Embedded Files
ระบบจัดการแบตเตอรี่ (Battery Management System) เป็นอุปกรณ์ในการควบคุมการทำงานของเซลล์แบตเตอรี่แต่ละเซลล์ ในการจัดการผลที่ออกมา ในการอัดประจุและคายประจุระบบจัดการแบตเตอรี่จะเตือนสถานะการทำงานของแพ็คแบตเตอรี่ป้องกันความเสียหายจากความผิดปกติของแบตเตอรี่
หน้าที่ส่วนสำคัญในระบบจัดการแบตเตอรี่คือการป้องกันใน 2 กรณี คือ การอัดประจุมากเกินไป (overcharge) มันสามารถทำแบตเตอรี่ให้เกิดความเสียหายก่อให้เกิดความร้อนและการระเบิดจากกระแสและแรงดันมากเกินไป ส่วนอีกนัยนึงแบตเตอรี่จะถูกทำลายจากการคายประจุที่ต่ำจนหมดสภาพประมาณ 5% ของความจุทั้งหมดมันจะส่งผลต่อการใช้งานของแบตเตอรี่นั้นจะทำให้คุณภาพต่ำลงแบตเตอรี่จึงไม่สามารถที่จะทำงานในการอัดประจุและคายประจุที่สูงและต่ำเกินกว่าค่าที่จำกัดไว้
4.1 หลักการทำงานของระบบจัดการแบตเตอรี่
4.1 หลักการทำงานของระบบจัดการแบตเตอรี่
หลักการทำงานของระบบจัดการแบตเตอรี่
การทำงานของระบบจัดการแบตเตอรี่หากมีหลายๆเซลล์จะต้องมีการจัดการควบคุมระบบให้มีความเหมาะสมกับการใช้งานโดยผ่านการควบคุมด้วยระบบการจัดการแบตเตอรี่ (ฺBMS)
4.1.1 ระบบการจัดการของแบตเตอรี่มีหลักการพื้นฐาน 3 ประการ
1. ควบคุมการอัดประจุไฟฟ้าจากการชาร์จพลังงานสูงเกินไปในเซลล์ (แรงดันสูง) หรือการใช้พลังงานที่มากเกินไป (แรงดันต่ำ) มันช่วยในการขยายอายุการใช้งานของแบตเตอรี่ได้ เพื่อจะทำให้เซลล์แบตเตอรี่ในทุกๆเซลล์มีค่าใกล้เคียงกันกับความเหมาะสม ด้วยการคำนวณการชาร์จกลับเข้าแบตเตอรี่และการใช้พลังงานของมันเอง
2. ประเมินสถานะค่า SoC (State of Charge) บอกสถานะปริมาณของแบตเตอรี่ในการอัดประจุและคายประจุได้จากการวัดแรงดันของเซลล์ย่อยในแบตเตอรี่หรือค่าความเป็นกรดในเซลล์แบตเตอรี่
3. ประเมินความปลอดภัยและสถานะแบตเตอรี่ควบคุมแบตเตอรี่แต่ละเซลล์ให้มีค่าคงที่ด้วยการตรวจสอบการไหลกระแสไฟและความบกพร่องที่เกิดขึ้นเพื่อที่จะทำการแทนที่
4.1.2 การทำงานของระบบบริหารจัดการแบตเตอรี่มี 4 ประการ
ถ้าหากพิจารณาหน้าที่พื้นฐานทั้งสามประการของระบบบริหารจัดการแบตเตอรี่ (BMS) มีความสามารถในการจัดการข้อมูล จากหน้าที่หลัก ดังนี้
1. ปรับสมดุลแรงดันไฟฟ้าของเซลล์แบตเตอรี่ ให้เหมาะสมกับการอัดและคายประจุ
