Technology

EV 101 : Battery บนรถ EV มีกี่แบบกันนะ

By Arnon Puitrakul - 04 เมษายน 2022 - 2 min read min(s)

EV 101 : Battery  บนรถ EV มีกี่แบบกันนะ

จากตอนที่แล้วเราไปทำความเข้าใจกันว่า รถไฟฟ้าคืออะไร มีกี่ประเภท และ ทำงานอย่างไร ในตอนนี้ เรามาดูในส่วนประกอบที่สำคัญมาก ๆ ส่วนหนึ่งของรถไฟฟ้าเลยก็ว่าได้นั่นคือ Battery กันว่า มันมีแบบไหนบ้าง เราเห็นในท้องตลาดบางคันเป็น LFP บางคันเป็น NMC แบบไหนจะดีกว่า แบบไหนจะเหมาะกับประเทศไทยมากกว่ากัน และสำคัญมาก ๆ ว่า การใช้งานจริง ๆ มันจะมีข้อควรระวังอะไรบ้าง

ไฟฟ้า 101

ก่อนที่เราจะไปทำความรู้จักกับ Battery กัน สำหรับท่านที่อาจจะยังไม่มีพื้นฐานในเรื่องของไฟฟ้า เราขอปูให้นิดนึงละกัน

EV Inverter

โดยปกติแล้ว ไฟฟ้า เราจะแบ่งเป็นกระแสตรง (DC) หรือ DC ที่เราใช้กันใน Battery และเครื่องใช้ไฟฟ้าบางประเภท และ กระแสสลับ (AC) ที่เราใช้กันในบ้านทั่ว ๆ ไปรวมไปถึง Motor รถไฟฟ้าด้วย ซึ่งแน่นอนว่าทั้ง AC และ DC เราก็จะมีอุปกรณ์ในการแปลงไปมาได้ด้วย เช่น ใน EV เอง ที่เราคุยกันในตอนก่อนที่จะต้องมี Inverter อยู่ในรถคอยแปลงกระแสไฟฟ้าไปมา เพื่อเก็บลง Battery และ ป้อนให้กับ Motor หรืออีกอย่างที่กำลังมาเลยคือ Solar Cell ที่ไฟจากแผงเราจะได้เป็น DC แต่เราต้องการใช้ AC เราเลยต้องมี Inverter เพื่อแปลงมันนั่นเอง

ในไฟฟ้าเอง มันก็จะมีหน่วยที่เราควรจะรู้จักอยู่ 2 ตัวด้วยกันคือ Voltage (V) และ Ampare (A) โดยที่ Voltage ภาษาไทยเราใช้คำว่า ความต่างศักย์ คิดง่าย ๆ คือ ไฟฟ้าจะวิ่งจากจุดที่ไฟน้อยไปไฟเยอะ ตัว Voltage มันคือค่าที่เราเอาศักย์ไฟฟ้าของต้นทางเทียบกับปลายทาง เหมือนกับ เรามีถังน้ำอยู่ 2 อันที่เจาะรูเข้าหากัน Voltage มันคือความต่างของปริมาณน้ำทั้ง 2 ถังนั่นเอง ถามว่า แล้วถ้าน้ำทั้ง 2 ถัง มันเท่ากัน หรือความความต่างศักย์ มันเป็น 0 V มันจะเกิดอะไรขึ้น คำตอบก็คือ ไฟฟ้าจะไม่ไหล

นอกจากนั้น เวลาน้ำมันไหล ถามว่า มันไหลเร็วเท่าไหร่ละ ? อันนี้แหละคือ Current หรือกระแส ที่เราใช้หน่วยว่า Ampare (A) ยิ่งเยอะน้ำก็ยิ่งไหลเร็วมากขึ้นเท่านั้น เช่นเดียวกับไฟฟ้าเลย

เมื่อเรารู้แล้วว่า Current และ Voltage เท่าไหร่ เราจะสามารถคำนวณ Power หรือ กำลังไฟฟ้าได้ โดยการเอา Current คูณกับ Voltage เราก็จะได้ Power ที่มีหน่วยเป็น Watts ออกมา เช่น เรามี 220V/16A แปลว่า มันก็จะมีกำลังอยู่ที่ 3,520 W หรือ 3.520 kW นั่นเอง

