ความเข้าใจเรื่อง Cycle ของแบตเตอรี่

หลายท่านคงเคยได้ยินคำว่า “Cycle” มานานแล้ว  แบตเตอรี่ในอุปกรณ์ต่าง ๆ เช่น มือถือ Notebook หรือของใหญ่แบบรถยนต์ EV จะมี Cycle ในการใช้งาน  ถ้าเป็นสมัยก่อนก็ 500 Cycle  สมัยนี้เทคโนโลยีพัฒนาขึ้นก็จะมีจำนวน Cycle มากขึ้นเป็นประมาณ 800 ถึง 1,000 หรืออาจจะมากกว่านั้นเล็กน้อย  ส่วนแบตเตอรี่ขนาดใหญ่อย่างในรถยนต์ EV ก็จะมี Cycle ใกล้เคียงหลักหมื่นเลยครับเพราะเป็นแบตเตอรี่แบบ Lithium Iron Phosphate (LFP)

คำว่า “Cycle” หมายความถึงจำนวนรอบการใช้ ที่จะทำให้แบตชุดนั้นมีค่าความจุ (Capacity) เหลือต่ำกว่า 80% เมื่อเทียบกับของใหม่  อย่างเช่น แบตเตอรี่มือถือขนาด 5,500 mAh และมีสเปคที่ 1,200 Cycle ถ้าเราใช้แบตเตอรีก้อนนั้นครบ 1,200 Cycle  ความจุ (Capacity) ของแบตเตอรี่ก้อนนั้นจะลดลงต่ำกว่า 80% จากโรงงาน  ก็คือ capacity แบตจะลดลงเหลือต่ำกว่า 4,400 mAh


จำนวนของ Cycle จากโรงงานนี้จะคิดที่การใช้งานแบตเตอรี่ในระดับ 0 – 100% DoD (Depth of Discharge) ครับ  กล่าวคือบริษัทผู้ผลิตจะมีมาตรฐานการกำหนดอายุแบตด้วยการทดสอบแบบนี้ ….
🛑 ชาร์จให้เต็ม 100%
🛑 จ่าย Load จนเหลือ 0%
🛑 ทดสอบแบบนี้ที่อุณหภูมิ 25 ℃

และประเด็นที่สำคัญมากก็คือ ถ้าเราพยายามรักษาประจุของแบตเตอรี่ระหว่าง 20 – 80%  ก็คือทั้งใช้ / ชาร์จไว้ในช่วงประมาณ 20 – 30% และในช่วงปลาย 70 – 80% (อย่าปล่อยให้หมดใกล้ 0% และอย่าชาร์จให้เต็ม 100%)  จำนวนของ Cycle จะเพิ่มขึ้นอย่างมาก  ที่ว่ามากนี้อาจจะเพิ่มได้ถึง 3 เท่าจากเดิมครับ

อย่างเช่น สมมุติแบตเตอรี่ชุดนึงมีสเปคจากโรงงานคือ 1,000 Cycle  แต่ถ้าเราพยายามทั้งใช้และชาร์จให้มันอยู่ในช่วงประมาณ 30 ถึง 70%  จำนวน Cycle ของมันจะเพิ่มจาก 1,000 ไปได้เป็น 2,000 – 3,000 Cycle ได้เลย !

ที่เป็นเช่นนี้เพราะว่า การพยายามรักษาประจุอยู่ในช่วง 30 – 70% นั้น เป็นการเลี่ยงช่วง “เครียด” ของแบตเตอรี่ได้อย่างดีที่สุด  สภาพทางเคมีของแบตเตอรี่จะทำงานได้อย่างสบาย ๆ โดยไม่มีความเครียดขณะที่มีประจุจำนวนระหว่างนี้  ดังนั้นจำนวน Cycle จึงเพิ่มขึ้นอย่างมหาศาลครับ