2. จัดการอุณหภูมิของแบตเตอรี่ด้วยการควบคุมให้พัดลมทำงานปกติในการระบายความร้อนให้กับแบตเตอรี่ที่มีการอัดหรือคายประจุ ระบบจัดการแบตเตอรี่ (BMS) มีการทำงานอยู่ถ้าหากไม่มีหรือพัดลมเสียจะไม่หมุนระบายความร้อน
3. จัดการข้อมูลที่ได้รับมาจากตัวแปรต่างๆตลอดเวลา เช่น การควบคุมมอเตอร์ที่ทำการชาร์จกลับเข้าแบตเตอรี่ แสดงผลค่าตัวแปรด้วยสัญญาณต่างๆเช่น CANBUS สัญญาณอนาล็อก และสัญญาณดิจิตอล
4. เก็บผลข้อมูลที่มีปัญหาและทำการแสดงผลเพื่อนำไปใช้ในการแก้ไขปัญหาให้ถูกจุด
4.2 ประเภทของระบบบริหารจัดการแบตเตอรี่ลิเทียม
4.2 ประเภทของระบบบริหารจัดการแบตเตอรี่ลิเทียม
ประเภทของระบบบริหารจัดการแบตเตอรี่ลิเทียม
ในการนำเซลล์แบตเตอรี่ลิเทียมมาต่ออนุกรมกันหลายๆเซลล์ จำเป็นต้องมีการบาลานซ์เชลล์ ซึ่งเป็นหนึ่งในฟังก์ชันการทำงานของระบบบริหารและจัดการพลังงานแบตเตอรี่ Battery Management System (BMS) เพื่อให้โมดูลแบตเตอรี่ลิเทียมนั้นมีประสิทธิภาพ และความปลอดภัยในการใช้งานสูงสุด โดยสามารถแบ่งได้เป็น 2 รูปแบบ คือ แบบ Passive balancer และแบบ Active balancer ดังนี้
Passive Balancer หรือ Dissipative techniques ประจุจะถูกดึงออกจาก เซลล์ที่มีระดับ พลังงานสูงกว่า จนกระทั่งระดับพลังงานเท่ากับเซลล์อื่นๆ ผ่านทาง ตัวต้านทาน (resistive element) ตัวอย่างการประดิษฐ์ระบบควบคุมและป้องกันแบตเตอรี่ เช่นทำโดยการวัดและควบคุมแรงดันไฟฟ้าของแต่ละเซลล์แบตเตอรี่ ประจุของเซลล์ที่ระดับแรงดันสูงกว่าเซลล์อื่นๆจะถูกถ่ายโอนไปให้ตัวเก็บประจุ (Capacitor) แรงดันของแต่ละเซลล์จะถูกวัดโดยการนำ analog to digital converter (ADC) และprocessor จะทำหน้าที่ประมวลผล และส่งสัญญาณไปยังระบบอื่นๆ ซึ่งทำให้ค่าแรงดันที่วัดได้มีความแม่นยำและ ระบบควบคุมมีความเชื่อถือได้เพิ่มขึ้น ข้อดีของ passive cell balancing คือวงจรไม่ซับซ้อน ทำได้ง่าย แต่สูญเสียพลังงานในการทำ balancing cell จากการเผ่าพลังงานทิ้งโดยตัวต้านทาน
จะทำการปล่อยพลังงานทิ้งไป (By Pass) เมื่อ Battery เซลล์ใดเซลล์หนึ่งเต็ม
เมื่อนํา Battery ไปใช้งาน วงจร BMS จะไม่ได้ทําหน้าที่อะไร ทําให้การคายประจุของแต่ละเซลล์ไม่ Balance กัน ส่งผลให้บางเซลล์ยังมีพลังงานเหลืออยู่ไม่ได้ใช้งาน ซึ่งจะใช้งาน Battery ได้ไม่เต็มประสิทธิภาพ
