พื้นฐานแบตเตอรี่ลิเธียม (LiFePO₄)
คอร์สเรือไฟฟ้า · วัน 2 เช้า (1) · รู้จักลิเธียม · การต่อ S/P · เลือกแพ็ก
นิยาม · หน้าที่ · ความสำคัญ
นิยามความรู้เรื่องเซลล์แบตเตอรี่ลิเธียม และการต่อแบบอนุกรม (S)/ขนาน (P) เป็นแพ็ก
หน้าที่กำหนดแรงดันด้วยจำนวน S และกำหนดความจุด้วยจำนวน P ให้ตรงกับระบบเรือ
ความสำคัญแบตคือหัวใจของเรือไฟฟ้า เข้าใจ S/P และชนิดเซลล์จึงออกแบบแพ็กได้ถูก ปลอดภัย และคุ้มค่า
1 ชนิดของแบตเตอรี่ลิเธียม
หน้าตาเซลล์จริง — LiFePO₄ (ซ้าย) กับ NMC (ขวา) · ทั้งคู่มีทั้งทรงปริซึมและทรงกระบอก
| ชนิด | แรงดัน/เซลล์ | จุดเด่น | นิยมใช้กับ |
|---|---|---|---|
| LCO | 3.7 V | ความจุสูง | มือถือ / แล็ปท็อป |
| LMO | 3.7 V | เสถียร ปลอดภัย | เครื่องมือไฟฟ้า / การแพทย์ |
| LFP (LiFePO₄) ⭐ | 3.2 V | ปลอดภัยสูง อายุยาว ทนร้อน | รถ/เรือไฟฟ้า |
| NMC | 3.6–3.7 V | กำลังสูง พลังงานหนาแน่น | รถยนต์ไฟฟ้า |
| NCA | 3.6 V | พลังงานสูง อายุยาว (แพง) | EV ระดับสูง |
| LTO | 2.4 V | ชาร์จไว ทนรอบมาก (ความจุต่ำ) | ระบบสำรองไฟ |
คู่มือชนิดแบตเตอรี่ลิเธียม — ภาพรวม 5 ชนิดหลัก
Li-ion · Li-Po · LFP · NMC · LTO — แรงดัน/เซลล์ · พลังงานจำเพาะ · อายุรอบชาร์จ · งานที่พบ
อินโฟกราฟิกเปรียบเทียบครบในหน้าเดียว
เปรียบเทียบลิเธียม 5 ชนิด + ส่วนประกอบแพ็กแบตเตอรี่ + ขั้นตอนตรวจสอบก่อนซ่อม — สังเกตค่า "แรงดันปกติ / พลังงานจำเพาะ / อายุรอบชาร์จ" ของแต่ละชนิด
ที่มา: อินโฟกราฟิก "คู่มือชนิดแบตเตอรี่ลิเธียมในงานซ่อมรถยนต์ไฟฟ้า" — เพื่อการศึกษาเท่านั้น
- LFP (3.2 V/เซลล์) ปลอดภัย เสถียร ทนร้อน · อายุ 2,000–6,000 รอบ → ตัวเลือกหลักของงานเรือ
- NMC (3.6–3.7 V/เซลล์) พลังงานจำเพาะสูง เด่นเรื่องน้ำหนัก/ระยะทาง · อายุ 1,000–2,000 รอบ · ไวไฟกว่า
- LTO (2.3–2.4 V/เซลล์) ชาร์จเร็วมาก อายุ 10,000–30,000 รอบ แต่พลังงานจำเพาะต่ำ (แพ็กใหญ่/หนัก)
- Li-Po เซลล์แบบซอง (Pouch) เบา ยืดหยุ่น — พบในโดรน/อุปกรณ์พกพา ไม่นิยมทำแพ็กเรือ
ก่อนแตะแพ็กทุกครั้ง ยืนยันชนิดเคมีเซลล์จากฉลาก/ข้อมูล BMS แล้ววัดแรงดันจริงก่อนเชื่อ — วิธีวัดดู บทที่ 3 เครื่องมือวัด · การตั้งค่าชาร์จ/ตัดตามชนิดเซลล์ดู บทที่ 6 BMS
เทียบ LiFePO₄ กับ NMC — แรงดันและคุณสมบัติ
สองชนิดที่ใช้ในรถ/เรือไฟฟ้า · เลือกให้ตรงงาน
เทียบกันชัด ๆ
LiFePO₄ — แรงดันต่อเซลล์ต่ำกว่า แต่ปลอดภัยและอายุยาวกว่า
NMC — แรงดัน/พลังงานต่อน้ำหนักสูงกว่า แต่ไวไฟกว่า อายุสั้นกว่า
งานเรือนิยม LFP เพราะ ความปลอดภัยและอายุการใช้งาน สำคัญที่สุดบนเรือกลางน้ำ —
แลกกับแรงดันต่อเซลล์ที่ต่ำกว่า (ต้องใช้เซลล์ S มากกว่าเพื่อให้ได้แรงดันเท่ากัน: ที่ 16S → LFP ≈ 51.2V · NMC ≈ 59.2V)
ตัวอย่างเซลล์จริง — แยก LiFePO₄ จาก NMC ยังไง
ทรงกระบอก 18650 · อ่านฉลาก + วัดแรงดัน · ระวังเซลล์มือสองฉลากมั่ว
1 เทียบหน้าตาเซลล์จริง (ทรง 18650)
LiFePO₄ (LFP) · ฉลาก “LiFePO4 18650 1500mAh 3.2V” · nominal 3.2 V · ชาร์จเต็ม 3.65 V
ตระกูล 3.7 V · ฉลาก “ICR18650P 1500mAh 3.7V” (ICR = LCO/โคบอลต์ คล้าย NMC) · nominal 3.7 V · ชาร์จเต็ม 4.2 V
2 ดู 3 ทาง ก่อนเชื่อ
| ดูที่ | LiFePO₄ (LFP) | NMC |
|---|---|---|
| รหัสฉลาก | IFR / LFP / LiFePO₄ | INR(NMC) / ICR(LCO) / NCR(NCA) |
| Nominal (วัดพัก) | ≈ 3.2 V | ≈ 3.6–3.7 V |
