วิธีซ่อมแซมข้อบกพร่องเล็กน้อยของชุดแบตเตอรี่อย่างไร?

การระบุข้อบกพร่องทั่วไประดับเล็กน้อยในชุดแบตเตอรี่

เข้าใจอาการโดยทั่วไปของชุดแบตเตอรี่ที่เสื่อมสภาพ

แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนส่วนใหญ่มักแสดงอาการเสื่อมสภาพในรูปแบบที่คาดเดาได้ค่อนข้างชัดเจน เมื่อเริ่มสูญเสียประสิทธิภาพในการเก็บพลังงาน ผู้ใช้มักจะสังเกตเห็นว่าระยะเวลาการใช้งานลดลงก่อนเป็นอย่างแรก หลังจากชาร์จไปประมาณ 500 รอบ แบตเตอรี่หลายตัวมักจะมีความจุลดลงอยู่ที่ประมาณ 15 ถึง 20 เปอร์เซ็นต์ อีกสัญญาณเตือนหนึ่งเกิดขึ้นเมื่อเซลล์แต่ละตัวภายในชุดเริ่มแสดงความแตกต่างของแรงดันไฟฟ้ามากกว่า 0.2 โวลต์ เมื่อเทียบกับเซลล์อื่นๆ บางครั้งแบตเตอรี่อาจหยุดทำงานโดยไม่คาดคิดแม้อยู่ในสภาวะการใช้งานปกติ การพิจารณาสภาพทางกายภาพก็สามารถบ่งบอกข้อมูลได้มากเช่นกัน เซลล์ที่บวมเป็นเรื่องพบได้ทั่วไป เช่นเดียวกับการกัดกร่อนที่สะสมอยู่ตามขั้วต่อเนื่องจากการเกิดปฏิกิริยาทางเคมีภายใน สำหรับผู้ที่ทำงานกับระบบนี้ การตรวจสอบวงจร PCM (Protection Circuit Module) อยู่เสมอเป็นสิ่งสำคัญยิ่ง ควรระวังเมื่อแรงดันไฟฟ้าลดลงต่ำกว่า 2.5 โวลต์ต่อเซลล์ เพราะโดยทั่วไปหมายความว่าการเสื่อมสภาพอย่างรุนแรงได้เกิดขึ้นภายในโครงสร้างของแบตเตอรี่แล้ว

การใช้การวัดแรงดันและค่าความต้านทานภายในเพื่อตรวจจับเซลล์ที่มีปัญหา

แนวทางการตรวจสอบข้อบกพร่องอย่างเป็นระบบพึ่งพาการทดสอบหลักสองอย่าง ได้แก่

ตามที่ระบุไว้ในแนวทางการทดสอบแบตเตอรี่ลิเธียมปี 2024 มืออาชีพใช้มิเตอร์ ESR ภายใต้โหลด 1C เพื่อตรวจจับเซลล์ที่อ่อนแอ 92% ก่อนที่จะเกิดความล้มเหลวอย่างรุนแรง

การคายประจุเองที่สูงขึ้น และวิธีการตรวจจับในแต่ละเซลล์

เซลล์ที่เสียจะคายประจุเร็วกว่าปกติ 3–5 เท่า เมื่อเทียบกับเซลล์ที่ดี เพื่อระบุเซลล์เหล่านี้:

1. ชาร์จแพ็คให้เต็มที่ 4.2V/เซลล์
2. ถอดการเชื่อมต่อจากทุกโหลดออก
3. วัดแรงดันของแต่ละเซลล์ทุกๆ 24 ชั่วโมง

เซลล์ที่มีแรงดันลดลงมากกว่า 0.3V ภายใน 72 ชั่วโมงควรได้รับการเปลี่ยนใหม่ การทดสอบนี้ควรใช้ร่วมกับเครื่องชาร์จอัจฉริยะที่มีฟีเจอร์ติดตาม SOH เพื่อยืนยันว่าความสามารถในการเก็บประจุลดลงต่ำกว่า 70% ซึ่งเป็นเกณฑ์อุตสาหกรรมสำหรับอายุการใช้งานสิ้นสุดของระบบลิเธียมไอออน