Active Balancer มี 2 วิธีย่อยคือ การถ่ายโอนประจุออกจากเซลล์ที่มีระดับพลังงาน หรือแรงดันสูงกว่าเชลล์อื่น ไปยังเซลล์ที่มีระดับพลังงานหรือแรงดันต่ำกว่า หรือ เป็นการควบคุมการประจุ หรือจ่ายพลังงานของแต่ละเซลล์
ข้อดีของ Active Balancer คือประสิทธิภาพในการทำ balancing ดีกว่า แบบ Passive
ข้อด้อยคือ วงจรและการควบคุมซับซ้อนกว่าแบบ Passive เพราะ Active Balancer จะไม่ใช้การปล่อยพลังงานทิ้ง เพื่อจำกัดระดับแรงดันหรือเพื่อทำการ balancing แรงดันของเซลล์ให้เท่ากัน โดยจะใช้อุปกรณ์อื่นมาเก็บพลังงานดังกล่าวไว้ก่อน แล้วจึงเอาพลังงานดังกล่าวไปใส่ให้กับเซลล์ ที่มีแรงดันต่ำกว่าเซลล์อื่น ซึ่งจะแบ่งออกได้ 3 แบบ คือ แบบที่ขดลวด (inductor) แบบที่ใช้ตัวเก็บประจุ (Capacitor) และแบบที่ใช้วงจรสวิตชิ่ง (converter base)
เมื่อแรงดันไฟฟ้าของเซลล์แบตเตอรี่แต่ละเซลล์ต่างกัน BMS จะทําการนํากระแสไฟฟ้าจากเซลล์ที่มีแรงดันไฟฟ้าสูงกว่าไปจ่ายให้กับเซลล์ที่มีแรงดันไฟฟ้าตํ่ากว่า ดังนั้น Active Balancer จะทํางานตลอดเวลาทั้งขณะชาร์จและดิสชาร์จ
ทุกๆเซลล์แบตเตอรี่จะคายประจุหมดพร้อมๆกันดัง ส่งผลทําให้ BMS แบบ Active Balance นี้มีประสิทธิภาพสูงกว่า BMS แบบ Passive Balance
4.3 การเลือกใช้ระบบบริหารจัดการแบตเตอรี่
4.3 การเลือกใช้ระบบบริหารจัดการแบตเตอรี่
(Battery Management System, BMS)
(Battery Management System, BMS)
การเลือกใช้ระบบบริหารจัดการแบตเตอรี่ (Battery Management System, BMS)
การเลือกใช้ระบบบริหารจัดการแบตเตอรี่ของจักรยานยนต์ไฟฟ้า จะต้องทำความเข้าใจเกี่ยวกับหลักการพื้นฐาน เกี่ยวกับกฎทางไฟฟ้า คุณสมบัติของอุปกรณ์ที่ไช้ เช่น มอเตอร์ และคุณสมบัติของแบตเตอรี่ ว่ามีแรงดันไฟฟ้า กระแส และกำลังไฟ ที่ต้องใช้เท่าไร เพื่อมาคำนวนหาขนาดที่เหมาะสมของระบบบริหารจัดการแบตเตอรี่ว่าจำเป็นต้องใช้สายไฟในการตรวจสอบแรงดันแต่ละเชลล์กี่จุด
ตัวอย่างการคำนวนหาขนาด BMS
1. หาค่าตัวแปรในการใช้งานมอเตอร์ตันกำลังขนาด 2,000W ใช้แรงดันไฟ 72Vกระแสไฟฟ้าที่ใช้จะมีค่าเท่ากับ 27.78A หรือประมาณ 28A