ส่วนการนับ Cycle ของแบตเตอรี่ที่บางท่านอาจจะยังไม่ทราบก็คือ  มิใช่ว่าการชาร์จและการใช้ในหนึ่งวัน = 1 Cycle  แต่มันจะต้องนับตั้งแต่การ “ใช้” 0 –  100% ของประจุของมันครับ อย่างเช่น ….
🛑 คืนอาทิตย์ชาร์จเต็ม 100%
🛑 วันจันทร์ใช้จนเหลือ 70%
🛑 วันอังคารใช้จนเหลือ 40%
🛑 วันพุธใช้จนเหลือ 3%
จันทร์ – พุธ 3 วันนี้เราใช้ไป 1 Cycle ของแบตชุดนี้

จำนวนไ Cycle ของวันจันทร์-อังคาร-พุธที่บอก 1 Cycle นี้  ไม่เกี่ยวเลยว่าเราจะชาร์จเท่าไหร่  การนับ Cycle ดูที่การ “ใช้” เท่านั้น  ว่าใช้สะสมกันเต็ม 100% เมื่อไหร่  นั่นคือ 1 Cycle ครับ

และจากตัวอย่างวันจันทร์-อังคาร-พุธที่เราใช้ครบ 1 Cycle นี้  หากแบตเตอรี่ก้อนนั้นมีสเปคจากโรงงาน 1,200 Cycle  ดังนั้น “จำนวนวัน” ที่เราสามารถใช้ได้โดยที่สุขภาพแบตเตอรี่ยังดีอยู่ก็คือ 1,200 × 3 = 3,600 วัน (ประมาณ 9.8 ปี)

และแบตก้อนเดียวกัน 1,200 Cycle  ถ้าเราพยายามใช้ให้ได้ระหว่าง 20 – 80%  จำนวน Cycle ก็จะมากขึ้นอีก

Terminal velocity (ความเร็วสุดท้าย)

เมื่อเวลาวัตถุตกลงมาระยะหนึ่งในอากาศตัววัตถุจะต้านอากาศไปด้วย และการที่ต้านลมไปด้วย + ตกไปด้วยในขณะเดียวกันนี้  จะทำให้ความเร็วในการตกนั้นไม่เป็นไปตามสูตร V = Root(2gh) …. แต่จะกลายเป็นความเร็วที่คงที่เรียกว่า Terminal velocity (ความเร็วสุดท้าย)  ซึ่งแรงต้านอากาศที่กระทำต่อวัตถุนั้นจะหักลัางก้บแรงจากความโน้มถ่วงพอดี  วัตถุจึงมีแรงลัพท์ในแนวดิ่งเป็นศูนย์  ความเร็วที่ตกลงมาจึงคงที่ครับ

การคำนวณเรื่องนี้มีสูตรสำเร็จดังนี้

มีเว็บที่คำนวณ Online ด้วยครับ คลิกที่นี่


idea ยกตัวอย่าง ….

ลูกเหล็กทรงกลมมวล 10 กิโลกรัม (เส้นผ่านศูนย์กลาง 13.5 cm)  ตกจากยอดตึก Burj Khalifa สูง 828 เมตร หากคิดตามสูตร  V = Root(2gh)  ก็จะได้ว่าลูกเหล็กจะมีความเร็วตอนกระทบพื้นเท่ากับ Root(2 • 9.806 • 828) = 127.4 เมตร/วินาที

แต่หากใช้สูตร Terminal velocity (โดยใช้ projected area = 0.12 ตารางเมตร) จะได้ความเร็วตอนกระทบพื้นเท่ากับ 48 เมตร/วินาที  เท่านั้นครับ


สำหรับการตกของวัตถุ 2 ชิ้นที่น้ำหนักต่างกันมากในสภาพที่ไม่มีแรงต้านอากาศ ตัวอย่างที่ดีก็คือคลิปนี้ครับ เป็นคลิปที่ Professor Brian Cox ไปทดลองปล่อยลูกโบลิ่งและ “ขนนก” ในห้องสูญญากาศขนาดยักษ์ที่ Space Power Facility ของ NASA

(เลื่อนไปที่เวลา 2:50)

