// บทที่ 17.4 · ระบบชาร์จรถยนต์ไฟฟ้าที่บ้าน · Home Wallbox (Mode 3)

ชาร์จเร็วที่บ้านด้วยวอลล์บ็อกซ์ (Mode 3): 7.4 / 11 / 22 kW, Control Pilot PWM, Proximity และการเลือกเครื่อง

วอลล์บ็อกซ์คือวิธีชาร์จที่บ้านซึ่งเร็วและปลอดภัยที่สุด เพราะต่อตายตัวกับวงจรเฉพาะ ไม่มีปลั๊กที่หลวมได้ และสื่อสารกับรถตลอดเวลา สิ่งที่น่าทึ่งคือ “ภาษา” ระหว่างเครื่องชาร์จกับรถใช้แค่ไฟสัญญาณเส้นเดียว ตัวต้านทานสองสามตัว และไดโอดหนึ่งตัว — หน้านี้แกะวงจรนั้นทีละขั้น พร้อมแล็บให้ลองเปลี่ยนสถานะเอง

เขียนโดย อาจารย์มดอัปเดต 13 ต.ค. 2569

แล็บ Control Pilot 7.4 / 11 / 22 kW สัญญาณ CP Load balancing เลือกซื้อ

สรุปใน 30 วินาที

บ้าน 1 เฟส: สูงสุด 32 A = 7.4 kW · บ้าน 3 เฟส: 16 A = 11 kW, 32 A = 22 kW
Duty cycle ของ PWM 1 kHz บอกกระแส: $I = 0.6\,D$ (D เป็น %) เช่น 53.3 % → 32 A
รถตอบด้วยแรงดัน: 12 V ยังไม่เสียบ · 9 V เสียบแล้ว · 6 V ขอชาร์จ
รถดึงกระแส = ค่าน้อยที่สุดของ PWM · สาย (PP) · OBC
Load balancing ลดกระแสรถอัตโนมัติไม่ให้เมนเบรกเกอร์ทริป

วอลล์บ็อกซ์ 7.4 / 11 / 22 kW ต่างกันอย่างไร พื้นฐาน

W1 Wallbox power กำลังของวอลล์บ็อกซ์

P_{1\varphi} = 230\,I \qquad P_{3\varphi} = 3 \times 230\,I = \sqrt{3}\times 400\,I

รุ่น	ระบบไฟ	กระแส/เฟส	กำลัง	เบรกเกอร์ (C, ×1.25)	km ต่อชั่วโมง*
3.7 kW	1 เฟส	16 A	3.68 kW	20 A	22
7.4 kW	1 เฟส	32 A	7.36 kW	40 A	44
11 kW	3 เฟส	16 A	11.0 kW	20 A (3P)	66
22 kW	3 เฟส	32 A	22.1 kW	40 A (3P)	132

* ที่ 15 kWh/100 km ประสิทธิภาพ 90 % และเมื่อ OBC ของรถรับได้เต็มกำลัง

ข้างในวอลล์บ็อกซ์ พื้นฐาน

คอนแทกเตอร์ สวิตช์กำลังที่ต่อ L (และ N) เข้าหัวชาร์จเมื่อได้สถานะ C เท่านั้น — ไม่มีไฟที่ขาหัวชาร์จขณะถือหัวไว้ในมือ
ตรวจจับไฟรั่ว AC 30 mA และ DC 6 mA (RDC-DD) หรือใช้ RCD Type B ที่ตู้ไฟ — ความปลอดภัย
ไมโครคอนโทรลเลอร์ + วงจร CP สร้าง PWM ±12 V และวัดแรงดันตอบกลับ
มิเตอร์ในตัว นับ kWh (รุ่นที่ใช้คิดเงินต้องมี MID/มาตรวิทยา)
ตรวจหน้าสัมผัสคอนแทกเตอร์ติด (welding detection) และตรวจอุณหภูมิขั้วต่อ
การสื่อสาร Wi-Fi/Ethernet/4G โปรโตคอล OCPP สำหรับแอปตั้งเวลาและจัดการโหลด

