Figure 1
ตรงนี้ขอยังไม่เข้าเรื่องขั้นตอนการสร้างก่อนนะครับ วันนี้ผมจะมาเขียนถึงเรื่อง ทำไมต้อง Lithium ใช้แบตเตอรี่รถธรรมดาก็ได้นี่ จ้นทุนก็ถูกกว่า .... .... ใช่ครับครับ มันถูกกว่า ง่ายกว่า ไม่ต้องมีการดัดแปลงอะไรเลย แต่มันง่ายไปครับ อย่างที่เขียนตั้งแต่ต้น นี่คือโปรเจ็คเอามันส์ และ ถ้าจะทำให้ UPS มันใหญ่โตเทอทะ ผมไม่เอาดีกว่าผมอยากทำอะไรที่แปลกจากชาวบ้านสักหน่อย สำหรับ 'Part 1' นี้ ผมจะมาในเรื่องความแตกต่างของแบตเตอรี่ชนิดตะกั่วกรด และ ลิเธียม นะครับ เราจะมาเริ่มกับ Battery ชนิดตะกั่วกรดก่อนและตามด้วยแบตเตอรี่ลิเธียมที่ผมเลือกใช้ คือ LiFePo4 (LFP)
แบตเตอรี่ชนิดตะกั่วกรด (Lead-acid) หรือที่ใช้ใน UPS ก็คือ SLA มีข้อมูลคร่าวๆมีดังต่อไปนี้
+ มีราคาถูก หาซื้อได้ง่าย ตัวเลือกมากมาย
+ Self discharge ค่อนข้างต่ำ (ตามหลักการ 3-20% ต่อเดือน)
+ Overcharge tolerance ไม่มีปัญหาของการชาร์ทเกิน
+ Self Balance สามารถบาล้านแรงดันระหว่างเซล์ได้ในตัวเอง
= อุณหภูมิปกติที่ทำงานได้ดี -20c ถึง 40c
- Life cycle ประมาณ 500-800 cycle
- Power density >35Wh/kg
- Depth of discharge 0.5 (50% usable energy)
แบตเตอรี่ชนิด LiFePo4
+ Power density >120Wh/kg
+ Self discharge ต่ำกว่า 5% ต่อเดือน
+ Life cycle >2000 cycle (0.2C, IEC standard)
+ Depth of discharge 0.8 (80% usable energy)
+ Environmental friendly - เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม
+ ปลอดภัยที่สุดในกลุ่มแบตเตอรี่ Lithium
= อุณหภูมิปกติที่ทำงานได้ดี -20c ถึง 60c
- มีราคาค่อนข้างสูงต่อเซล์
- ต้องมีระบบควบคุมการชาร์ทและดิสชาร์ท
เอาละครับ ได้ทราบข้อมูลคร่าวๆกันไปแล้ว ก็คงพอจะทราบละครับ ว่าใคร WIN มันจึงเป็นที่มาของทำไมผมถึงเลือกใช้ LFP เรื่องทุนก็ต้องยอมเจ็บกันหน่อยแต่ตรงนี้ถ้าคิดในเรื่องอายุการใช้งาน (คาดว่า) LFP นั้นคุ้มว่า Lead-acid พอสมควรเลยทีเดียวครับ
ต่อมาก็คือเรื่องที่ผมอยากเขียนมากที่สุด ซึ่งเป็นประเด็นหลักจริงๆรองจากเรื่องขนาดและน้ำหนักมา ก็คือเรื่อง Usable energy และ Depth of discharge (DOD) จริงๆสองเรื่องนี่ก็ก่ำกึ่งๆกันอยู่นะครับ
Figure 2
โดยปกตินั้น แบตเตอรี่ชนิดตะกั่วกรดมีค่า DOD อยู่ที่ 50% (0.5) ส่วน LFP นั้นอยู่ที่ 80% (0.8) หากเราคำนวนโดยใช้เกณฑ์ที่แรงดันเท่ากัน 12V ความจุอยู่ที่ 20Ah (สมมุติทั้งหมดเลขจะได้คิดง่ายๆ) พลังงานที่เราใช้ได้ของแบตเตอรี่ตะกั่วกรดจะอยู่ที่ 12V*20Ah*0.5 = 120Wh และถ้าเป็น LFP ก็จะเป็น 12V*20Ah*0.8 = 192Wh ซึ่งก็คือประมาณ 1.6 เท่าของแบตเตอรี่ตะกั่วกรด ในทางปฎิบัติจริง ค่าจะแตกต่างกว่านี้นะครับ เพราะแรงดันปกติของ LFP ขนาด 4S (ไกล้เคียงแบตเตอรี่ตะกั่วกรด 12V) จะอยู่ที่ 13.2V ซึ่งถ้าคำนวนค่า Wh ออกมาจะได้ประมาณ 211.2Wh กันเลยทีเดียว ก็เทียบได้ประมาณ 1.76 เท่า
