Research

ภาระอิเล็กทรอนิกส์ชนิดกระแสคงที่สำหรับทดสอบความจุแบตเตอรี่ตะกั่วกรด


ภาระอิเล็กทรอนิกส์ชนิดกระแสคงที่สำหรับทดสอบความจุแบตเตอรี่ตะกั่วกรด

 

เรียบเรียงโดย: อาจารย์รัชตะ  มั่งมีชัย

ภาควิชาวิศวกรรมไฟฟ้ากำลัง

วันที่ 20 พฤษภาคม 2562

 

แบตเตอรี่เป็นแหล่งพลังงานของรถไฟฟ้า การเลือกแบตเตอรี่จากผู้ผลิตรายใดรายหนึ่งมาใช้กับรถไฟฟ้านั้นจำเป็นต้องมีการทดสอบแบตเตอรี่เพื่อดูความเหมาะสมกับรถไฟฟ้าที่ออกแบบหรือไม่ เพื่อจะได้ประมาณสมถรรนะโดยรวมของรถไฟฟ้าได้และ เหตุผลในทางธรุกิจ คือการรับประกันอายุการใช้งานของแบตเตอรี่ที่มีความถูกต้องแม่นยำให้กับลูกค้า เพราะแบตเตอรี่เป็นชิ้นส่วนที่มีอายุการใช้งานและมีราคาสูง ดังนั้นความถูกต้องแม่นยำของอายุการใช้งานของแบตเตอรี่ส่งผลต่อการดำเนินธรุกิจของผู้ผลิตรถไฟฟ้า และส่งผลต่อการตัดสินใจซื้อรถไฟฟ้าของผู้บริโภคด้วย

การทดสอบค่าหาความจุของแบตเตอรี่นิยมต่อภาระทางไฟฟ้าที่เป็นความต้านทานให้กับแบตเตอรี่เพื่อคายประจุให้กับแบตเตอรี่ ถ้าภาระเป็นชนิดความต้านทานที่มีค่าคงที่ มีข้อดีคือราคาถูก แต่มีข้อเสียคือไม่สามารถทำให้แบตเตอรี่จ่ายกระแสไฟฟ้าคงที่ได้ตลอดการทดลอง เนื่องจากในขณะที่แบตเตอรี่คายประจุ แรงดันที่ขั้วของแบตเตอรี่จะลดลง ส่งผลให้กระแสลดลง สามารถแก้ปัญหานี้ได้โดยใช้ความต้านทานปรับค่าได้ เช่น Rheostat

รูปที่ 1 Rheostat

เมื่อพบว่าค่ากระแสไม่คงที่ก็สามารถปรับกระแสไฟฟ้าเพิ่มหรือลดได้โดยใช้การปรับความต้านทานเพิ่มขึ้นหรือลดลงเช่นกัน แต่มีข้อเสียคือ ไม่สามารถปรับค่าความต้านทานแบบอัตโนมัติได้ ทำให้ไม่สะดวกในการใช้งาน ภาระทางไฟฟ้าอิเล็กทรอนิกส์สามารถแก้ปัญหาต่างๆดังข้างต้นได้ เพราะสามารถคงที่กระแสไฟฟ้าขณะแบตเตอรี่จ่ายประจุได้ ส่วนใหญ่มี 3 องค์ประกอบคือ ความต้านทานค่าคงที่กำลังสูง, วงจรกำลัง และวงจรควบคุม โดยวงจรควบคุมจะทำหน้าที่ควบคุมวงจรกำลังให้จ่ายกระแสไฟฟ้าคงที่ให้กับความต้านทาน