| ชาร์จเต็ม | 3.65 V | 4.2 V |
| ความจุทรง 18650 | ~1.1–1.5 Ah | 2.0–3.5 Ah |
⚠ ฉลากเชื่อไม่ได้ 100% — โดยเฉพาะเซลล์มือสอง/รีไซเคิลที่พิมพ์รหัส/ความจุมั่ว (เช่น 18650 LFP เป็นไปไม่ได้ ที่จะจุเกิน ~1.5Ah) ตัดสินด้วยมัลติมิเตอร์เสมอ: ชาร์จเต็มแล้ววัด — 3.65V = LFP · 4.2V = ตระกูล 3.7V (NMC/LCO)
ทำไมสำคัญกับงานเรือ ตั้ง BMS/เครื่องชาร์จผิดชนิด เช่นชาร์จ LFP ด้วยโปรไฟล์ NMC (ดันถึง 4.2V) ทำเซลล์ บวม/ไหม้ ได้ — ต้องรู้ชนิดก่อนประกอบเสมอ
เทียบแรงดันแพ็ก (V) และจำนวนก้อน — LFP vs NMC
ที่จำนวน S เท่ากัน · LFP ได้แรงดันต่ำกว่า · ต้องเพิ่ม S ≈ 25% เพื่อให้ถึง V เป้าหมาย
1 แรงดัน/เซลล์ และช่วงการใช้งาน
| ค่าแรงดัน/เซลล์ | LFP (LiFePO₄) | NMC |
|---|---|---|
| Nominal | 3.2 V | 3.6 – 3.7 V |
| Full charge | 3.65 V | 4.2 V |
| Min discharge | 2.5 V | 2.8 – 3.0 V |
| ΔV การใช้งาน | ≈ 1.15 V | ≈ 1.3 V |
สรุป NMC มีแรงดันต่อเซลล์สูงกว่า LFP ประมาณ 12–15% → ที่จำนวน S เท่ากัน NMC จะให้แรงดันแพ็กสูงกว่าเสมอ
2 จำนวนก้อนตามแพ็ก V เป้าหมาย
ตัวอย่างเรียน — 12V / 24V เป็นแค่ตัวอย่างให้เห็นภาพการต่อ S เช่นเดียวกับแบตรถยนต์ทั่วไป · ไม่ใช่ระบบเรือจริง
| แพ็ก V เป้าหมาย | จำนวน S | LFP (3.2×S) | NMC (3.65×S) | หมายเหตุ |
|---|---|---|---|---|
| 12 V | 4S | 12.8 V | 14.6 V | ตัวอย่างเรียน |
| 24 V | 8S | 25.6 V | 29.2 V | ตัวอย่างเรียน |
| 48 V | 16S | 51.2 V | 58.4 V | ตัวอย่างเรียน |
| ≈ 76 V ⭐ | 24S | 76.8 V | 87.6 V | ระบบเรือจริง |
⚠ ผลกระทบต่อการออกแบบ ที่ระบบเรือจริง 24S: LFP ต้องใช้ 24 ก้อน · NMC ใช้เพียง 21 ก้อน (21×3.65≈76.65V) —
LFP ต้องใช้ก้อนเพิ่ม ≈ 14% เพื่อถึงแรงดันเดียวกัน แลกกับความปลอดภัยและอายุยืนกว่า
3 ความปลอดภัยและพลังงานหนาแน่น (เหตุผลหลักเลือก LFP)
| คุณสมบัติ | LFP | NMC |
|---|---|---|
| อุณหภูมิ Thermal Runaway | ≈ 280 °C | ≈ 180 °C |
| ปล่อย O₂ / ลามไฟต่อ | น้อย · มักหยุดเอง | มาก → ลามต่อ |
| พลังงานหนาแน่น (Wh/kg) | 120 – 160 | 180 – 250 |
| น้ำหนักแพ็กที่ kWh เท่ากัน | หนักกว่า ≈ 20–30% | เบากว่า |
| อายุ (รอบชาร์จ) | 2,000 – 6,000 | 1,000 – 2,000 |
หลักเลือกงานเรือ บนเรือกลางน้ำมีความเสี่ยง ชน/กระแทก/ความชื้น → ความปลอดภัยต้องมาก่อน เลือก LFP แลกกับการเพิ่มจำนวนก้อนและน้ำหนัก
เซลล์จริงในตลาด — LFP และ NMC
ตัวอย่างเซลล์ยี่ห้อจริงที่ใช้ทำแพ็กเรือ/EV · สเปกจริงจาก datasheet
4 เซลล์ LFP ยอดนิยม (ทรงปริซึม)
| รุ่น | Ah | Nominal | รูปทรง | จุดเด่น |
|---|---|---|---|---|
| EVE LF280K | 280 | 3.2 V | ปริซึม | มาตรฐานงานโซลาร์/เรือ · อายุ 4,000+ รอบ |
| EVE LF105 | 105 | 3.2 V | ปริซึม | ขนาดเล็ก น้ำหนักเบา · เหมาะเรือเล็ก |
| CATL 280Ah | 280 | 3.2 V | ปริซึม | คู่แข่งตรง EVE · คุณภาพสูง รอบยาว |
| REPT 280Ah | 280 | 3.2 V | ปริซึม | ราคาประหยัด · ใช้งานทั่วไป |
ทำไม 280Ah ดัง ขนาดกล่องมาตรฐานเดียวกัน (174×72×207mm) หาง่าย ต่อ 16S1P ได้ 14.3 kWh พอเดินทางเรือไฟฟ้าเป็นวัน
5 เซลล์ NMC ยอดนิยม (ทรงกระบอก + ปริซึม)
| รุ่น | Ah | Nominal | รูปทรง | จุดเด่น |
|---|---|---|---|---|
| Samsung 40T / 50S | 4.0 / 5.0 | 3.6 V | 21700 ทรงกระบอก | พีคกระแสสูง · ใช้ e-bike/escooter |
