Battery Balance cell 4S for LiFePO4 Battery (Ep1)

โครงงานนี้จะเป็นทดลองต่อวงจรด้วยอุปกรณ์ทั่วไป เพื่อเป็นการเรียนรู้การทำงานของวงจร Battery Balance cell 4S ซึ่งมีแนวคิดที่จะนำไปใช้งานร่วมกับแบตเตอรี่ชนิดลิเทียมไอรอนฟอสเฟต (Lithium iron phosphate : LiFePO4) ที่ต่อกันแบบอนุกรม 4 เซลล์ โดยตัววงจรที่ใช้นี้ ได้แนวคิดมาจากเว็บไซต์อ้างอิงท้ายเรื่องและนำมาปรับแต่งวงจรเล็กน้อย เพื่อให้ได้ตามแนวคิดที่เราต้องการ แต่ทั้งนี้ต้องบอกว่าวงจร Battery Balance cell 4S ก็มีขายอยู่บนเว็บไซต์ทั่วไปในราคาที่ไม่แพงมากครับ

Implement Battery Balance cell 4S  for LiFePO4 Battery
Implement Battery Balance cell 4S  for LiFePO4 Battery

จากรูปที่แสดงให้เห็นข้างบน 2 รูปนั้นจะเป็นอุปกรณ์ที่เราจะนำมาต่อใช้งานให้เป็นดังลักษณะตามแนวคิดของเรา และอีกรูปหนึ่งจะเป็นวงจรที่ใช้ซึ่งจะประกอบด้วยไอซี TL431 ทรานซิสเตอร์ BD140 แอลอีดีแสดงผลสีแดง 3 mm และตัวต้านทานอีกเล็กน้อย

แนวคิดของการทำงานตัววงจรอธิบายคร่าวๆ ดังนี้คือ ตัววงจรนี้จะต่อในลักษณะขนานกับเซลล์ของแบตเตอรี่ที่เรานำมาใช้ โดยเมื่อเราทำการชารจ์แบตเตอรี่แล้วและบางครั้งทำให้แรงดันตกคร่อมแบตเตอรี่มากเกินไป หรือเรียกว่าการชาร์จเกิน (Over Charger) ในที่นี้จะตั้งค่าไว้ที่ 3.5V ต่อเซลล์ ก็จะทำให้ไอซี TL431 เกิดการไบอัสตรงให้กับทรานซิสเตอร์ BD140 ซึ่งจะทำหน้าที่ส่งผ่าน (By pass) กระแสชาร์จผ่านไปยังเซซล์ต่อไปแทน และปรับค่าแรงดันของตัวเองไม่ให้สูง เพื่อให้เกิดการชาร์จแบตเตอรี่ไปยังเซลล์อื่นด้วย โดยลักษณะการทำงานจะเป็นเช่นนี้ทั้ง 4 เซลล์ ซึ่งเราจะสังเกตได้ว่าเมื่อชาร์จแบตเตอรี่เต็มแล้วจะทำให้แอลอีดีทั้ง 4 ดวงติดแสดงผลให้ทราบ

Implement Battery Balance cell 4S  for LiFePO4 Battery
Implement Battery Balance cell 4S  for LiFePO4 Battery

เมื่อเราได้อุปกรณ์พร้อมแล้วจากนั้นก็ประกอบวงจรตามในรูปที่แสดง แต่ในที่นี้จะทดลองวางอุปกรณ์ที่สำคัญบนแผ่นวงจรอเนกประสงค์ก่อน เพื่อให้อุปกรณ์ทั้งหมดวางได้เพียงพอ จากนั้นประกอบวงจรให้เสร็จก่อน 1 วงจรแล้วทำการทดสอบ ซึ่งจะทำเหมือนกัน 4 ชุด (สำหรับแบตเตอรี่ 4 เซลล์)

Implement Battery Balance cell 4S  for LiFePO4 Battery
Implement Battery Balance cell 4S  for LiFePO4 Battery

เมื่อทดสอบแล้ววงจรสามารถใช้งานได้และสามารถปรับขนาดแรงดัน เพื่อต้องการให้เกิดการคายประจุ (Discharge) ได้ ซึ่งในที่นี้จะปรับแรงดันคายประจุไว้ที่ 3.5V และจะปรับให้มีขนาดแรงดันที่ได้เท่ากันอีก 3 ชุด

Implement Battery Balance cell 4S  for LiFePO4 Battery
Implement Battery Balance cell 4S  for LiFePO4 Battery

จากในรูปข้างบนเป็นลักษณะของวงจรที่ปรับค่าการคายประจุไว้เสร็จแล้ว และสามารถนำไปใช้งานได้ ซึ่งก็หมายความว่า Battery Balance cell จะคอยปรับความสมดุลย์ให้กับแบตเตอรี่ลิเทียมไอรอนฟอสเฟต ให้มีค่าเท่ากันหรือใกล้เคียงกัน ซึ่งจะช่วยให้ระบบจัดเก็บกำลังไฟฟ้ามีประสิทธิภาพสูงสุด

Reference

  1. https://www.digikey.com/eewiki/display/Motley/Simple+Undervoltage+and+Overcurrent+Protection+for+Lithium-Ion+and+Lithium+Polymer+Batteries
  2. https://electronicsprojectshub.com/make-bms-for-lithium-ion-batteries-charging/
  3. https://sound-au.com/articles/lithium-charging.htm
  4. https://www.instructables.com/id/Open-source-345S-Lithium-BMS/
  5. https://visforvoltage.org/forum/4668-xm3500-bms-circuit