// บทที่ 17.2 · ระบบชาร์จรถยนต์ไฟฟ้าที่บ้าน · EV Battery & Charging Time

แบตเตอรี่รถ EV กับเวลาชาร์จ: SOC, CC-CV, ประสิทธิภาพ, กำลังที่ลดลงหลัง 80 % และอายุแบตเตอรี่

สูตร “เวลา = พลังงาน ÷ กำลัง” ใช้ได้ดีในช่วงกลางของแบต แต่ช่วงท้ายการชาร์จกำลังจะลดลงเอง และไฟที่จ่ายจากมิเตอร์ไม่ได้เข้าแบตทั้งหมด หน้านี้ทำให้การประมาณเวลาและค่าไฟแม่นขึ้น และอธิบายว่าควรชาร์จอย่างไรให้แบตอยู่ได้นาน

เขียนโดย อาจารย์มดอัปเดต 13 ต.ค. 2569

คำนวณเวลาชาร์จ kWh · Ah · SOC CC-CV การสูญเสีย ถนอมแบต

สรุปใน 30 วินาที

ความจุ kWh = แรงดันแพ็ก × Ah ÷ 1000 · ใช้ “ความจุที่ใช้ได้ (usable)” ในการคำนวณ
เวลา ≈ ความจุ × ΔSOC ÷ (P × η) แล้วบวกเวลาช่วง CV หลัง ~80 %
ไฟจากมิเตอร์ ≈ ไฟเข้าแบต ÷ 0.85–0.92 (ชาร์จกระแสต่ำประสิทธิภาพต่ำกว่า)
ชาร์จ AC ที่บ้าน C-rate ≈ 0.04–0.2C ถนอมแบตที่สุด ศัตรูคือความร้อนและการจอดที่ 100 % นาน ๆ

ความจุ kWh, Ah และสถานะการประจุ SOC พื้นฐาน

B1 Battery energy capacity ความจุพลังงานของแบตเตอรี่

E_{bat}\,[\text{kWh}] = \frac{V_{pack}\,[\text{V}]\times C\,[\text{Ah}]}{1000}

B2 State of charge สถานะการประจุ

SOC = \frac{E_{stored}}{E_{usable}}\times 100\,\% \qquad E_{to\,add} = E_{usable}\,\frac{SOC_2 - SOC_1}{100}

ผู้ผลิตบอกได้สองค่า: ความจุรวม (gross) และ ความจุใช้ได้ (usable/net) ซึ่งน้อยกว่า 3–10 % เพราะ BMS เก็บส่วนบนและล่างไว้เป็นกันชน ให้ใช้ค่า usable ในการคำนวณเสมอ แบตเตอรี่รถมีสองเคมีหลัก: LFP (ลิเทียมไอรอนฟอสเฟต ทนรอบ ปลอดภัย แรงดันเซลล์ 3.2 V) และ NMC (ความหนาแน่นสูง แรงดันเซลล์ 3.6–3.7 V)

ตัวอย่าง B-1

แพ็ก 400 V 150 Ah มีกี่ kWh

B1: $E = 400 \times 150 / 1000 = 60\ \text{kWh}$
LFP 3.2 V ต่อเซลล์ → ต่ออนุกรม $400/3.2 = 125$ เซลล์ (เขียนว่า 125S)
B2: จาก 20 % ถึง 80 % ต้องเติม $60 \times 0.6 = 36\ \text{kWh}$ เข้าแบต

เวลาชาร์จแบบง่าย และพลังงานจากมิเตอร์ พื้นฐาน

B3 Charging time (constant-power part) เวลาชาร์จในช่วงกำลังคงที่

t \approx \frac{E_{usable}\,(SOC_2 - SOC_1)/100}{P_{charge}\,\eta}

B4 Energy drawn from the meter พลังงานที่มิเตอร์นับ

E_{grid} = \frac{E_{to\,add}}{\eta} \qquad E_{loss} = E_{grid} - E_{to\,add}

ตัวอย่าง B-2

ชาร์จ 20 → 80 % แบต 60 kWh ด้วยวอลล์บ็อกซ์ 7.36 kW

B2: เติม 36 kWh · ประสิทธิภาพ $\eta = 0.90$
B3: $t = 36/(7.36 \times 0.90) = 36/6.624 = 5.43\ \text{h} \approx 5$ ชม. 26 นาที
B4: มิเตอร์นับ $36/0.9 = 40\ \text{kWh}$ สูญเสีย 4 kWh เป็นความร้อนใน OBC สายไฟ และแบต
ช่วงนี้อยู่ต่ำกว่า 80 % กำลังคงที่ตลอด สูตรง่ายจึงตรงกับเครื่องคำนวณด้านล่าง

