top of page
ค้นหา

ชนิดของแบตเตอรี่เซลล์ (Types of Battery Cells)

อัปเดตเมื่อ 8 ก.ค. 2564

เปรียบเทียบข้อดีข้อเสียของแบตเตอรี่หลากหลายรูปแบบ เช่นแบตเตอรี่ทรงกระบอก รูปทรงกระดุม รูปทรงแบบสี่เหลี่ยม และรูปทรงแบบถุง ไม่มีแบตเตอรี่รูปแบบใด ที่เป็นผู้ชนะที่ชัดเจน แต่รูปแบบแบตเตอรี่ที่เลือกใช้อาจส่งผลต่อการออกแบบผลิตภัณฑ์ได้หลายวิธี ตัวอย่างเช่นรูปแบบของแบตเตอรี่เหล่านี้อาจมีรูปแบบการกระจายอุณหภูมิและการถ่ายเทความร้อนที่แตกต่างกัน


เซลล์แบตเตอรี่รูปทรงกระบอก(Cylindrical Cell)

เซลล์ทรงกระบอกยังคงเป็นหนึ่งในรูปแบบบรรจุภัณฑ์ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายสำหรับแบตเตอรี่หลักและแบตเตอรี่สำรอง มีข้อดีคือง่ายต่อการผลิตและมีเสถียรภาพทางกลที่ดี เปลือกนอกแบบท่อสามารถทนต่อแรงกดดันภายในได้สูงโดยไม่ทำให้เสียรูปทรง

เซลล์รูปทรงทรงกระบอกของแบตเตอรี่ที่ใช้ลิเธียมและนิกเกิลเป็นพื้นฐานส่วนใหญ่จะมีสวิตช์สัมประสิทธิ์ความร้อนที่ขั้วบวก (PTC) เมื่อเกิดกระแสไฟฟ้ามากเกินไป พอลิเมอร์ที่เป็นตัวนำกระแสไฟฟ้าตามปกติจะร้อนขึ้นและกลายเป็นตัวต้านทานหยุดการไหลของกระแสและทำหน้าที่ป้องกันไฟฟ้าลัดวงจร เมื่อไม่เกิดการลัดวงจรแล้ว PTC จะเย็นลงและกลับสู่สถานะที่เป็นตัวนำไฟฟ้าอีกครั้ง

เซลล์ทรงกระบอกส่วนใหญ่มีกลไกลคุมแรงดันภายในโดยใช้การออกแบบที่เรียบง่ายด้วยการใช้ซีลเมมเบรนที่สามารถแตกออกภายใต้แรงดันสูง ดังนั้นการรั่วไหลและการแห้งของอิเล็กโตรไลท์อาจเกิดขึ้นหลังจากเมมเบรนแตก ดังนั้นช่องระบายแบบที่ปิดผนึกได้อีกครั้งด้วยวาล์วสปริงจึงเป็นแบบที่ต้องการ เซลล์ Li-ion สำหรับผู้บริโภคบางชนิดมี Charge Interrupt Device (CID) ที่จะตัดการการเชื่อมต่อเมื่อมีแรงดันที่ไม่ปลอดภัยเกิดขึ้น รูปที่ 1 แสดงภาพตัดของเซลล์ทรงกระบอก

รูปที่ 1 ภาพตัดของเซลล์ Li -ion ทรงกระบอก


รูปแบบเซลล์ทรงกระบอกมีขีดความสามารถในการชาร์จและคายประจุได้ดี มีอายุการใช้งานที่ยาวนานและคุ้มค่า แต่มี น้ำหนักมาก และกินพื้นที่ในการจัดเรียงเนื่องจากมีช่องว่าง

