ในโลกยุคปัจจุบัน ชีวิตประจำวันของเราเกี่ยวข้องกับการใช้งานแบตเตอรี่อย่างขาดไม่ได้ ไม่ว่าจะเป็นสมาร์ทโฟน แล็ปท็อป รถยนต์ไฟฟ้า หรือ ระบบพลังงานหมุนเวียนต่างๆ แต่รู้หรือไม่ว่าภายในแบตเตอรี่แต่ละชุดนั้น มีแบตเตอรี่ขนาดเล็กหลายๆตัวที่เรียกว่า เซลล์ ซึ่งเซลล์เหล่านี้ทำงานร่วมกันเพื่อกักเก็บและถ่ายเทพลังงานไปยังระบบต่างๆที่ต้องการใช้งาน เพื่อให้สามารถใช้งานแบตเตอรี่ทำงานได้อย่างมีความปลอดภัยและมีประสิทธิภาพ เซลล์ทั้งหมดเหล่านี้จะต้องได้รับการ "ปรับสมดุล" หรือการบาลานซ์ ด้วยวิธีการต่างๆ เช่น การปรับสมดุลแบบแอคทีฟ (Active) หรือ การปรับสมดุลแบบพาสซีฟ (Passive) เป็นต้น ดังนั้น การปรับสมดุลเซลล์จึงมีความสำคัญอย่างมากต่อการเป็นต้นกำเนิดของแหล่งพลังงานที่ต้องมีการบริหารจัดการอย่างเป็นระบบ

การปรับสมดุล (Cell Balancing) คืออะไร

ลองจินตนาการถึง ภาพคนกลุ่มหนึ่งกำลังพายเรือ ถ้าทุกคนพายเรือด้วยความเร็วและความแรงเท่ากัน เรือก็จะแล่นได้อย่างราบรื่น แต่ถ้ามีคนพายเรือแรงเกินไปหรือช้าเกินไป เรือก็จะโคลงเคลง ช้าลง หรืออาจถึงขั้นพลิกคว่ำได้ ในทำนองเดียวกัน ในชุดแบตเตอรี่ เซลล์ทั้งหมดจะต้องมีพลังงานหรือแรงดันไฟฟ้าที่เท่ากันจึงจะทำงานร่วมกันได้อย่างมีประสิทธิภาพ การปรับสมดุล (Cell Balancing) หรือ การบาลานซ์ จึงหมายถึง วิธีการหรือกระบวนการตรวจสอบให้แน่ใจว่าเซลล์ทั้งหมดในชุดแบตเตอรี่นั้น ในแต่ละเซลล์มีระดับพลังงานที่เท่ากันและสามารถทำหน้าที่ในการถ่ายเทพลังงานได้อย่างเหมาะสม

การปรับสมดุลเซลล์ (Cell Balancing) มีวิธีการทำงานอย่างไร

การปรับสมดุลเซลล์มี 2 วิธีหลักๆ ดังนี้ คือ

1.การปรับสมดุลแบบพาสซีฟ (Passive Cell Balancing Technique) ด้วยการใช้ตัวต้านทาน (Resistor) ในการทำให้ ค่าแรงดันไฟฟ้าเท่ากัน โดยการถ่ายเทพลังงานของเซลล์ที่มีค่าแรงดันไฟฟ้าสูง เพื่อให้ระดับแรงดันไฟฟ้าของทุกเซลล์นั้นเทียบเท่ากับแรงดันไฟฟ้าของเซลล์ที่มีค่าต่ำสุด เหมือนกับการปล่อยให้พลังงานส่วนเกินรั่วไหลออกมาจากเซลล์ที่มีพลังงานมากเกินไป ตัวอย่างเช่น หากเซลล์หนึ่งเต็มมากกว่าเซลล์อื่นๆ ตัวต้านทานขนาดเล็กนี้จะถูกนำมาใช้เพื่อระบายพลังงานส่วนเกินออกไปจนกว่าจะมีระดับแรงดันเทียบเท่ากับเซลล์อื่นๆ ในลักษณะของวิธีการนี้คือสามารถทำได้ง่ายและราคาถูก แต่สิ้นเปลืองพลังงานในรูปของความร้อนแทน

2.การปรับสมดุลแบบแอ็คทีฟ (Active Cell Balancing Technique) เป็นวิธีที่ไม่เป็นการสูญเสียพลังงาน ซึ่งจะใช้อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์อย่าง คาปาซิเตอร์ (Capacitor) และ ตัวเหนี่ยวนำ (Inductor) ในการจัดเก็บพลังงาน เพื่อถ่ายเทพลังงานจากเซลล์ที่มีพลังงานสูงไปยังเซลล์ที่มีพลังงานต่ำจนกระทั่ง เซลล์ทั้งหมดมีค่าเท่ากัน เหมือนกับการย้ายพลังงานส่วนเกินจากเซลล์ที่เต็มแล้วไปยังเซลล์ที่น้อยกว่า วิธีการปรับสมดุลแบบแอ็คทีฟจะขึ้นอยู่กับ ตัวคาปาซิเตอร์ (Capacitor) ตัวเหนี่ยวนำ (Inductor) และ อุปกรณ์ในการแปลงพลังงาน ( Power Electronic Converters)  ดังนั้น วิธีการนี้จึงมีประสิทธิภาพสูงเพราะไม่มีการสูญเสียพลังงาน ใช้เวลาน้อย แต่มีความซับซ้อนและอาจมีราคาที่แพงมากกว่าวิธีการปรับสมดุลแบบพาสซีฟ