คราวนี้มาถึงเรื่อง Usable energy กันบ้าง โดยปกติแบตเตอรี่ทั่วๆไปจะระบุเป็น Ah กัน "โดยอ้างอิงที่ 20 ชั่วโมง" อ้าว แล้วมันคืออย่างไรกันละ ? มันหมายถึงว่า แบตเตอรี่จะมีความจุ 5.5Ah (ตัวอย่างตาม Figure 2) เมื่อมีการใช้งานใน 20 ชั่วโมง ความหมายคือใช้กระแสน้อยๆจนครบ 20 ชั่วโมงแบตเตอรี่จะมีความจุที่ 5.5Ah นั่นหมายความว่า ถ้าเราใช้งานที่ 5.5A ต่อเนื่องจริงๆ แบตเตอรี่จะหมดก่อน ทำให้ได้ความจุที่แท้จริงไม่ถึงนั่นเองครับ เพราะฉะนั้นการะที่เราจะใช้ให้ความจุของแบตเตอรี่ครบ 5.5Ah จริงๆก็คือ 5.5Ah/20Hr = 0.275A นั่นเองครับ แต่ แต่แต่แต่... อย่าเพิ่งลืมนะครับ ว่าเรายังมีเรื่องของ DOD เข้ามาเกี่ยวข้องที่ว่าแบตเตอรี่ตะกั่วกรดมีค่าอยูี่ที่ 50% ฉะนั้นที่การใช้งานต่อเนื่องที่ 0.275A นั่น จะทำให้เราใช้งานได้เพียงแค่ 10 ชั่วโมงเท่านั้นครับ อยากให้ครบ 20 ชั่วโมงก็หารสองกระแสไปอีกครับ
สำหรับเรื่อง Usable energy ยังไม่จบเพียงเท่านี้ครับ ผมมีกราฟจากทาง Victron energy มาให้ชมกันครับ ระหว่างค่าความจุและแรงดันที่ขั้วของแบตเตอรี่มาดูกราฟแรกของแบตเตอรี่ตะกั่วกรดกันก่อนครับ
Figure 3 - Lead-acid - Victron energy
ต่อมาก็ของแบตเตอรี่ลิเธียม
Figure 4 - Lithium battery - Victron energy
จากกราฟด้านบนหากเราดูเปรียบเทียบพลังงานที่เราใช้ได้ เทียบกับค่า Discharge rate หรือก็คือค่า C ตรงนี้หากใครไม่เข้าใจค่า C มันก็คือค่าตัวคูณที่ใช้คูณกับความจุของแบตเตอรี่นั่นเองครับ เช่นแบตเตอรี่ขนาด 5.5Ah จ่ายกระแสต่อเนื่องที่ 5C ก็คือ 5.5Ah*5C = 27.5A นั่นเองครับ เราจะเห็นได้ว่า ยิ่งจ่ายกระแสมาก แบตเตอรี่ตะกั่วกรดก็ยิ่งมีความจุลดลงตามภาระโหลดนั่นเอง ผิดกับแบตเตอรี่ชนิดลิเธียม ที่ถึงแม้ว่าจ่ายกระแสต่างกัน 10 เท่า (0.5 <-> 5C) ก็ยังมีความจุที่เปลี่ยนแปลงไม่มากนักนั่นเองครับ ซึ่งถ้าหากใช้แบตเตอรี่ชนิดตะกั่วกรดละก็ ในสถาณการ์ณที่มีภาระโหลดสูงเราจึงต้องเพิ่มขนาด Ah ให้สูงขึ้นมากๆนั่นเอง ซึ่งผิดกลับแบตเตอรี่ลิเธียมที่ไม่จำเป็นต้องเพิ่มหรือเพิ่มเพียงเล็กน้อยก็เพียงพอแล้ว
ก็จบกันไปกับ Part 1 นะครับ ขอตัดจบดื้อๆเลยเพราะเนื้อหาครบแล้วในเรื่องความเป็นมา ที่มาที่ไปเป็นอย่างไร ทำไมผมถึงเลือกลิเธียมมาใช้แทน หลายๆท่านก็คงจะได้คำตอบ สำหรับข้อมูลเพิ่มเติมโดยละเอียดผมจะแนบลิงค์ไว้ท้ายบทความครับ หากข้อมูลส่วนใดผิดพลาดก็ขออภัยมา ณ ที่นี้และรบกวนทักท้วงด้วยครับ ในเรื่องของการสร้างผมก็ขอนำเสนอใน Part ต่อๆไปครับ สวัสดีครับ
Reference
[1] John Rushworth (Victron energy), "Battery : Lithium-ion vs AGM" 2015, https://www.victronenergy.com/blog/2015/03/30/batteries-lithium-ion-vs-agm/
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น