การทดสอบความจุของแบตเตอรี่แบบชาร์จไฟได้ให้แม่นยำทำอย่างไร?

การรู้ว่าแบตเตอรี่ชาร์จไฟได้มีความจุเท่าไรนั้นมีความสำคัญมาก แบตเตอรี่ชาร์จไฟชนิดต่างๆ มีการเก็บพลังงานในปริมาณที่แตกต่างกัน ดังนั้นการคำนวณให้แน่ชัดว่าแบตเตอรี่สามารถจ่ายพลังงานได้มากเพียงใดในการขับเคลื่อนอุปกรณ์ จึงเป็นประเด็นสำคัญ นอกจากนี้ยังบ่งบอกด้วยว่าแบตเตอรี่จะสามารถทำให้อุปกรณ์ทำงานต่อเนื่องได้นานแค่ไหน และความสามารถในการชาร์จซ้ำได้ดีเพียงใด แต่ประเด็นคือ ข้อมูลทั้งหมดนี้จะไม่มีประโยชน์เลยหากผลการทดสอบความจุของแบตเตอรี่ไม่แม่นยำ บทความนี้จะแนะนำขั้นตอนอย่างละเอียดในการทดสอบความจุของแบตเตอรี่อย่างแม่นยำ โดยใช้อุปกรณ์จากชุด SDCBUS Series Power Battery Performance Testing Devices ของบริษัท Jiuyuan Tech

เหตุใดการทดสอบความจุของแบตเตอรี่อย่างแม่นยำจึงมีความสำคัญ

การตรวจสอบความจุของแบตเตอรี่แบบชาร์จไฟได้ถือเป็นสิ่งสำคัญมาก เนื่องจากแบตเตอรี่แบบชาร์จไฟได้แต่ละชนิดมีการเก็บพลังงานที่แตกต่างกัน การรู้ว่าแบตเตอรี่สามารถจ่ายพลังงานได้มากเพียงใดเพื่อใช้งานอุปกรณ์นั้นจึงมีความสำคัญอย่างยิ่ง นอกจากนี้ยังช่วยให้คุณทราบด้วยว่าแบตเตอรี่จะจ่ายไฟให้อุปกรณ์ได้นานแค่ไหน และประสิทธิภาพในการชาร์จซ้ำเป็นอย่างไร อย่างไรก็ตาม ข้อมูลทั้งหมดเหล่านี้จะไม่มีความหมายเลยหากผลการทดสอบที่วัดความจุของแบตเตอรี่ไม่แม่นยำ บทความนี้จะแนะนำขั้นตอนอย่างละเอียดในการทดสอบความจุของแบตเตอรี่อย่างแม่นยำ โดยใช้อุปกรณ์จากชุด SDCBUS Series Power Battery Performance Testing Devices ของบริษัท Jiuyuan Tech

ความจุของแบตเตอรี่คืออะไร

หากคุณไม่ทราบความจุของแบตเตอรี่ การเปรียบเทียบกับแบตเตอรี่ 5,000 mAh ก็ไม่มีความหมาย แบตเตอรี่จะถือว่ามีความจุเฉพาะเจาะจงก็ต่อเมื่อมันสามารถใช้เลี้ยงอุปกรณ์ที่ชาร์จได้ในช่วงเวลาที่เกี่ยวข้องได้ ตัวอย่างเช่น แบตเตอรี่จะถือว่ามีความจุ 5,000 mAh ก็ต่อเมื่อมันสามารถจ่ายพลังงานให้อุปกรณ์ได้นานหนึ่งชั่วโมง ความจุของแบตเตอรี่จะทำงานได้ดีที่สุดภายใต้พารามิเตอร์ที่แตกต่างกัน เช่น อุณหภูมิที่เปลี่ยนแปลง ค่าผลลัพธ์ และอายุการใช้งานของแบตเตอรี่

วิธีการทดสอบความจุของแบตเตอรี่ที่แม่นยำจะทำตามขั้นตอนอย่างเป็นระบบ: เริ่มจากการชาร์จแบตเตอรี่เกิน (overcharge) จากนั้นค่อยๆ ปล่อยประจุด้วยอัตราที่ช้า กระบวนการทั้งหมดขึ้นอยู่กับการทิ้งอุปกรณ์ไว้ให้ทำงานต่อเนื่องเป็นระยะเวลาหนึ่ง และวัดพลังงานที่ส่งออกพร้อมกับความจุของแบตเตอรี่ แต่กระบวนการใดๆ ก็ตามย่อมมีกฎเกณฑ์ที่ต้องปฏิบัติตาม