การใช้งานทั่วไปสำหรับเซลล์ทรงกระบอก ได้แก่ เครื่องมือไฟฟ้า เครื่องมือทางการแพทย์ แล็ปท็อป และจักรยานไฟฟ้า เพื่อให้ได้รูปแบบในขนาดที่กำหนด ผู้ผลิตใช้ความยาวเซลล์บางส่วน เช่นขนาดครึ่งและสามส่วนของความยาว นิกเกิล - แคดเมียมมีขนาดเซลล์ที่หลากหลายมากที่สุด รวมถึงเซลล์นิเกิล - เมทัล - ไฮไดรด์ ด้วยแต่ไม่ใช่กับลิเธียมไอออนเนื่องจากเคมีนี้มีรูปแบบของตัวเอง 18650 ที่แสดงในรูปที่ 2 ยังคงเป็นแพ็คเกจเซลล์ที่ได้รับความนิยมมากที่สุด การใช้งานทั่วไปสำหรับ 18650 Li-ion ได้แก่ เครื่องมือไฟฟ้า อุปกรณ์ทางการแพทย์ แล็ปท็อป และจักรยานไฟฟ้า

รูปที่ 2: เซลล์ลิเธียมไอออน 18650 ยอดนิยม


กระบอกโลหะมีเส้นผ่านศูนย์กลาง 18 มม. และความยาว 65 มม. เซลล์ 26650 ที่ใหญ่ขึ้นมีเส้นผ่านศูนย์กลาง 26 มม. ในปี 2013 มีการผลิตเซลล์ 18650 จำนวน 2.55 พันล้านเซลล์ เซลล์พลังงานยุคแรกมีขนาด 2.2Ah ต่อมาถูกแทนที่ด้วยเซลล์ขนาด 2.8Ah เซลล์ 18650ใหม่ตอนนี้มีขนาด 3.1Ah และเพิ่มขึ้นเป็น 3.4Ah ภายในปี 2017 ผู้ผลิตเซลล์กำลังเตรียมผลิตสำหรับขนาด 3.9Ah

18650 อาจเป็นเซลล์ที่เหมาะสมที่สุด มีต้นทุนต่อ Wh ต่ำสุด และมีประวัติความน่าเชื่อถือที่ดี ในขณะที่ผู้บริโภคเปลี่ยนไปใช้เซลล์แบบที่เรียบแบนในสมาร์ทโฟนและแท็บเล็ต ความต้องการของ 18650 จึงลดน้อยลง รูปที่ 3 แสดงให้เห็นถึงอุปทานส่วนเกินที่กำลังได้รับการแก้ไขเนื่องจากความต้องการของรถยนต์ไฟฟ้า Tesla ที่ใช้เซลล์รูปแบบนี้เช่นกันในตอนนี้ ณ สิ้นปี 2016 อุตสาหกรรมแบตเตอรี่กลัวว่าแบตเตอรี่จะขาดแคลนเพื่อตอบสนองความต้องการที่เพิ่มขึ้นสำหรับรถยนต์ไฟฟ้า

รูปที่ 3: อุปสงค์และอุปทานของ 18650


ความต้องการ 18650 จะพุ่งสูงสุดในปี 2011 หากไม่มีความต้องการใหม่ในด้านการทหาร การแพทย์และโดรนรวมถึงรถยนต์ไฟฟ้า Tesla จากการเปลี่ยนไปใช้เซลล์แบบแบนในผลิตภัณฑ์สำหรับผู้บริโภคและรูปแบบที่ใหญ่ขึ้นสำหรับระบบส่งกำลังไฟฟ้า จะทำให้เซลล์ 18650 อิ่มตัวในที่สุด เซลล์ขนาดใหม่คือ 21700

