Digital Photography   Audio & Video   Computer Accessories   Software Applications | Miscellaneous | Home
....

Battery Management System (BMS)
Multi-Purpose Power Pack

    Battery Management System (BMS) คือ ระบบจัดการแบตเตอรี่ ซึ่งทําหน้าที่ในการควบคุมป้องกันไม่ให้แบตเตอรี่ทำงานในลักษณะที่เป็นอันตราย เช่น เกิดการชาร์จไฟมากเกินไปหรือจ่ายไฟออกมากเกินไป รวมทั้งการ balance cell battery เพื่อประจุไฟให้เต็มมากที่สุด (Maximize battery capacity) และยืดอายุการใช้งานแบตเตอรี่ ซึ่งคำจำกัดความภาษาอังกฤษ คือ  ."A battery management system (BMS) is any electronic system that manages a rechargeable battery (cell or battery pack), such as by protecting the battery from operating outside its Safe Operating Area, monitoring its state, calculating secondary data, reporting that data, controlling its environment, authenticating it and / or balancing it."

บทความนี้ แสดงการนำ BMS Module ขนาดเล็ก 10 A มาต่อกับ Battery Pack ซึ่งใช้แบตเตอรี่ Li-Ion 18650 ขนาดความจุก้อนละ 2600 mAh ต่ออนุกรมกัน 3 ก้อน (3S) โดยใช้แบตเตอรี่ใหม่ และต่อเข้ากับหลอดไฟ LED 12 V เพื่อใช้เป็นไฟแสงสว่างสำรอง โดยได้ทำการทดสอบการชาร์จไฟเข้า ซึ่งใช้ Li-Ion Charger 12 V 1A และการจ่ายไฟออกโดยใช้ Electronic Load
 
 

การประกอบ

    Battery Pack ทำอย่างง่ายๆโดยใช้รางถ่านหรือ Battery Box สำหรับ Li-Ion 18650 Battery จำนวน 3 ก้อน ใช้แบบที่ต่อสายไฟแยกอิสระออกมาให้เฉพาะแบตเตอรี่แต่ละก้อน และต่อสายไฟเข้ากับ BMS Module ขนาดเล็ก 10 A ซึ่งติดไว้ที่ด้านหลังของรางถ่าน ต่อสายไฟเข้ากับหลอด LED 12 V โดยมีสวิตช์กด เปิด ปิดได้ และต่อไฟ 12 V มาที่ Female Jack เพื่อนำไฟออกไปใช้ หรือเพื่อต่อกับ Charger (รูปที่ 1 และ 2)  
 


รูปที่ 1   DIY 12 V Standby Light Using 3S 18650 Batteries with BMS

 


รูปที่ 2   Standby Light with 3S 18650 Li-Ion Battery and BMS

    รูปที่ 3 แสดงการต่อสายไฟจาก Battery เข้ากับ BMS Module โดยการบัดกรีที่ขั้วของ BMS นั้น ควรใช้ความร้อนน้อยๆหรือบัดกรีให้เร็วที่สุด รูปที่ 4 แสดงการติด BMS Module ไว้ที่ด้านหลังของรางถ่านโดยใช้เทปกาวช่วยในการยึดสาย  
 


รูปที่ 3   Wiring Diagram of 3S and 3S 2P 18650 Li-Ion Batteries with BMS Module

 
 


รูปที่ 4   BMS Module Attached to the Back Side of Battery Box

 

Charging 3S 18650 Battery Pack with BMS

    การชาร์จไฟเข้า Battery Pack ทำโดยใช้ Charger สำหรับ Li-Ion Battery ขนาด 12 V 1 A ต่อสายชาร์จเข้าทางช่อง Female Jack ในระหว่างชาร์จ วัดแรงดันไฟฟ้าที่ขั้วแบตเตอรี่แต่ละก้อนทุกๆ 15 นาที พบว่ามีแรงดันไฟฟ้าเท่าๆกันทุกก้อน (ต่างกันประมาณ 0.01 - 0.02 V)  และเมื่อชาร์จจนเต็ม แรงดันไฟฟ้าของ Battery Pack = 12.6 V ส่วนแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่แต่ละก้อนอยู่ในระหว่าง 4.14 - 4.25 V ซึ่งแสดงว่าสามารถควบคุมแรงดันไฟฟ้าได้ดี รูปที่ 5 แสดงกราฟของแรงดันไฟฟ้าที่ Battery Pack เทียบกับระยะเวลาที่ทำการชาร์จ
 
 


รูปที่ 5   การชาร์จไฟเข้า Battery Pack ที่ต่อ BMS

   
 