CC-CV: ทำไมช่วงท้ายชาร์จช้าลง กลาง

เซลล์ลิเทียมมีแรงดันสูงสุดที่ห้ามเกิน (LFP ≈ 3.65 V, NMC ≈ 4.2 V ต่อเซลล์) ช่วงแรกระบบชาร์จด้วย กระแสคงที่ (Constant Current, CC) แรงดันค่อย ๆ ขึ้น เมื่อแรงดันถึงขีด ระบบเปลี่ยนเป็น แรงดันคงที่ (Constant Voltage, CV) กระแสลดลงเองแบบเอกซ์โพเนนเชียลตามที่เซลล์รับได้ ช่วงท้าย BMS ยังต้อง ปรับสมดุลเซลล์ (balancing) ให้ทุกก้อนเต็มเท่ากัน

B5 CV-phase current taper กระแสในช่วงแรงดันคงที่

i(t) \approx I_{CC}\,e^{-t/\tau} \qquad \tau \approx R_{int}C_{eq}

เมื่อมองจากผนังบ้าน การชาร์จ AC ที่กำลังต่ำ (2–11 kW) ส่วนใหญ่อยู่ในโหมด “กำลังคงที่” ได้ถึง 90 % กว่า เพราะ OBC จ่ายน้อยกว่าที่แบตรับได้มาก ส่วนตู้ DC 150 kW จะลดกำลังเร็วตั้งแต่ 50–60 % เครื่องคำนวณในหน้านี้ใช้แบบจำลองแบบง่าย: กำลังคงที่ถึง 80 % แล้วลดเป็นเส้นตรงเหลือ 30 % ที่ 100 %

B6 Teaching taper model แบบจำลองกำลังลดลงที่ใช้ในเครื่องคำนวณ

P(SOC) = \begin{cases} P_{0} & SOC \le 80\,\% \\[2pt] P_{0}\left[1 - 0.7\,\dfrac{SOC-80}{20}\right] & SOC > 80\,\% \end{cases} \qquad t = \int \frac{E_{usable}\,dSOC/100}{P(SOC)\,\eta}

ตัวอย่าง B-3

ชาร์จ 20 → 100 % ด้วยวอลล์บ็อกซ์ 7.36 kW

20 → 80 %: 5.43 ชม. (ตัวอย่าง B-2)
80 → 100 %: เติม 12 kWh แต่กำลังเฉลี่ยลดลง อินทิเกรต B6: $\int_{80}^{100}\dfrac{0.6\,dS}{7.36(0.9)[1-0.035(S-80)]} = \dfrac{0.6}{6.624}\cdot\dfrac{\ln(1/0.3)}{0.035} = 3.11\ \text{h}$
รวม ≈ 8.5 ชม. (เครื่องคำนวณ: 8 ชม. 32 นาที) ขณะที่สูตรง่ายให้ 7.25 ชม. — 20 % สุดท้ายใช้เวลาเกินครึ่งหนึ่งของ 60 % แรก
ข้อคิด: ชาร์จประจำวันถึง 80–90 % แล้วชาร์จเต็มเฉพาะวันเดินทาง ประหยัดเวลาและถนอมแบต (สำหรับ NMC)

C-rate: ชาร์จที่บ้านเบาแค่ไหน กลาง

B7 C-rate อัตราการชาร์จเทียบความจุ

C\text{-rate} = \frac{P_{charge}\,[\text{kW}]}{E_{bat}\,[\text{kWh}]} = \frac{I}{C_{Ah}} \qquad 1C = \text{เต็มใน } \approx 1\ \text{ชั่วโมง}

วิธีชาร์จ (แบต 60 kWh)	กำลัง	C-rate	ผลต่อแบต
สายชาร์จพกพา 10 A	2.3 kW	0.04C	เบามาก แต่ OBC ทำงานนาน ประสิทธิภาพต่ำลงเล็กน้อย
วอลล์บ็อกซ์ 7.4 kW	7.4 kW	0.12C	เหมาะที่สุดสำหรับใช้ประจำ
วอลล์บ็อกซ์ 3 เฟส 22 kW	22 kW	0.37C	ยังเบา
ตู้ DC 150 kW	150 kW	2.5C (ช่วงสั้น)	ร้อน ใช้ได้เมื่อจำเป็น ไม่ควรใช้ทุกวัน

