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 

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

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

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

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

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