 Draining 3S 18650 Battery Pack with BMS

    การทดสอบหาค่าความจุของ Battery Pack ที่ต่อ BMS โดยจ่ายโหลดเข้าอุปกรณ์ Electronic Load ใช้กระแสไฟฟ้าคงที่ 1.25 A แสดงได้ตามรูปที่ 6 ซึ่งแรงดันไฟฟ้าจะตกลงเรื่อยๆจนถึง 8.7 V BMS ก็จะตัดการจ่ายโหลดเพื่อป้องกันแบตเตอรี่ ความจุที่ได้ 2600 mAh เท่ากับที่ระบุไว้พอดี  
 


รูปที่ 6   การจ่ายโหลดออกจาก Li-Ion Battery Pack ที่ต่อ BMS

  แหล่งที่มาของอุปกรณ์
 
เนื่องจากมีผู้ที่อ่านบทความบางรายประสงค์จะจัดทำอุปกรณ์ขึ้นมาใช้บ้างและได้ขอคำแนะนำมา ผู้เขียนจึงได้รวบรวมแหล่งที่มาของอุปกรณ์ต่างๆเอาไว้ ดังนี้ (คิดอัตราแลกเปลี่ยน US.$ 1 = 33.40 บาท 13 .. 2561)
 
  1. แบตเตอรี่ Li-Ion 18650  3.7 V 2600 mAh (Real) .... สั่งซื้อจาก Ali Express ราคาก้อนละ 105 บาท (ถ้าซื้อครั้งละ 6 ก้อน)
2. Battery Management System Module
ขนาด 10 A .... สั่งซื้อจาก Ali Express ราคาอันละ 81 บาท (ถ้าซื้อครั้งละ 3 อั)
3.
กล่องพลาสติก ABS ขนาด ....สั่งซื้อจากเว็บไซต์ในประเทศ ราคากล่องละ 70 บาท
4.
ฐานติดหลอดไฟ .... มีขายตามห้างสรรพสินค้าต่างๆ เช่น Tesco Lotus, Home Pro, ร้านอมร
5.
หลอดไฟ LED 12 V ขนาด 9 W .... สั่งซื้อจาก Ali Express ราคาหลอดละ 65 บาท
6.
สวิตช์กด ....สั่งซื้อจากเว็บไซต์ในประเทศ ราคาอันละ 15 บาท
7.
Female Jack....สั่งซื้อจากเว็บไซต์ในประเทศ ราคาอันละ 15 บาท
8. Li-Ion Battery Charger 12 V 1A .... สั่งซื้อจาก Ali Express ราคาอันละ 150 บาท
 

Power Pack 12 V 3S 2P Li-Ion18650 Battery 5200 mAh With BMS

 
  การประกอบ Power Pack ขนาด 5200 - 5300 mAhโดยมี BMS :

ใช้
Battery Box หรือรางแบตเตอรี่ 18650 จำนวน 2 อัน ประกบติดกันด้วยเทปกาว 2 หน้า แล้วบัดกรีสายไฟต่อเข้ากับ BMS Module และใส่ Li-Ion 18650 Battery ขนาดความจุก้อนละ 2600 mAh ข้างละ 3 ก้อนต่ออนุกรมกัน (3S) และเอาแบตเตอรี่ทั้ง 2 ด้านนั้นมาต่อขนานกัน (2P) ทำให้ได้แบตเตอรี่ 12 V ความจุ 5200 mAh ที่มี BMS ตามรูปที่ 8
 
 


รูปที่ 7   การประกอบ Power Pack 12 V 3S 2P  5200 mAh พร้อมติด BMS

 
 


รูปที่ 8   Power Pack 12 V 3S 2P  5200 mAh พร้อมติด BMS

 
 


รูปที่ 9   Power Pack 12 V 3S 2P  ขนาด 5300 mAh พร้อมด้วย BMS และ Buck Converter 12 V to USB
 
 


รูปที่ 9A  Buck Converter แบบที่ไม่มี Voltmeter
กระแส
No Load = 0.0329 A

 


รูปที่ 9Buck Converter แบบที่มี Voltmeter
กระแส
No Load = 0.0242 A เมื่อไม่เปิด Digital Voltmeter














 


รูปที่ 10   DC Step Down / Buck Converter 12 V to 5 V แบบที่มี Voltmeter

 
  รูปที่ 9 แสดง Power Pack 12 V 3S 2P ที่ติด BMS ด้วย โดยใส่ลงในกล่องขนาด 110 x 90 x 55 มม. ซึ่งเป็นกล่องพลาสติก ABS ขนาดเล็ก  อุปกรณ์นี้สามารถใช้เป็นไฟแสงสว่างสำรอง Standby Light ที่ใช้หลอดไฟ LED 12 V 9 W เปิดไฟได้นาน 8-9 ชั่วโมง หรือเสียบสายต่อกับ Female Jack เพื่อใช้กับพัดลม 12 V DC ได้ประมาณ 6 ชั่วโมงและถ้าติดหลอดไฟ LED Spotlight หรือ Downlight ก็จะใช้แทนไฟฉายได้ และสามารถต่อกับ Buck Converter Module 12 V to 5V (รูปที่ 10) เพื่อแปลงไฟออก Port USB สำหรับใช้ชาร์จโทรศัพท์มือถือได้ด้วยแบบ Power Bank เรียกว่าเป็น Battery Pack อเนกประสงค์ที่เราสามารถเปลี่ยนแบตเตอรี่เองได้หากเสื่อมสภาพลง หรือถ้าใช้แบตเตอรี่ Li-Ion ขนาดความจุก้อนละ 3400 mAh ก็จะได้ Capacity เพิ่มเป็น 6800 mAh
 