| LG M50LT | 5.0 | 3.6 V | 21700 | ความจุสูง · พลังงานหนาแน่น |
| CATL prism NMC | ≈ 100–280 | 3.7 V | ปริซึม | ใช้ใน EV เก๋ง · พลังงานหนาแน่นสูง |
| Panasonic NCR21700A | 4.8 | 3.6 V | 21700 | อายุยาว · ความจุคงที่ |
⚠ ข้อสำคัญสำหรับเรือ NMC 21700 ต้องต่อขนานหลายก้อนเพื่อให้ได้ Ah ที่ต้องการ (เช่น 100Ah ต้อง 20P ของ Samsung 50S) —
ก้อนเยอะ = จุดความเสี่ยงเยอะ ต้องมี BMS ที่จัดการเซลล์ระดับวาไรต์ได้ดี
BMS Topology — การเลือกตามชนิดแบตและจำนวนก้อน
LFP กับ NMC ใช้ BMS คนละเบอร์ · Topology เปลี่ยนตามจำนวน S
6 เลือก BMS ให้ตรงชนิดแบต (สำคัญมาก)
| ชนิดแบต | ตัดต่ำ/เซลล์ | ชาร์จเต็ม/เซลล์ | BMS ที่ใช้ |
|---|---|---|---|
| LFP (LiFePO₄) ⭐ | 2.5–2.8 V | 3.65 V | BMS เบอร์ LFP (เช่น JK B1A8S20P-LFP) |
| NMC | 2.8–3.0 V | 4.2 V | BMS เบอร์ NMC (เช่น JK B1A8S20P-NMC) |
⚠ ห้ามสลับเบอร์ BMS LFP ตัดที่ 3.65V — ถ้าใช้กับ NMC จะชาร์จไม่เต็ม (NMC ต้อง 4.2V) · กลับกัน BMS NMC จะไล่ NMC เซลล์ LFP จนเกิน 3.65V → เสียหาย/ติดไฟ
7 BMS Topology ตามจำนวน S
| Topology | ใช้กับ | สายเซลล์ | ข้อดี/ข้อจำกัด |
|---|---|---|---|
| รวมขนานก่อน (1P → S) | LFP 280Ah 24S1P | 24 เส้น | ง่าย สายน้อย · เปลี่ยนก้อนยาก |
| S-ก่อน-P (Multi-BMS) | NMC 21700 21S20P | 21×N เส้น | ดูแลระดับก้อนกลุ่ม · ซับซ้อน |
| Master-Slave | แพ็กใหญ่ 96V+ / 100kWh+ | CAN bus | ขยายได้ · ใช้กับ EV/เรือใหญ่ |
จำง่าย ก้อน LFP 280Ah ใหญ่ → มักรวมขนานก่อน (1P) → BMS ดูเซลล์เดียว · ก้อน 21700 เล็ก → ต้องรวมขนานเป็นกลุ่มก่อนแล้วต่อ S
8 ตัวอย่างจริง — เรือไฟฟ้า 24S (76.8V)
LFP (ที่เลือกจริง) ⭐
- 24S × EVE LF280K (280Ah)
- Nominal: 76.8V · พลังงาน 21.5 kWh
- น้ำหนักแพ็ก ≈ 68–75 kg
- BMS: JK 24S LFP · สายเซลล์ 24 เส้น
- ความปลอดภัย: ทนกระแทก ไม่ลามไฟ
NMC (เปรียบเทียบ)
- 21S × CATL prism NMC 100Ah
- Nominal: 76.65V · พลังงาน 7.7 kWh
- น้ำหนักแพ็ก ≈ 45–55 kg
- BMS: JK 21S NMC · สายเซลล์ 21 เส้น
- พลังงานหนาแน่นสูงกว่า ≈ 20–30%
ใช้ LFP เพิ่มจำนวนก้อน ≈ 14% → ได้ ความปลอดภัยและอายุยืน บนเรือกลางน้ำ
ส่วนประกอบภายในเซลล์ LFP และ NMC
ขั้วบวก/ลบ · เยื่อกั้น (separator) · ม้วนแผ่นอิเล็กโทรด (Jelly Roll)
กายวิภาคของเซลล์
โครงสร้างภายในเซลล์ทรงปริซึมและทรงกระบอก — ทั้ง LFP และ NMC ใช้หลักการเดียวกัน ต่างกันที่ "วัสดุขั้วบวก"
- ขั้วบวก (+) / ขั้วลบ (−) จุดรับ-จ่ายไฟของเซลล์
- เยื่อกั้น (Separator) กั้นไม่ให้ 2 ขั้วแตะกัน (ลัดวงจร) แต่ยอมให้ไอออนผ่าน
- ม้วนแผ่นอิเล็กโทรด (Jelly Roll) แผ่นขั้วบวก-ลบ-เยื่อกั้น ม้วนซ้อนกันเพื่อเพิ่มพื้นที่
รูปทรงของเซลล์และแพ็กแบตลิเธียม
นอกจาก "ชนิดเคมี" ยังมีหลาย "รูปทรง" ให้เลือกใช้
รูปทรงที่พบบ่อย
ตัวอย่างรูปทรงเซลล์/แพ็กลิเธียม — ทรงกระบอก, ปริซึม, โมดูล และแพ็กสำเร็จ
- ทรงกระบอก (Cylindrical) เช่น 18650 / 21700 — เล็ก หาง่าย นิยมทำแพ็ก e-bike/เรือเล็ก
- ทรงกระบอกใหญ่ ความจุต่อก้อนสูงกว่า
- ปริซึม (Prismatic) ก้อนสี่เหลี่ยมความจุสูง (เช่น 280Ah) นิยมงานเรือ/โซลาร์
- โมดูล / แพ็กสำเร็จ ประกอบเป็นชุดพร้อมสายและขั้วต่อ
การต่อแบตเตอรี่ — อนุกรม (S) / ขนาน (P)
เซลล์พื้นฐาน LiFePO₄ · ต่อ S เพิ่มโวลต์ · ต่อ P เพิ่ม Ah