การปรับสมดุลเซลล์แบตเตอรี่มีเหตุผลและความสำคัญอย่างไร

• เป็นการเพิ่มอายุแบตเตอรี่ให้ยาวนานขึ้น (Increasing Cycle Life) ไม่มีเซลล์ที่ต้องแบกโหลดหรือทำงานมากเกินไปกว่าลิมิตของเซลล์นั้น และเมื่อเซลล์ทุกเซลล์ได้รับการบาลานซ์ ชุดแบตเตอรี่จะใช้งานได้ยาวนานขึ้น เนื่องจากไม่มีเซลล์ใดเซลล์หนึ่งที่ต้องทำงานหนักเกินไป
• เป็นการยกระดับประสิทธิภาพโดยรวมให้ที่ดีขึ้น (Enhancing Performance) แบตเตอรี่ชุดที่ปรับสมดุลแล้ว จะสามารถจ่ายพลังงานได้อย่างคงที่และสม่ำเสมอ ลดการสูญเสียพลังงานที่ไม่จำเป็น รวมทั้งค่าใช้จ่ายลงอีกด้วย
• ความปลอดภัย (Being Safe) หากเซลล์ใดเซลล์หนึ่งถูกชาร์จมากเกินไปหรือคายประจุมากเกินไป เซลล์นั้นอาจร้อนเกินไป บวม หรือแม้แต่ลุกไหม้ได้ การปรับสมดุลจะทำให้เซลล์นั้นทำงานได้อย่างปกติและอยู่ในลิมิตที่มีความปลอดภัย

ปัจจัยที่ต้องพิจารณาสำหรับการปรับสมดุลเซลล์

1. สารเคมีของแบตเตอรี่ หรืออาจกล่าวได้ว่า ชนิดของแบตเตอรี่ประเภทต่างๆ เช่น ลิเธียมไอออน ตะกั่วกรด ฯลฯ ต้องใช้วิธีการปรับสมดุลที่แตกต่างกัน ตัวอย่างเช่น แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนมีความอ่อนไหวต่อการถูกชาร์จมากเกินไป (Overcharging) ดังนั้นวิธีการปรับสมดุลจึงต้องมีการคำนึงถึงวิธีการและใช้อย่างเหมาะสม

2. อุณหภูมิ กล่าวคือ อุณหภูมิที่สูงหรือต่ำเกินไปอาจส่งผลต่อการปรับสมดุลของเซลล์ ตัวอย่างเช่น ในสภาพอากาศหนาวเย็น เซลล์อาจชาร์จได้ไม่เท่ากัน หรืออุณหภูมิที่สูงเกินไป การชาร์จนั้นทำให้เกิดความร้อนที่สูง ซึ่งมีผลต่อการปรับสมดุลและประสิทธิภาพของเซลล์

3. รูปแบบการใช้งาน ความถี่ของการใช้งานแบตเตอรี่อาจส่งผลต่อความต้องการในการปรับสมดุล การชาร์จและการปล่อยประจุบ่อยครั้งอาจทำให้ความสมดุลของเซลล์ไม่เสถียร

4. อายุแบตเตอรี่ เมื่อแบตเตอรี่มีอายุมากขึ้น เซลล์อาจจะเสื่อมสภาพไม่เท่ากัน แบตเตอรี่ที่เก่ากว่าอาจจะต้องมีการปรับสมดุลบ่อยครั้งมากขึ้น

สรุป

การปรับสมดุลเซลล์ (Cell Balancing) เป็นส่วนสำคัญในการทำให้แบตเตอรี่มีความปลอดภัย มีประสิทธิภาพ และใช้งานได้ยาวนานขึ้น การปรับสมดุลจะช่วยให้เซลล์ทั้งหมดทำงานร่วมกันอย่างกลมกลืน ไม่ว่าจะเป็นการปรับสมดุลแบบพาสซีฟ (Passive Cell Balancing Technique) นั้นง่ายและคุ้มต้นทุนแต่สิ้นเปลืองพลังงาน ในขณะที่การปรับสมดุลแบบแอ็คทีฟ (Active Cell Balancing Technique) มีประสิทธิภาพมากกว่าแต่ซับซ้อนและมีราคาแพง ดังนั้นในการปรับสมดุลนั้นต้องมีการคำนึงถึงในหลายๆปัจจัยอาทิ เช่น ประเภทของแบตเตอรี่ หรือ วิธีการในการใช้ เป็นต้น เพื่อให้สามารถรักษาประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ได้อย่างเต็มที่

‍