การเปลี่ยนและจับคู่เซลล์ที่เสียหายเพื่อการซ่อมแซมที่เชื่อถือได้

การระบุตำแหน่งและแยกเซลล์ที่เสียหายหรือทำงานต่ำกว่ามาตรฐานออก

เซลล์ที่อ่อนกำลังมักแสดงความเบี่ยงเบนของแรงดันเกิน 0.2V เมื่อเทียบกับเซลล์ข้างเคียง การถ่ายภาพความร้อนสามารถช่วยตรวจจับหน่วยที่ประสิทธิภาพต่ำ เนื่องจากเซลล์ที่สูญเสียความจุ 15% ขึ้นไปจะร้อนกว่า 8–12°C ภายใต้ภาระงาน ควรให้ความสำคัญกับการเปลี่ยนเซลล์ที่มีอาการพอง ผุกร่อน หรือรั่วของอิเล็กโทรไลต์

เทคนิคการละลายตะกั่วและการถอดเซลล์ออกอย่างเหมาะสมเพื่อการเปลี่ยนเซลล์

ใช้เตารีดบัดกรีที่ควบคุมอุณหภูมิ (300–350°C) เพื่อถอดแถบนิกเกิลออกอย่างปลอดภัยโดยไม่ทำลายแผ่นแยกภายในเซลล์ หลังจากละลายตะกั่วแล้ว ให้ยกเซลล์ขึ้นในแนวตั้งเพื่อหลีกเลี่ยงการฉีกขาดของแผ่นขั้ว การเสียหายระหว่างการถอดเซลล์คิดเป็น 23% ของความล้มเหลวในการซ่อมแซมด้วยตนเอง (Electrochemical Society 2022)

การตรวจสอบความถูกต้องของขั้วไฟฟ้าและความสมบูรณ์ของการเชื่อมต่อระหว่างการประกอบใหม่

การต่อขั้วไฟฟ้าสลับขั้วจะทำให้ PCM ปิดการทำงานทันทีใน 89% ของกรณี ควรดำเนินการตรวจสอบซ้ำสองครั้ง:

• ใช้ระบบสีในการระบุขั้วเซลล์สำหรับเปลี่ยนใหม่
• ทดสอบความต่อเนื่องก่อนการประกอบขั้นสุดท้าย
• ใช้อุปกรณ์จัดแนวสำหรับการจัดเรียงเซลล์หลายตัว

เหตุใดการจับคู่เซลล์ตามประเภทเคมีจึงมีความสำคัญอย่างยิ่งในชุดแบตเตอรี่

การผสมผสานเคมี NMC และ LFP เข้าด้วยกันจะทำให้อายุการใช้งานลดลง 62% (Journal of Power Sources 2022) แม้แต่เซลล์ที่ดูเหมือนจะเหมือนกันก็อาจแตกต่างกันในด้านวัสดุที่ใช้เป็นตัวยึด ความหนาของชั้นเคลือบ และความพรุนของแผ่นแยก ซึ่งเป็นปัจจัยที่มีผลต่อการบวม การรับกระแสไฟฟ้า และการกระจายความร้อน ควรตรวจสอบความเข้ากันได้ของเคมีทุกครั้งก่อนการติดตั้ง

การทดสอบเซลล์ที่นำกลับมาใช้ใหม่เพื่อการใช้งานอีกครั้ง (ความจุ ความต้านทานภายใน การคายประจุเอง)

คัดกรองเซลล์ที่นำกลับมาใช้ใหม่ผ่านกระบวนการสามขั้นตอน:

1. การทดสอบความจุ : ยอมรับเฉพาะเซลล์ที่มีค่าเบี่ยงเบนไม่เกิน 5% จากค่าเฉลี่ยของชุดแบตเตอรี่
2. ความต้านทานภายใน : ปฏิเสธเซลล์ที่มีค่าเกินกว่าค่าฐานมากกว่า 20% (หรือ >50mΩ)
3. การปล่อยตัวเอง : ทิ้งเซลล์ใดๆ ที่สูญเสียประจุมากกว่า 5% ต่อเดือนที่อุณหภูมิ 25°C

