รวบรวมข้อมูลเกี่ยวกับ Battery รถยนต์ TESLA และ EV Car ทั่วไป

✅ แบตเตอรี่ NMC และ LFP เป็น Lithium-ion แบตเตอรี่เหมือนกัน

       NMC (Nickel Manganese Cobalt) ประกอบไปด้วย เงิน+แมงกานีส+โคบอลต์ 
       LFP (Lithium Iron/Ferrum Phospate) ประกอบไปด้วย เหล็ก+ฟอสฟอรัส 

✅❌ แบตเตอรี่ NMC และ LFP ไม่มี Memory Effect

       แบตเตอรี่ Lithium-ion ส่วนใหญ่เช่น NMC NCA LCO ไม่มี Memory Effect ยกเว้น LFP โดยเฉพาะ LFP ที่มีคุณภาพต่ำและเก็บไว้ในสภาวะที่รุนแรงเป็นระยะเวลานาน แต่จะไม่มีผลกับ LFP เซลล์เดียวตลอดอายุการใช้งาน ยกเว้นจะเกิดกับ LFP ที่เป็นแพ็คหลายก้อน จะเกิดความแตกต่างกันของ Voltage แต่ละก้อนที่ไม่สมดุล ซึ่งจะทำให้แบตเตอรี่ตัดการทำงานก่อนที่ควร
https://evreporter.com/understanding-memory-effect-in-lithium-ion-batteries/

     สำหรับงานวิจัยอีกฉบับ ระบุว่าจะเกิด Memmory Effect เมื่อชาร์จแบต LFP ไม่เต็ม 100% แต่หากชาร์จเต็ม 100% Memmory Effect ที่เกิดก็จะหายไป
https://www.tytlabs.co.jp/en/review/issue/files/453_057sasaki.pdf

✅ ข้อแนะนำในการชาร์จของ TESLA และ BYD
 

    หลักการตามทฤษฐี แบตเตอรี่ที่มี SOC เกินกว่า 80% จะเป็นการเร่งความเสื่อมของแบตเตอรี่ ในขณะที่ SOC เข้าใกล้ 0% จะทำให้ค่าความต้านทานภายในเพิ่มขึ้น

 

    TESLA  แนะนำการชาร์จ NMC ไม่เกิน 80% เพื่อป้องกันการเสื่อมของแบตเตอรี่ (Update สิงหาคม 2566)

    TESLA  แนะนำให้ตั้งค่าจำกัดการชาร์จไว้ที่่ 100% สำหรับแบตเตอรี่  LFP โดยให้ชาร์จเต็ม 100% อย่างน้อยสัปดาห์ละ 1 ครั้ง เพื่อให้การแสดงค่าปริมาณแบตเตอรี่และคำนวณระยะทางเหลือได้แม่นยำถูกต้อง 
*** TESLA ไม่ได้ระบุว่าต้องให้ชาร์จเต็ม 100% ทุกครั้ง ***

    

    BYD (ผู้ผลิต LFP รายใหญ่) แนะนำให้ชาร์จเต็ม 100% เป็นประจำ (อย่างน้อยสัปดาห์ละ 1 ครั้ง) และทุก 3-6 เดือน ให้ชาร์จเต็ม 100% จากแบตที่เหลือน้อยกว่า 10% 

https://bydautomotive.com.au/brochures/BYD-ATTO-3-Owners-Handbook-2022.pdf

✅ LFP มีรอบการชาร์จ (Cycle Life) สูงกว่า NMC 2-5 เท่า❓ทำไม❓

    อิเล็กโทรไลต์เหลวทั่วไปมีความเสถียรทางเคมีมากกว่าที่แรงดันไฟฟ้าต่ำกว่า นั่นเป็นส่วนหนึ่งว่าทำไมเซลล์แบตเตอรี่ LFP (3.2V) จึงมีรอบการชาร์จที่สูงกว่าเซลล์แบตเตอรี่ NMC ที่ทำงานที่แรงดันไฟฟ้าสูงกว่า (3.7V)

    การชาร์จแบตเตอรี่ เป็นการเพิ่มแรงดันไฟฟ้าและที่แรงดันไฟฟ้าที่สูงขึ้น อิเล็กโทรไลต์เหลวจะเริ่มกัดกร่อนตัวสะสมกระแสไฟฟ้าภายในเซลล์แบตเตอรี่อย่างช้าๆ