การเตรียมตัวสำหรับการทดสอบและเข้าใจเคมีของแบตเตอรี่

หากแบตเตอรี่ใหม่และยังไม่ได้ใช้งาน ผู้เชี่ยวชาญส่วนใหญ่แนะนำให้ทำการชาร์จ-ปล่อยประจุ 1 ถึง 2 รอบก่อน สิ่งนี้จะช่วยทำให้ปฏิกิริยาทางเคมีภายในแบตเตอรี่มีความเสถียรยิ่งขึ้น ทำให้การวัดความจุในขั้นตอนต่อไปมีความแม่นยำมากขึ้น

เมื่อจัดเตรียมพื้นที่ทดสอบ ควรตรวจสอบให้แน่ใจว่ามีขนาดที่เหมาะสมและมีการระบายอากาศที่ดี เตรียมภาชนะที่ทนไฟไว้พร้อมใช้งาน และจัดให้อุปกรณ์ป้องกันอันตรายส่วนบุคคล (PPE) อยู่ในระยะที่เข้าถึงได้ง่าย—ซึ่งมีความสำคัญเป็นพิเศษเมื่อทำการทดสอบแบตเตอรี่กำลังสูง เช่น แบตเตอรี่ที่ใช้ในรถยนต์ การข้ามขั้นตอนด้านความปลอดภัยเหล่านี้อาจทำให้คุณและผู้อื่นตกอยู่ในอันตราย

การควบคุมอุณหภูมิก็มีความสำคัญเช่นกันเพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่แม่นยำ โดยทั่วไป การทดสอบแบตเตอรี่ที่อุณหภูมิ 25°C (±2°C) จะให้ข้อมูลที่เชื่อถือได้มากที่สุด อุณหภูมิที่สูงเกินไปอาจทำให้ค่าความจุที่อ่านได้สูงกว่าความเป็นจริง ดังนั้นจึงจำเป็นอย่างยิ่งที่จะต้องรักษาระดับอุณหภูมิให้คงที่ตลอดการทดสอบ

การชาร์จแบตเตอรี่ให้เต็ม

ควรใช้กราฟพิกัด XY เพื่อแสดงแรงดันคงที่และกระแสไฟฟ้าคงที่ระหว่างการทดสอบของเรา ให้ทำตามขั้นตอน CC-CV (Constant Current-Constant Voltage) โดยไม่ต้องแก้ไขใดๆ

ในขั้นตอนนี้ สิ่งสำคัญคือต้องเข้าใจแบตเตอรี่เหล่านี้และวิธีการใช้งานอย่างถูกต้อง การชาร์จจะยังไม่เสร็จสิ้นจนกว่ากระแสไฟฟ้าในการชาร์จจะถึงหรือเกินระดับ "ตัดออก" คุณสามารถคำนวณได้ง่ายๆ โดยเริ่มจากการกำหนดกระแสไฟฟ้าที่จำเป็นเพื่อชาร์จแบตเตอรี่ให้เต็ม เช่น ถ้าใช้กระแส 1 แอมป์ในการชาร์จแบตเตอรี่ให้เต็ม คุณจำเป็นต้องชาร์จเป็นขั้นตอน และลดกระแสลงเหลือ 0.1 แอมป์เมื่อถึง 1 แอมป์—ซึ่งเรียกว่ากระแสไฟฟ้าขณะพัก โปรดทราบว่าการใช้จับเวลาไม่เพียงแต่ทำได้ยาก แต่ยังทำให้กระบวนการชาร์จนานขึ้น ในกรณีนี้จำเป็นต้องใช้แหล่งจ่ายไฟแบบตั้งโปรแกรมได้

ช่วงพัก

หลังจากชาร์จไฟเสร็จแล้ว ขั้นตอนต่อไปคือช่วงพัก หรือที่เรียกว่าการปรับสมดุลหลังการชาร์จ ซึ่งมักจะใช้เวลาประมาณ 1 ถึง 2 ชั่วโมง การหยุดพักนี้มีความสำคัญมาก เพราะช่วยให้ปฏิกิริยาเคมีภายในเสถียรภาพและทำให้แรงดันไฟฟ้าคงที่ (แม้ในช่วง 1 ถึง 2 ชั่วโมงนี้ แรงดันไฟฟ้าในช่วงพักอาจยังคงผันผวนเล็กน้อย) สิ่งนี้จะช่วยให้มั่นใจได้ว่าผลการทดสอบการคายประจุในขั้นตอนต่อไปจะมีความแม่นยำ

การคายประจุแบบควบคุม (ขั้นตอนที่สำคัญที่สุด)