สัญญาณ Control Pilot: ภาษาของเครื่องชาร์จกับรถ กลาง

เครื่องชาร์จส่ง ±12 V ผ่าน R1 1 kΩ รถต่อไดโอดและ R2 (เสียบแล้ว) แล้วปิดสวิตช์ S2 ต่อ R3 ขนาน (พร้อมชาร์จ) แรงดันที่จุดวัดจึงลดเป็นขั้น ๆ

W2 Duty cycle → maximum current duty cycle บอกกระแสสูงสุด (IEC 61851-1 / SAE J1772)

I_{max} = 0.6\,D \quad (10\,\% \le D \le 85\,\%) \qquad I_{max} = 2.5\,(D-64) \quad (85\,\% < D \le 96\,\%)

W3 Current → duty cycle ต้องการกระแสนี้ ตั้ง duty เท่าไร

D = \frac{I}{0.6}\ \ (6 \le I \le 51\ \text{A}) \qquad D = \frac{I}{2.5}+64\ \ (51 < I \le 80\ \text{A})

duty 5 % มีความหมายพิเศษ: “คุยกันแบบดิจิทัล” ตาม ISO 15118 (สัญญาณสื่อสารซ้อนบนสาย CP) ใช้กับตู้ DC และระบบ Plug & Charge ส่วน duty ต่ำกว่า 8 % (ยกเว้น 5 %) หรือสูงกว่า 97 % หมายถึงห้ามชาร์จ

W4 Pilot voltage seen by the EVSE แรงดันที่เครื่องชาร์จวัดได้ (ครึ่งบวกของ PWM)

V_{CP} = V_D + (12 - V_D)\,\frac{R_{car}}{R_{car} + 1\ \text{k}\Omega} \qquad V_D \approx 0.7\ \text{V}

สถานะ	$V_{CP}$ ครึ่งบวก	ฝั่งรถ	ความหมาย
A	+12 V (ไม่มี PWM)	ไม่ได้ต่อ	ยังไม่เสียบ
B	+9 V	R2 2.74 kΩ	เสียบแล้ว รถยังไม่ขอไฟ (เครื่องชาร์จเริ่ม PWM)
C	+6 V	R2 ∥ R3 = 882 Ω	รถขอชาร์จ → คอนแทกเตอร์ต่อ
D	+3 V	R2 ∥ 270 Ω	ชาร์จและต้องการระบายอากาศ
E	0 V	—	ไฟเครื่องชาร์จดับหรือ CP ลัดลงดิน
F	−12 V	—	เครื่องชาร์จขัดข้อง

ครึ่งลบของ PWM ต้องอยู่ที่ −12 V เสมอ ไดโอดในรถทำให้ฝั่งรถไม่ดึงกระแสในครึ่งลบ เครื่องชาร์จจึงใช้ครึ่งลบตรวจว่ามีรถจริง (ไม่ใช่ตัวต้านทานลัดลงดิน)

ตัวอย่าง W-1

ตรวจแรงดัน CP สถานะ B และ C

สถานะ B: W4 $V = 0.7 + 11.3 \times \dfrac{2740}{3740} = 0.7 + 8.28 = 8.98\ \text{V} \approx 9\ \text{V}$ ✓
สถานะ C: $R_{car} = \dfrac{2740 \times 1300}{2740 + 1300} = 882\ \Omega$ → $V = 0.7 + 11.3 \times \dfrac{882}{1882} = 6.0\ \text{V}$ ✓
นี่คือเหตุผลที่ค่าตัวต้านทานในมาตรฐานเป็นเลขแปลก ๆ อย่าง 2.74 kΩ — ออกแบบให้แรงดันออกมาเป็น 9 V และ 6 V พอดีเมื่อรวมไดโอด

ตัวอย่าง W-2

ตั้งวอลล์บ็อกซ์ที่ 32 A 16 A และ 65 A

W3: 32 A → $D = 32/0.6 = 53.3\,\%$ ความกว้างพัลส์ 533 µs ในคาบ 1 ms
16 A → $D = 26.7\,\%$ · 6 A (ต่ำสุด) → $D = 10\,\%$
65 A เกิน 51 A ใช้ช่วงที่สอง: $D = 65/2.5 + 64 = 90\,\%$ ตรวจกลับด้วย W2: $2.5(90-64) = 65\ \text{A}$ ✓