จากนั้นเมื่อเรารู้ Power ได้แล้วเราสามารถหาค่าพลังงานได้อีก หรือ Energy หรือก็คือหน่วยไฟที่เราใช้นั่นเอง โดยหน่วยจะเป็น kWh (kilowatt-hour) แยกคำออกมา ก่อน kilo คือ Prefix ของ 1,000 และ Watts คือ Power ที่เราคุยกัน และสุดท้าย Hour คือ ชั่วโมงทำให้ 1 kWh จะเกิดขึ้นจากการใช้ไฟพลัง 1,000 W ใน 1 ชั่วโมงนั่นเองนั่นคือหน่วยไฟที่เราใช้งานกันอยู่

เช่นเราบอกว่า แอร์ของเรากินพลังงานอยู่ที่ 2,000 W แปลว่า ใน 1 ชั่วโมง จะใช้ 2 kWh แล้วบอกต่อว่าใน 1 วัน เราจะใช้อยู่ 8 ชั่วโมง เราก็คูณเข้าไปเป็น 16 หน่วยต่อวัน และ 1 เดือน เราก็คูณด้วย 30 เราก็จะได้ออกมา 480 หน่วยต่อเดือน แล้วถ้าเราบอกว่าไฟเราหน่วยละ 4.1 บาท ก็จะเสียไป 1,968 บาทนั่นเอง นี่คือเรื่องของไฟฟ้าพื้นฐานที่เราควรรู้ในการคำนวณพวกเรื่องของค่าไฟอะไรต่าง ๆ ที่เราจะคุยกันในบทความนี้กัน

Battery

Battery เป็นอุปกรณ์ทางไฟฟ้าตัวหนึ่งที่ทำหน้าที่ในการกักเก็บพลังงานไฟฟ้าให้เราใช้งานกัน โดยที่มันเป็นของที่เกิดมานานแล้วละ เทคโนโลยีมันก็ดีขึ้นเรื่อย ๆ เมื่อก่อน เราอาจจะคุ้นเคยกับ Battery ตะกั่วกรด (Lead Acid) ที่เป็น Battery 12V สำหรับรถทั่ว ๆ ไปนั่นเอง ตอนนี้มันก็พัฒนาจนมาเป็น Lithium ละ ที่เราใช้กันอยู่ในอุปกรณ์ทั่ว ๆ ไปอย่าง โทรศัพท์ จนไปถึง EV เลย

โดยทุก Battery ที่มี ณ วันนี้ ส่วนประกอบมันจะไม่ค่อยต่างกันเท่าไหร่ เพื่อความเข้าใจที่ดีขึ้น เราเลยจะมา อธิบายส่วนประกอบของมันกันว่ามันประกอบด้วยอะไรบ้าง และ แต่ละประเภท มันมีส่วนไหนที่แตกต่างกัน

อย่างที่เราบอกว่า การที่ไฟจะไหลได้ มันจะต้องทำให้มี ความต่างศักย์ ถ้าเราพูดถึงไฟฟ้า จริง ๆ แล้วมันก็คือการที่ Electron มันวิ่งจากที่นึงไปอีกที่นึงนั่นเอง ดังนั้นน้ำที่เราพูดถึงเปรียบเทียบกันมามันก็คือ Electron พอมันต้องวิ่ง มันเลยประกอบด้วย 2 ด้านด้วยกัน

ซึ่งพอเราใช้งาน Battery มันก็คือการทำให้ Electron มันวิ่งจากด้านที่เยอะไปหาน้อย และเมื่อเราชาร์จกลับ ก็คือการทำให้ Electron ที่วิ่งไปตอนใช้ มันวิ่งกลับไปที่จุดเริ่มต้น นี่คือหลักการของ Battery ง่าย ๆ โดยด้านนึงเราจะเรียกว่า Cathode และอีกด้านเรียกว่า Anode (ถ้าเราไปอ่านจริง ๆ กระแสไฟฟ้า ด้านมันจะวิ่งสลับกับ Electron เด้อ)