    นั่นหมายถึงว่า LFP มีสามารถต้านทานความเสื่อมสภาพต่อการชาร์จเต็ม 100% บ่อยๆ ใช่หรือไม่ ❓
    คำตอบคือ ไม่ ซึ่งการชาร์จ LFP เต็ม 100% จะทำให้เสื่อมสภาพเร็วกว่าปกติ

https://pushevs.com/2022/04/21/best-charging-behavior-for-lfp-batteries/

      หากจะศึกษาลงลึกถึงรอบการชาร์จในแบตเตอรี่ LFP/NMC/NCA ต้องดูในงานวิจัยชิ้นนี้ Degradation of Commercial Lithium-Ion Cells as a Function of Chemistry and Cycling Conditions ได้ทำการทดสอบหารอบการชาร์จด้วยตัวแปรหลากหลายเช่น อุณหภูมิ ช่วงการชาร์จ (SOC,DOD) อัตราการชาร์จ (C-Rate) พบว่าแบตเตอรี่ LFP มีรอบการชาร์จสูงกว่า NMC มาก (2-5 เท่า)

    ถ้าเจาะลึกถึงตัวแปรที่ส่งผลต่อรอบการชาร์จ สามารถดูได้จากกราฟสรุปด้านล่าง

อุณหภูมิ

    LFP - อุณหภูมิยิ่งสูง รอบการชาร์จ จะต่ำลงชัดเจนมาก
    NMC - อุณหภูมิยิ่งสูง รอบการชาร์จจะเพิ่มขึ้น

ช่วงของการชาร์จ

    LFP - ไม่ค่อยเห็นความแตกต่าง แต่ถ้าดูจากกราฟแท่งด้านบน การชาร์จช่วง 40-60% จะได้รอบเพิ่มขึ้น 10-30% ในสภาวะชาร์จช้า (0.5C)
    NMC - เห็นความแตกต่างชัดเจน ยิ่งชาร์จขณะเข้าใกล้ 0% หรือ 100% (ใกล้ 50% ยิ่งดี)

    ในขณะที่อีกงานวิจัย (Operating_Range_for_Large-Format_LiFePO4Graphite_Batteries) พบว่าช่วงชาร์จ SOC ที่เข้าใกล้ช่วงกลาง (50%) จะมีรอบการชาร์จสูงที่สุด

    ความเครียดภายในของแบตเตอรี่ (Storage Stress) จะเกิดขึ้นสูงตามอุณหภูมิภายใน ซึ่งจะเกิดมากที่สุดเมื่อแบตเตอรี่มีค่า SOC เข้าใกล้ 100% และ 0%

    ซึ่งก็มีผลต่อช่วงของการชาร์จที่จะทำให้ได้รอบการชาร์จแตกต่างกันไป

(ที่มา:https://evkx.net/technology/battery/degredation/)

อัตราการชาร์จ

    LFP - การชาร์จเร็วทำให้รอบการชาร์จลดลง (เฉพาะช่วงการชาร์จที่ SOC ระหว่าง 20-80%)
    NMC - การชาร์จเร็วมีความแปรปรวนไม่ค่อยเห็นความแตกต่าง

อายุการใช้งานตามระยะเวลาเก็บ

    กราฟด้านล่างแสดงถึงอายุการใช้งานกับประจุ (SOC) ที่ใช้ในการเก็บรักษาตั้งแต่ระดับต่ำ กลาง และสูง ผลปรากฏว่ายิ่งอุณหภูมิต่ำ และที่แรงดัน (Voltage) ต่ำ แบตเตอรี่จะมีอายุการเก็บที่ยาวนานกว่า โดยหากเก็บแบตเตอรี่ที่มีประจุ 90% ตลอดเวลา ความเสื่อมสูงถึงประมาณ 5.5% ต่อปี

(ที่มา:Aging of Lithium-Ion Batteries in Electric Vehicles)

✅ แต่ในชีวิตจริง LFP เสื่อมสภาพเร็วกว่า Li-ion อื่น (NMC ... ) 

    จากข้อมูลของแอปพลิเคชั่น TESSIE เก็บข้อมูลพบว่าแบตเตอรี่ LFP มีแนวโน้มเสื่อมสภาพเร็วกว่าแบตเตอรี่อื่น (ในช่วงต้น) โดยพบการเสื่อมสภาพ 10% ของ LFP ที่ประมาณ 80,000 กม. แทนที่จะเป็น 160,000 กม. เหมือนแบตเตอรี่แบบอื่น

