DC Fast Charging - ทำให้แบตเสื่อมเร็วจริงหรือ?

หลาย ๆ งานวิจัยสรุปไปในทางเดียวกันว่า "Fast Charge จะเร่งการเสื่อมของแบต" ซึ่งผู้ผลิตก็ทราบเรื่องนี้ดี และได้ทำการป้องกันเรียบร้อย ซึ่งการป้องกันนั้นก็คือ

"การชาร์จให้ช้าลงเมื่อ SOC สูงขึ้น" และ "การอุ่นแบตก่อนชาร์จนั่นเองครับ"

ทำไมสองอย่างนี้ถึงช่วยให้แบตเสื่อมช้าลง?

ก่อนจะตอบคำถามข้อนี้ได้ ต้องไปดูกลไกการทำงานของแบต Lithium ก่อน

เมื่อเราชาร์จจะเกิดปฏิกริยาเคมีทำให้ Li+ เคลื่อนตัวจาก Cathode (ข้้ว +) ผ่านที่กั้น (Separator) ไปยัง Anode (ขั้ว -) และแทรก (Intercalate) ตัวเองเข้าไปในโครงสร้างของ Graphite ที่อยู่ในขั้ว Anode

ถ้าอธิบายให้เข้าใจง่าย Li+ ก็เหมือนรถ ที่ต้องวิ่งไปหาที่จอดในลานจอดรถนั่นเอง

ซึ่งโดยปกติก็จะไม่เป็นปัญหาถ้าเราปล่อย Li+ เข้าไปทีละตัว ก็จะหาที่จอดได้ แต่หากเราเริ่มชาร์จด้วยความเร็วสูง (C-rate สูง) ก็เหมือนการเร่งให้ Li+ จำนวนมากวิ่งเข้าไปหาที่จอดพร้อม ๆ กัน และเมื่อที่จอดใกล้เต็ม (SOC สูง) Li+ บางตัวที่ไม่สามารถเลี้ยวหาที่จอดได้ทัน ก็จะเกาะเข้ากับภายนอกของอนุภาค Graphite แทน (หรือเปรียบเสมือนรถที่หาที่จอดไม่ทัน ชนเข้ากับรั้ว) ซึ่งปรากฏการนี้เรียกว่า "Lithium Plating"

ซึ่งเมื่อเกิด Lithium Plating ก็จะสูญเสีย Li+ ไป และยังทำให้ Li+ ตัวอื่นเข้าไปแทรกตัวใน Graphite Crystal ได้ลำบากขึ้นด้วย นี่จึงเป็นเหตุทำให้ความจุลดลง เป็นผลให้แบตเสื่อมนั่นเอง

และกรณีเลวร้ายที่สุด หาก Li+ เหล่านั้นเกาะ Graphite Particle จนก่อตัวเป็นแขนง (Dendrite) ที่เป็นหนามแหลม ก็อาจจะเจาะทะลุ Separator ระหว่างขั้ว + และ - ทำให้เกิดการลัดวงจรขึ้น และเกิด Thermal Runaway ขึ้นได้ Lithium Plating จึงถือเป็นสิ่งที่ควรหลีกเลี่ยง

สรุปง่าย ๆ คือ ถ้า SOC ต่ำ (หรือที่จอดรถเยอะ) ชาร์จด้วยความเร็วสูง Li+ เข้าไปพร้อม ๆ กันก็ไม่เป็นไรเพราะหาที่จอดทัน แต่ถ้า SOC เริ่มสูง ที่จอดรถใกล้เต็ม แล้วชาร์จช้าลง ก็ยังไม่เป็นไร เพราะ Li+ มาทีละตัว ก็ยังหาที่จอดได้ แต่ถ้า SOC สูง แล้วยังชาร์จเร็ว จน Li+ หาที่จอดไม่ทัน ถึงจะเกิด Lithium Plating

นี่จึงเป็นสาเหตุที่ว่า เมื่อ SOC ใกล้เต็ม กำลังชาร์จจะลดลงเรื่อย ๆ เพื่อหลีกเลี่ยงการเกิด Lithium Plating นั่นเอง

มีอีกปัจจัยที่เกี่ยวข้องนอกจาก SOC และความเร็วในการชาร์จก็คือ "อุณหภูมิ"

ถ้าอุณหภูมิสูง จะเกิดแรงต้านทานภายในต่ำ Li+ จะเคลื่อนตัวได้รวดเร็ว เข้าไปหาที่จอดรถได้ง่าย แต่ถ้าอุณหภูมิต่ำ แรงต้านทานภายในจะสูงขึ้น Li+ จะเข้าไปหาที่จอดได้ช้าลง และสุดท้ายจะเกาะตัวที่ภายนอก Graphite Particle แทน จนเกิด Lithium Plating ตามมา

นี่จึงเป็นสาเหตุที่ว่า ก่อนการ Fast Charge จะต้องทำการอุ่นแบต (Pre-conditioning Battery) ให้ได้อุณหภูมิสูงขึ้นก่อน

ดังนั้นยิ่งแบตร้อน ก็ยิ่งเกิด Lithium Plating ได้ยาก แปลว่าการชาร์จที่ความร้อนสูง ๆ ก็ยิ่งดี?