นี่คือขั้นตอนที่สำคัญที่สุดของกระบวนการทั้งหมด ต้องปฏิบัติตามขั้นตอนต่อไปนี้อย่างระมัดระวังและแม่นยำ มิฉะนั้นความผิดพลาดส่วนใหญ่ในขั้นตอนทั้งหมดจะเกิดขึ้นในช่วงนี้

ใช้การคายประจุแบบกระแสคงที่ (CC): กระแสไฟฟ้าในการคายประจุต้องคงที่ตลอดขั้นตอนนี้ แม้ในระหว่างกระบวนการคายประจุแบบกระแสคงที่

เลือกอัตราการคายประจุที่ถูกต้อง (C-rate): ความจุของแบตเตอรี่อาจเปลี่ยนแปลงไปตามอัตราการคายประจุ โปรดจำไว้ว่า เพื่อให้ผลการทดสอบมีความหมายและสามารถทำซ้ำได้ คุณต้องระบุ C-rate ที่ใช้

แรงดันไฟฟ้าที่การคายประจุหยุดเรียกว่าแรงดันไฟฟ้าตัดตอนการคายประจุ ควรบันทึกแรงดันนี้ตามที่เป็นอยู่ ให้คายประจุแบตเตอรี่จนถึงแรงดันต่ำสุดที่ปลอดภัยตามที่ระบุไว้ในแผ่นข้อมูล (datasheet) การเร่งหรือบังคับให้คายประจุเกินแรงดันนี้อาจทำให้แบตเตอรี่เสียหาย และส่งผลต่อความแม่นยำของผลการทดสอบ

ในช่วงเวลาการคายประจุระยะสั้น จะเกิดการสูญเสียข้อมูลกระแสไฟฟ้าได้ง่าย ดังนั้นการบันทึกเวลาและกระแสไฟฟ้าอย่างถูกต้อง จึงเป็นพื้นฐานที่สำคัญที่สุดในการคำนวณความจุของแบตเตอรี่

การคำนวณและการวิเคราะห์

คุณสามารถดูแผนผังระบบของอุปกรณ์ทดสอบการชาร์จ-คายประจุได้ที่เว็บไซต์ของบริษัท ซอฟต์แวร์ที่มาพร้อมกับอุปกรณ์มีอินเทอร์เฟซที่ชัดเจน และหน้าจอคอมพิวเตอร์ส่วนบนสามารถแสดงข้อมูลได้อย่างเข้าใจง่าย ระบบสมัยใหม่ส่วนใหญ่สามารถคำนวณปริมาณแอมแปร์-ชั่วโมง (Ah) ที่ปล่อยออกมาทั้งหมดได้อัตโนมัติ โดยการรวมกระแสไฟฟ้าตามช่วงเวลา อีกทั้งยังมีระบบอื่นๆ ที่สามารถสร้างเส้นโค้งการคายประจุ (แสดงแรงดันไฟฟ้าตามเวลา) ได้ และระบบเหล่านี้ทั้งหมดสามารถให้ข้อมูลขั้นสูงที่เกี่ยวข้องกับสุขภาพและประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ เช่น เส้นโค้งแรงดันไฟฟ้าและการคายประจุตามเวลา

เหตุใดอุปกรณ์เฉพาะทางจึงจำเป็นอย่างยิ่ง

แม้ว่าคุณจะสามารถทำการทดสอบแบบไม่มีโหลดโดยใช้ระบบง่ายๆ ร่วมกับมัลติมิเตอร์ได้ แต่คุณไม่สามารถรับประกันความแม่นยำของการทดสอบได้หากไม่มีอุปกรณ์ที่เหมาะสม ซีรีส์ SDCBUS ของ Jiuyuan Tech ผสานรวมฟังก์ชันทั้งหมดที่จำเป็นสำหรับการทดสอบความจุของแบตเตอรี่อย่างแม่นยำ ทำให้เป็นเครื่องมือที่ขาดไม่ได้

ผลผลิตจากการวัดที่มีความแม่นยำสูง

ด้วยซีรีส์ SDCBUS ผลการวัดแรงดันและกระแสของอุปกรณ์หลักจะช่วยลดข้อผิดพลาดในการวัดความจุ การใช้ซีรีส์ SDCBUS หมายความว่าคุณไม่จำเป็นต้องใช้ระบบวัดขั้นสูงแยกต่างหากที่มีวางจำหน่ายในตลาด

กระบวนการทั้งหมดตั้งแต่การชาร์จ การหยุดชาร์จแบบช่วงๆ และการคายประจุตามมา จะถูกทำให้อัตโนมัติ ซึ่งช่วยกำจัดข้อผิดพลาดจากมนุษย์ ทุกการทดสอบสามารถทำซ้ำได้อย่างสม่ำเสมอ ทำให้ระบบมีความน่าเชื่อถือสูงสำหรับการทดสอบความจุอย่างแม่นยำ