เซลล์ที่ได้รับการประเมินอย่างเหมาะสมสามารถทำงานได้ใกล้เคียงกับของใหม่ สำหรับอายุการใช้งานได้ถึง 83% ของอายุการใช้งานเดิม

การสร้างโมดูลที่สมดุลด้วยการจับคู่ตามความจุและกลุ่มอายุที่เหมือนกัน

จัดกลุ่มเซลล์ที่จะเปลี่ยนพร้อมกับ:

• ±3% ความคลาดเคลื่อนของความจุ
• แตกต่างกันไม่เกิน 50 รอบการชาร์จ
• ปีการผลิตเดียวกัน

กลุ่มที่จับคู่ไว้ให้ผลการทำงานที่ดีกว่าชุดที่ประกอบแบบสุ่มอย่างมีนัยสำคัญ:

กลยุทธ์นี้ช่วยลดความไม่สมดุลของแรงดันไฟฟ้าลง 78% ในระหว่างการคายประจุลึก

การสร้างใหม่ การทดสอบ และการถ่วงดุลชุดแบตเตอรี่ที่ซ่อมแล้ว

แนวทางปฏิบัติที่ดีที่สุดสำหรับการบัดกรีและเชื่อมจุดเพื่อความแข็งแรงของโครงสร้าง

ใช้เครื่องบัดกรีควบคุมอุณหภูมิ (ต่ำกว่า 350°C) หรือระบบเชื่อมจุดแบบพัลส์ หลีกเลี่ยงการให้ความร้อนเป็นเวลานาน ซึ่งอาจทำให้ซีลของเซลล์เสื่อมสภาพ สำหรับแถบนิกเกิล ให้ทำการเชื่อม 2–4 จุดต่อการต่อหนึ่งครั้ง เพื่อรักษาระดับการนำกระแสไฟฟ้าตามข้อกำหนดเดิม

การตรวจสอบการต่อสายและฉนวนก่อนการชาร์จครั้งแรก

ตรวจสอบขั้วต่อภายใต้กล้องขยายเพื่อหาข้อบัดกรีเย็นหรือรอยแตกร้าวขนาดเล็ก ตรวจสอบความต่อเนื่องในกลุ่มขนาน โดยให้มีความแปรปรวนน้อยกว่า 0.05 โอห์ม ใช้เทปฉนวนที่เสริมใยแก้วหุ้มตัวนำ โดยเว้นพื้นที่สำหรับช่องระบายแรงดัน

การทดสอบการทำงานเบื้องต้นหลังการซ่อมภายใต้สภาวะมีภาระ

ใช้เครื่องทดสอบโหลดกระแสตรงแบบโปรแกรมได้เพื่อจำลองการใช้งานจริง คายประจุที่ระดับ 0.5C พร้อมตรวจสอบแรงดันของแต่ละเซลล์ หากแรงดันของเซลล์ใดเซลล์หนึ่งลดลงเกิน 0.2V แสดงว่ามีปัญหาการเชื่อมต่อหรือความจุของเซลล์ไม่สมดุลกัน

ความสำคัญของการชาร์จช้าเพื่อทำให้เซลล์สมดุลหลังการซ่อม

งานศึกษาจากคณะวิจัยแห่งชาติของแคนาดาพบว่า การชาร์จช้า (0.1C) สามารถฟื้นฟูความจุที่สูญเสียไปได้ถึง 99.4% ในแบตเตอรี่แพ็คที่ไม่สมดุล ซึ่งช่วยให้ระบบ BMS ปรับสมดุลแรงดันผ่านตัวต้านทานแบบพาสซีฟ โดยไม่กระตุ้นระบบป้องกันแรงดันเกิน

