วิธีการ charge แบตเตอรี่ Lithium Ion ที่ถูกต้อง

โครงสร้างการทำงานของ Battery Lithium Ion

lithium
ion เป็น แบตเตอรี่ ชนิดประจุไฟใหม่ได้ โดยหลักการทำงาน จะปล่อย lithium
ion จาก
ขั้วลบ (anode) ไปยัง ขั้วบวก (cathode)
เมื่อคลายประจุ(discharge) และกลับกัน เมื่อประจุ (charge)
lithium ion
จะเคลื่อนที่จากขั้วบวก ไปยังขั้วลบ

ส่วนประกอบพื้นฐานหลัก 3 ส่วน
คล้ายกับแบตเตอรี่ทั่วไป คือ วัสดุที่ทำ ขั้วบวก ขั้วลบ และ
สารสื่อกลางนำไฟฟ้า (cathode, anode & electrolyte)

-
วัสดุที่นิยมใช้ในการทำขั้วลบคือ แท่งถ่าน graphite
(หรืออาจเป็นสารอื่นๆอีก เช่น silicon, germanium)
-
วัสดุที่ทำชั้วบวกจะเป็น แผ่นชั้นเคลือบ (layer) ของสารประกอบ lithium
ที่นิยมใช้จะมีอยู่ 3 แบบ ได้แก่
* oxide เช่น lithium cobalt oxide

* polyanion เช่น lithium Iron phosphate
* spinel เข่น lithium
manganese oxide
- eletrolyte : เป็นของเหลวที่อยู่ในรูปเกลือ lithium
& ตัวทำละลายอินทรีย์ (organic solvent) เพื่อเป็นตัว
กลางในการ
เคลื่อนที่ของ lithium ion (Li+) ไปมาระหว่างขั้วบวก และขั้วลบ

การ
เลือกใช้วัสดุที่ทำขั้วลบ และขั้วบวก จะมีผลต่อการให้ความต่างศักย์ทางไฟฟ้า
& ประสิทธิภาพของ cell battery และมีผลต่อต้นทุน และราคาที่แตกต่างกัน

ข้อดี
ของแบต lithium

- น้ำหนักเบา
ต่อการให้พลังงานในหน่วยที่เท่ากันเมื่อเทียบกับแบตชนิดอื่นๆ
- ไม่มี
memory effect
- มีการคลายประจุตามธรรมชาติเมื่อไม่ได้ใช้ (self
discharging) ในอัตราที่ต่ำกว่า เมื่อเทียบกับแบตชนิดอื่นๆ เช่น Ni-Cd,
NI-MH
(0.1% เทียบกับ 10% และ 30% ต่อเดือนตามลำดับ)

ข้อด้อย
ของแบต lithium

- อายุการใช้ค่อนข้างสั้น :
มักจะนับเป็นรอบของการ charge (cycle life) โดยธรรมดาจะอยู่ที่ประมาณ
300-500 รอบ

- ความต้านทานภายใน cell (internal resistance) :
จะเพิ่มขึ้นเรื่อยๆ ตามรอบการ charge & ตามอายุของ batt เอง
ทำให้
ประสิทธิภาพในการจ่ายไฟลดต่ำลงเรื่อยๆ

-
ต้องมีอุปกรณ์เรื่องความปลอดภัย (safety requirement) : โครงสร้างการออกแบบ
ทำให้แบต lithium ไม่ทนทานเท่า Ni-Cd หรือ Ni-MH
ที่สำคัญที่ต้องระวัง
คือ ความเสี่ยงต่อการระเบิด
มัก เกิดจาก 2 กรณี คือ หาก charge ด้วย voltage ที่สูงเกินไป
และเมื่อเกิดความร้อนสะสมสูงเกินไป
ทำให้แบต lithium ต้องมีระบบป้องกัน ได้แก่