2 ข้อมูลพื้นฐานเซลล์ LiFePO₄
| รายการ | ค่า |
|---|---|
| แรงดัน Nominal | 3.2 V / เซลล์ |
| แรงดันชาร์จเต็ม | 3.65 V / เซลล์ |
| แรงดันต่ำสุด (ตัดการจ่าย) | 2.5 V / เซลล์ |
| ตัวอย่างความจุ | 100 Ah |
3 ต่ออนุกรม (Series)
แรงดันรวม เพิ่มขึ้น · ความจุ (Ah) เท่าเดิม
4S — ต่อ + เข้า − ของเซลล์ถัดไป (เซลล์ละ 100Ah)
3.2V 100Ah × 4 = 12.8V 100Ah (Ah เท่าเดิม)
4 ต่อขนาน (Parallel)
แรงดัน เท่าเดิม · ความจุรวม เพิ่มขึ้น
4P — + รวมกับ + , − รวมกับ − (ต่อขนาน 4 ก้อน)
3.2V 100Ah × 4 = 3.2V 400Ah
วงจรอนุกรม · ขนาน · ผสมอนุกรม-ขนาน
ภาพรวมการต่อ 3 แบบ และผลต่อแรงดัน (V) และความจุ (Ah)
ภาพเปรียบเทียบการต่อ 3 แบบ
ตัวอย่างจากแบต 12V 4Ah จำนวน 4 ก้อน
วงจรอนุกรม (Series)
ต่อ + เข้า − เรียงกัน → แรงดันรวมเพิ่ม · ความจุเท่าเดิม
4×12V → 48V 4Ah
วงจรขนาน (Parallel)
+ รวม +, − รวม − → แรงดันเท่าเดิม · ความจุรวมเพิ่ม
4×4Ah → 12V 16Ah
วงจรผสมอนุกรม-ขนาน (Series-Parallel)
ผสมทั้งสอง → เพิ่มทั้งแรงดันและความจุ
เช่น 24V 8Ah
หลักเดียวกับเซลล์ LiFePO₄ 3.2V — แค่เปลี่ยนตัวเลขแรงดันต่อก้อน: อนุกรมเพิ่มโวลต์ · ขนานเพิ่ม Ah · ผสมเพิ่มทั้งคู่
เปรียบเทียบการต่อ และอ่านชื่อแพ็ก
อนุกรม vs ขนาน · 4S2P / 8S1P หมายความว่าอะไร
5 เปรียบเทียบการต่อ
| รูปแบบ | แรงดัน (V) | ความจุ (Ah) | ใช้เมื่อ |
|---|---|---|---|
| อนุกรม (Series) | เพิ่มขึ้น ▲ | เท่าเดิม ＝ | ต้องการแรงดันสูงขึ้น |
| ขนาน (Parallel) | เท่าเดิม ＝ | เพิ่มขึ้น ▲ | ต้องการความจุ/กระแสมากขึ้น |
6 อ่านชื่อแพ็กแบต (S = อนุกรม, P = ขนาน)
S = จำนวนก้อนที่ต่ออนุกรม (กำหนดแรงดัน) · P = จำนวนชุดที่ต่อขนาน (กำหนดความจุ)
| ชื่อแพ็ก | จำนวนเซลล์ | แรงดัน (3.2V/เซลล์) | ความจุ (เซลล์ 100Ah) |
|---|---|---|---|
| 4S1P | 4 | 12.8 V | 100 Ah |
| 4S2P | 8 | 12.8 V | 200 Ah |
| 8S1P | 8 | 25.6 V | 100 Ah |
จำง่าย ต่ออนุกรมเพิ่ม "โวลต์" · ต่อขนานเพิ่ม "แอมป์-ชั่วโมง (Ah)" · จำนวนเซลล์ทั้งหมด = S × P
C-rate — อัตราการชาร์จ/จ่ายกระแสแบตเตอรี่
เข้าใจ "C" ในสเปกแบต · คำนวณกระแสจากความจุ · เลือก C ให้เหมาะกับงานเรือ
นิยาม · หน้าที่ · ความสำคัญ
นิยามC-rate คืออัตราส่วนกระแสเทียบกับความจุแบต — 1C หมายถึงจ่าย/ชาร์จที่กระแสเท่าความจุพอดีใน 1 ชั่วโมง
หน้าที่บอกว่าแบต "รับ/จ่ายกระแสเร็วแค่ไหน" โดยไม่เสียหาย — ใช้เลือกแบตและตั้งค่าเครื่องชาร์จ/คอนโทรลเลอร์
ความสำคัญC สูง = เร็วแต่ร้อน/เสื่อมเร็ว · C ต่ำ = ช้าแต่อายุยืน — เลือกผิดทำให้แบตพังก่อนอายุหรือจ่ายไม่พอ
7 นิยาม C-rate และสูตรคำนวณ
C-rate เป็นตัวเลขบอก อัตราการไหลของกระแสเทียบกับความจุแบต — ตัวเลข C บอกว่ากระแสเท่ากับความจุกี่เท่า
กระแส (A) = C × Ah · เวลา (ชม.) ≈ 1 ÷ C
C-rate บอกว่ากระแสไหล "กี่เท่าของความจุ" — ตัวเลขยิ่งใหญ่ = ไหลเร็วขึ้น เวลาใช้งานสั้นลง
⚠ ห้ามสับสน C ใน "C-rate" (อัตรากระแส) ไม่ใช่ C ใน "ความจุ" (Capacity) —
C-rate เป็น ตัวคูณ ไม่ใช่หน่วย · ส่วน Ah เป็น ความจุ จริง
8 ตัวอย่าง C-rate — แบต 100Ah
จากแบต 100Ah ค่ากระแสและเวลาใช้งานที่ C-rate ต่าง ๆ คือ:
| C-rate | กระแส (A) | เวลาจ่าย ≈ | ความหมาย |
|---|---|---|---|
| 0.2C | 20 A | 5 ชม. | จ่ายเบา ๆ อายุยืนสุด |
| 0.5C | 50 A | 2 ชม. | ชาร์จ/จ่ายปกติ แนะนำ |