        นั่นเป็นเหตุผลที่ว่าทำไม TESLA จึงรับประกันแบตเตอรี่แบบ LFP ที่ระยะทางน้อยกว่า NMC

https://www.tesla.com/th_th/support/vehicle-warranty

❓ แล้วทำไม TESLA ถึงแนะนำให้ชาร์จ LFP เต็มอย่างน้อยสัปดาห์ละครั้ง

    คำตอบคือเพื่อให้ระบบการจัดการแบตเตอรี่ถูกต้องแม่นยำ (Battery Management System, BMS) ตามที่ระบุในคู่มือของ TESLA ว่าจะทำให้แสดงผลของ %แบตเตอรี่ (SOC) และระยะทางที่เหลือได้ถูกต้องแม่นยำ

TESLA มองว่าลูกค้าจะออกมาต่อว่าหากการแสดงผลของ SOC และระยะทางไม่ตรง มากกว่าจะออกมาต่อว่าแบตเสื่อมสภาพเร็ว ซึ่งเป็นเรื่องของในอนาคตอีกนาน 

ที่มา

    สังเกตว่าแบตเตอรี่เซลล์ LFP ช่วง SOC ระหว่าง 10-90% (รูป a) มีความชันน้อยหรือค่อนข้างราบ ทำให้ BMS คำนวณผลของ %SOC และระยะทางที่เหลือคลาดเคลื่อนได้ ซึ่งต่างจากเซลล์ NMC (รูป b) ที่จะมีความชันสม่ำเสมอทำให้ ไม่เกิดปัญหาการแสดงค่าคลาดเคลื่อนกับ NMC และนี่เป็นเหตุผลหลักที่ TESLA แนะนำให้ชาร์จ LFP เต็ม 100% เป็นประจำ แต่ต้องแลกกับการที่แบตเตอรี่ LFP เสื่อมสภาพเร็วขึ้น

https://www.researchgate.net/publication/261135878_Optimized_Operating_Range_for_Large-Format_LiFePO4Graphite_Batteries

        ยกตัวอย่างการแสดงผลที่คลาดเคลื่อนเช่น หน้าจอแสดงผลแบตเตอรี่ 20% แล้วกระโดดลงมาเหลือ 5% แบบทันที ทำให้กระทบต่อการวางแผนเดินทาง

🔊ข้อแนะนำในการยืดอายุแบตเตอรี่ 🔋👍

        1. อย่าชาร์จแบตเตอรี่ให้เกิน 80% หรือ 90% 

• สามารถทำได้ทั้ง LFP และ NMC แต่หากเป็น LFP จะต้องแลกกับความคลาดเคลื่อนของการแสดงผล %SOC และระยะทางที่เหลือ 
  
• LFP ควรชาร์จให้เต็ม 100% อย่างน้อยสัปดาห์ละครั้งเพื่อเป็นการปรับแก้การแสดงผล
• ฺBYD แนะนำให้ทุก 3-6 เดือน ให้ชาร์จเต็ม 100% จากแบตที่เหลือน้อยกว่า 10% 

        2. หลีกเลี่ยงการปล่อยให้แบตเตอรี่ เหลือน้อยกว่า 5% จะทำให้เกิดการเสื่อมสภาพมากกว่าปกติ

        3. หากไม่ใช้รถเป็นระยะเวลานาน ให้เสียบสายชาร์จทิ้งไว้ (หากจอดทิ้งไว้ปกติจะลดลง วันละ 1%)

        4. ชาร์จเป็นประจำ ไม่ต้องรอให้แบตเตอรี่หมด

        5. หลีกเลี่ยงอุณภูมิที่สูงหรือต่ำเกินไป (สูงกว่า 60 องศาเซลเซียส หรือต่ำกว่า -30 องศาเซลเซียส)

https://youtu.be/suw20wPrbL0?t=630

🔊🔊 ข้อแนะนำในการยืดอายุแบตเตอรี่สูงสุด 🔋(จากผู้เขียน)