*
วงจรควบคุมการตัดไฟการ charge ทั้งแบบที่ป้องกันการ charge เกิน
(ที่เกินกว่า 4.2 V) และเพื่อป้องกัน cell
แบตหากมีการคลายประจุต่ำเกินกว่าขีดจำกัด (ต่ำกว่า 3 V) ซึ่งหากถึงจุดนี้
เครื่อง charge ธรรมดาจะ charge ไม่เข้า
* shut down separator
(เพื่อป้องกันความร้อนที่สูงเกินไป)
* tear away tab
(เพื่อป้องกันความดันภายในไม่ให้สูงเกินไป)
* vent (
ช่องฉุกเฉินเพื่อระบายแรงดัน)
* thermal interupt
(ตัดการชาร์จทันทีหากอุณหภูมิสูง ที่เกิดจาก การชาร์จด้วยกระแสเกิน,
overcurrent/overcharging)

การชาร์จแบต lithium

-
เซลล์ batt ส่วนใหญ่จะถูก charge ที่ความต่างศักย์ 4.2 V +/- 0.05
(วงจรควบคุมการชาร์จ จะตัดที่ 4.3 V หรือหากอุณหภูมิขึ้นถึง 90 °C)
-
กระบวนการชาร์จ จะแบ่งเป็น 3 ระยะ
ระยะที่ 1: การชาร์จด้วยกระแสเต็มที่ (current limit)
จนเซลล์แบตได้ความต่างศักย์ที่กำหนดไว้ (เกือบเต็ม)
ระยะนี้เหมือนเป็นการชาร์จในอัตราเร่ง

ระยะที่ 2: การชาร์จต่อให้ cell batt แต่ละเซลล์
ถึงระดับความต่างศักย์สูงสุด (maximum voltage limit)
คล้ายๆกับการค่อยๆเติมประจุ ในระยะนี้กระแสของเครื่องชาร์จที่เข้า cell
จะลดลง (ตามรูป เส้นประ) และจะตัดการชาร์จเมื่อกระแสต่ำกว่า 3%
ของอัตรากระแสเฉลี่ย

ระยะ
ที่ 3 : การชาร์จแบบเติมเต็มเป็นครั้งๆ (occasional topping charge)
เป็นการเติมประจุเป็นครั้งคราว ประมาณ 1 ครั้งทุก 500 ชม.



ข้อเท็จจริงเกี่ยวกับการชาร์จ

-
โดยทั่วไปการชาร์จแบต lithium จะเต็มภายใน 3 ชม

-
ไม่ควรปล่อยให้เกิดภาวะ deep discharge (การใช้จนแบตหมดเกลี้ยง)
เพราะจะทำให้ batt เกิดความเครียด (battery strain)
แบต lithium ไม่มี
memory effect เหมือน Ni-Cd หรือ Ni-MH การชาร์จเติมประจุเรื่อยๆ
(partially charge) จะส่งผลดีกว่า
ซึ่งผู้ใช้ส่วนใหญ่อาจยังเข้าใจผิด

-
แบต lithium ไม่จำเป็นต้องมีการกระตุ้นเซลล์ ในการใช้ครั้งแรก (initial
activation) เหมือน Ni-Cd หรือ Ni-MH ที่แนะนำให้
ชาร์จครี้งแรกที่
17-18 ชม. เพราะการทำงานของ batt lithium ไม่ถูกออกแบบมาให้รับการประจุแบบ
trickle charge
.
- การชาร์จที่กระแสสูง
ไม่ได้ทำให้ระยะเวลาการชาร์จโดยรวมลดลงมากนัก เพราะจะเป็นการเร่งระยะของ
การชาร์จระยะที่ 1 ให้ถึง voltage limit เร็วขึ้น แต่
ก็ต้องรอเวลา
สำหรับ topping charge ในปลายระยะ 1 และ ระยะ 2

Create Date : 03 พฤษภาคม 2553		1 comments
Last Update : 3 พฤษภาคม 2553 17:07:49 น.
Counter : 14756 Pageviews.
Share Tweet