แบตลิเธียมเป็นแบตเตอรี่ที่ชาร์จซ้ำได้ ใช้ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์รอบตัว เช่น ใช้ในโทรศัพท์มือถือ, คอมพิวเตอร์โน๊ตบุ๊ค, หูฟังไร้สาย, Smart Watch, หุ่นยนต์ดูดฝุ่น, ลำโพงบลูทูธ เป็นต้น เนื่องจากเป็นแบตเตอรี่ที่มีขนาดเล็ก ความจุสูง และแรงดันขณะจ่ายพลังงานคงที่เกือบจะตลอดเวลา ทำให้แบตเตอรี่ชนิด Li+ นิยมใช้งานกันมากในปัจจุบัน
สำหรับบทความนี้จะนำเสนอวิธีการทดสอบแบตเตอรี่ โดยใช้แบตแบตลิเธียมโพลิเมอร์เป็นตัวอย่าง ใช้พาวเวอร์ซัพพลาย ในการประจุไฟฟ้า (ชาร์จ) และใช้อิเล็กทรอนิกส์โหลดในการคลายประจุ (Discharge)
ข้อมูลเบื้องต้นเกี่ยวกับแบตลิโพ
แบตเตอรี่มีคุณสมบัติที่สนใจอยู่ 3 ประการ
แรงดันไฟฟ้า
แรงดันไฟฟ้าที่สนใจมี 3 ส่วน คือ
แรงดันไฟฟ้าขณะแบตเตอรี่เต็ม (Charge Limited Voltage) มักใช้ในการออกแบบวงจรชาร์จแบตเตอรี่ โดยไอซีชาร์จแบตเตอรี่มักจะมีขา หรือรุ่นย่อยให้เลือกแรงดันแบตเตอรี่ชาร์จเต็ม โดยอาจมีให้เลือก 4.2V 4.3V 4.4V โดยการเลือกต้องดูเอกสารข้อมูลสินค้าของแบตเตอรี่เป็นหลัก แต่โดยปกติแล้วแรงดันขณะชาร์จเต็มของแบตลิโพจะอยู่ที่ 4.2V
แรงดันไฟฟ้าขณะทำงานปกติ (Nominal Voltage) ใช้ในการออกแบบวงจรของอุปกรณ์ที่จะนำไปจ่ายไฟ โดยปกติแรงดันจะอยู่ในช่วง 3.7V - 3V โดยขึ้นอยู่กับกระแสที่ใช้ด้วย ยิ่งดึงกระแสสูงต่อเนื่องนาน ๆ จะยิ่งทำให้แรงดันปกติต่ำกว่า 3.7V โดยแนะนำให้ดูกราฟของแบตเตอรี่จากในเอกสารข้อมูลสินค้าประกอบ
แรงดันไฟฟ้าขณะแบตเตอรี่หมด (Cut off voltage) ใช้ออกแบบวงจรป้องกันแบตเตอรี่ วงจรวัดแบตเตอรี่ โดยปกติแรงดันแบตเตอรี่หมดของแบตลิโพอยู่ที่ 2.75V
ความจุ
ความจุของแบตเตอรี่ (Capacity) มีหน่วยเป็น Ah (ย่อมาจาก Amp-Hour) โดย 1 Ah หมายถึงแบตเตอรี่สามารถจ่ายกระแส 1A ได้ต่อเนื่องเป็นเวลา 1 ชั่วโมง แต่โดยปกติแล้วแบตเตอรี่มักจะระบุเป็น mAh (milli Amp-Hour) โดย 1,000 mAh = 1 Ah ตัวอย่างความจุแบตเตอรี่จะระบุ 100 mAh, 500 mAh, 1000 mAh, 3,400 mAh เป็นต้น
ความจุแบตเตอรี่จะเกี่ยวข้องกับกระแสชาร์จ กระแสใช้งานด้วย โดยหน่วย C (Capacity) จะแทนด้วยความจุของแบตเตอรี่ เช่น แบตเตอรี่จ่ายกระแสได้สูงสุด 1C (Max continuous discharging ตามข้อมูลใน Datasheet) หากแบตเตอรี่ความจุ 1,000 mAh จะจ่ายกระแสได้สูงสุด 1 x 1,000 mAh = 1,000 mA, แบตเตอรี่ควรชาร์จด้วยกระแสไม่เกิน (Standard Discharging Rate) 0.2C หากแบตเตอรี่ความจุ 1,000 mAh หมายถึง ควรชาร์จด้วยกระแสไม่เกิน 0.2 x 1000 mAh = 200 mAh เป็นต้น
ขนาดแบตเตอรี่
เบอร์ของแบตเตอรี่จะบอกขนาดของแบตเตอรี่ด้วย โดยแบ่งตัวเลขเป็น 3 ชุด ชุดละ 2 ตัว เรียงลำดับ ความหนา ความกว้าง และความสูง เช่น 103232 คือ หนา 10 มิล กว้าง 32 มิล สูง 32 มิล แต่หากตัวเลขชุดแรกเป็น 20 ขึ้นไป ต้องใส่จุดคั่นกลาง เช่น 256258 หมายถึงหนา 2.5 มิล กว้าง 62 มิล สูง 58 มิล เป็นต้น
