล์ที่แข็งแกร่งยังคงรับประจุในการชาร์จและยังอยู่ในสภาพเย็น เซลล์ที่อ่อนแอจะมีข้อเสียทั้งในด้านการชาร์จประจุและการคายประจุ มันจะอ่อนแอลงเรื่อย ๆ จนกระทั่งหมดสภาพ


ความแตกต่างของความจุระหว่างเซลล์ในแบตเตอรี่อุตสาหกรรมควรอยู่ที่ +/– 2.5 เปอร์เซ็นต์ ชุดแบตเตอรี่ไฟฟ้าแรงดันสูงที่ออกแบบมาสำหรับงานหนักและช่วงอุณหภูมิกว้างควรลดความแตกต่างของความจุระหว่างเซลล์ มันเป็นความสัมพันธ์ระหว่างความสมดุลของเซลล์และอายุการใช้งานที่ยาวนาน


รูปที่ 1 แสดงให้เห็นถึงประสิทธิภาพการชาร์จและคายประจุของชุดแบตเตอรี่ Li-ion อายุมากจำนวน 5 เซลล์ ตามฟังก์ชันของการจับคู่เซลล์ เซลล์นี้เชื่อมต่อกันแบบ 2P4S โดยมี connector เชื่อมตรงกลางของแบตเตอรี่สองส่วน ความแตกต่างของความจุไฟฟ้าระหว่างทั้งสองส่วนที่ทำการทดสอบคือ 5, 6, 7 และ 12 เปอร์เซ็นต์ เมื่อชาร์จและคายประจุแบตเตอรี่ทั้งหมดจะสูญเสียความจุในช่วง 18 วงรอบ แต่การลดลงมากที่สุดเกิดขึ้นกับชุดแบตเตอรี่ที่มีความจุแตกต่างกัน 12 เปอร์เซ็นต์



รูปที่ 1: ประสิทธิภาพการชาร์จและคายประจุตามฟังก์ชันของการจับคู่เซลล์


ชุดแบตเตอรี่ที่มีเซลล์ที่มีความแตกต่างของประจุระหว่างเซลล์น้อยจะทำงานได้ดีกว่าชุดที่เซลล์หรือกลุ่มเซลล์ที่มีความแตกต่างกันมาก


เซลล์ Li-ion ใหม่ที่มีคุณภาพ มีความจุสม่ำเสมอและมีการคายประจุเอง (self discharge) ต่ำ การเพิ่มสมดุลของเซลล์มีประโยชน์โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อแบตเตอรี่แพ็คมีอายุมากขึ้นและประสิทธิภาพของแต่ละเซลล์จะลดลงตามการใช้งาน ปัญหาจะเกิดขึ้นเมื่อเซลล์ที่ต่อพ่วงกันมีความจุไฟฟ้าลดลง หรือมีการคายประจุเองมากขึ้น สิ่งนี้อาจเป็นผลให้เกิดเรื่องจุดที่มีอุณหภูมิสูงในแบตเตอรี่ขนาดใหญ่ เซลล์ที่มีคุณภาพต่ำอาจมีแนวโน้มที่จะมีอายุไม่เท่ากัน แบตเตอรี่ Li-phosphate มีการคายประจุสูงกว่า Li-ion และต้องใช้วิธีการปรับสมดุลย์เซลล์ที่มีความซับซ้อน


เซลล์ Li-ion ทั้งหมดต้องการวงจรป้องกันที่ทำให้มั่นใจได้ว่าเซลล์ที่เชื่อมต่อกันแบบอนุกรมจะมีแรงดันไฟฟ้าไม่เกิน 4.25V / เซลล์ (Li-ion ส่วนใหญ่) เมื่อชาร์จ และจะตัดการเชื่อมต่อเมื่อเซลล์ที่อ่อนแอที่สุดมีแรงดันไฟฟ้าลดลงเหลือ 2.80V / เซลล์หรือต่ำกว่า ระบบปลดการคายประจุนี้ป้องกันไม่ให้เซลล์ที่แข็งแรงดันเซลล์ที่อ่อนแอจนเกิด reverse polarity สิ่งนี้อาจอธิบายได้ว่าทำไมชุดแบตเตอรี่ Li-ion สำหรับเครื่องมือไฟฟ้าจึงมีอายุการใช้งานยาวนานกว่าแบตเตอรี่ที่ทำจากนิกเกิลที่ไม่มีวงจรป้องกัน วงจรป้องกันยังช่วยป้องกันแบตเตอรี่จากกระแสไฟฟ้าที่มากเกินไป





เอกสารอ้างอิง

[1] Battery University, [Online]. Available: www.batteryuniversity.com

 

AEC Hybrid Plus ให้บริการตรวจวิเคราะห์แบตเตอรี่ไฮบริด (Hybrid battery analysis & testing) ซ่อมแบตเตอรี่ไฮบริด (Hybrid battery repair) ฟื้นฟูสภาพแบตเตอรี่ (Hybrid battery reconditioning) และเปลี่ยนชุดแบตเตอรี่ไฮบริด (Hybrid battery rebuild/replacement) ด้วยเครื่องมือที่ทันสมัย อะไหล่ที่มีคุณภาพและทีมงานที่เชี่ยวชาญ พร้อมใบรับประกัน

111 views0 comments

Comments


bottom of page