Charge/Discharge และ Spot Welding
นิยาม · หน้าที่ · ความสำคัญ
1 การชาร์จ LiFePO₄ แบบ CC/CV
- 4S = 14.6 V
- 8S = 29.2 V
- 24S (เรือจริง) = 87.6 V
- กระแสชาร์จ ทั่วไป ≤ 0.5C (ทำได้ถึง 1C)
CC กระแสคงที่จนแรงดันถึงค่าเต็ม → CV แรงดันคงที่ กระแสค่อย ๆ ลด BMS บาลานซ์/ตัดเมื่อเต็ม
2 ทดสอบความจุ (Discharge test)
ปล่อยกระแสคงที่จนแรงดันถึงจุดตัด แล้ววัด Ah ที่จ่ายได้จริง = ความจุจริง ของแพ็ก (เทียบกับค่าที่ระบุไว้)
เครื่องมือและวัสดุสำหรับแพ็กแบต
3 รายการเครื่องมือ/วัสดุ
| # | อุปกรณ์ | หน้าที่ |
|---|---|---|
| 1 | มิเตอร์วัด IR | วัดความต้านทานภายในเซลล์ (คัดเซลล์) |
| 2 | มัลติมิเตอร์ดิจิทัล | วัดแรงดัน/กระแส |
| 3 | หัวแร้ง + ตะกั่ว | บัดกรีสาย (ลงนิกเกิล/บัสบาร์ ไม่ลงผิวเซลล์) |
| 4 | เครื่องสปอต (Spot welder) | เชื่อมแผ่นนิกเกิลเข้าขั้วเซลล์ |
| 5 | รางใส่เซลล์ (โฮลเดอร์) | ยึดเซลล์ให้เป็นระเบียบ + ช่วยระบายความร้อน |
| 6 | แผ่น/ลวดนิกเกิล | เชื่อมขั้ว มักใช้หนา 0.15–0.2 มม. |
| 7 | เทปกันความร้อน | ติดทับรอยสปอต กันช็อต/ความร้อนสะสม |
| 8 | เทปกันช็อตขั้วบวก (แหวน) | แปะขอบขั้วบวกกันช็อตตอนสปอต |
| 9 | แผ่นอีพ็อกซี่กันช็อต | หนา ≥ 2 มม. หุ้มกันกระแทก |
| 10 | เทปใยสับปะรด (Filament) | รัดแพ็กให้แน่นหนา |
| 11 | ท่อหด PVC | ห่อชั้นนอก กันน้ำ/กันช็อต |
| 12 | ขั้วต่อแอนเดอร์สัน | ปลั๊กจ่ายไฟ เลือกแอมป์ให้พอ (30/50/120A) |
| 13 | สายไฟ DC | ต่อจาก BMS ไปโหลด เลือกหน้าตัดทนกระแส (กันไหม้) |
| 14 | BMS | วงจรจัดการแบต กัน OVP/UVP/กระแสเกิน |
| + | ซิลิโคนกันน้ำ | สำหรับเรือ ยิงปิดช่องว่างกันน้ำเข้าแพ็ก |
รู้จักสเปกเซลล์ 18650 ก่อนแพ็ก
4 อ่านสเปกเซลล์ทรงกระบอก 18650
ก่อนสปอตเชื่อมประกอบแพ็ก ต้องอ่านสเปกเซลล์ให้ครบทั้ง 7 ค่า — ใช้เลือกเครื่องชาร์จ ตั้งค่า BMS และคำนวณกระแสสูงสุดที่แพ็กจ่ายได้
- ขีดจำกัดแรงดัน ห้ามชาร์จเกิน 4.2V/เซลล์ และห้ามใช้จนต่ำกว่า 2.75V — BMS จะตัดให้อัตโนมัติ
- ระวังชนิดเซลล์ ค่าในภาพเป็นเซลล์ Li-ion/NMC (3.6V) — ถ้าเป็น LiFePO₄ ตัวเลขต่างกัน: 3.2V nominal · ชาร์จเต็ม 3.65V · ตัดต่ำ ~2.5V
Spot Welding — เชื่อมจุดแผ่นนิกเกิล
5 Spot Welding (เชื่อมจุดแผ่นนิกเกิล)
- เชื่อม แผ่นนิกเกิลเข้าขั้วเซลล์ด้วยกระแสพัลส์สูง-สั้น
- ไม่บัดกรีตรงเซลล์ เพราะความร้อนค้างทำเซลล์เสื่อม/เสีย