| 1C | 100 A | 1 ชม. | จ่ายเต็มความจุ |
| 2C | 200 A | 30 นาที | จ่ายแรง ร้อน เสื่อมเร็ว |
| 3C | 300 A | 20 นาที | พีค ใช้ชั่วขณะสั้น ๆ |
จำง่าย 1C = กระแสเท่าความจุพอดี (100Ah → 100A) · 0.5C = ครึ่งความจุ (50A) · 2C = สองเท่าความจุ (200A) · เวลา ≈ 1÷C
เวลาจ่าย ≈ 1÷C — C ยิ่งสูง จ่ายเร็วยิ่งขึ้น แต่เวลาใช้งานสั้นลง
9 C-rate กับงานเรือ — เลือกให้ถูก
- ชาร์จปกติ LiFePO₄ แนะนำ 0.5C (100Ah → ชาร์จ 50A) — สมดุลระหว่างความเร็วและอายุ
- จ่ายต่อเนื่อง (มอเตอร์เรือ) ≤ 1C (100Ah → 100A) — ทนได้นาน ร้อนไม่มาก
- พีค (ออกตัว/กระชาก) ≤ 3C (100Ah → 300A) — ใช้ได้ชั่วขณะสั้น ๆ เช่นออกตัว 10–30 วินาที
- ชาร์จเร็ว บางรุ่นทน 1C ได้ แต่ 0.5C ปลอดภัยกว่า สำหรับเรือ
⚠ C สูง = ร้อน = เสื่อมเร็ว จ่าย 3C บ่อย ๆ ทำให้แบตเสื่อมก่อนครึ่งอายุ ·
มอเตอร์เรือกินกระแสต่อเนื่องนาน จึงควรเลือกแบตที่ ทน 1C ต่อเนื่อง ไม่ใช่แค่ทนพีค
ตัวอย่างเรือจริง แพ็ก 280Ah 24S · มอเตอร์ดึงต่อเนื่อง 80A → 80÷280 = 0.29C (เบามาก อายุยืน)
· ออกตัวพีค 250A → 250÷280 = 0.89C (ยัง < 1C ปลอดภัย) — นี่คือเหตุผลที่เรือใช้เซลล์ ใหญ่ (280Ah) ไม่ใช่เซลล์เล็ก
10 คำนวณ C-rate จากสเปกมอเตอร์
C-rate ที่ใช้งาน = กระแสมอเตอร์ (A) ÷ ความจุแบต (Ah)
| มอเตอร์ | กระแส | แบต 100Ah | แบต 280Ah |
|---|---|---|---|
| เดินทาง 3kW @ 76.8V | ~39 A | 0.39C | 0.14C |
| เร่งเต็ม 9kW @ 76.8V | ~117 A | 1.17C ⚠ | 0.42C ✅ |
| พีคออกตัว 20kW | ~260 A | 2.60C ❌ | 0.93C ✅ |
เห็นชัด แบต 100Ah รับพีค 2.6C (เกินขีด) แต่ 280Ah รับแค่ 0.93C (ปลอดภัย) —
ขนาดแบตหนึ่งรองรับมอเตอร์ได้ดูจาก C-rate ที่เกิดขึ้นจริง
เลือก LiFePO₄ และต่อใช้จริงในเรือ
ทำไมต้อง LFP · เลือกจำนวน S/P ตามระบบเรือ
7 จุดเด่นของ LiFePO₄ สำหรับงานเรือ
- ปลอดภัยที่สุด ในกลุ่มลิเธียม โครงสร้างเคมีเสถียร ไม่ลุกไหม้/ระเบิดง่ายแม้ร้อนหรือถูกเจาะ — สำคัญมากบนเรือกลางน้ำที่หนีไฟลำบาก
- อายุยาว 3,000–5,000 รอบ ชาร์จเกือบทุกวันก็ใช้ได้หลายปี
- ทนความร้อนและจ่ายกระแสต่อเนื่องได้ดี เหมาะกับมอเตอร์เรือที่กินกระแสนาน ๆ
- แรงดันนิ่ง 3.2V ตลอดการใช้งาน ทำให้คำนวณ/ออกแบบระบบง่าย
ข้อแลก พลังงานต่อน้ำหนักน้อยกว่า NMC เล็กน้อย และแรงดันต่อเซลล์ต่ำกว่า (ต้องใช้เซลล์จำนวนมากขึ้นเพื่อให้ได้แรงดันเท่ากัน)
แต่แลกกับความปลอดภัยและอายุที่คุ้มกว่ามากสำหรับงานเรือ
8 เลือกจำนวน S ตามแรงดันระบบเรือ
จำนวนอนุกรม (S) กำหนดแรงดัน · จำนวนขนาน (P) กำหนดความจุ/ระยะวิ่ง
S = แรงดันที่ต้องการ ÷ 3.2V · P = ความจุที่ต้องการ ÷ ความจุต่อเซลล์ · เซลล์ทั้งหมด = S × P
| ระบบเรือ | LiFePO₄ (3.2V) | NMC (3.6–3.7V) |
|---|---|---|
| 12V | 4S (12.8V) | 3S–4S |
| 24V | 8S (25.6V) | 7S |
| 48V | 15S–16S (48–51V) | 13S |
| 72V | 22S–24S | 20S |
ข้อสังเกต ชนิดเซลล์ต่างกัน → จำนวน S ต่างกัน เพราะแรงดันต่อเซลล์ไม่เท่ากัน
(คู่มือช่างเดฟใช้ NMC จึง 48V=13S, 72V=20S — แต่เรือใช้ LFP ต้องใช้ S มากกว่า)
ตัวอย่าง อยากได้แพ็กเรือ 24V 20Ah จากเซลล์ทรงกระบอก 3.2V 5Ah → ต้อง 8S4P = 32 เซลล์ (8 อนุกรม ได้ 25.6V · 4 ขนาน ได้ 20Ah)
ระบบจริงบนเรือ — 24S LiFePO₄
12V/24V คือชุดฝึก · เรือใช้งานจริงต้องการแรงดันสูงกว่ามาก
9 ทำไมเรือจริงใช้แรงดันสูง