Proximity Pilot: สายบอกพิกัดของตัวเอง กลาง

W5 Current actually drawn กระแสที่รถดึงจริง

I_{EV} = \min\!\left(I_{PWM},\ I_{PP},\ I_{OBC}\right) \qquad R_{PP}:\ 1.5\,\text{k}\Omega{=}13\,\text{A},\ 680\,\Omega{=}20\,\text{A},\ 220\,\Omega{=}32\,\text{A},\ 100\,\Omega{=}63\,\text{A}

ในหัว Type 2 มีตัวต้านทานระหว่างขา PP กับ PE ค่าของมันบอกพิกัดกระแสของสายเส้นนั้น เครื่องชาร์จแบบมีเต้ารับ (untethered) อ่านค่านี้แล้วจำกัดกระแส ป้องกันการใช้สาย 13 A กับเครื่อง 32 A ลองเปลี่ยนสายในแล็บด้านล่าง

แล็บ Control Pilot: ลองเปลี่ยนสถานะ กระแส และสาย

Dynamic load balancing: ไม่ให้เมนทริปเมื่อเปิดแอร์ กลาง

ระบบจัดการโหลดใช้ CT คล้องสายเมนหลังมิเตอร์ วัดกระแสที่บ้านใช้ทุกวินาที แล้วสั่งวอลล์บ็อกซ์เปลี่ยน duty cycle ทันที รถจะลดกระแสตามภายในไม่กี่วินาที (มาตรฐานกำหนดให้รถตอบสนองภายใน 5 วินาที)

W6 Dynamic load balancing กระแสที่อนุญาตให้รถ

I_{EV}(t) = \min\!\Big(I_{set},\ \max\!\big(0,\ I_{main} - I_{house}(t) - I_{margin}\big)\Big) \qquad I_{EV} < 6\ \text{A} \Rightarrow \text{หยุดชั่วคราว}

ตัวอย่าง W-3

เมน 63 A บ้านใช้ 40 A ตอนหัวค่ำ

ตั้งเผื่อ $I_{margin} = 5$ A → W6: $I_{EV} = \min(32,\ 63 - 40 - 5) = 18\ \text{A}$
W3: วอลล์บ็อกซ์ส่ง duty $18/0.6 = 30\,\%$ → รถชาร์จ $230 \times 18 = 4.1$ kW
สี่ทุ่ม แอร์ห้องนั่งเล่นปิดและครัวเลิกใช้ บ้านเหลือ 6 A → $I_{EV} = \min(32, 52) = 32$ A ชาร์จเต็ม 7.4 kW
ผล: ไม่ต้องขยายมิเตอร์จาก 30(100) A หรือเปลี่ยนเป็น 3 เฟส และยังชาร์จเต็มในคืนเดียว

ระบบเดียวกันใช้กับ การชาร์จจากโซลาร์ส่วนเกิน: CT วัดกระแสที่กำลังไหลออกกริด แล้วตั้ง $I_{EV}$ ให้เท่ากับส่วนเกินนั้น อ่านที่ โซลาร์ + แอร์ + รถ

ไฟ 3 เฟสกับรถ OBC เฟสเดียว: ปัญหาเฟสไม่สมดุล ขั้นสูง

บ้าน 3 เฟสที่ใช้รถ OBC เฟสเดียว 32 A จะดึงกระแส 32 A ที่เฟสเดียว เพิ่มความไม่สมดุลระหว่างเฟสและกระแสในสายนิวทรัล การไฟฟ้าบางแห่งจำกัดกระแสไม่สมดุลต่อจุดต่อไฟ ควรเลือกเฟสที่มีโหลดน้อยให้วอลล์บ็อกซ์ หรือใช้วอลล์บ็อกซ์ที่สลับเฟสอัตโนมัติ (phase switching) ซึ่งมีประโยชน์กับการชาร์จจากโซลาร์ด้วย: เมื่อโซลาร์เกินน้อยใช้ 1 เฟส 6 A (1.4 kW) ต่ำสุด เมื่อเกินมากสลับเป็น 3 เฟส (ต่ำสุด 4.1 kW) — ความเข้าใจเรื่ององค์ประกอบสมมาตรช่วยอธิบายผลของความไม่สมดุลนี้ (องค์ประกอบสมมาตร)