- ตั้งพลังงาน/พัลส์ ตามความหนานิกเกิล
- เชื่อมดี = 2 จุดต่อขั้ว ดึงไม่หลุด ไม่ทะลุแผ่น
ขั้นตอนการแพ็กแบตเตอรี่ (10 ขั้น)
6 ลำดับการแพ็ก
- ชาร์จเซลล์ให้เต็มเท่ากันทุกก้อน — ให้ทุกเซลล์เริ่มที่แรงดันเดียวกัน
- วัดและจัดกลุ่มค่า IR — วัด IR ทุกเซลล์ จดบันทึก แล้วจัดลงโฮลเดอร์ให้ "ผลรวม IR แต่ละแถวใกล้เคียงกัน" (แพ็กจะสมดุล อายุยืน)
- ตัดแผ่นนิกเกิล (0.15–0.2 มม.) ให้พอดีกับระยะของเซลล์
- สปอตแผ่นนิกเกิล — เริ่มจากขั้วบวกด้วยนิกเกิลเส้นเดี่ยวก่อน แล้วสปอตเส้นคู่จนครบทั้งสองด้าน ยิงหลายจุดต่อขั้ว (เช่น 4 จุด) ให้แน่น
- ติดเทปกันความร้อน ทับรอยสปอต กันความร้อนสะสม/ช็อต
- ต่อสาย BMS — ถอดสาย balance ออกจากบอร์ดก่อน แล้วบัดกรีเริ่มจาก B− ไล่ B1, B2 … ถึง B+ เสร็จแล้ววัดแรงดันที่ B+/C− ว่าไฟออกถูกต้อง
- ต่อสายไฟใช้งาน — บัดกรีสาย B+/C− จาก BMS เข้าขั้วแอนเดอร์สัน เตรียมจ่ายไฟ/ชาร์จ
- หุ้มอีพ็อกซี่ + รัดเทปใยสับปะรด ให้แน่น กันกระแทก
- หุ้มท่อหด PVC เป่าลมร้อนให้รัดรูป แล้ว ยิงซิลิโคนปิดช่องว่างกันน้ำ (สำคัญมากบนเรือ)
- ชาร์จเต็มอีกครั้ง ก่อนนำไปติดตั้งในเรือ
ตัวอย่างแพ็กสำเร็จ — รูปทรงและขั้วต่อ
7 รูปทรงแพ็กและขั้วต่อใช้งาน
เซลล์ 18650 ชุดเดียวกันจัดเรียงได้หลายรูปทรงตามพื้นที่ติดตั้ง — เรียงแถวยาว ทรงกระบอก ทรงกล่องแบน ฯลฯ ทุกแบบจบด้วยการหุ้มฟิล์มหด/ท่อหด PVC เหมือนกัน
- เลือกรูปทรง ตามพื้นที่วางในเรือ — แต่จำนวน S (อนุกรม) ต้องให้แรงดันตรงกับระบบเสมอ
- แพ็กที่ดีต้องมี BMS ภายใน · ขั้วต่อทนกระแสพอ (แอนเดอร์สัน 30/50/120A) · จุดวัด/จอแสดงความจุ
ตัวอย่าง: จัดกลุ่มเซลล์ตาม IR (วิธีที่ถูกต้อง)
8 หลักการจัดกลุ่มตาม IR
- เหตุผลเซลล์ในกลุ่มขนาน จ่ายกระแสร่วมกัน — เซลล์ที่ IR ต่ำกว่าจะจ่ายกระแสมากกว่า (อัตราผกผันกับ IR)
- เป้าหมายเซลล์ในกลุ่มขนานเดียวกันต้องมี ΔIR ≤ 0.3 mΩ และ ΔV ≤ 10 mV
- ผลทุกเซลล์ทำงานพอ ๆ กัน → คายประจุสม่ำเสมอ → ไม่มีเซลล์เสื่อมก่อน → แพ็กอายุยืน
คัดเซลล์นอกเกณฑ์ออก (ขั้นตอนที่ 1)
9 ขั้นตอนที่ 1: คัดเซลล์นอกเกณฑ์ออก
จากตาราง 10 เซลล์ A–J วัด V และ IR ได้:
| เซลล์ | A | B | C | D | E | F | G | H | I | J |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| V | 3.330 | 3.331 | 3.329 | 3.332 | 3.330 | 3.328 | 3.350 | 3.331 | 3.330 | 3.327 |