ระบบ 12V/24V ที่ใช้ในแบบฝึกหัด เป็น "ชุดฝึก/ทดสอบ" เพื่อให้เข้าใจหลัก S/P ก่อน แต่เรือใช้งานจริงต้องการกำลังสูง (มอเตอร์หลายกิโลวัตต์) จึงใช้แรงดันสูงกว่ามาก — ที่นิยมคือ 24S ขึ้นไป
กำลัง P = V × I → แรงดันสูง ทำให้ กระแสต่ำลง ที่กำลังเท่ากัน
ผลคือ สายไฟเล็กลง ร้อนน้อยลง สูญเสียพลังงานน้อยลง และมอเตอร์ทำกำลังได้มากขึ้น
| มอเตอร์ 3,000W | ที่ 24V | ที่ 76.8V (24S) |
|---|---|---|
| กระแสที่ต้องดึง (I = P÷V) | ~125 A | ~39 A |
| ขนาดสายที่ต้องใช้ | ใหญ่มาก | เล็กลงเยอะ |
เรือลำใหญ่ อาจใช้สูงกว่านี้อีก เช่น 48S–96S (150–300V) ตามกำลังมอเตอร์ที่ต้องการ
10 ตัวอย่างแพ็กจริง 24S LiFePO₄
- จำนวนเซลล์ 24 ก้อนต่ออนุกรม (24S)
- แรงดัน Nominal 24 × 3.2 = 76.8 V
- แรงดันชาร์จเต็ม 24 × 3.65 = 87.6 V
- แรงดันตัดต่ำ 24 × 2.5 = 60 V (ตั้งปลอดภัยที่ ~2.8V/เซลล์ = 67.2 V)
- BMS 24S · สาย balance B-, B1 … B24 รวม 25 เส้น
ตัวอย่างคำนวณ (เซลล์ปริซึม LiFePO₄ 280Ah ที่นิยมในงานเรือ ต่อ 24S1P)
• แรงดัน 76.8 V · ความจุ 280 Ah → พลังงาน = 76.8 × 280 = 21,504 Wh ≈ 21.5 kWh
• มอเตอร์เรือแล่นเดินทางเฉลี่ย 3,000 W → เวลาวิ่ง ≈ 21,500 × 0.9 ÷ 3,000 ≈ 6.4 ชั่วโมง
• น้ำหนักแพ็กราว 130 กก. (เซลล์ 280Ah หนัก ~5.4 กก. × 24)
• แรงดัน 76.8 V · ความจุ 280 Ah → พลังงาน = 76.8 × 280 = 21,504 Wh ≈ 21.5 kWh
• มอเตอร์เรือแล่นเดินทางเฉลี่ย 3,000 W → เวลาวิ่ง ≈ 21,500 × 0.9 ÷ 3,000 ≈ 6.4 ชั่วโมง
• น้ำหนักแพ็กราว 130 กก. (เซลล์ 280Ah หนัก ~5.4 กก. × 24)
| เปรียบเทียบ | ชุดฝึก/ทดสอบ | เรือใช้งานจริง |
|---|---|---|
| การต่อ | 4S – 8S | 24S ขึ้นไป |
| แรงดัน Nominal | 12.8 – 25.6 V | 76.8 V |
| ใช้ทำอะไร | เรียนหลัก S/P | ขับมอเตอร์จริง |
หน้าตาแพ็กสำเร็จรูปที่ใช้งานจริง
แพ็กลิเธียมประกอบเสร็จในเคสเหล็ก · จุดสังเกตภายนอกก่อนซื้อ/ติดตั้ง
ตัวอย่างแพ็กลิเธียมสำเร็จรูป 60V 45Ah
แพ็กลิเธียมสำเร็จรูป 60V 45Ah (≈ 2.7 kWh) — เคสเหล็กปิดมิด หูหิ้ว 3 จุด สายกำลัง + (แดง) / − (ดำ)
- เคสโลหะปิดมิด กันกระแทก/ของตกใส่ — ภายในมีเซลล์ + BMS + บัสบาร์ครบชุด
- หูหิ้ว แพ็กระดับนี้หนักได้ราว 25–30 กก. — ยก 2 คนหรือใช้อุปกรณ์ช่วย
- สายกำลัง 2 เส้น แดง = ขั้วบวก (+) · ดำ = ขั้วลบ (−) — ต่อเข้าระบบผ่านเบรกเกอร์/ฟิวส์เสมอ
- ปลั๊กกำลังแบบมีร่องกันกลับขั้ว ปลายสายรวมเป็นปลั๊กก้อนเดียว เสียบผิดขั้วไม่ได้
- พลังงาน 60 × 45 = 2,700 Wh ≈ 2.7 kWh — เล็กกว่าแพ็กเรือ 24S (≈ 21.5 kWh) ราว 8 เท่า
บทเรียนจากแพ็กสำเร็จรูป เรือจริงใช้หลักเดียวกันแต่แพ็กใหญ่กว่ามาก — ก่อนติดตั้งบนเรือต้องวางแผน ตำแหน่ง/การยึด/กันน้ำ (บทที่ 11) และตรวจว่า BMS ภายในตรงชนิดเซลล์ (บทที่ 6) เสมอ
เครื่องคำนวน — ออกแบบแพ็กแบตเตอรี่
ป้อนค่า → ผลลัพธ์เปลี่ยนทันที · ปรับค่าเพื่อดูความสัมพันธ์ของ S/P/V/Ah
1 เลือกจำนวน S ตามแรงดันเป้าหมาย
24S
76.8 V
ที่แรงดันเป้าหมายเท่ากัน LFP ต้องใช้ S มากกว่า NMC เพราะแรงดันต่อเซลล์ต่ำกว่า — แต่แลกกับความปลอดภัยและอายุยืนกว่า
2 สเปกแพ็ก — แรงดัน · ความจุ · พลังงาน
76.8 V
280 Ah
21,504 Wh
17,203 Wh
24 ก้อน
24S1P
3 เวลาวิ่งจากสเปกแพ็ก (DOD 80%)
5.7 ชม.
57 km
ลองปรับกำลังมอเตอร์เฉลี่ย: ยิ่งกำลังน้อย ยิ่งวิ่งนาน — เดินเบา 1,000W อาจวิ่งได้ 17 ชม.