มีรูปแบบ Li-ion ทรงกระบอกอื่น ๆ ที่มีขนาด 20700, 21700 และ 22700 ในขณะนี้ Tesla, Panasonic และ Samsung ได้ตัดสินใจเลือกรุ่น 21700 เพื่อให้ง่ายต่อการผลิต ความจุที่เหมาะสมและประโยชน์อื่น ๆ ในขณะที่ 18650 มีปริมาตรประมาณ 16cm3 (16ml) โดยมีความจุประมาณ 3000mAh แต่เซลล์ 21700 มีประมาณ 24cm3 (24ml) โดยมีความจุดังกล่าวสูงถึง 6000mAh ซึ่งจะเพิ่มความจุเป็นสองเท่าโดยปริมาตรที่เพิ่มขึ้น 50% Tesla Motor อ้างถึง 21700 ใหม่ของ บริษัท ของพวกเขาว่าเป็น“ เซลล์ความหนาแน่นของพลังงานสูงสุดและราคาถูกที่สุดด้วย”

รูปที่ 4 Tesla battery Pack ประกอบด้วยเซลล์ทรงกระบอก 18650


เซลล์ 26650 ที่มีขนาดใหญ่กว่า ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 26 มม. ไม่ได้รับความนิยมเท่ากับ 18650

26650 มักใช้ในระบบที่มีการปรับระดับโหลด เซลล์ที่หนาขึ้นนั้นสร้างได้ยากกว่าเซลล์ที่บางกว่า การทำให้เซลล์ยาวขึ้นนั้นเป็นที่ต้องการ นอกจากนี้ยังมี 26700 ที่ผลิตโดยบริษัท E-One Moli Energy

เซลล์แบตเตอรี่ตะกั่วกรดบางแบบยังมีรูปแบบเซลล์ทรงกระบอก เซลล์ชนิดนี้รู้จักกันในชื่อ Hawker Cyclone ซึ่งมีเสถียรภาพที่ดีขึ้น ประจุไฟฟ้าที่ปล่อยออกมาสูงขึ้น และเสถียรภาพของอุณหภูมิที่ดีขึ้นเมื่อเทียบกับการออกแบบแบบแผ่นแบน(prismatic)ทั่วไป Hawker Cyclone มีรูปแบบของตัวเอง

แม้ว่าเซลล์รูปทรงกระบอกจะไม่ได้ใช้พื้นที่อย่างเต็มที่เพราะมีช่องอากาศมากเมื่อวางเซลล์ในตำแหน่งเคียงข้างกัน แต่ 18650 นั้นมีความหนาแน่นของพลังงานสูงกว่าเซลล์ Li-ion แบบแท่งแบน (prismatic) หรือแบบซอง(pouch) เซลล์ 3Ah 18650 ให้พลังงานจำเพาะที่ 248Ah / kg ในขณะที่เซลล์แบบซองสมัยใหม่ให้พลังงานจำเพาะแค่ 140Ah / kg ความหนาแน่นของพลังงานที่สูงกว่าของเซลล์ทรงกระบอกสามารถชดเชยกับการกินพื้นที่ในการจัดวางได้ และช่องว่างระว่างเซลล์ที่มีมากนี้มีข้อดีในด้านการระบายความร้อนได้ดี


เซลล์กระดุม (Button Cell)

เซลล์กระดุม หรือที่เรียกว่าเซลล์แบบเหรียญ เป็นการออกแบบที่กะทัดรัดถูกนำมาใช้ในอุปกรณ์พกพาตั้งแต่ช่วงปี 1980 แรงดันไฟฟ้าที่สูงขึ้นทำได้โดยการซ้อนเซลล์ในท่อ โทรศัพท์ไร้สายอุปกรณ์ทางการแพทย์ และอุปกรณ์รักษาความปลอดภัยแบบมือถือใช้แบตเตอรี่เหล่านี้ แม้ว่าจะมีขนาดเล็กและผลิตได้ไม่แพง แต่เซลล์ปุ่มแบบเรียงซ้อนก็ไม่ได้รับความนิยมมากนัก ข้อเสียของเซลล์กระดุมคือเซลล์มีการบวมหากชาร์จเร็วเกินไป เซลล์ปุ่มไม่มีช่องระบายแรงดัน และต้องชาร์จด้วยการชาร์จนาน 10 ถึง 16 ชั่วโมงเท่านั้น อย่างไรก็ตามการออกแบบที่ใหม่กว่าอ้างว่าสามารถชาร์จได้อย่างรวดเร็วขึ้น เซลล์กระดุมส่วนใหญ่ที่ใช้อยู่ในปัจจุบันไม่สามารถชาร์จใหม่ได้ และพบการใช้งานในรากฟันเทียมทางการแพทย์ นาฬิกา เครื่องช่วยฟัง กุญแจรถ และหน่วยความจำสำรอง รูปที่ 5 แสดงเซลล์กระดุมและภาพตัดขวาง