โหลดแบบคืนพลังงานในตัว

ต่างจากโหลดแบบต้านทานธรรมดาที่สูญเสียพลังงานในรูปของความร้อน ซีรีส์ SDCBUS ทำหน้าที่เป็นโหลดอิเล็กทรอนิกส์ DC แบบคืนพลังงาน ซึ่งสามารถดูดซับพลังงานจากการคายประจุ แปลงเป็นพลังงานไฟฟ้า AC และส่งกลับไปยังโครงข่ายไฟฟ้าของอาคาร คุณลักษณะนี้ทำให้การทดสอบที่ใช้กำลังสูงและระยะยาวมีประสิทธิภาพด้านพลังงานมากขึ้น และประหยัดต้นทุนยิ่งขึ้น

การบันทึกและวิเคราะห์ข้อมูล

ตลอดการดำเนินงานของระบบ ข้อมูลจะถูกบันทึกอย่างต่อเนื่อง ซึ่งทำให้สามารถสร้างรายงานและวิเคราะห์เส้นโค้งแรงดันเพื่อระบุปัญหาการเสื่อมสภาพของแบตเตอรี่ได้ แม้ในกรณีที่คุณต้องการเพียงค่าความจุพื้นฐานเท่านั้น

3 คำถามที่พบบ่อย (FAQs)

คำถามที่ 1: การทดสอบความจุของแบตเตอรี่เต็มรูปแบบใช้เวลานานเท่าใด

เวลาในการทดสอบขึ้นอยู่กับอัตราการคายประจุเป็นหลัก การทดสอบที่อัตราคายประจุ 1C (ซึ่งจะคายประจุความจุเต็มภายในหนึ่งชั่วโมง) ใช้เวลาประมาณหนึ่งชั่วโมง บวกกับเวลาที่ต้องใช้ในการชาร์จและพักตัว อัตราคายประจุ 0.5C ที่เบากว่าจะใช้เวลา 2 ชั่วโมง เมื่อพิจารณาทั้งวงจรที่รวมการชาร์จ การพักตัว และการคายประจุ การทดสอบหนึ่งรอบโดยทั่วไปจะใช้เวลา 3 ถึง 8 ชั่วโมง ซึ่งเป็นกรอบเวลาที่สมเหตุสมผล

คำถามที่ 2: ทำไมแบตเตอรี่ใหม่ของฉันจึงไม่สามารถเข้าถึงความจุตามที่โฆษณาไว้

ก่อนอื่น โปรดตรวจสอบให้แน่ใจว่าคุณกำลังทำการทดสอบอย่างถูกต้องโดยใช้อุปกรณ์มืออาชีพ ผู้ผลิตที่มีชื่อเสียงส่วนใหญ่จะกำหนดค่าความจุของแบตเตอรี่ตามเงื่อนไขอุดมคติเฉพาะ เช่น การคายประจุที่ 0.2C ที่อุณหภูมิ 25°C เงื่อนไขอื่น ๆ เช่น อัตราการคายประจุสูงหรืออุณหภูมิต่ำกว่า จะทำให้ค่าความจุที่ได้อ่านค่าต่ำลง นอกจากนี้ แบตเตอรี่บางชนิดจำเป็นต้องมีการชาร์จและคายประจุหลายรอบเพื่อให้ได้ความจุสูงสุด

คำถามที่ 3: ฉันสามารถใช้อุปกรณ์นี้กับแบตเตอรี่ทุกประเภทได้หรือไม่

ได้ อุปกรณ์เช่นซีรีส์ SDCBUS จาก Jiuyuan Tech มีความยืดหยุ่นสูง สามารถใช้งานร่วมกับเคมีภัณฑ์แบตเตอรี่หลายประเภท รวมถึงลิเธียมไอออน (Li-ion), ลิเธียมเหล็กฟอสเฟต (LFP), นิกเกิล-เมทัลไฮไดรด์ (NiMH), แบตเตอรี่ตะกั่วกรด และแบตเตอรี่โฟลว์ สิ่งสำคัญคือต้องตั้งค่าขีดจำกัดแรงดัน อัตรากระแสไฟฟ้า และเงื่อนไขการหยุดให้เหมาะสมกับแต่ละประเภทของแบตเตอรี่ โดยโปรดทราบว่าอุปกรณ์นี้ไม่ได้ใช้สำหรับการทดสอบเซลล์แบตเตอรี่เดี่ยว