ความต้านทานภายใน (IR) — เข้าใจด้วยภาพ
IR คือ "ตัวต้านทาน" ที่ซ่อนอยู่ในทุกเซลล์ · ยิ่งสูง ยิ่งจ่ายกระแสได้ยาก
ทุกเซลล์มี IR เสมือน "ตัวต้านทาน" ต่ออนุกรมอยู่ในตัว — จ่ายกระแสยิ่งมาก แรงดันยิ่งตก (V = I × R)
| IR ต่ำ (เซลล์ดี) | IR สูง (เซลล์เสื่อม) |
|---|---|
| จ่าย/รับกระแสได้แรง | จ่าย/รับกระแสได้น้อย |
| ใช้ความจุได้เต็ม | ความจุที่ใช้ได้ลดลง |
| เย็น แรงดันตกน้อย | ร้อนง่าย แรงดันตกมาก |
| เซลล์ใหม่/สภาพดี | เซลล์เก่า/เสื่อมสภาพ |
☆ เทียบให้เห็นภาพ — เหมือน "ท่อน้ำ"
กระแสไฟที่ไหลผ่านเซลล์ เปรียบเหมือนน้ำที่ไหลผ่านท่อ — IR ต่ำ = ท่อกว้าง น้ำ (กระแส) ไหลสะดวก · IR สูง = ท่อแคบ/ตัน น้ำไหลฝืด เกิดความร้อน
IR ต่ำ จ่ายกระแสได้แรง
IR สูง จ่ายได้น้อย · ร้อน · เสื่อม
ดูคลิปอธิบายเพิ่มเติม
สแกน QR หรือเปิด youtu.be/XprjBZx4ii0
เครดิตเนื้อหา: ช่อง ZimZim DIY (YouTube) — แผนภาพในหน้านี้วาดขึ้นใหม่เพื่อประกอบการสอน
เครดิตเนื้อหา: ช่อง ZimZim DIY (YouTube) — แผนภาพในหน้านี้วาดขึ้นใหม่เพื่อประกอบการสอน
ความต้านทานภายใน (IR) และการคัดเซลล์
ทำไมต้องวัด IR · ใช้คัดและจัดกลุ่มเซลล์อย่างไร
11 ค่า IR บอกอะไรเกี่ยวกับเซลล์
ความต้านทานภายใน (Internal Resistance: IR) คือความต้านทานต่อกระแสไฟ "ภายในตัวเซลล์เอง" มีหน่วยเป็น มิลลิโอห์ม (mΩ) เกิดจากรอยต่อภายในและปฏิกิริยาเคมี
| ค่า IR | หมายความว่า |
|---|---|
| ต่ำ (mΩ น้อย) | เซลล์ดี จ่ายกระแสได้ดี ร้อนน้อย แรงดันตกน้อยตอนโหลด |
| สูงผิดปกติ | เซลล์เสื่อม/ขั้วหลวม ร้อนง่าย แรงดันตกมากตอนโหลด |
โยงกับ V=I×R ที่กระแสเท่ากัน เซลล์ IR สูงจะเสียแรงดัน (ร้อน) มากกว่า — ในแพ็กที่ต่อขนาน เซลล์ IR ต่ำจะถูกบังคับให้ทำงานหนักกว่าเพื่อน
12 ใช้ IR คัดและจัดกลุ่มเซลล์
ก่อนแพ็ก ให้ วัด IR ทุกเซลล์ จดบันทึก แล้วจัดเซลล์ที่ IR ใกล้กันไว้ "แถว/กลุ่มขนานเดียวกัน" เพื่อให้แต่ละกลุ่มจ่ายกระแสได้เท่า ๆ กัน แพ็กสมดุล อายุยืน
ตัวอย่าง วัดได้ IR = 18, 19, 20, และ 35 mΩ → เซลล์ 35 mΩ เป็นตัวแปลก (สูงผิดกลุ่ม) ควรแยกออก ไม่เอามาปนกับกลุ่ม 18–20 mΩ
· เป้าหมายคือให้ "ผลรวม IR ของแต่ละแถวใกล้เคียงกันมากที่สุด"
ใช้กับแบตมือสองได้ เซลล์มือสองแต่ละก้อนเสื่อมไม่เท่ากัน — วัด IR แล้วจัดก้อนที่ค่าใกล้กันไว้กลุ่มเดียวกัน จึงนำมาประกอบเป็นแพ็กที่สมดุลและปลอดภัยได้
เครื่องวัด IR (Internal Resistance Tester) — วัดค่า mΩ ของแต่ละเซลล์เพื่อคัดและจัดกลุ่ม (ดูวิธีใช้ใน บทที่ 3 เครื่องมือวัด)
ตัวอย่าง: วัด V และ IR รายเซลล์ — 9 เซลล์จริง
เซลล์ LiFePO₄ 280Ah ปริซึม · วัดก่อนแพ็ก 4S2P
13 ตารางวัด V และ IR จากเซลล์จริง 9 ก้อน
วัดจากเซลล์ LiFePO₄ 280Ah ปริซึม 9 ก้อน (ก่อนแพ็ก 4S2P ต้องการ 8 ก้อน) — จดทั้ง V และ IR เพื่อคัดและจัดกลุ่ม
| เซลล์ | แรงดัน (V) | IR (mΩ) | สถานะ |
|---|---|---|---|
| ① | 3.331 | 0.82 | ✅ ดี |
| ② | 3.330 | 0.85 | ✅ ดี |
| ③ | 3.329 | 0.88 | ✅ ดี |
| ④ | 3.332 | 0.83 | ✅ ดี |
| ⑤ | 3.330 | 0.86 | ✅ ดี |
| ⑥ | 3.331 | 0.87 | ✅ ดี |
| ⑦ | 3.330 | 0.84 | ✅ ดี |
| ⑧ | 3.328 | 0.91 | ✅ ดี (ต่อไว้) |
| ⑨ | 3.350 | 2.45 | ❌ สูงผิดปกติ — คัดออก |
ช่วงปกติ IR ของเซลล์ปริซึม LiFePO₄ 280Ah อยู่ที่ 0.7–1.2 mΩ · เซลล์ทรงกระบอก 18650 อยู่ที่ 10–25 mΩ (ต่างขนาด ต่างช่วง)
ดู ทั้ง V และ IR คู่กัน: V ใกล้กัน → ต่อขนานปลอดภัย (ไม่ไหลจ่ายกัน) · IR ใกล้กัน → แบ่งกระแสเท่ากัน ไม่มีเซลล์ทำงานหนักกว่าเพื่อน
14 อ่านค่าอย่างไร — V บอกอะไร · IR บอกอะไร
- V ใกล้กัน (Δ ≤ 10 mV) ต่อขนานแล้วไม่มีกระแสไหลจากเซลล์สูงไปต่ำ → ปลอดภัย
- V ห่างกัน (Δ > 50 mV) ต่อขนานแล้วเซลล์แรงดันสูงจะ "ชาร์จ" เซลล์ต่ำทันที → กระแสพุง ร้อน เสื่อม