รูปที่ 5: เซลล์กระดุม มีขนาดเล็กส่วนใหญ่เป็นเซลล์หลักสำหรับการใช้งานเซลล์เดียว


เซลล์แบบสี่เหลี่ยมแบน (Prismatic Cell)

เปิดตัวในช่วงต้นทศวรรษ 1990 เซลล์แบบสี่เหลี่ยมแบนสมัยใหม่ตอบสนองความต้องการขนาดที่มีขนาดบางลง ห่อด้วยหีบห่อที่หรูหราคล้ายกล่องหมากฝรั่งหรือช็อกโกแลตแท่งเล็ก ๆ เซลล์แท่งสี่เหลี่ยมแบนจะใช้พื้นที่อย่างเหมาะสมที่สุดโดยใช้วิธีการสร้างแบ่งเป็นชั้นๆ เซลล์เหล่านี้ส่วนใหญ่พบในโทรศัพท์มือถือ แท็บเล็ต และแล็ปท็อบ มีขนาดตั้งแต่ 800mAh ถึง 4,000mAh ไม่มีรูปแบบสากลและผู้ผลิตแต่ละรายออกแบบของตนเอง

นอกจากนี้ยังมีเซลล์แบบสี่เหลี่ยมแบนขนาดใหญ่ บรรจุในตัวเรือนอะลูมิเนียม ให้ความจุ 20–50Ah และส่วนใหญ่จะใช้สำหรับระบบส่งกำลังไฟฟ้าในรถยนต์ไฮบริดและไฟฟ้า รูปที่ 6 แสดงเซลล์แบบสี่เหลี่ยมแบน

รูปที่ 6: ภาพตัดขวางของเซลล์แบบสี่เหลี่ยมแบน


เซลล์แบบสี่เหลี่ยมแบนมีข้อดีด้านการใช้พื้นที่ และช่วยให้สามารถออกแบบได้อย่างยืดหยุ่น แต่อาจมีราคาแพงกว่าในการผลิต มีประสิทธิภาพในด้านการจัดการความร้อนน้อย และมีอายุการใช้งานที่สั้นกว่าแบบทรงกระบอก เซลล์สามารถขยายตัวได้

เซลล์สี่เหลี่ยมแบนต้องการตัวประกับเพื่อให้เกิดการบีบอัดเซลล์ไว้อย่างพอเหมาะ อาการบวมเนื่องจากการสะสมของก๊าซเป็นเรื่องปกติและต้องเผื่อระยะการขยายตัวไว้ด้วย เช่นเซลล์ขนาด 5 มม. (0.2 ") สามารถขยายตัวได้ถึง 8 มม. (0.3") หลังจากผ่านการชาร์จและคายประจุ 500 รอบ แบตเตอรี่ที่บวมพองอาจทำให้อุปกรณ์เสียหาย และส่งผลต่อความปลอดภัยได้

รูปที่ 7 Battery Pack ของ Toyota ที่ใช้เซลล์รูปทรงสี่เหลี่ยมแบน


เซลล์แบบถุง (Pouch Cell)