2. หาจำนวนเซลล์ที่ต้องการทำการอนุกรมทั้งหมดเพื่อที่จะได้แรงดันไฟฟ้าที่ต้องการ จากตัวแปรขั้นที่ 1 ใช้แรงดันไฟ 72 โวลต์ หากใช้เซลล์แบตเตอรี่ชนิด NMC 18650 ซึ่งมีแรงดันไฟ 3.7 โวลต์ ทำให้ต้องทำการอนุกรมเซลล์จำนวน 20 เซลล์ (3.7 x 20 = 74 โวลต์) หรือเรียกอีกอย่างคือ 20S (S ย่อมาจาก Series)
3. หาจำนวนเซลล์ที่ต้องการทำการอนุกรมเพื่อที่จะได้การต่อแบบขนาดในการรวมกระแสได้เหมาะสม หากใช้เซลล์แบตเตอรี่ 2400mAh (2.4Ah) ซึ่งมีกระแสที่ต้องใช้งาน 27.78A ทำให้ต้องทำการขนาน 12 เซลล์ (2.4 x 12 = 28.8 Ah) หรือเรียกอีกอย่างคือ 6P (P ย่อมากจาก Parallel) โดยมีการแนะนำจากผู้ผลิตของ Dongguan Daly Electronics Co., Ld. ควรเลือกกระแสที่สูงกว่ากระแสกล่องควบคุม เพื่อให้เกิดความต่อเนื่องของกระแสไฟที่ใช้
4. ทำการเลือกซื้อ BMS ให้มีขนาดใกล้เคียงหรือมากกว่าปริมาณคุณสมบัติที่ต้องการใช้งานอย่างเช่น ตามคุณสมบัติข้างตันผู้เขียนจะทำการเลือกซื้อ BMS ขนาด 20S 20A เนื่องจากในท้องตลาดไม่มีขายขนาดที่พอดีกับการใช้งานโดยเลือกชนิดเป็นแบบ Li-ion เนื่องจากเซลล์จริงจะมีขนาดแรงดันที่สูงกว่าเซลล์แบดเตอรี่ชนิดอีก จึงจำเป็นต้องเลือกชนิด BMS ให้เหมาะสมกับการใช้งาน
4.4 ระบบบริหารจัดการแบตเตอรี่แบบ Smart BMS
4.4 ระบบบริหารจัดการแบตเตอรี่แบบ Smart BMS
ระบบบริหารจัดการแบตเตอรี่แบบ Smart BMS
การใช้งาน Smart BMS ซึ่งในส่วนของหลักการทำงานและหน้าที่ จะเหมือนกันกับแบบมาตรฐาน (Standard BMS) แต่ Smart BMS จะสามารถตั้งค่าต่างๆ ควบคุมการทำงาน และสังเกตสภาวะต่างๆของเซลล์แบตเตอรี่ โดยผ่านแอปพลิเคชั่นของเจ้าของแบนด์ ลักษณะและการใช้งานก็จะขึ้นอยู่กับรุ่นและยี่ห้อของ BMS แต่ทั้งนี้ทั้งนั้นโดยภาพรวมก็จะคล้ายๆกัน โดยในบทเรียนนี้จะทำการยกตัวอย่าง Smart BMS ของ ยี่ห้อ Daly ในเรียนการสอนในหน่วยการเรียนรู้นี้
การแสดงผลข้อมูลวิเคราะห์ในส่วนแรกจะเป็นส่วนของการรายงานสถานะการทำงานของแบตเตอรี่ (Status Display) ดังแสดงในรูป ส่วนนี้จะแสดงผลการใช้งานของชุดแบตเตอรี่แพ็คจะปรากฎผลข้อมูลการใช้งานในการแสดงผลเป็นเกจวัด SoC (State of Charge) ผลแสดงเป็นเปอร์เซ็น, แรงดันไฟฟ้า (V), กระแส (A), แรงดันไฟฟ้าสูงสุด(Vmax), แรงดันไฟฟ้าต่ำสุด (Vmin), แรงดันไฟฟ้าค่าเฉลี่ย (V), ค่าความต่างศักย์ของเซลล์แบตเตอรี่ (Vdiff), กำลังการใช้งาน (kW) ผลของข้อขัดข้อง (Fault alarm) ในชุดเซลล์แบตเตอรี่แพ็ค อุณหภูมิแบตเตอรี่ และจำนวนการอนุกรมเซลล์ (String)