แบตเตอรี่ LFP (TESLA รุ่น Standard /RWD)
        1. ชาร์จเป็นประจำ และในการใช้งานพยายามให้ SOC เข้าใกล้ 50% มากที่สุด เช่นใน 1 วันใช้งานแบตเตอรี่ 30% ก็ควรชาร์จสูงสุดไว้ที่ 65% เพื่อให้ช่วงการใช้งานอยู่ระหว่าง 35-65% ในแต่ะละวัน (แต่ต้องแลกด้วยการแสดงผลแบตเตอรี่และระยะทางที่คลาดเคลื่อน) หากสนใจตัวเลขแสดงผลที่ถูกต้องก็ต้องชาร์จให้เต็ม 100% ทุกวัน แลกกับความเสื่อมที่เพิ่มขึ้นเล็กน้อย (กระทบน้อยกว่า NMC)

        2. ควรชาร์จให้เต็ม 100% อย่างน้อยสัปดาห์ละครั้งเพื่อเป็นการปรับแก้การแสดงผลและคืนค่า Memory Effect (เกิดขึ้นน้อยมาก)

        3. หลีกเลี่ยงการชาร์จเร็ว

        4. หลีกเลี่ยงอุณหภูมิที่สูง

        5. ทุก 3-6 เดือน ควรทำการปรับสมดุลของแบตเตอรี่แต่ละก้อน (Passive Cell Balancing) และ Calibrate แบตเตอรี่ (ที่มา: TESSIE) โดยมีขั้นตอนดังนี้

• ใช้แบตเตอรี่ให้เหลือน้อยกว่า 10%
• ปล่อยทิ้งไว้อย่างน้อย 1 ชั่วโมง
• ชาร์จเต็ม 100% แล้วทิ้งไว้รอจนกว่ารถจะไม่รับประจุจากเครื่องชาร์จแล้ว (อาจใช้เวลานานกว่า 1 ชั่วโมง) 

แบตเตอรี่ NMC (TESLA รุ่น Long Range และ Performance)
        1. ชาร์จเป็นประจำ และในการใช้งานพยายามให้ SOC เข้าใกล้ 50% มากที่สุด เช่นใน 1 วันใช้งานแบตเตอรี่ 30% ก็ควรชาร์จสูงสุดไว้ที่ 65% เพื่อให้ช่วงการใช้งานอยู่ระหว่าง 35-65% ในแต่ะละวัน 

        2. ไม่ควรชาร์จเกิน 80% และใช้งานต่ำกว่า 10% (มีผลกระทบชัดเจนกว่า LFP มาก)

        3. เช่นเดียวกับ LFP สามารถทำการปรับสมดุลเซลล์แบตเตอรี่และ Calibrate 

อย่างไรก็ตามการชาร์จแบตเตอรี่ ความดูตามสภาพการใช้งานที่เหมาะสมด้วย เช่นหากเดินทางไกลก็ควรที่จะชาร์จให้เต็ม 100% เพื่อให้การแสดงผลถูกต้องและไม่ต้องกังวลกับการเสื่อมของแบตเตอรี่ ที่ไม่รู้จะเกิดในอนาคตเมื่อไหร่

บางท่านบอกกว่าจะเสื่อมก็หลายปีชาร์จไปเถอะ ใช่ครับ แต่ระหว่างนั้นระยะทางในการวิ่งก็จะลดลงในช่วงหลายปีที่ใช้งานนั้นด้วย

ทิ้งท้าย

ปรมาจารย์ทางด้านแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนอย่าง ดร.Jeff Dahn OC FRSC ที่เป็นศาสตราจารย์ในภาควิชาฟิสิกส์และวิทยาศาสตร์บรรยากาศ และภาควิชาเคมีที่ Dalhousie University และยังเป็นที่ปรึกษาและวิจัยให้กับ TESLA ระบุไว้ว่าควรชาร์จ EV แบตเตอรี่ในช่วงไม่ต่ำกว่า 20-30% และไม่เกิน 70-80%  ก็จะทำให้อายุของแบตเตอรี่ยืนยาว

The Role of Energy Storage and EV Charging in the War on Climate Change, presented by Dr. Jeff Dahn

อีกคลิปของ ดร.Jeff Dahn ระบุว่าการยืดอายุของแบตเตอรี่ที่ดีที่สุด โดยการลดการเกิดรอยแตกภายในเซลล์ และการปล่อยอ๊อกซิเจน และการขยายตัวของนิเกิล (Ni) สามารถทำได้โดยการชาร์จแบตเตอรี่ในช่วง 70-45%

EV Battery Health with Dr Jeff Dahn Dalhousie U

เผยแพร่วันที่ 29 กรกฎาคม 2566

Update วันที่ 2 มกราคม 2567