fbpx
Thursday, November 14Modern Manufacturing

ยานยนต์ไฟฟ้า พาหนะแห่งอนาคต EP: 02

ใน ตอนที่ 1 ได้กล่าวถึงความเป็นมาของรถยนต์ไฟฟ้า  การจำแนกชนิดและข้อดีของรถยนต์ไฟฟ้า  ในตอนที่ 2 นี้จะกล่าวถึงรายละเอียดของรถยนต์ไฟฟ้าซึ่งสามารถจำแนกได้เป็น 4 ชนิดคือ Pure Electric Vehicle (PEV), Hybrid Electric Vehicle (HEV), Gridable HEV หรือ HEV ที่ชาร์จไฟฟ้าได้ และ Fuel cell Electric Vehicle (FEV) กันนะครับ



สวัสดีครับเพื่อนๆ นักอ่านผู้สนใจเทคโนโลยีทุกท่าน  การได้เขียนบทความใน Modern Manufacturing นั้นนอกจากผมจะได้ให้ความรู้แก่ท่านผู้อ่านแล้ว  ผมก็ยังได้รับทราบความเปลี่ยนแปลงด้านการตลาดและเทคโนโลยีด้านระบบไฟฟ้าไปด้วย  เป็นการเปิดโลกทรรศน์ของผมในเรื่องความก้าวหน้าของเทคโนโลยีในวงการอุตสาหกรรม  ผมอยากให้เพื่อนๆเข้ามาอ่าน Modern Manufacturing กันเยอะๆครับ

Pure Electric Vehicle

ยานยนต์ไฟฟ้า หรือ EV นั้นมีข้อดี คือ ไม่ก่อให้เกิดมลพิษทางอากาศและถึงแม้ว่าจะรวมมลพิษของโรงผลิตไฟฟ้าแล้ว มลพิษโดยรวมก็ยังต่ำอยู่ดี  อุปสรรคสำคัญของ รถ EV คือ ระยะทางที่วิ่งได้ต่อการชาร์จหนึ่งครั้งน้อย  ราคาแพง  สถานีอัดประจุยังไม่มากและค่ายรถยนต์ใหญ่ยังไม่ทำตลาดรถยนต์ไฟฟ้า

ปัจจุบันรถ EV ยังใช้แบตเตอรี่เป็นอุปกรณ์หลักเพียงอย่างเดียวในการเก็บพลังงานโดยที่เทคโนโลยีแบตเตอรี่ ณ ปัจจุบัน ขนาดความจุพลังงานที่แบตเตอรี่เก็บได้ก็ยังน้อยกว่าพลังงานที่ได้จากการเติมน้ำมันในรถยนต์สันดาบภายใน  ถ้าหากเรานำรถยนต์ไฟฟ้ามาวิ่งในสภาพการจราจรของ กทม. โดยเปิดแอร์ด้วยแล้วละก็ จะวิ่งได้ระยะทางประมาณ 200 กิโลเมตร(อาจมากหรือน้อยกว่านี้)ต่อการชาร์จ 1 ครั้ง  ในขณะที่รถยนต์สันดาบภายในเติมน้ำมัน 1 ครั้งวิ่งได้ระยะประมาณ 500 กิโลเมตร  ผู้ใช้งานรถยนต์ไฟฟ้า (PEV) จะมีความกังวลใจในเรื่องแบตเตอร์รี่หมด เช่นถ้าแบตเหลือ 20% ผู้ใช้งานก็อาจจะไม่กล้าเสี่ยงวิ่งต่อถึงแม้ว่าระยะทางที่จะวิ่งไปเพียงแค่ 24 กิโลเมตรเท่านั้น(ตัวอย่างนะครับอย่าจริงจัง) แต่ถ้าหากเราคิดจะเพิ่มขนาดของแบตเตอรี่อีก 3-4 เท่าเพื่อให้ EV มีระยะทางวิ่งได้เทียบเท่ากับรถยนต์สันดาบภายในแล้วละก็ ราคาของรถ EV ก็จะเพิ่มขึ้นอีก 2-3 เท่าตัวซึ่งคงไม่ถูกเงินคนซื้อสักเท่าไหร่

นอกจากนี้แบตเตอรี่ในรถ EV ยังมีอายุการใช้งานตามรอบการชาร์จ อยู่ที่ประมาณ 1500 รอบ (Cycles) เทียบเป็นระยะเวลาประมาณ 4-5 ปี ถ้าในต่างประเทศคือครึ่งหนึ่งของอายุการใช้งานรถยนต์(10 ปี) หมายความว่าราคารถตลอดช่วงอายุการใช้งานจะสูงยิ่งขึ้นไปอีก  ยังยังไม่จบครับ รถ EV  ต้องใช้เวลาในการชาร์จด้วยไฟบ้านจะใช้เวลาประมาณ 5-8 ชั่วโมง(แรงดัน 110-220 Volt, กระแส 13-40 A, กำลังไฟ 2-4 kW) ซึ่งเวลาในการชาร์จนานเกินไปสำหรับรถที่มีการใช้งานต่อเนื่อง 