การใช้งานของการตั้งค่าตัวแปร (Parameter Setting ) มีการทำงานกำหนดตัวแปรต่างๆเพื่อให้ทำงานสะดวกต่อผู้ใช้ดวบคุมกับสภาพของชุดแบตเตอรี่ การตั้งค่าตัวแปรของ Daly จะแบ่ง ออกเป็น 5 หมวดในการปรับตั้งค่า ได้แก่
1. การปรับค่าตัวแปรป้องกันความเสียหาย (Protection Parameter) กำหนดตัวแปรการตัดต่อการทำงานจากค่าแรงดันสูงสุดและต่ำสุดของแต่ละเซลล์ ด่าแรงดันสูงสุดและต่ำสุด ของชุดแบตเตอรี่แพ็คค่าแรงดันที่แตกต่างของแต่เซลล์แบตเตอรี่ และค่ากระแสสูงสุดในการอัดประจุและการคายประจุ
2. การปรับค่าลักษณะการทำงานของเซลล์ (Cell Characteristic) เป็นการกำหนดคุณลักษณะทางกายภาพของชุดแบตเตอรี่แพ็คที่ใช้งาน ทั้งทางด้านความจุใช้งานของแบตเตอรี่ (Rated Capacity) การกำหนดแรงดันของชนิด และแรงดันเซลล์แบตเตอรี่ การตั้งค่าขอบเขต SoC (State of Charge) และการสมดุลแรงดันภายชุดแบตเตอรี่แพ็ค
3. การตั้งค่าบอร์ดการทำงาน (Collect board setting) ใช้ในการกำหนดจำนวนอุปกรณ์เมื่อทำการเชื่อมต่อกับ BMS ที่มากกว่าหนึ่งชุดในการสื่อสารกับจำนวน Sting ในแต่ละบอร์ด โดยจะแสดงผลการเชื่อมต่อจำนวนบอร์ด จำนวน Strig และอุณหภูมิการทำงานของในแต่ละบอร์ด
4. การตั้งค่าในการควบคุมอุณหภูมิเซลล์แบตเตอรี่ (Temp Protection) กำหนดอุณหภูมิสูงสุดและต่ำสุดระหว่างการอัดประจุและคายประจุ และอุณหภูมิการทำงานของ Mosfet เพื่อลดความเสียหาย
5. การตั้งค่าเข้าถึงการปรับแต่งชุดข้อมูลที่กำหนดในการควบคุมเซลล์ (Put to Control) ส่วนในการเข้าถึงข้อมูลในการกำหนดคุณสมบัติของ Smart BMS เพื่อใช้ในการตั้งค่าคืนค่าโรงงาน การเข้าถึงในการปรับกำหนดชุดข้อมูลต่าง ๆ และการกำหนดสภาพการทำงานของอุปกรณ์
4.5 การเชื่อมต่อระบบบริหารจัดการแบตเตอรี่กับแพ็คแบตเตอรี่
4.5 การเชื่อมต่อระบบบริหารจัดการแบตเตอรี่กับแพ็คแบตเตอรี่
ก่อนจะทำการเชื่อมต่อระบบบริหารจัดการแบตเตอรี่ (BMS) กับแพ็คแบตเตอรี่ ผู้ที่ทำการเชื่อมต่อจำเป็นต้องทราบข้อมูลของแพ็คแบตเตอรี่และอุปกรณ์ที่ต้องการนำไปใช้ ดังต่อไปนี้
1.ประเภทของแบตเตอรี่ เช่น Li-ion, LiFePO4