ในการ Implement จริง ๆ ของ Battery ก็จะใช้หลักการนี้แหละ โดยที่มันจะมีโลหะอยู่ทั้ง 2 ด้านเป็นเหมือนขวดน้ำของแต่ละด้าน แล้วเราก็เอามาต่อกัน แล้วให้ Load การใช้ไฟคล่อมอยู่ระหว่างโลหะทั้ง 2 ถ้ามันมีแค่นี้กระแสไม่ไหลแน่นอนเพราะไม่มีอะไรมานำเลย ทำให้มันเลยต้องมีสิ่งที่เรียกว่า Electrolyte เข้ามาช่วย และอีกส่วนที่ขาดไม่ได้เช่นกันคือ Seperator ที่คั่นระหว่าง โลหะทั้งสองชิ้นติดกันจนลัดวงจรได้

ตัวอย่างง่าย ๆ อย่าง Lead Acid Battery โลหะทั้ง 2 ด้านเราจะใช้เป็น Lead และ Lead Oxide พร้อมกับ Electrolyte เป็น Sulferic Acid ขอไม่ลงพวกปฏิกิริยาทางเคมีนะ ไม่งั้นจะยาวเลยไปยันคำนวณ พลังงานต่อเซลล์ได้เลย ข้าม ๆ ไปอยากรู้ไปอ่านเอาได้ทีหลังเนอะ

สำหรับแบต Lithium ที่เราใช้ก็จะมีหลัก ๆ อยู่ 6 แบบย่อยด้วยกัน คือ LCO, LMO, LFP, NMC, NCA และ LTO แต่ละประเภทมันก็จะมีข้อดี ข้อเสีย และราคาต่างกัน แต่ในวันนี้เราจะคุยกันเฉพาะตัวที่นิยมใช้กันใน BEV ก็คือ LFP และ NMC อย่างใน ORA Good Cat ถ้าเป็นรุ่น 400 ทั้ง 2 รุ่นย่อยก็จะมาเป็น LFP ส่วนรุ่น 500 Ultra ก็จะเป็น NMC ส่วนรุ่น และ Brand อื่น ๆ ก็จะต้องไปดูในสเปกแล้วว่าเขาใช้อะไรกัน

LFP vs NMC Battery

สำหรับ Battery แบบ LFP และ NMC ด้าน Cathode เขาจะใช้เป็นของพวก Graphite หรือที่เราใช้ในดินสอนั่นแหละ ดูเป็นของธรรมดานะ แต่จริง ๆ แล้วมันนำไฟฟ้าด้วยนะ และอีกด้านคือ Anode ก็จะเป็น Lithium Iron Phosphate สำหรับ Battery แบบ LFP และ Lithium Nickel Manganese Cobalt Oxide สำหรับ Battery แบบ NMC จะเห็นว่าจุดที่แตกต่างอย่างเห็นได้ชัดเลยคือ โลหะ ที่เราเอามาใช้ในฝั่งของ Anode

ถามว่า แล้วอันไหนดีกว่าละ อันนี้ตอบยากขึ้นกับการออกแบบของเราเลย ข้อดีของ Battery แบบ LFP คือ มันสามารถทนทานต่ออุณหภูมิในการจัดเก็บ และ การใช้งานได้ดีกว่า NMC มาก โดยเฉพาะเมื่อเรานำมาใช้ในประเทศไทยที่ มีแค่ฤดูร้อน ร้อนมาก และ ร้อนชิบหาย ส่งผลให้อายุการใช้งานของ LFP Battery ควรจะดีกว่า NMC ในประเทศไทยอยู่เหมือนกัน แต่ยังไม่ได้หา Publication มาระบุนะ แต่ด้วย Logic มันควรจะเป็นแบบนั้น นอกจากนั้น ด้วยความที่มันผลิตจากแค่ Iron ผนวกกับ Phosphate จึงทำให้มีราคาถูกกว่า NMC พอสมควรเลยละ แต่กลับกัน ข้อเสียเมื่อเทียบกับ NMC คือ ปริมาณพลังงานต่อปริมาตรมันสู้ NMC ไม่ได้เท่าไหร่ เพราะคุณสมบัติของแร่มันเก็บพลังงานได้ไม่เท่า NMC นั่นเอง ดังนั้น ถ้าพูดก็คือ ในน้ำหนัก และ ปริมาตรของ Battery เท่านั้น LFP Battery มักจะมีจำนวนพลังงานที่เก็บได้น้อยกว่า NMC นั่นเอง