การใช้เครื่องชาร์จอัจฉริยะที่มีความสามารถในการทำสมดุล

เครื่องชาร์จอัจฉริยะที่มีระบบสมดุลแบบแอคทีฟจะกระจายพลังงานระหว่างเซลล์ในระหว่างการชาร์จ ระบบทั้งหมดเหล่านี้รักษาระดับความแตกต่างของแรงดันระหว่างเซลล์ให้น้อยกว่า 1% ซึ่งช่วยยืดอายุการใช้งานของแบตเตอรี่แพ็คได้เพิ่มขึ้น 18–22% เมื่อเทียบกับการชาร์จแบบไม่มีการจัดการ ตามผลการวิจัยด้านการจัดเก็บพลังงาน

การตรวจสอบอุณหภูมิและการเพิ่มขึ้นของแรงดันในรอบการชาร์จครั้งแรก

ติดตามอุณหภูมิด้วยเทอร์โมมิเตอร์อินฟราเรด โดยให้มั่นใจว่าไม่มีเซลล์ใดเกิน 45°C แรงดันควรเพิ่มขึ้นอย่างสม่ำเสมอในกลุ่มอนุกรม การเบี่ยงเบนเกิน 0.15V บ่งชี้ถึงการปรับสมดุลที่ไม่สมบูรณ์ หรือปัญหาการเชื่อมต่อที่เหลือค้าง

การรับประกันความปลอดภัยและอายุการใช้งานที่ยาวนานด้วยวงจรป้องกันและการบำรุงรักษา

บทบาทของโมดูลวงจรป้องกัน (PCM) ในการรับประกันความปลอดภัยหลังการซ่อม

PCM ทำหน้าที่เหมือนสมองสำหรับชุดแบตเตอรี่ที่ได้รับการซ่อมแซม โดยตรวจสอบค่าแรงดันของแต่ละเซลล์และอุณหภูมิอย่างต่อเนื่องตลอดทั้งชุด เมื่อสิ่งต่าง ๆ เริ่มผิดปกติ เช่น การชาร์จเกิน ระดับแรงดันของเซลล์ลดลงต่ำเกินไป หรืออุณหภูมิสูงจนเป็นอันตราย PCM จะตัดกระแสไฟฟ้าจากวงจรเหล่านั้นเพื่อป้องกันความเสียหาย ตามการศึกษาหลายชิ้นที่พิจารณาเกี่ยวกับมาตรฐานความปลอดภัยของแบตเตอรี่ลิเธียม ชุดแบตเตอรี่ที่มี PCM ทำงานจะมีปัญหาลดลงประมาณ 70-75% เมื่อเทียบกับชุดที่ไม่มีระบบป้องกันใด ๆ เลย หลังจากการซ่อมแซมเสร็จสิ้น สิ่งสำคัญอย่างยิ่งคือต้องตรวจสอบให้มั่นใจว่า PCM สามารถสื่อสารกับทุกเซลล์ในชุดได้อย่างถูกต้อง ช่างเทคนิคมักใช้อุปกรณ์วินิจฉัยเฉพาะทางในการตรวจสอบขั้นตอนนี้ ก่อนที่จะประกอบทุกอย่างกลับเข้าด้วยกัน

ตรวจสอบการป้องกันแรงดันเกิน แรงดันต่ำเกิน และกระแสไฟฟ้าเกิน

ตรวจสอบการป้องกันหลักสามประการหลังการซ่อมแซม:

1. ความแรงเกิน : การหยุดการชาร์จต้องทำงานที่ 4.25V/เซลล์ (มาตรฐานลิเธียมไอออน)
2. แรงดันไฟต่ำ : การตัดการคายประจุควรทำงานที่ระดับ 2.5V/เซลล์
3. กระแสไฟฟ้าเกิน : การตอบสนองต่อวงจรลัดวงจรควรเกิดขึ้นภายในเวลาไม่ถึง 0.5 วินาที

จำลองข้อผิดพลาดโดยใช้เครื่องทดสอบโหลดแบบตั้งโปรแกรมได้ และสังเกตการตอบสนองของ PCM ในปี 2024 การวิเคราะห์พบว่า การทดสอบอย่างเข้มงวดช่วยป้องกันความล้มเหลวหลังการซ่อมแซมได้ 89% ภายในปีแรก