คำตอบก็คือ "ไม่" ครับ

อุณหภูมิสูงไม่เกิด Lithium Plating ก็จริง แต่จะเร่งให้เกิด SEI Growth (Solid Electrolyte Interface) มากขึ้นแทน ซึ่ง SEI คือการเกิดปฏิกริยาเคมีระหว่าง Electrolyte และ Graphite จนก่อตัวเป็น layer บาง ๆ ขึ้นที่ขั้ว Anode ในขั้นตอนนี้ จะกลืนกิน Li+ พร้อมกับทำให้แรงต้านทานภายในสูงขึ้น และส่งผลให้แบตเสื่อมเช่นกัน (โดยปกติ SEI จะเกิดขึ้นตลอดเวลาอยู่แล้ว แต่อุณหภูมิที่สูง จะเกิดมากขึ้นนั่นเอง)

ดังนั้น อุณหภูมิร้อนไปก็ไม่ดี เย็นไปก็ไม่ดี จึงเป็นหน้าที่ของผู้ผลิต ต้องหาอุณหภูมิตรงกลางที่ "เหมาะสม" ต้องสูงพอไม่ให้เกิด Lithium Plating และไม่สูงเกินไปจนเกิด SEI Growth และเมื่อได้ค่านั้น ก็ต้องคุมอุณหภูมิของแบต ระหว่างการชาร์จตลอดเวลา

รถที่ผู้ผลิตที่ออกแบบระบบได้ดี คุมอุณหภูมิได้ดี ก็จะป้องการการเสื่อมขณะ Fast Charge ได้ดีครับ

อย่างไรก็ตาม มีงานวิจัยสามแบบ ที่มีข้อมูลที่น่าสนใจดังนี้ครับ

งานวิจัยที่ 1

RecurrentAuto ได้เก็บสถิติจากรถเทสลา 13,000 คัน ปรากฏว่า ไม่มีความแตกต่างกันอย่างเป็นนัยยะ ระหว่างรถที่ชาร์จ DC เป็นหลักในสัดส่วน 70% กับรถที่ชาร์จ DC แค่ 30%

งานวิจัยที่2

US DOE ทำการเก็บข้อมูลจาก 2012 Nissan LEAF ใน Arizona ปรากฏว่า หลังขับไป 80,000 กม. รถที่ชาร์จ AC เป็นหลัก SOH อยู่ที่ 75% ในขณะที่ รถที่ชาร์จ DC เป็นหลัก SOH อยู่ที่ 70%

งานวิจัยที่ 3

Geo Tab ได้ทำการสำรวจ EV รุ่นหนึ่งที่ชาร์จได้กำลังสูง ได้ผลว่า การ DC Fast Charge ในอากาศที่ร้อน มีผลต่อการเสื่อมของแบตอย่างมีนัยยะสำคัญ

โดยในเวลา 48 เดือน ได้ผลดังนี้

- รถที่ DC Fast Charge > 3 ครั้งต่อเดือน SOH อยู่ที่ 81%

- รถที่ DCFC < 3 ครั้งต่อเดือน SOH 85%

- รถที่ไม่เคย DCFC เลย SOH อยู่ที่ 90%

งานวิจัยที่ 1 แสดงให้เห็นว่าการใช้ DC มาก ไม่ได้ทำให้แบตเสื่อมมากขึ้นจนสรุปได้อย่างชัดเจน แต่งานวิจัยนี้ ไม่มีข้อมูลเรื่องอุณหภูมิแวดล้อมขณะชาร์จ จึงอาจเดาได้ว่าเป็นประเทศแถบหนาว

ส่วนงานวิจัยที่ 2 ทดลองกับ Nissan LEAF รุ่นเก่าที่เป็น Air cooling และชาร์จในรัฐที่อากาศร้อนมาก แต่นี่เป็น Nissan LEAF เทคโนโลยีเก่าที่ระบายความร้อนด้วยอากาศ และเคมีของแบตยังไม่ก้าวหน้า เมื่อระบายความร้อนไม่ดี และชาร์จกลางแดดจัด จึงเห็นว่าเสื่อมมากขึ้นครับ

งานวิจัยที่ 3 ก็คล้ายกับงานวิจัยที่ 2 คืออากาศร้อนมีผล แต่ไม่มีรายละเอียดว่านี่เป็นรถรุ่นไหน ระบบระบายความร้อนเป็นยังไง