กลับกัน NMC เข้ามาแก้ปัญหานี้ได้เป็นอย่างดี คือมันจะมีความหนาแน่นของพลังงานสูงกว่า LFP มาก ๆ ทำให้เราสามารถผลิต Battery ที่มีขนาดเล็กลง แต่เก็บพลังงานได้มากขึ้น หรือมองอีกแง่คือ ในขนาด และปริมาตรที่เท่ากัน NMC มักจะเก็บพลังงานได้เยอะกว่านั่นเอง นั่นแปลว่า รถจะเบาลง ใช้กำลังไฟในการขับ Motor น้อยลง นั่นส่งผลต่อระยะของรถอีก นอกจากนั้น NMC Battery ยังได้เปรียบในเรื่องของกำลังไฟที่ดึงเข้าและออกด้วย ทำให้เราสามารถใส่ NMC Battery กับพวก Motor ที่มีกำลังสูงขึ้นได้อีก ทำให้รถมันไปได้เร็วขึ้น

สรุป LFP เก็บ และ จ่ายพลังงานได้น้อยกว่า แต่ทนทานต่อสภาวะการใช้งานที่สุดขั้วได้มากกว่าส่งผลในเรื่องของอายุการใช้งานที่นานกว่า ที่สำคัญราคาถูกกว่าด้วย แต่ NMC เด่นในเรื่องของ ความหนาแน่นของพลังงานต่อปริมาตร ความสามารถในการจ่ายไฟในพลังที่สูงกว่าได้ดีกว่า แต่อายุได้ไม่เท่า LFP ในการใช้งานที่มีความร้อนอย่างต่อเนื่อง และ ราคาแพงกว่า LFP พอสมควร

แล้วเราจะใช้อะไร ระหว่าง NMC และ LFP

เอาจริง ๆ เลยนะ เรามองว่าคนทั่ว ๆ ไปไม่ได้ให้ความสำคัญเท่าไหร่ว่า มันเป็น Battery ประเภทไหน แต่ถ้ามองด้วยคุณสมบัติ เราว่ามันค่อนข้างต่างอยู่พอสมควรเลยนะ และ ไม่ได้บอกว่าอะไรดีกว่าด้วยอะ เพราะการใช้งานมันต่างกันอยู่พอตัว

อย่างใน NMC เรามองว่า เอาไปเน้นพวก Range ในการเดินทางที่มากกว่าน่าจะดีมาก ๆ เลยละ แต่ถ้าเป็นรถที่เราใช้งานในเมือง หรือขับไปกลับที่ทำงานบ้าน ไม่ได้ต้องการ Range ตลอดเวลาเรามองว่า LFP เป็นอะไรที่ตอบโจทย์มาก ๆ เลยนะ เพราะความทนทานคือ มันทำให้ใช้งานได้ยาวนานมาก ๆ เมื่อเทียบกับ NMC มาก ๆ และทำให้เราได้เห็น BEV ที่ราคาถูกลงอีกด้วย จนกว่าจะมี Battery Technology ใหม่ ๆ เข้ามารวมเอาข้อดีของ Battery ทั้ง 2 แบบเข้ามา ก็ต้องรอต่อไปเด้อ แต่ตอนนี้ NMC และ LFP ก็สามารถทำให้ BEV เป็นจริง ในราคาที่พอเอื้อมถึงได้ และความทนทานที่นานมาก ๆ อาจจะนานกว่า ICE เลยก็ได้

ข้อควรระวัง

เอาจริง ๆ แล้ว การใช้งาน Battery เรามองว่าหลาย ๆ คนที่ใช้โทรศัพท์ และ Laptop อาจจะพอเข้าใจวิธีการใช้งาน Battery ไม่มากก็น้อยแล้วละ แต่สรุปสั้น ๆ ให้ดังนี้