การเปลี่ยนหรือปรับเทียบใหม่ PCM หากโมดูลเสียหายระหว่างการซ่อม

ห้ามข้ามการทำงานของ PCM ที่เสียหาย เด็ดขาด ให้เปลี่ยนทันทีหากโมดูลได้รับความเสียหายจากความร้อนหรือแรงกดทางกายภาพ โดยต้องตรงตามข้อมูลจำเพาะของโมดูลต้นฉบับ:

• ความแม่นยำในการตรวจวัดแรงดัน: ±25mV
• ค่าความคลาดเคลื่อนของเซ็นเซอร์กระแส: ±3%

ปรับเทียบใหม่โดยใช้ซอฟต์แวร์ที่ผู้ผลิตอนุมัติหลังจากการเปลี่ยนเซลล์ ทำการชาร์จ-คายประจุเต็มรอบสามครั้งเพื่อให้ค่าอ่านคงที่ ก่อนนำแบตเตอรี่กลับมาใช้งาน

การตรวจสอบแรงดันหลังการซ่อม เพื่อตรวจจับความผิดปกติแต่เนิ่นๆ

ดำเนินการตรวจสอบค่าแรงดันต่าง (voltage delta) ทุกวันเป็นเวลาเจ็ดวันแรก โดยใช้เครื่องมือตรวจสอบที่รองรับบลูทูธ ค่าความแปรปรวนที่ยอมรับได้คือ:

การแจ้งเตือนอัตโนมัติโดยอิงจากลักษณะการเปลี่ยนแปลงแรงดันไฟฟ้า ช่วยตรวจจับข้อบกพร่องที่กำลังเกิดขึ้นได้ถึง 83% ในระยะเริ่มต้น ควรใช้ร่วมกับการตรวจสอบความจุรายไตรมาสโดยใช้โหลดมาตรฐาน เพื่อให้มั่นใจในความน่าเชื่อถือในระยะยาว

คำถามที่พบบ่อย

สัญญาณทั่วไปของการเสื่อมสภาพของชุดแบตเตอรี่คืออะไร

อาการรวมถึงเวลาการใช้งานที่สั้นลง ความแตกต่างของแรงดันไฟฟ้าระหว่างเซลล์ การปิดเครื่องโดยไม่คาดคิด เซลล์บวม และขั้วเกิดการกัดกร่อน

ฉันจะตรวจสอบเซลล์ที่อ่อนแอในชุดแบตเตอรี่ได้อย่างไร

ใช้การทดสอบแรงดันวงจรเปิดและค่าความต้านทานภายใน เซลล์ที่อ่อนแอโดยทั่วไปจะแสดงแรงดันวงจรเปิดต่ำกว่า 3.0V/เซลล์ และค่าความต้านทานภายในสูงกว่า 100mΩ

ควรปฏิบัติตามมาตรการความปลอดภัยใดบ้างเมื่อจัดการกับเซลล์ลิเธียมไอออน

ต้องมั่นใจในการจัดการความร้อนอย่างเหมาะสม หลีกเลี่ยงการวางซ้อนเซลล์แบบหลวม ๆ และใช้ไนโตรเจนแห้งในการไล่ความชื้นสูงเพื่อป้องกันไฟไหม้

ทำไมการจับคู่เซลล์ตามประเภทเคมีจึงสำคัญในชุดแบตเตอรี่

การใช้เคมีที่ไม่เข้ากันอาจทำให้อายุการใช้งานลดลงได้สูงสุดถึง 62% เนื่องจากเคมีแต่ละประเภทมีลักษณะการจัดการและการระบายความร้อนที่แตกต่างกัน

เครื่องชาร์จอัจฉริยะช่วยยืดอายุการใช้งานของแบตเตอรี่แพ็คอย่างไร

เครื่องชาร์จอัจฉริยะที่มีระบบบาลานซ์แบบแอคทีฟสามารถรักษาความแปรปรวนของแรงดันข้ามเซลล์ให้น้อยกว่า 1% ซึ่งช่วยยืดอายุการใช้งานของแพ็คได้เพิ่มขึ้น 18–22%