เกณฑ์เลือกซื้อวอลล์บ็อกซ์ พื้นฐาน

หัวข้อ	ควรมี	เหตุผล
มาตรฐาน	IEC 61851-1, IEC 62196 (หัว), มอก./การรับรองที่การไฟฟ้ายอมรับ	การไฟฟ้าใช้ตรวจตอนขออนุญาต
การตรวจไฟรั่ว DC	RDC-DD 6 mA ในตัว (IEC 62955) หรือใช้ RCD Type B ที่ตู้	ไม่ให้ RCD Type A ตาบอด
กำลัง	เท่ากับ OBC ของรถและระบบไฟบ้าน ปรับกระแสได้ 6–32 A	ไม่เสียเงินกับกำลังที่ใช้ไม่ได้
สายติดเครื่อง (tethered) หรือเต้ารับ	บ้าน: สายติดเครื่อง 5–7.5 m สะดวกกว่า	ลดการเสียบสายผิด
ตั้งเวลาและ load balancing	ตั้งเวลา Off-Peak, CT จัดการโหลด, โหมดโซลาร์	ประหยัดค่าไฟ ไม่ต้องขยายมิเตอร์
OCPP 1.6J / 2.0.1	เปลี่ยนแอปหรือผู้ให้บริการได้	ไม่ผูกกับระบบปิดที่อาจเลิกให้บริการ
IP / IK	IP54–IP65, IK08 ขึ้นไป สำหรับติดนอกบ้าน	ฝน ฝุ่น แรงกระแทก

คำถามที่พบบ่อย

วอลล์บ็อกซ์ 7 kW กับ 22 kW ควรเลือกอะไร?

ดูที่รถและระบบไฟบ้าน รถส่วนใหญ่มี OBC 7–11 kW บ้านส่วนใหญ่เป็นไฟ 1 เฟส จึงใช้ได้สูงสุด 7.4 kW (32 A) วอลล์บ็อกซ์ 22 kW ต้องการไฟ 3 เฟส 32 A และรถที่มี OBC 22 kW ซึ่งมีน้อย สำหรับบ้านทั่วไป 7.4 kW ชาร์จได้ราว 44 km ต่อชั่วโมง เพียงพอสำหรับการชาร์จข้ามคืน

Control Pilot คืออะไร?

เป็นสายสัญญาณเส้นเดียวในหัวชาร์จที่เครื่องชาร์จส่งคลื่นสี่เหลี่ยม ±12 V ความถี่ 1 kHz ความกว้างพัลส์ (duty cycle) บอกกระแสสูงสุดที่รถดึงได้ เช่น duty 53.3 % = 32 A ส่วนรถตอบกลับด้วยการต่อตัวต้านทานลงดินทำให้แรงดันลดเหลือ 9 V (เสียบแล้ว) หรือ 6 V (พร้อมชาร์จ) เป็นภาษาง่าย ๆ ที่ปลอดภัยแม้ไม่มีคอมพิวเตอร์

Dynamic load balancing จำเป็นไหม?

จำเป็นถ้ากระแสรวมของบ้านเมื่อรวมรถแล้วอาจเกินเมนเบรกเกอร์หรือมิเตอร์ ระบบนี้ใช้ CT วัดกระแสเข้าบ้าน แล้วลดกระแสชาร์จอัตโนมัติเมื่อบ้านใช้ไฟมาก (เช่น เปิดแอร์หลายเครื่องพร้อมเครื่องทำน้ำอุ่น) ช่วยให้ไม่ต้องขยายมิเตอร์ใหญ่เกินจำเป็น