เครื่องชาร์จแบตเตอรี่แบบอินทิเกรทเต็ดสำหรับยานยนต์ไฟฟ้า
ระบบขับเคลื่อนมอเตอร์ที่ใช้พลังงานจากแบตเตอรี่เป็นส่วนสำคัญในระบบยานยนต์ไฟฟ้า ทำหน้าที่ควบคุมการทำงานของมอเตอร์ในการขับเคลื่อนยานยนต์ เนื่องจากระบบขับเคลื่อนมอเตอร์ดังกล่าวอาศัยพลังงานจากแบตเตอรี่ จึงจำเป็นที่จะต้องมีการชาร์จแบตเตอรี่เมื่อพลังงานไฟฟ้าในแบตเตอรี่หมด
ชาร์จเจอร์ที่ใช้ในการชาร์จแบตเตอรี่ของยานยนต์ไฟฟ้ามีสองแบบ คือ
- เป็นเครื่องชาร์จแบตเตอรี่จากสถานีชาร์จหรือเครื่องชาร์จแบตเตอรี่แบบออฟบอร์ด (Off-board charger) ซึ่งมีข้อดี ที่สามารถออกแบบให้มีพิกัดการจ่ายกำลังงานสูงๆ ได้ เพราะไม่มีข้อจำกัดของขนาด น้ำหนัก และพื้นที่ติดตั้ง
- เครื่องชาร์จที่ติดตั้งในตัวรถหรือเครื่องชาร์จแบตเตอรี่แบบออนบอร์ด (On-board charger) ซึ่งมีข้อดีคือ ตัวเครื่องมีขนาดเล็กและมีน้ำหนักเบา สามารถติดตั้งไว้ภายในยานยนต์โดยที่ไม่มีผลกระทบด้านน้ำหนักรวม ทำให้มีความสะดวกในการใช้งาน แต่มีข้อจำกัดทางด้านพิกัดกำลังงาน ทำให้ใช้เวลานานในการชาร์จแบตเตอรี่
ด้วยข้อจำกัดได้กล่าวมาข้างต้น ทำให้เครื่องชาร์จแบตเตอรี่แบบอินทิเกรทเต็ด (Integrated charger) เป็นอีกทางเลือกที่น่าสนใจสำหรับการชาร์จแบตเตอรี่ในยานยนต์ไฟฟ้า โดยการดัดแปลงวงจรภาคกำลังของระบบขับเคลื่อนมอเตอร์หรืออินเวอร์เตอร์ (Inverter) ที่มีในยานยนต์นั้นๆ อยู่แล้วให้สามารถชาร์จแบตเตอรี่ได้ด้วย
วิธีนี้มีข้อดีคือ สามารถชาร์จแบตเตอรี่ที่พิกัดกำลังไฟฟ้าสูงๆ ได้ เนื่องจากใช้อุปกรณ์ภาคกำลังชุดเดียวกันกับอินเวอร์เตอร์ซึ่งมีพิกัดกำลังงานที่สูง ทำให้สามารถประหยัดต้นทุนอุปกรณ์การผลิต ไม่ต้องเพิ่มพื้นที่ในการติดตั้งอุปกรณ์และไม่เพิ่มน้ำหนักรวมของยานยนต์
จุดเด่นของเครื่องชาร์จแบตเตอรี่แบบอินทิเกรทเต็ด
สามารถปรับเปลี่ยนการควบคุมให้เป็นวงจรแปลงผันพลังงานซึ่งขึ้นอยู่กับความเหมาะสมกับระดับแรงดันของแบตเตอรี่ที่เลือกใช้ ได้แก่ การควบคุมวงจรแบบบัค แบบบูส แบบบัค-บูส และแบบคาสเคดบัค-บูส ซึ่งการควบคุมการทำงานในแต่ละแบบสามารถชาร์จแบตเตอรี่และควบคุมค่ากระแสทางด้านระบบไฟฟ้ากระแสสลับให้มีลักษณะใกล้เคียงสัญญาณซายน์ ทำให้วงจรที่นำเสนอนี้มีประสิทธิภาพสูงและมีค่าตัวประกอบกำลังใกล้เคียง 1
รูปที่ 1 และรูปที่ 2 แสดงไดอะแกรมการทดสอบการทำงานเครื่องประจุแบตเตอรี่แบบอินทิเกรตเต็ดและต้นแบบจริงในห้องปฏิบัติ ตามลำดับ การทดสอบจะนำมาเชื่อมต่อกับแหล่งจ่ายไฟฟ้ากระแสสลับ 1 เฟส 220 โวลต์ 50 เฮิรตซ์ ที่กำลังไฟฟ้าสูงสุดที่ 3000 วัตต์ โดยจะประจุพลังงานลงแบตเตอรี่ ส่วนภาคระบบควบคุมจะใช้ชุดประมวลผล 32 บิต ของบริษัท Texas Instrument เบอร์ TMS320F28027 สำหรับควบคุมการสวิตช์ของอุปกรณ์สวิตชิ่งของวงจร โดยอุปกรณ์สวิตชิ่งที่ใช้เป็นมอสเฟตชนิดซิลิกอนคาร์ไบด์ (SiC MOSFET) และซิลิกอน (Si MOSFET)