จากงานวิจัย เราอาจจะสรุปได้ว่า ความร้อนมีผลทำให้แบตเสื่อม และการระบายความร้อนของแบตสำคัญมาก หากการระบายความร้อนทำได้ไม่ดี ก็จะรักษาอุณหภูมิได้ไม่ดี ก็จะทำให้แบตเสื่อมเช่นกัน (เช่น Air cool ใน Nissan LEAF) แต่หากรถสามารถรักษาอุณหภูมิแบตได้เหมาะสม DC Fast Charge ก็ไม่ได้มีผลให้แบตเสื่อมเร็วขึ้นอย่างมีนัยยะ (ตามงานวิจัยที่ 1) แต่หากอุณหภูมิสภาพแวดล้อมร้อนเกินไป จนเกินความสามารถของระบบ Cooling จนรักษาอุณหภูมิได้ไม่ดี ก็จะมีผลให้แบตเสื่อมเช่นกัน (ตามงานวิจัยที่ 3)

หรือสรุปได้ง่าย ๆ ว่าถ้ารถ Cooling แบตได้ดี การใช้ DC เยอะก็จะไม่ต่างกันมาก แต่หากสภาพแวดล้อมหากร้อนเกินไปจนระบบ Cooling ไม่ไหว การ DC บ่อย ก็มีผลให้แบตเสื่อมได้ครับ

แล้วเราควรทำอย่างไร?

ในมุมหนึ่งผมมองว่า "ไม่ต้องทำอะไรครับ"

ใช้รถตามปกติ ตามความสะดวก อยากชาร์จก็ชาร์จ อยากใช้ก็ใช้ ถ้าไม่ได้ใช้ DC บ่อย ก็อาจจะไม่มีความแตกต่างอย่างเป็นนัยยะ แต่ถ้าหากต้องใช้บ่อยเป็นหลัก ก็ใช้ได้ครับ เพราะเป็นหน้าที่ของผู้ผลิต ต้องรับประกันการใช้งานแบตเตอรี่อยู่แล้ว หากใช้งาน แล้วเสื่อมเกินกำหนด ก็สามารถเปลี่ยนใหม่ตามเงื่อนไขผู้ผลิตได้ครับ

แต่ถ้าอยากหลีกเลี่ยง เราทำอะไรได้บ้าง?

สิ่งที่ผู้ใช้ช่วยได้คือหลีกเลี่ยงการชาร์จตอนอากาศร้อนจัด โดยอาจจะเลือกใช้สถานี DC ที่มีหลังคา และพยายามให้ระบบ Cooling ทำงานให้เต็มที่ และมีประสิทธิภาพ เช่นการไม่เปิดแอร์ในรถขณะ Fast Charge และคอยหมั่นทำความสะอาดแผงรังผึ้งสม่ำเสมอ เป็นต้นครับ

สำหรับคนที่กำลังจะเลือกรถไฟฟ้า ควรเลือกยังไง?

สำหรับคนที่มองว่าต้องใช้ DC Fast Charge เป็นหลัก การใช้แบต LFP อาจจะได้เปรียบกว่าครับ เพราะมี Cycle ที่เยอะกว่า และทนความร้อนได้ดีกว่า แต่สำหรับคนที่ไม่ได้ Fast Charge บ่อย การเลือก NMC ก็ไม่ได้มีปัญหาอะไรครับ

สุดท้าย หากหลีกเลี่ยงไม่ได้ ก็ไม่เป็นไรครับ ให้มองการใช้สะดวกเป็นหลัก เพราะเมื่อพูดถึงการยืดอายุแบต DC Fast Charge เป็นแค่หนึ่งปัจจัยที่เกี่ยวข้องเท่านั้น ยังมีอีกหลายปัจจัยที่ช่วยได้ และทำได้ง่ายกว่า เช่น Routine การชาร์จเป็นต้น

ถ้ายังไหว อ่านต่อได้ที่นี่เลยครับ https://bit.ly/3PfpSXS

หวังว่าจะช่วยให้เข้าใจเรื่องการชาร์จมากขึ้นนะครับ

Cited: ขอบคุณคุณ Jason จาก Engineering explained สำหรับข้อมูลครับ ใครสนใจอยากฟังต้นฉบับ เข้าไปฟังได้เลย

https://youtu.be/qYJk1Qljwgg?si=6fdzHdCgs7se9H2v

บทความอื่นที่น่าสนใจ

------------------------------

• ชาร์จอย่างไร ให้ใช้ได้ยาวนาน

https://bit.ly/3PfpSXS

• ทำไม LFP มีอาการแบตวูบ ต้องทำอย่างไร

https://bit.ly/4iUCC3w