การกำจัดฝุ่นที่เกาะแผงโซล่าเซลล์ของยานบนดาวอังคาร

พี่ขอเพิ่มเติมข้อมูลให้อีกครับ เป็นเรื่องที่เกี่ยวกับภารกิจบนดาวอังคารของยาน InSight (พฤษภาคม 2018 – ธันวาคม 2022)

ปัญหาอย่างหนึ่งของยานที่ลงจอดบนดาวอังคารก็คือจะต้องใช้พลังงานไฟฟ้าจากแผงโซล่าเซลล์ และจะมีปัญหาฝุ่นบนดาวอังคารมีจำนวนมากและฝุ่นมักจะมาเกาะแผงบังแสงอาทิตย์ ทำให้พลังงานของยานลดต่ำลง …. อย่างภาพนี้คือวันปฏิบัติงาน (Sol) ที่ 10 กับ 1,211 ของยาน InSight ซึ่งตรงกับวันที่บนโลกก็คือ 26 พฤษจิกายน 2018 และ 24 เมษายน 2022 จะเห็นได้ว่ามีฝุ่นมาบังโซล่าเซลล์เยอะเลย

ในภาพบนนี้ …. ท่านจะเห็นว่าภาพด้านบนล่างจะมีความแตกต่างกันเล็กน้อยเนื่องจากไม่มีอุปกรณ์ที่คล้ายโดมโลหะสีเงินและสีน้ำตาล …. 2 อย่างนั่นคืออุปกรณ์ตรวจคลื่นแผ่นดินไหวและอุณหภูมิครับ

ซึ่งยานใช้แขนกลของตัวยานเองยกอุปกรณ์ที่เป็นโดมทั้ง 2 ตัวไปแปะไว้บนพื้นผิวดาวอังคาร เพื่อตรวจสอบค่าต่าง ๆ เกี่ยวกับแผ่นดินไหวและอุณหภูมิบนพื้นผิวดาวอังคาร


สมัยปี 2021 ทาง NASA เคยทดลองอะไรที่แหวกแนวอย่างนึงครับ  คือจะแก้ปัญหาฝุ่นจับแผง Solar cell ของยาน InSight ด้วยการเอาแขนกลของยานเองตักทรายราดแผง Solar cell ของตัวเองเพื่อหวังให้ลมบนดาวอังคารซึ่งพัดค่อนข้างแรง พัดทรายที่ถูกเทราดตัวเองนั้นให้หลุดออกไปพร้อมฝุ่นด้วยเลย

…..  ปรากฏว่าได้ผล !! 😂🤣

เพราะทาง NASA สามารถวัดค่าพลังงานจาก Solar cell ได้เพิ่มขึ้นทันทีหลังการทดลองตักทรายราด และลมหอบออกไป


 เรื่องฝุ่นจับแผง Solar cell ของ Rover บนดาวอังคารจะมีคำเรียกกันว่า Cleaning event  มันคือปรากฏการณ์ที่ลมบนดาวอังคารพัดเอาฝุ่นที่เกาะแผง solar cell ออกไปจนหมดครับทำให้ Solar cell กลับมาจ่ายพลังงานได้มากเท่าเดิม 

 ปรากฏการณ์นี้เกิดกับยานสำรวจ  Mars Exploration Rovers (MER) ในปี 2004 เป็นครั้งแรก  ซึ่งตอนแรกทาง NASA คาดว่าจะทำ mission ได้นานประมาณ 90 Sols   และก็จะต้องสิ้นสุด mission เนื่องจากฝุ่นเกาะแผง Solar cell  แต่เกิดปรากฏการณ์นี้เสียก่อน Rover จึงทำงานต่อได้

นี่คือภาพที่ยาน Opportunity เซลฟี่มาให้ดู  ตอนที่ฝุ่นจับ Solar cell เขรอะ


ภาพเซลฟี่ใหม่ …. Solar cell ใสปิ้งไร้ฝุ่นแล้ว จากปรากฏการณ์ Cleaning event