 

การทดสอบความจุของ Power Pack 3S 2P 18650 Battery with BMS

 
  การทดสอบหาค่าความจุของ Battery Pack ที่ต่อ BMS โดยจ่ายโหลดเข้าอุปกรณ์ Electronic Load ใช้กระแสไฟฟ้าคงที่ 1.00 A แสดงได้ตามรูปที่ 11 ซึ่งแรงดันไฟฟ้าจะตกลงเรื่อยๆจนถึง 8.63 V BMS ก็จะตัดการจ่ายโหลดเพื่อป้องกันแบตเตอรี่ ความจุที่ได้ 5300 mAh
 
 


รูปที่ 11   การจ่ายโหลดออกจาก Li-Ion Battery Pack 3S 2P นาด 5300 mAh ที่ต่อ BMS

 
 

การทดสอบ Power Pack 5300 mAh Battery with BMS เมื่อใช้เป็น Power Bank

 
  ได้ทดลองต่อ Buck Converter 12 V to 5 V DC เข้ากับ Power Pack พบว่าเมื่อยังไม่ต่อโหลดเข้าทาง USB ตัว Converter จะกินไฟ 0.0329 A หรือ 32.9 mA นั่นคือถ้าไม่มีสวิตช์เปิด ปิด ไฟจาก Power Pack ก็จะหมดลงในเวลาประมาณ 7 วัน Buck Converter ที่ใช้นี้เป็นตัวทดสอบเท่านั้นและจากการวัด Watt-Hour ที่จ่ายผ่าน Buck Converter ออกไปพบว่าจ่ายไฟฟ้าออกไปได้ 47.12 Wh ในขณะที่ไฟเข้าตัวอุปกรณ์ 55.48 Wh ดังนั้นประสิทธิภาพเท่ากับ 84.93 % แต่ถ้าคิดความสูญเสียในตัวอุปกรณ์วัดประมาณ 5% ก็จะทำให้ Buck Converter มีความสูญเสียประมาณ 10% สำหรับการชาร์จโทรศัพท์มือถือนั้น วัดกระแสได้ประมาณ 0.5 - 0.6 A และค่อยๆลดลงเมื่อชาร์จใกล้เต็ม

สำหรับ
Buck Converter แบบที่นำมาใช้อีกแบบหนึ่งนั้น มี Voltmeter และสวิตช์เล็กๆสำหรับเปิดแสดงโวลต์ และเมื่อปิดจะทำงานแบบ Low Power กินไฟประมาณ 24.2 mA
 
 


รูปที่ 12  การใช้ Power Pack 3S 2P นาด 12 V 5300 mAh เป็น Power Bank ชาร์จโทรศัพท์มือถือ
จ่ายไฟฟ้าออกได้ 10,930 mAh ที่ระดับประมาณ 4.98 V.

 
  TIPS :
จากการทดลองใช้แบตเตอรี่ต่างยี่ห้อกัน แต่มีความจุใกล้เคียงกัน ระหว่าง 2500 ถึง 2750 mAh ปรากฎว่า BMS Module ทำงานได้ดี โดยจะตัดการจ่ายโหลดออกจาก Power Pack เมื่อแบตเตอรี่ก้อนที่มีความจุน้อยมีแรงดันไฟฟ้าลดลงมากกว่าก้อนอื่นจนถึงระดับประมาณ 2.9 V ซึ่งหมายความว่าการจ่ายไฟออกจะได้ Capacity เท่าไรนั้น ถูกกำหนดโดยแบตเตอรี่ก้อนที่มีความจุน้อยที่สุดใน Battery Pack จึงแนะนำให้ใช้แบตเตอรี่ยี่ห้อเดียวกันความจุเท่าๆกัน

หมายเหตุ :
ผู้เขียนไม่ได้ขายหรือมีส่วนเกี่ยวข้องกับการขายผลิตภัณฑ์ต่างๆที่นำมาแสดงและทดสอบในบทความนี้ วัตถุประสงค์ของบทความเขียนขึ้นเพื่อเผยแพร่ข้อมูลทางเทคนิคและประสบการณ์ในการใช้งาน เพื่อเป็นความรู้สำหรับผู้ที่สนใจ อาจจะนำไปใช้ประโยชน์ได้ต่อไป
 

 ....................................................................................................................................................................................................................................................
จากวันที่   1 ... 2561
ปรับปรุงล่าสุด : 29 .. 2561