รูปที่ 2 ภาระอิเลคทรอนิกส์ในอุตสาหกรรม

 [1] ได้นำเสนอวงจรภาระอิเล็คทรอนิกส์โดยไม่มีวงจรควบคุมแบบป้อนกลับโดยอาศัยการออกแบบให้ Mosfet ทำงานอยู่ใน Current saturation region จากผลการทดลองสามารถคงที่กระแสไฟฟ้าได้ระดับหนึ่งแต่ไม่แม่นย่ำมาก เนื่องจากไม่มีวงจรควบคุมแบบป้อนกลับ [2] ได้แก้ปัญหาของ [1] ได้โดยใช้ Microcontroller ควบคุมแบบป้อนกลับ ผลคือสามารถควบคุมค่ากระแสไฟฟ้าได้แม่นยำ [3] ได้นำเสนอ Transistor มาทำหน้าที่เป็นทั้งวงจรกำลังและความต้านทาน และใช้ Microcontroller เป็นส่วนควบคุมแบบป้อนกลับ โดยออกแบบให้ Transistor ทำงานอยู่ใน Active region ทำให้ไม่ต้องมี ความต้านทานกำลังสูงต่ออยู่ในวงจรกำลัง ส่งผลให้สามารถลดต้นทุนในการสร้างภาระอิเล็กทรอนิกส์ได้ เนื่องจาก ความต้านทานกำลังสูงราคาแพง [4] นำเสนอการควบคุมกระแสคงที่ด้วยวิธี PWM ร่วมกับอุปกรณ์ IGBT และใช้ Microcontroller เป็นส่วนควบคุมแบบป้อนกลับ วิธีการนี้สามารถลดกำลังสูญเสียในอุปกรณ์กำลังได้เนื่องจากออกแบบให้ทำงานใน Switching mode [5] นำเสนอการใช้วงจรทอนแรงดัน (Buck) และวงจรเพิ่มแรงดัน (Boot) เพื่อให้สามารถจำลองภาระโหลดได้หลากหลายประเภทมากขึ้น [2]-[5] มีความจำเป็นต้องใช้ Microcontroller เพื่อช่วยในการควบคุมแบบป้อนกลับเพื่อให้ภาระอิเล็กทรอนิกส์สามารถจ่ายกระแสคงที่ได้ งานวิจัยนี้นำเสนอการออกแบบและสร้างภาระอิเล็กทรอนิกส์สำหรับการทดสอบหาค่าความจุแบตเตอรี่ ที่สามารถควบคุมกระแสให้คงที่ได้, ราคาถูก, ซ่อมบำรุ่งง่าย, ใช้จริงได้ในทางปฏิบัติ และไม่ต้องใช้ Microcontroller ภาระอิเล็กทรอนิกส์ที่นำเสนอ ใช้ IC Adjustable regulator เบอร์ LM350 โดยต่อวงจรแบบ Current regulator ออกแบบให้แต่ละวงจรจำกัดกระแสไฟฟ้าไว้ที่ 2.5 A ใช้ 15 วงจรต่อขนานกันเพื่อเพิ่มความสามารถในการจ่ายกำลังไฟฟ้าให้มากขึ้น ภาระทางไฟฟ้าอิเล็กทรอนิกส์ที่ออกแบบสามารถทดสอบแบตเตอรี่ตะกั่วกรด แรงดัน 12V และตั้งค่ากระแสคงที่ได้ 0 - 38A

รูปที่ 3 ภาระอิเลคทรอนิกส์ที่ออกแบบ

 

1. การทดสอบภาระอิเล็กทรอนิกส์

รูปที่ 4 วงจรการทดสอบภาระอิเล็คทรอนิกส์

ทดสอบ วงจรภารอิเลคทรอนิกส์ เป็นเวลา 20ชมเพื่อทดสอบความน่าเชื่อถือของวงจร (หมายเหตุ การทดสอบค่าความจุแบตเตอรี่ใช้เวลาในการจ่ายประจุสูงสุด 20ชม)

 

2. การทดสอบการจ่ายประจุแบตเตอรี่ที่ 20 ชม

รูปที่ 6 การทดลองจ่ายประจุแบตเตอรี่ 20 ชม

 

 

รูปที่ 7 ผลการทดสอบแบตเตอรี่ที่เวลา 20 ชม

 

จากรูปที่ 7 การทดสอบการการจ่ายประจุ ที่ 20ชม โดยทำการจ่ายประจุไฟฟ้าด้วยกระแสคงที่ 1.6A และหยุดการทดลองเมื่อแรงดันไฟฟ้า 10.5V ใช้เวลาในการจ่ายประจุไฟฟ้า 20:20 ชม ได้ค่าความจุของแบตเตอรี่ 32.5333Ah

 เอกสารอ้างอิง

[1]    Murat Ceylan, Abdulkadir Balikci. (2014). Design and Implementation of an Electronic Constant Current DC Load for Battery Discharge and Power Supply Test System. 16th International Power Electronics and Motion Control Conference and Exposition, Antaly,Turkey.

[2]  Swaroop R Sadarjoshi, P Usha. (2016). Design and Fabrication of Regulated DC Electronic

Load for Testing Power Supplies and Batteries. IEEE 7th Power India International Conference (PIICON). Bolamer, India.

[3]    Kornkamon Lawsri, Sakorn Po –Ngam. (2017), DC Electronics Load for AH Battery Testing. 5th International Electrical Engineering Congress, Pattaya, Thailand.

[4]    An Shiqi, (2017).High Power DC Electronic Load. Chinese Automation Congress (CAC), 2017. Jinan, China

[5]  Zhou Meng-ting,Wang Ming-yan,Wang Le-san.(2017), Design and Implementation of a Multifunctional DC Electronic Load, IEEE Transportation Electrification Conference and Expo, Asia-Pacific (ITEC Asia-Pacific). Harbin, China.

<< ย้อนกลับ