| IR (mΩ) | 0.80 | 0.83 | 0.85 | 0.82 | 0.84 | 0.87 | 2.20 ⚠ | 0.86 | 0.81 | 0.90 |
เรียง IR แล้วจับคู่เป็นกลุ่มขนาน (ขั้นตอนที่ 2–3)
10 ขั้นตอนที่ 2: เรียง IR น้อย→มาก แล้วจับคู่ใกล้สุด
- เรียง 9 ก้อนที่เหลือตาม IR น้อย→มาก: A(0.80) I(0.81) D(0.82) B(0.83) E(0.84) C(0.85) H(0.86) F(0.87) J(0.90)
- เลือก 8 ก้อนแรกมาจัด 4S2P — ก้อนสุดท้าย J (IR=0.90) เก็บไว้เป็น spare
- จับคู่ใกล้กัน: (1)+(2), (3)+(4), (5)+(6), (7)+(8) → ได้ P1–P4
- ตรวจ ΔV ทีหลัง: ทุกคู่ต้องไม่เกิน 10 mV (ถ้าเกิน → สลับคู่ในลำดับใกล้เคียงเพื่อลด ΔV โดย ΔIR ยังไม่เกิน 0.3)
11 ขั้นตอนที่ 3: ตารางผลลัพธ์ 4S2P
| ลำดับ | กลุ่มขนาน | เซลล์ที่ 1 (V, IR) | เซลล์ที่ 2 (V, IR) | ΔV (mV) | ΔIR (mΩ) | ผล |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | P1 | A (3.330, 0.80) | I (3.330, 0.81) | 0 | 0.01 | ✓ |
| 2 | P2 | D (3.332, 0.82) | B (3.331, 0.83) | 1 | 0.01 | ✓ |
| 3 | P3 | E (3.330, 0.84) | C (3.329, 0.85) | 1 | 0.01 | ✓ |
| 4 | P4 | H (3.331, 0.86) | F (3.328, 0.87) | 3 | 0.01 | ✓ |
| — | spare | J (3.327, 0.90) | — | เก็บไว้สำหรับแพ็กถัดไป | – | |
เรียงในโฮลเดอร์และต่อ BMS (ขั้นตอนที่ 4)
12 ขั้นตอนที่ 4: เรียงในโฮลเดอร์และต่อ BMS
- วาง P1 → P2 → P3 → P4 เรียงตามลำดับแถวในโฮลเดอร์ (เป็น 4S — เอากลุ่มขนานชุดแรกเป็นชั้นล่างสุด)
- เชื่อมแผ่นนิกเกิล แนวขวางในแต่ละแถว = ขนาน (2 เซลล์/แถว)
- เชื่อม ระหว่างแถว = อนุกรม สลับซ้าย–ขวา (P1→P2 ขวา · P2→P3 ซ้าย · P3→P4 ขวา) — ห้ามเชื่อมยาวด้านเดียวตลอดทุกแถว จะกลายเป็นขนานหมด/ลัดวงจร
- บัดกรีสาย BMS จาก B− ไล่ B1, B2, B3, B4 (= B+) — แทปของแต่ละแถวอยู่ระหว่าง P1|P2, P2|P3, P3|P4
- วัด V ทุกแทปต้องไล่ขึ้น: 3.33 → 6.66 → 9.99 → 13.32 V (±10 mV ต่อเซลล์)
เครื่องคำนวน — ชาร์จและทดสอบแบตเตอรี่
1 เวลาชาร์จแบตเตอรี่
2 แรงดัน BMS — ชาร์จเต็ม · ตัดต่ำ
เลือกชนิด = LFP (3.65/2.5V) หรือ NMC (4.2/3.0V)
แบบฝึกหัด: จัดกลุ่มเซลล์ด้วย V และ IR
ข้อ 1 จากค่าวัด 10 เซลล์ — คัดเซลล์ที่ไม่ผ่านออก
ตารางวัด V และ IR จาก 10 เซลล์ LiFePO₄ 280Ah — หาเซลล์ที่ ควรคัดออก และอธิบายเหตุผล
| เซลล์ | A | B | C | D | E | F | G | H | I | J |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| แรงดัน (V) | 3.330 | 3.331 | 3.329 | 3.332 | 3.330 | 3.328 | 3.350 | 3.331 | 3.330 | 3.327 |