ไม่ควรเก็บ และ ใช้งาน Battery ในอุณหภูมิ ที่ สูง หรือ ต่ำเกินไป อันนี้ต้องบอกเลยนะว่า Battery เป็นอุปกรณ์ที่เรื่องเยอะ เย็นไปก็ทำให้มันคลายประจุได้ไม่ดี ร้อนไปก็ทำให้มันเสื่อมไว ทำให้มันก็จะมีอุณหภูมิที่ Optimal สำหรับมันอยู่ แต่ถามว่า เอาจริง ๆ ถ้าเราต้องใช้ในสภาวะที่ไม่ได้อยู่ในช่วง Optimal ได้มั้ย ได้นะ ไม่มีปัญหา หรือบางคนอาจจะกลัว ว่าขับ ๆ ไปแล้วมันจะร้อนเรื่องนั้น ไม่ค่อยต้องห่วงมาก ถ้าเราขับปกติเลย รถ BEV เกือบทุกคันจะมีระบบระบายความร้อนให้กับ Battery และ Motor อยู่แล้ว ขึ้นกับว่าจะเป็นอะไรเช่น ORA Good Cat ก็จะเป็น Liquid Cooling คือเอาน้ำผ่านชิ้นส่วน และ ผ่านหม้อน้ำ ที่อากาศจะพาความร้อนออกไปนั่นเอง ทำให้พวกนี้มันจะทำงานได้ดีในเคสที่มีอากาศไหลผ่านเยอะ ๆ อย่างการวิ่งเร็ว ๆ หรือจะเป็นแบบ Octovalve อย่างพวก Tesla อันนั้นก็จะระบายความร้อนได้ดีมาก ๆ

การระเบิด อันนี้เกิดขึ้นได้ยากนะ ถ้า !!!! เราใช้อุปกรณ์ที่มีมาตรฐาน และ มีการ Maintance เช็คระบบไฟฟ้าตามที่ผู้ผลิตกำหนดนะ เพราะส่วนใหญ่ที่มีปัญหาไหม้กันคือ พวกสายไฟ หรืออุปกรณ์ขนาดไม่เพียงพอต่อการใช้งาน หรือชำรุด เช่น สายไฟ อาจจะเบอร์เล็กไป เลยทำให้เกิดความร้อนสะสม จนละลาย หรือไฟไหม้ได้เลย แต่อย่างฝั่งของ Battery เองเราว่าก็ยากมาก ถึงจะบอกว่า Lithium เป็นธาตุที่ไวมาก ๆ ก็ตาม เพราะอยู่หมู่ 1 เลย แต่ระบบเดี๋ยวนี้มันมี Safety ค่อนข้างดีแล้ว ที่บอกว่า ถ้าเกิดฉีกขาด หรือเสียหาย อาจจะทำให้เกิดความร้อน หรือควัน แล้วส่งผลต่อระบบอื่นตามมา เดี๋ยวนี้การออกแบบระบบเพื่อปกป้อง Battery ดีขึ้นมากแล้วยากมาก หรือถ้าเกิดอุบัติเหตุจริง ๆ พอรถมันรู้ว่าบางอย่างเกิดขึ้นละ มันจะสับสะพานไฟที่ HVB (High Voltage Battery) ขึ้น ทำให้ความเสียหายไม่ลาม

สรุป

Battery เป็นอุปกรณ์ประเภทหนึ่งที่เราใช้ในการกักเก็บพลังงานไฟฟ้า โดยทั่ว ๆ ไป ณ วันนี้เราก็จะใช้ Battery อยู่หลายประเภทด้วยกัน แต่ตัวที่นิยมนำมาใช้กับ ​EV คือ LFP และ NMC ที่จะมีข้อดี และ ข้อเสียที่แตกต่างกันอยู่ ทั้งในเรื่องของระยะทาง การเก็บพลังงาน และ ความคงทน ดังนั้นจึงขึ้นกับการใช้งาน และ การออกแบบ Battery เราเองที่เป็นผู้ใช้ก็ควรที่จะเลือกให้เหมาะสมกับการใช้งาน เพื่อให้ไหน ๆ เราจ่ายเงินแล้ว เราก็จะได้ของที่เหมาะกับเราที่สุด ใช้ยาว ๆ ดีกว่า