ข้อมูลคุณสมบัติทั้ง 3 ประการ ในเอกสารข้อมูลสินค้า (Datasheet) หรือสเปคแบต ฯ ทุกรุ่นจะมีบอก
แบตเตอรี่ที่ใช้ทดสอบ
ในบทความนี้ใช้แบตเตอรี่ LP103232 ความจุ 1,150 mAh ในการทดสอบประสิทธิภาพ
ข้อมูลจากเว็บไซต์ผู้ขายแบตเตอรี่มีดังนี้
จากข้อมูลจะเห็นว่า ในการทดสอบจะต้องตั้งค่าเครื่องมือต่าง ๆ ดังนี้
การทดสอบชาร์จแบตเตอรี่ ควรชาร์จด้วยกระแสไม่เกิน 230 mA (0.2 x 1150 mAh) และจำกัดแรงดันชาร์จไม่เกิน 4.2V
การทดสอบคลายประจุแบตเตอรี่ ควรคลายประจุด้วยกระแสไม่เกิน 1150 mA (1 x 1150 mAh) และให้ตัดการดึงกระแสเมื่อแรงดันต่ำกว่า 2.75V
การทดสอบชาร์จแบตเตอรี่
ใช้พาวเวอร์ซัพพลายในการประจุไฟฟ้า โดยตั้งจำกัดแรงดัน (CV) ไม่เกิน 4.2V และจำกัดกระแส (CC) ไม่เกิน 230 mA ต่อแบตเตอรี่เข้ากับพาวเวอร์ซัพพลาย แล้วกดปุ่ม ON เพื่อจ่ายไฟ จะเห็นว่าแบตเตอรี่เริ่มดึงกระแส ไฟ CC (จำกัดกระแส) ติด แต่แรงดันยังต่ำอยู่ แสดงว่ากำลังเริ่มชาร์จแบตเตอรี่แล้ว
เมื่อชาร์จเต็ม จะเห็นว่ากระแสที่ดึงจะลดลงมาก (แต่ไม่เป็น 0 เนื่องจากแบตเตอรี่มีความต้านทานภายในอยู่) และแรงดันคงที่ 4.2V พร้อมแสดงสถานะ CV (จำกัดแรงดัน) โดยสามารถคำนวณหาความจุของแบตเตอรี่ได้โดยนำเวลาที่ใช้ในการชาร์จมาคำนวณ ตัวอย่างใช้กระแสชาร์จ 230mA ใช้เวลาชาร์จประมาณ 4 ชั่วโมงครึ่ง คำนวณได้ 230 mA x 4.5 = 1,035 mAh
การทดสอบคลายประจุแบตเตอรี่
ใช้อิเล็กทรอนิกส์โหลดในการคลายประจุ โดยปกติแล้วอิเล็กทรอนิกส์โหลดทุกรุ่นจะรองรับการทดสอบแบตเตอรี่อยู่แล้ว สำหรับอิเล็กทรอนิกส์โหลดที่ GLAB มีโหมดทดสอบแบตเตอรี่โดยเฉพาะ เมื่อปรับเป็นโหมดนี้จะมีค่า mAh ที่วัดได้แสดงขึ้นมา มีแรงดัน Cut off ให้ตั้ง และให้ตั้งกระแสคลายประจุได้ โดยตัวอย่างเลือกคลายประจุที่ไม่เกิน 1C ที่ 1A ตั้งแรงดัน Cut off ที่ 2.75V กดปุ่ม ON เพื่อเริ่มคลายประจุ ได้ผลดังรูป
เมื่อเวลาผ่านไปจนเครื่องตัด ได้ผลค่าความจุแบตเตอรี่ที่วัดได้จริงแสดงบนหน้าเครื่อง (ดังรูป) ซึ่งใกล้เคียงกับสเปคของแบตเตอรี่
สาเหตุที่ความจุแบตเตอรี่ที่วัดได้ไม่ตรงกับในสเปคมีหลายประการ เช่น ในขั้นตอนการชาร์จ ยังชาร์จไม่เต็ม, แบตเตอรี่เริ่มเสื่อมจากการไม่ใช้งานนาน ๆ, แบตเตอรี่เริ่มเสื่อมจากการใช้งานหลายครั้ง โดยอาจรวมไปถึงความต้านทานของสายไฟที่ใช้ต่อจากแบตเตอรี่ การใช้พลังงานส่วนหนึ่งไปกับวงจรป้องกัน ความต้านทานภายในแบตเตอรี่ เครื่องมือวัดที่ไม่ได้สอบเทียบ เป็นต้น
ข้อมูลเพิ่มเติม
GLAB ให้บริการให้คำปรึกษาการผลิตอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ให้บริการดำเนินขั้นตอนการทดสอบและขอใบรับรองอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ให้บริการผลิตแผงวงจรอิเล็กทรอนิกส์ หากสนใดสามารถติดต่อ GLAB ได้ในช่องทางต่าง ๆ หรือเข้ามาปรึกษาโดยตรงที่ สำนักงานส่งเสริมเศรษฐกิจดิจิทัล (Depa) ชั้น 2 ห้อง GLAB
Comments