| IR (mΩ) | 0.80 | 0.83 | 0.85 | 0.82 | 0.84 | 0.87 | 2.20 | 0.86 | 0.81 | 0.90 |
เซลล์ที่ควรคัดออกคือ ก้อน ___ เพราะ V = ___ V (ห่างจากกลุ่ม ___ mV) และ IR = ___ mΩ (สูงกว่ากลุ่ม ___ เท่า)
ข้อ 2 จัดเซลล์ที่ผ่านเป็น 4S2P
จากเซลล์ที่ผ่าน (9 ก้อน) เลือก 8 ก้อนจัดเป็น 4 กลุ่มขนาน (P1–P4) กลุ่มละ 2 ก้อน — ให้ ΔV ≤ 10 mV และ ΔIR ≤ 0.3 mΩ · เติมในตาราง
| กลุ่มขนาน | เซลล์ที่ 1 | เซลล์ที่ 2 | ΔV (mV) | ΔIR (mΩ) | ผล |
|---|---|---|---|---|---|
| P1 | |||||
| P2 | |||||
| P3 | |||||
| P4 |
ข้อ 3 วิเคราะห์ผลกระทบถ้าจัดผิด
3.1 ถ้าเอาเซลล์ G (IR=2.20 mΩ) ไปใส่ในกลุ่มขนานกับเซลล์ A (IR=0.80 mΩ) — จะเกิดอะไรขึ้น? ใครทำงานหนักกว่า?
3.2 ถ้าเซลล์ 2 ก้อนในกลุ่มขนาน V ห่างกัน 50 mV — จะเกิดอะไรตอนต่อขนานครั้งแรก?
แบบฝึกหัด: จัดกลุ่มเซลล์ด้วย V และ IR (ต่อ)
ข้อ 4 เช็กลิสต์ก่อนแพ็ก
- วัด V และ IR ทุกเซลล์ก่อนแพ็ก
- คัดเซลล์ IR สูงผิดปกติออก
- แต่ละกลุ่มขนาน ΔV ≤ 10 mV
- แต่ละกลุ่มขนาน ΔIR ≤ 0.3 mΩ
- เช็ดขั้วเซลล์ก่อนวัด
- วัดซ้ำ 2–3 ครั้งจนค่านิ่ง
- จดบันทึกทุกค่า ไม่จำ
- เรียงในโฮลเดอร์ตามกลุ่มก่อนสปอต
สรุปสิ่งที่ได้เรียนรู้
แบบฝึกหัด — ชาร์จ ทดสอบความจุ และเชื่อมจุด
ข้อ 1 คำนวณค่าชาร์จ
• แพ็ก 4S ชาร์จเต็มที่แรงดัน = V
• แพ็ก 8S ชาร์จเต็มที่แรงดัน = V
• กระแสชาร์จ 0.5C ของแพ็ก 100Ah = A
ข้อ 2 บันทึกการทดสอบความจุ
ปล่อยกระแสคงที่ จดแรงดันตามเวลา จนถึงจุดตัด แล้วสรุป Ah ที่ได้
| เวลา (นาที) | 0 | 30 | 60 | 90 | 120 |
|---|---|---|---|---|---|
| แรงดันแพ็ก (V) |
กระแสที่ปล่อย = A · ความจุจริงที่วัดได้ = Ah
ข้อ 3 เช็กลิสต์คุณภาพรอยเชื่อม + Pull test
- เชื่อม 2 จุดต่อขั้ว ติดแน่นทั้งสองจุด
- ไม่มีรอยทะลุ/ไหม้แผ่นนิกเกิล
- ดึงแผ่นนิกเกิลแล้วไม่หลุด
- ขั้วเซลล์ไม่ร้อนผิดปกติหลังเชื่อม
| จุดที่ | 2 จุดครบ? | ดึงหลุด? | ผ่าน/ไม่ผ่าน |
|---|---|---|---|
| 1 | |||
| 2 |
ข้อ 4 แบบทดสอบความปลอดภัย (จริง/เท็จ)
___ บัดกรีสายเข้าขั้วเซลล์โดยตรงดีกว่าการเชื่อมจุด
___ ความร้อนสะสมในเซลล์อาจทำให้เกิด thermal runaway (ลุกไหม้)
___ ขณะเชื่อม/ประกอบแบต ควรมีเครื่องดับเพลิงหรือถังทรายใกล้มือ
___ การเอาโลหะคร่อมขั้วบวก-ลบของเซลล์ทำได้ไม่อันตราย