ในปี 1995 เซลล์แบบถุงสร้างความประหลาดใจให้กับโลกของแบตเตอรี่ด้วยการออกแบบใหม่ที่แปลกออกไป ขั้วแบนๆถูกเชื่อมเข้ากับอิเล็กโทรดและนำออกไปด้านนอกถุงฟลอยด์ด้วยวิธีที่ปิดสนิท รูปที่ 8 แสดงเซลล์แบบถุง

รูปที่ 8: เซลล์แบบถุง


เซลล์แบบถุงมีรูปแบบที่เรียบง่าย ยืดหยุ่น และน้ำหนักเบา เซลล์แบบถุงสามารถจ่ายกระแสไฟฟ้าได้สูง แต่จะทำงานได้ดีที่สุดภายใต้สภาวะโหลดน้อย และการชาร์จในระดับปานกลาง

เซลล์แบบถุงใช้พื้นที่อย่างมีประสิทธิภาพสูงสุด และมีประสิทธิภาพ 90–95 เปอร์เซ็นต์เมื่อเทียบกับบรรจุภัณฑ์แบบอื่น ซึ่งสูงที่สุดในบรรดาชุดแบตเตอรี่ ด้วยเซลล์แบบนี้ไม่มีโครงที่ทำจากโลหะ ดังนั้นจึงมีนำ้หนักเบา แต่เซลล์ต้องการการรองรับและระยะในการขยายตัวในช่องใส่แบตเตอรี่ เซลล์แบบถุงมีการนำใช้ในอุปกรณ์สำหรับผู้บริโภค การทหาร และยานยนต์ เซลล์แบบถุงไม่มีรูปแบบสากลและผู้ผลิตแต่ละรายออกแบบของตนเอง

เซลล์แบบถุงมักเป็นแบตเตอรี่ Li-Polymer เซลล์ขนาดเล็กเป็นที่นิยมสำหรับการใช้งานสำหรับอุปกรณ์พกพาที่ต้องการกระแสโหลดสูง เช่นโดรน และอุปกรณ์งานอดิเรก เซลล์ขนาดใหญ่ในช่วง 40Ah ทำหน้าที่ในระบบกักเก็บพลังงาน (ESS) เนื่องจากจำนวนเซลล์ที่น้อยลงทำให้การออกแบบแบตเตอรี่ง่ายขึ้น

แม้ว่าจะวางซ้อนกันได้ง่าย แต่ก็ต้องเผื่อการบวม ในขณะทีเซลล์ขนาดเล็กสามารถขยายตัวได้ 8–10 เปอร์เซ็นต์ในช่วง 500 วงรอบการชาร์จและจ่ายประจุ เซลล์ขนาดใหญ่อาจขยายถึงขนาดนั้นได้ใน 5,000 วงรอบ ทางที่ดีไม่ควรวางเซลล์แบบถุงซ้อนกัน แต่ควรวางต่อกันแนวราบหรือปล่อยให้มีช่องว่างระหว่างกัน ควรหลีกเลี่ยงขอบคมที่อาจทำให้เซลล์เสียหายเมื่อขยายตัว

รูปที่ 9 Battery pack ของ Nissan Leaf ที่ใช้เซลล์แบบถุง



เอกสารอ้างอิง

[1] Battery University, [Online]. Available: www.batteryuniversity.com

 

AEC Hybrid Plus ให้บริการตรวจเช็คแบตเตอรี่ไฮบริด (Hybrid battery testing) ซ่อมแบตเตอรี่ไฮบริด (Hybrid battery repair) ฟื้นฟูสภาพแบตเตอรี่ (Hybrid battery reconditioning) และเปลี่ยนชุดแบตเตอรี่ไฮบริด(Hybrid battery rebuild/replacement) ด้วยเครื่องมือที่ทันสมัย อะไหล่ที่มีคุณภาพ

และทีมงานที่เชี่ยวชาญ พร้อมใบรับประกัน

ดู 78 ครั้ง0 ความคิดเห็น

Comments


bottom of page