รูปที่ 1  EV Charger ขนาด 4 kW (ที่มาภาพ: SolarEdge)

แต่ถ้าหากเราใช้เทคโนโลยี Fast หรือ Quick Charge ก็จะใช้เวลา 20-30 นาทีเพื่อให้อัดประจุได้ถึง 80% ของพิกัดแบตเตอรี่(กำลังไฟพิกัด 50 kW แรงดัน 200-400 Volt กระแส 100-200 Amps) ซึ่งมีความเหมาะสมในการใช้งานสำหรับการใช้งานต่อเนื่องแต่ก็แน่นอน แลกมาด้วยราคาและค่าติดตั้งของสถานีชาร์จที่สูงมากและ

รูปที่ 2 Quick Charger ขนาด 50 kW (ที่มาภาพ: Delta Electronics)

อีกปัญหาหนึ่งที่จะมองข้ามไม่ได้คือกระบวนการ fast charge จะทำให้เกิดโหลดสูงสุดต่างกับโหลดต่ำสุดเป็นอย่างมาก ซึ่งจะก่อปัญหาให้กับระบบของการไฟฟ้าที่จะต้องเตรียมหม้อแปลงที่มีค่าพิกัดสูงกว่าปกติเพื่อรองรับโหลดสูงสุดที่เกิดขึ้นเป็นช่วงๆนี้  ผมเห็นช่วงนี้ก็เริ่มมีคอนโดหลายแห่งติดตั้งเครื่องชาร์จรถ EV แต่เหตุผลจะผิดเพี้ยนไปหน่อยคือติดตั้งเพื่อให้ตรวจ EIA ผ่านง่ายขึ้น(มันเกี่ยวอะไรกัน?) ไม่ว่ากัน แต่ก็ควรระวังเช่นกันหากใช้เครื่องชาร์จแบบ fast charge คือหม้อแปลงที่คอนโดของท่านได้ออกแบบไว้สำหรับโหลดสูงสุดของเครื่องชาร์จนี้แล้วหรือยัง  ถ้ายังลูกบ้านก็หารยาวครับเพราะกว่าจะเห็นผลก็คงเป็นช่วงหมดประกันพอดี    

เพื่อแก้ปัญหาการชาร์จใช้เวลานานนี้ปัจจุบันก็มีแนวคิดของบริษัทเมืองนอกบางรายคือ เปลี่ยนแบตแบบถังแก็สซะเลย แต่ก็ยังมีปัญหาอยู่อีกคือ แบตเตอรี่ต้องมีมาตรฐานเดียวกัน ขั้วต่อต่างๆเหมือนกัน ต้องมีช่องสำหรับใส่แบตเตอรี่ในรถ EV เป็นมาตรฐานเดียวกัน หวังว่า อเมริกา ยุโรป จีน ญี่ปุ่น คงจะคุยกันรู้เรื่องนะครับ

