แบตเตอรี่จัดเป็นแหล่งพลังงานสำคัญของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สมัยใหม่ โดยพลังงานจะถูกจ่ายไปยังอุปกรณ์ทั้งหลาย มีตั้งแต่อุปกรณ์ขนาดเล็กอย่างสมาร์ทโฟน ไปจนถึงยานยนต์ไฟฟ้า (EV: Electric Vehicle) อย่างไรก็ตามการชาร์จไฟฟ้าที่ไม่เหมาะสม อาจทำให้เกิดการชาร์จไฟเกิน หรือที่เรียกว่า “Overcharge” ซึ่งเป็นภาวะที่ส่งผลอันตราย ต่อแบตเตอรี่ ด้วยแรงดันไฟฟ้าเกินขีดจำกัดความปลอดภัย การชาร์จไฟเกินจะทำให้เกิดความร้อน สูงเกินปกติ การสลายตัวของอิเล็กโทรไลต์ การบวม และอาจถึงขั้นระเบิดได้ เพื่อลดความเสี่ยง เหล่านี้ ในระบบแบตเตอรี่ได้รวมกลไกป้องกันการชาร์จไฟเกินขั้นสูงหลายระบบไว้ด้วยกัน โดยตั้งเป้าให้อุปกรณ์ และระบบอื่นที่เกี่ยวข้องสามารถดำรงการใช้งานได้ราบรื่นต่อไป

Overcharge คืออะไร

Overcharge เกิดขึ้น เมื่อแบตเตอรี่ยังคงได้รับกระแสไฟฟ้าอย่างต่อเนื่องอยู่ แม้แรงดันไฟ ชาร์จเต็มแล้ว ซึ่งนำไปสู่สาเหตุของความเสียหายอีกหลายสาเหตุ ดังต่อไปนี้

1. ความร้อนที่มากเกินไปจนผิดปกติ
2. การสลายตัวของอิเล็กโทรไลต์ (การก่อตัวของก๊าซในลิเธียมไอออน)
3. การสูญเสียความจุไฟฟ้าอย่างถาวร
4. ความเสี่ยงต่อการเกิดไฟไหม้ หรือ ระเบิด

สาเหตุของ Overcharge

การ Overcharge เกิดขึ้นได้จากหลายปัจจัยอาทิ

• เครื่องชาร์จที่ชำรุด คือ เครื่องชาร์จที่ไม่เป็นไปตามมาตรฐาน หรือ ชำรุดจนไม่สามารถ หยุดจ่ายกระแสไฟได้
• ระบบจัดการแบตเตอรี่ (BMS: Battery Management System) ล้มเหลว คือ การที่ระบบ BMS ทำงานผิดปกติจนไม่สามารถตัดการชาร์จแรงดันไฟฟ้าตามที่กำหนดไว้ได้อย่าง ถูกต้อง
• ไฟกระชาก คือ แรงดันไฟฟ้าที่ดันจนแรงดันไฟฟ้าพุ่งสูงเกินขีดจำกัดความปลอดภัย
• เซลล์ของแบตเตอรี่ไม่สมดุล คือ เซลล์ที่อ่อนแอ หรือ แรงดันไฟดร็อปลงในแบตเตอรี่ที่มี หลายเซลล์มาประกอบกัน ซึ่งเกิดจากการถูกชาร์จมากเกินไป ขณะที่เซลล์ตัวอื่นยังชาร์จ ไม่เพียงพอ

การป้องกัน Overcharge

แบตเตอรี่สมัยใหม่ใช้ระบบป้องกันหลายชั้นเพื่อป้องกันการชาร์จไฟเกินมี 4 วิธีดังนี้

1. การใช้ระบบจัดการแบตเตอรี่ (BMS)

BMS ทำหน้าที่เป็นสมองสั่งการรักษาความปลอดภัยในแบตเตอรี่ มีหน้าที่ดังนี้

• ตรวจสอบแรงดันไฟ โดยตัดการชาร์จเมื่อถึงขีดจำกัดที่ตั้งไว้ล่วงหน้าเช่น 4.2V สำหรับลิเธียมไอออน เป็นต้น
• ควบคุมกระแสไฟ เพื่อป้องกันการไหลของกระแสไฟฟ้าไม่ให้มากเกินไป
• ปรับสมดุลเซลล์แบตเตอรี่ ด้วยการรับประกันการชาร์จไฟที่สม่ำเสมอในทุกเซลล์