การสูญเสียระหว่างมิเตอร์กับแบตเตอรี่ กลาง

สายไฟในบ้านและสายชาร์จ: 0.5–2 % (ขึ้นกับขนาดสายและความยาว — คำนวณใน ระบบไฟบ้าน)
OBC (PFC + DC-DC): 4–8 % ที่กำลังพิกัด แต่ที่กำลังต่ำมาก ๆ ค่าคงที่ของวงจรควบคุม พัดลม ปั๊มน้ำหล่อเย็นกินสัดส่วนมากขึ้น
แบตเตอรี่: ความต้านทานภายในและการปรับสมดุลเซลล์ 1–3 %
ระบบในรถที่ทำงานระหว่างชาร์จ: คอมพิวเตอร์ ระบบทำความเย็นแบต (ในวันร้อนอาจหลายร้อยวัตต์)

ผลรวม: ชาร์จ AC ที่บ้านมีประสิทธิภาพราว 85–92 % ชาร์จด้วยกระแส 6–8 A ต่ำสุดอาจเหลือ 80–85 % ในวันร้อน ใช้ค่า 90 % สำหรับวอลล์บ็อกซ์และ 85–88 % สำหรับสายชาร์จพกพา

เครื่องคำนวณเวลาชาร์จ

ชาร์จอย่างไรให้แบตอายุยาว พื้นฐาน

ปัจจัย	ผล	แนวปฏิบัติ
อุณหภูมิสูง	เร่งปฏิกิริยาข้างเคียง ความจุลดเร็ว	จอดในร่ม หลีกเลี่ยงชาร์จ DC ต่อเนื่องหลายรอบในวันร้อน
SOC สูงนาน ๆ	NMC เสื่อมเร็วที่แรงดันสูง	ตั้งขีด 80–90 % ใช้ตั้งเวลาให้ชาร์จเสร็จใกล้เวลาออกจากบ้าน
SOC ต่ำมาก	เสี่ยงเซลล์บางก้อนต่ำเกิน	อย่าปล่อยต่ำกว่า 10 % นาน ๆ
C-rate สูง	ความร้อน lithium plating เมื่อแบตเย็น	ชาร์จ AC ที่บ้านเป็นหลัก DC เมื่อเดินทาง
LFP กับการปรับเทียบ	เส้น OCV แบน BMS ประมาณ SOC ยาก	ชาร์จเต็ม 100 % เป็นครั้งคราวตามคู่มือ

คำถามที่พบบ่อย

ทำไมชาร์จรถ EV ช้าลงหลัง 80 %?

เมื่อแรงดันเซลล์เข้าใกล้ขีดสูงสุด ระบบจัดการแบตเตอรี่ (BMS) ต้องเปลี่ยนจากชาร์จกระแสคงที่ (CC) เป็นแรงดันคงที่ (CV) กระแสจึงค่อย ๆ ลดลงเพื่อไม่ให้เซลล์ใดเกินแรงดันและเพื่อให้เซลล์ทุกก้อนเต็มเท่ากัน การชาร์จ 80–100 % อาจใช้เวลาใกล้เคียงกับ 20–80 % โดยเฉพาะที่ตู้ DC

ควรชาร์จรถ EV ถึง 100 % ทุกวันไหม?

สำหรับแบต NMC ผู้ผลิตส่วนใหญ่แนะนำตั้งขีดไว้ 80–90 % สำหรับการใช้ประจำวัน และชาร์จ 100 % เฉพาะก่อนเดินทางไกล ส่วนแบต LFP หลายยี่ห้อแนะนำให้ชาร์จเต็ม 100 % เป็นครั้งคราว (อย่างน้อยสัปดาห์ละครั้ง) เพื่อให้ BMS ปรับเทียบค่า SOC ให้ถูก ให้ทำตามคู่มือรถ

ชาร์จที่บ้านด้วยไฟ AC ทำให้แบตเสื่อมเร็วไหม?

ไม่ การชาร์จ AC ที่บ้าน 2–11 kW มี C-rate ต่ำมาก (ประมาณ 0.05–0.2C) เป็นการชาร์จที่ถนอมแบตที่สุด สิ่งที่ทำให้แบตเสื่อมเร็วคือความร้อนสูง การชาร์จ DC กำลังสูงบ่อย ๆ และการจอดทิ้งที่ SOC 100 % นาน ๆ ในที่ร้อน