รูปที่ 3  พิกัดของ Charger และระยะเวลาในการชาร์จ ที่มาภาพ:  Spiritenergy.co.uk

Hybrid Electric Vehicle

เรียกสั้นๆ ว่า รถยนต์ไฮบริด (Hybrid) เป็นแบบดั้งเดิม คือ ไม่สามารถชาร์จไฟบ้านได้ โดย Micro HEV เอาไดสตาร์ตออกไปและแทนที่ไดชาร์จด้วย Integrated Starter Generator (ISG) (ขออนุญาตใช้ทับศัพท์นะครับ)  แทนที่จะขับเคลื่อนรถ ISG จะทำหน้าที่ Hybrid ที่สำคัญ 2 อย่าง  หน้าที่แรกคือ ดับเครื่องยนต์ในขณะที่รถอยู่นิ่งๆ ที่เรียกว่า Idle Start-stop ซึ่งช่วยประหยัดน้ำมันได้เป็นอย่างดีในสภาพการจราจรเมืองใหญ่  อีกหน้าที่นึงคือชาร์จแบตเตอรี่ในขณะที่เหยียบเบรคที่เรียกเป็นภาษาอังกฤษว่า Regenerative Braking   สำหรับ Mild HEV ตัว ISG ติดตั้งอยู่ระหว่างเครื่องยนต์กับระบบส่งกำลังซึ่ง ISG ในลักษณะนี้จะไม่เพียงแค่ทำหน้าที่ 2 อย่างข้างต้นเท่านั้น มันยังช่วยในการขับเคลื่อนรถด้วยทำให้สามารถลดขนาดชองเครื่องยนต์ลงมาได้ แต่เนื่องจากเครื่องยนต์กับ ISG ใช้แกนเดียวกัน จีงไม่สามารถจ่ายไฟออกมาได้ในช่วงเดินเครื่อง(สตาร์ทเครื่องยนต์ได้อย่างเดียว)  สุดท้าย Full HEV ใช้เทคโนโลยีหลักคือระบบ Electric Variable Transmission (EVT)  ระบบ EVT ทำได้ทุกอย่างของระบบ Hybrid ไม่ว่าจะเป็นการจ่ายไฟ  Idle Start-stop, Regenerative Braking และช่วยลดขนาดเครื่องยนต์ลง  เมื่อเปรียบเทียบกับรถไฟฟ้า (PEV) รถไฮบริดให้ระยะทางวิ่งได้มากกว่าและเทียบได้กับรถยนต์สันดาบภายใน (ICEV)โดยที่ยังใช้การเติมน้ำมันในปั๊มเช่นเดียวกันแต่อาจจะด้อยกว่ารถไฟฟ้าในเรื่องมลภาวะที่ปล่อยออกมาเท่านั้น  ความท้าทายสำคัญสำหรับรถไฮบริดก็คือจะลดความซับซ้อนของระบบที่ต้องใช้ทั้งมอเตอร์ไฟฟ้าและเครื่องยนต์ในการขับเคลื่อนลงได้อย่างไรและจะทำให้อุปกรณ์ขับเคลื่อนทั้งสองนี้ทำงานประสานกันในจุดที่เหมาะสมได้อย่างไร   จุดเปลี่ยนสำคัญของการพัฒนารถไฮบริดคือการนำ Toyota Prius ที่ใช้ระบบ EVT ออกสู่ตลาด

รูปที่ 4.1 1st Generation Toyota Prius (ที่มาภาพ: Wikipedia)

 

รูปที่ 4.2 3rd  generation Toyota Prius (ที่มาภาพ: Wikipedia)

กุญแจสำคัญ คือ การใช้ Planetary Gear เพื่อแบ่งแยกกำลังของเครื่องยนต์  ทางหนึ่งผ่าน Ring Gear ไปยังแกนระบบขับเคลื่อน อีกทางหนึ่งผ่าน Sun Gear ไปยัง เจเนอเรเตอร์  คอนเวอร์เตอร์แบบ Back-to-Back  มอเตอร์และท้ายสุดไปยังแกนระบบขับเคลื่อน   

รูปที่ 5  Planetary Gear (ที่มาภาพ: Onautomobileworld.blogspot.com)

 

รูปที่ 6  หลักการทำงานของ Planetary Gear (ที่มาภาพ: Onautomobileworld.blogspot.com)

ดังนั้นภายใต้สภาพถนนต่างๆกันเครื่องยนต์ก็ยังทำงานตรงจุดที่ประสิทธิภาพการใช้พลังงานดีที่สุดหรืออยู่ตรงเส้นประสิทธิภาพสูงสุด (Optimal Operation Line) ซึ่งเป็นผลให้รถกินน้ำมันน้อยลงอย่างเห็นได้ชัด แต่อย่างไรก็ตามผู้ใช้รถก็ไม่เชื่อมั่นกับระบบเกียร์ planetary เพราะทำให้เสียกำลังส่ง  เกียร์มีเสียงดังและต้องดูแลรักษาระบบหล่อลื่นให้ถึง อีกทั้งระบบโดยรวมก็ยังใหญ่และหนักมากอยู่

สำหรับในตอนที่ 3 จะเป็นรถอีก 2 ชนิดที่เหลือคือ gridable HEV หรือ HEV ที่ชาร์จไฟฟ้าได้ และ Fuel cell Electric Vehicle(FEV) นะครับ ติดตามชมได้อีกไม่นาน สำหรับวันนี้ผมต้องลาก่อนครับ สวัสดีครับ

ยานยนต์ไฟฟ้า พาหนะแห่งอนาคต EP: 01

Naris Chattranont
นริศ ชัชธรานนท์
ผู้อำนวยการกองธุรกิจบำรุงรักษาระบบไฟฟ้า
การไฟฟ้านครหลวง
Columnist พิเศษด้านเทคโนโลยีไฟฟ้าให้แก่ mmthailand.com และ Modern Manufacturing