2. การใช้กลไกการตัดแรงดันไฟฟ้า

• ใช้วงจร IC ในการป้องกันเป็นหลัก โดยตัดการชาร์จเมื่อแรงดันไฟฟ้าเกินเกณฑ์
• การป้องกันรอง (วงจร IC สำรอง) ทำหน้าที่เป็นระบบป้องกันความล้มเหลว หาก IC หลักล้มเหลว

3. การป้องกันความร้อน

• เซ็นเซอร์อุณหภูมิ ทำหน้าที่ตรวจจับ เมื่อความร้อนสูงเกินไปจะดำเนินการปิดระบบ
• ฟิวส์แบบ PTC ที่รีเซ็ตได้ เพิ่มความต้านทานให้มากขึ้น เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น และจำกัดกระแสไฟฟ้า

4. ตัวควบคุมการชาร์จ (การชาร์จแบบ CC: Constant Current – CV: Constant Voltage) เครื่องชาร์จอัจฉริยะส่วนใหญ่มี 2 โหมด

• โหมดกระแสคงที่ (CC) – ชาร์จเร็วจนถึงความจุประมาณ 80%
• โหมดแรงดันคงที่ (CV) – ชะลอการชาร์จเพื่อหลีกเลี่ยงแรงดันไฟเกิน

ความเสี่ยงจาก Overcharge ต่อสารเคมีในแบตเตอรี่

• กรณีแบตเตอรี่เป็นแบบ Li-ion/LiPo หากชาร์จมากเกินไปอาจนำไปสู่ การเกิดความร้อนสูงเกินปกติ หรือไฟไหม้
• แบตเตอรี่ประเภท กรดตะกั่ว อาจนำไปสู่การสูญเสียอิเล็กโทรไลต์และการเกิดก๊าซ
• แบตเตอรี่ประเภท NiMH หากชาร์จมากเกินไปจะส่งผลต่อแรงดันไฟต่ำ หรือ ดร็อปลงและความร้อนสูงเกินปกติ
• แบตเตอรี่ประเภท NiCd หากชาร์จมากเกินไปจะทำให้อายุการใช้งานลดลง

แนวทางการปฏิบัติที่ดีที่สุดในการป้องกันการชาร์จไฟเกิน

1. ใช้เครื่องชาร์จที่ได้รับการรับรองจากผู้ผลิต หลีกเลี่ยงเครื่องชาร์จราคาถูก ที่ไม่ได้รับการรับรอง
2. หลีกเลี่ยงการชาร์จไฟข้ามคืน โดยการถอดปลั๊กอุปกรณ์ เมื่อชาร์จเต็มแล้ว
3. ตรวจสอบแบตเตอรี่เป็นประจำว่า บวม หรือ ร้อนเกินไปหรือไม่
4. เก็บเมื่อชาร์จเต็มบางส่วน แบตเตอรี่ลิเธียมไออนจะเสื่อมสภาพช้าลง เมื่อชาร์จประมาณ 40-60%

สรุป

การป้องกันการชาร์จไฟเกิน (Overcharge) เป็นสิ่งสำคัญในการรักษาความปลอดภัย ของแบตเตอรี่ ด้วยความก้าวหน้าของเทคโนโลยี BMS การชาร์จอัจฉริยะ และการจัดการความร้อน ทำให้ความเสี่ยงที่เกิดจากการชาร์จไฟเกินลดลงเป็นอย่างมาก อีกทั้งยังสามารถยืดอายุแบตเตอรี่ และป้องกันความผิดพลาดที่อาจเป็นอันตรายต่อระบบอื่นๆได้ อย่างไรก็ตามการชาร์จไฟเกิน- ในแบตเตอรี่นั้นเกิดขึ้นได้เสมอ ผู้ใช้จึงควรหมั่นตรวจเช็คระบบ ไม่ว่าจะเป็นตัวแบตเตอรี่เอง หรือ เครื่องชาร์จแบตเตอรี่ให้อยู่ในสภาพพร้อมใช้งานเสมอ เพื่อป้องกันมิให้เกิดอันตรายต่อชีวิต หรือ ทรัพย์สินต่อไป

‍