2. จำนวนโมดูลในการเชื่อมต่อ เช่น 4S, 7S, 13S
3. ภาระโหลดของอุปกรณ์ที่ต้องการนำไปใช้ เช่น 30A, 60A, 100A, 200A
เพื่อนำมาเลือกระบบบริหารจัดการแบตเตอรี่ (BMS) ให้มีความเหมาะสมใช้งานได้เต็มประสิทธิภาพและความปลอดภัยต่อการใช้งานมากที่สุด
การเชื่อมต่อสาย BMS การต่อขั้วสายสีแดงเส้นเล็กหรือสายสัญญาณ EMS จะทําการต่อเข้าเซลล์แบตเตอรี่ทุกเซลล์ที่ทําการต่ออนุกรมกันด้านขั้วบวกของแต่ละเซลล์ ส่วนทางขั้วสายสีดำเส้นเล็กหรือสายสัญญาณขั้วลบ จะทําการต่อที่ขั้วลบของเซลล์ที่ 1S ของชุดแบตเตอรี่แพ็ค ในการ ใช้งานต้องทําการต่อขั้ว B+ (แบตเตอรี่ขั้ว +) จะทําการต่อที่เซลล์แบตเตอรี่ตัวสุดท้ายของการอนุกรมและแบตเตอรี่ขั้ว B- (แบตเตอรี่ขั้ว - ) จะทําการต่อแบตเตอรี่ที่เซลล์แรก โดยขั้วที่จะนำไปเชื่อมต่อใช้กับโหลดหรือทำการชาร์จไฟเข้าคือขั้ว P+ และขั้ว P- ของ BMS
4.6 ขั้นตอนการเชื่อมต่อสาย BMS กับแพ็คแบตเตอรี่
4.6 ขั้นตอนการเชื่อมต่อสาย BMS กับแพ็คแบตเตอรี่
ขั้นตอนการเชื่อมต่อสาย BMS กับแพ็คแบตเตอรี่
1. ทำการถอดสาย BMS (สายเส้นเล็ก) ออกจากตัว BMS ก่อนจะเริ่มต่อสาย BMS ให้ทำการปลอกปลายสายทุกเส้นไว้ประมาณ 1-2 cm สำหรับการเชื่อมต่อกับแพ็คแบตเตอรี่
2. การเชื่อมต่อสาย BMS เข้ากับแพ็คแบตเตอรี่ โดยเริ่มต้นการเชื่อมต่อสาย B- (เส้นเล็กสีดำ) ที่ฝั่งขั้วลบของเซลล์แรก (B0) จากนั้นทำการเชื่อมต่อสาย B1, B2, B3, ..., B7 (เส้นเล็กสีแดง) จนครบทุกเส้นที่ขั้วบวก ทำการตรวจเช็คการยึดติดแน่นและความถูกต้องของสายทุกเส้น
3. นำมัลติมิเตอร์วัดแรงดันไฟฟ้า โดยสายสีดำวัดที่ขั้ว B0 และ สายสีแดงวัดที่ขั้ว B1 ถึง B7 หากวัดแล้วไม่มีแรงดันไฟฟ้าให้ทำการตรวจเช็คการเชื่อมต่อที่ขั้วแบตเตอรี่ หากได้ค่าปกติแล้วจึงเชื่อมต่อสายBMS เชื่อมต่อกับตัว BMS
4. นำมัลติมิเตอร์วัดแรงดันไฟที่ขั้วใช้งาน โดยทำงานวัดที่ ขั้วบวก และ ขั้วลบ ตรวจเช็คการจ่ายแรงดันไฟฟ้า V จ่ายออกดังที่แพ็คไว้หรือไม่ เช่น การแพ็คแบตเตอรี่ 24V หากทำการวัดแล้ว แรงดันไฟฟ้าที่วัดได้ 24V หมายความว่าการเชื่อมต่อ BMS ถูกต้องพร้อมที่จะนำไปใช้งาน ทำการหุ้มแบตเตอรี่และบรรจุแบตเตอรี่ในกล่องที่หนาแน่นแข็งแรง เพื่อความปลอดภัยในการใช้งาน
Page updated
Google Sites
Report abuse