- IR ใกล้กัน (Δ ≤ 0.3 mΩ) แบ่งกระแสเท่ากัน ทุกเซลล์ทำงานพอดี แพ็กสมดุล
- IR ห่างกัน (Δ > 1.0 mΩ) เซลล์ IR ต่ำจ่ายกระแสมากกว่า → ร้อน เสื่อมเร็ว แพ็กเบี้ยว
- IR สูงผิดปกติ (เกิน 2–3 เท่าของกลุ่ม) เซลล์เสื่อม/ขั้วหลวม → คัดออก ห้ามนำมาแพ็ก
⚠ วัดซ้ำ 2–3 ครั้งต่อเซลล์ — ค่า IR แกว่งได้ถ้าขั้วสกปรกหรือกดไม่แน่น · เช็ดขั้ว + กดสายวัดให้แน่นก่อนวัด · ถ้าค่าไม่นิ่งให้วัดซ้ำจนได้ค่าเสถียร
จัดกลุ่มเซลล์ 4S2P — เทียบถูกต้อง vs ไม่ถูกต้อง
ใช้ค่า V และ IR จัดเซลล์ 8 ก้อนเป็น 4 กลุ่มขนาน (P) แต่ละกลุ่ม 2 ก้อน
15 หลักการจัดกลุ่มเซลล์
แพ็ก 4S2P = 4 ตำแหน่งอนุกรม × 2 ขนาน = 8 เซลล์ · แต่ละกลุ่มขนาน (P) ต้องมีเซลล์ที่ V ใกล้กัน และ IR ใกล้กัน — จึงจะแบ่งกระแสเท่า แพ็กสมดุล อายุยืน
เกณฑ์การจัดกลุ่ม: ΔV ≤ 10 mV · ΔIR ≤ 0.3 mΩ · คัดเซลล์ IR สูงผิดปกติออกก่อน
16 ✅ จัดกลุ่มที่ถูกต้อง
จัด 4S2P ถูกต้อง — เรียงตาม IR แล้วจับคู่ใกล้สุด · ทุกกลุ่ม ΔIR ≤ 0.03 mΩ · เซลล์ ⑨ คัดออก
| กลุ่มขนาน | เซลล์ | IR (mΩ) | ΔIR | ΔV (mV) | ผล |
|---|---|---|---|---|---|
| P1 | ①+④ | 0.82 / 0.83 | 0.01 | 1 | ✅ |
| P2 | ⑦+② | 0.84 / 0.85 | 0.01 | 0 | ✅ |
| P3 | ⑤+⑥ | 0.86 / 0.87 | 0.01 | 1 | ✅ |
| P4 | ③+⑧ | 0.88 / 0.91 | 0.03 | 1 | ✅ |
เรียงตาม IR จากน้อยไปมาก แล้วจับคู่ใกล้สุด → ทุกกลุ่ม ΔIR ≤ 0.03 mΩ · แพ็กสมดุล อายุยืน
17 ❌ จัดกลุ่มที่ไม่ถูกต้อง
จัด 4S2P ผิด — สุ่มจับคู่ และยังนำเซลล์ ⑨ (IR สูงผิดปกติ) เข้าแพ็ก · P2 อันตรายที่สุด
| กลุ่มขนาน | เซลล์ | IR (mΩ) | ΔIR | ΔV (mV) | ผล |
|---|---|---|---|---|---|
| P1 | ①+⑧ | 0.82 / 0.91 | 0.09 | 3 | ⚠ ผ่านชายขอบ |
| P2 | ②+⑨ | 0.85 / 2.45 | 1.60 | 20 | ❌ อันตราย |
| P3 | ③+⑤ | 0.88 / 0.86 | 0.02 | 1 | ✅ |
| P4 | ④+⑥ | 0.83 / 0.87 | 0.04 | 1 | ✅ |
⚠ สิ่งที่เกิดขึ้นกับ P2 (ผิด): เซลล์ ⑨ IR สูง 2.45 mΩ เทียบเพื่อน 0.85 mΩ → เซลล์ ② จ่ายกระแสมากกว่า ⑨ เท่า · ② ร้อน ⑨ ไม่ทำงาน · แรงดันตกไม่เท่า → BMS ตัดเร็ว · สุดท้าย ② เสื่อมก่อน และ ⑨ ตามไปด้วย
18 ข้อควรระวังในการจัดกลุ่มเซลล์
- วัด V และ IR ทุกเซลล์ก่อนแพ็ก — ห้ามข้าม
- คัดเซลล์ IR สูงผิดปกติ (เกิน 2 เท่าของค่ามัธยฐาน) ออกก่อน
- แต่ละกลุ่มขนาน ΔV ≤ 10 mV และ ΔIR ≤ 0.3 mΩ
- เช็ดขั้วเซลล์ให้สะอาดก่อนวัด (สนิม/คราบทำ IR อ่านสูง)
- วัดซ้ำ 2–3 ครั้ง — ค่าไม่นิ่ง = ขั้วไม่แน่น หรือเซลล์มีปัญหา
- ถ้าเซลล์มือสอง: ชาร์จให้เต็มเท่ากันก่อนวัด V เพื่อให้เทียบได้
- จดบันทึกทุกค่า แล้วเรียงลำดับก่อนจัดกลุ่ม — อย่าจัดจากความจำ
- ใช้โฮลเดอร์จัดเรียงตามกลุ่มก่อนสปอต — ตรวจอีกครั้งก่อนเชื่อม
⚠ แพ็กหนึ่งของมีเซลล์เสีย 1 ก้อน = เสียทั้งแพ็ก · การจัดกลุ่มผิดทำให้เซลล์เสื่อมเร็ว · BMS ตัดบ่อย · ระยะวิ่งสั้น · อาจร้อนจนอันตราย
แบบฝึกหัดการต่อแบตเตอรี่
เขียนสัญลักษณ์การต่อให้ถูกต้องตามแบบอนุกรม (S)/ขนาน (P) แล้วคำนวณ V และ Ah
สัญลักษณ์ที่ใช้
เซลล์ตัวอย่าง 1 ก้อน = 1.5V, 6Ah · + = ขั้วบวก · − = ขั้วลบ
· (ใช้ตัวเลขกลม ๆ เพื่อฝึกหลัก S/P ก่อน — หลักเดียวกับ LiFePO₄)
ข้อ 1 ต่อแบบ 4S1P (อนุกรม 4 ก้อน)
4 ก้อนต่ออนุกรม (4S) · 1 ชุด (1P)
ข้อ 2 ต่อแบบ 4S2P (อนุกรม 4 ขนาน 2 ชุด)
2 แถวแบบ 4S นำมาขนานกัน (+ รวม +, − รวม −)
ข้อ 3 ต่อแบบ 8S1P (อนุกรม 8 ก้อน)
8 ก้อนต่ออนุกรมต่อเนื่อง (แถวบน → ม้วนลงแถวล่าง)
ข้อ 4 ออกแบบเอง — วาดและบันทึกวิธีคิด
โจทย์: ต้องการแพ็ก 12V 12Ah จากเซลล์ 1.5V 6Ah — ต้องต่อแบบกี่ S กี่ P? จงวาดการต่อในพื้นที่ด้านล่าง แล้วเขียนวิธีคิด
พื้นที่วาดการต่อ (ใช้สัญลักษณ์เซลล์ + ขั้ว + / −)
อธิบายวิธีคิด