การทำงานรถยนต์ไฟฟ้ามีกี่ขั้นตอน

รถไฟฟ้าทำงานอย่างไร

เมื่อเปรียบเทียบกับรถที่ใช้พลังงานจากน้ำมัน องค์ประกอบของรถไฟฟ้าไม่มีความซับซ้อน เช่น มอเตอร์ไฟฟ้า มีส่วนที่เคลื่อนที่เพียงส่วนเดียว ขณะที่รถยนต์ธรรมดามีเป็นร้อยส่วน

ระบบกำลัง

รถไฟฟ้าจะเก็บไฟฟ้าในแบตเตอรี่และนำมาใช้ในการขับเคลื่อนมอเตอร์เมื่อต้องการ โดยมีเครื่องควบคุมการทำงานของชุดแบตเตอรี่ นอกจากนยังมีเทคโนโลยีอื่นๆ เช่น เซลล์เชื้อเพลิง “Fuel cell” ซึ่งได้รับการพัฒนาสำหรับรถไฟฟ้าซึ่งมีหน้าที่สร้างไฟฟ้าผ่านกระบวนการทางเคมี ขณะขับขี่ตามความต้องการของรถไฟฟ้าชนิดนั้นๆ

ระบบพลังงาน
การไหลผ่านของกระแสไฟฟ้าจากที่เก็บอยู่ในแบตเตอรี่ไปยังมอเตอร์จะถูกกำหนดโดยตัวควบคุมเครื่อง (motor controller) ซึ่งเป็นเสมือน “สมอง” ของรถและเป็นองค์ประกอบหลักของระบบพลังงาน ถ้ารถไฟฟ้ามีระบบมอเตอร์แบบกระแสสลับ ระบบพลังงานจะมีส่วนที่เป็นตัวแปลงกลับ (inverter) เพื่อเปลี่ยนกระแสไฟแบบ DC จากแบตเตอรี่เป็นกระแส AC สำหรับมอเตอร์

การขับเคลื่อน

ส่วนนี้เป็นกล้ามเนื้อของรถไฟฟ้าอเตอร์ไฟฟ้าซึ่งเปลี่ยนพลังงานไฟฟ้าให้เป็นพลังงานกล ซึ่งถูกส่งไปยังล้อผ่านเพลา เพื่อขับเคลื่อนยานพาหนะ

ระบบการชาร์จ

เครื่องชาร์จเปลี่ยนกระแสไฟฟ้ากระแสสลับเป็นกระแสตรง เพื่อป้อนให้กับแบตเตอรี่ในการเก็บพลังงาน หลังจากได้ใช้ไปจนหมด รถไฟฟ้าบางประเภทมีเครื่องประจุแบตเตอรี่อยู่บนตัวรถ ขณะที่รถไฟฟ้าบางประเภทใช้เครื่องชาร์จติดตั้งภายนอกและทำการชาร์จในบริเวณที่จัดไว้ กระแสไฟฟ้าจะถูกส่งผ่านไปยังรถโดยผ่านเครื่องชาร์จ

ระยะเวลาที่ใช้ในการชาร์จรถไฟฟ้าขึ้นอยู่กับปัจจัยหลัก 2 ประการ ดังนี้
1) ระดับของแบตเตอรี่ที่ใช้ไป
2) ระดับของไฟฟ้าที่ใช้ในการชาร์จแบตเตอรี่
IWC หรือ กรรมาธิการผู้ประกอบการยานพาหนะไฟฟ้าแห่งชาติ(The National Electric Vehicle Infrastructure Working Council) ได้กำหนดระดับการชาร์จรถไฟฟ้าใน 3 ระดับ ดังนี้

ระดับที่ 1 (ช้า)

ใช้ไฟฟ้าทั่วไปในการชาร์จ ด้วยเครื่องมือแบบ“three – prong receptacle” ซึ่งพบในบ้านและที่ทำงาน เครื่องชาร์จลักษณะนี้สามารถชาร์จได้ทุกที่ แต่มีกระแสไฟที่จำกัดเพียง 10 แอมแปร์ การชาร์จระดับ 1 จะใช้เวลา 8 – 14 ชม. หรือมากกว่า สำหรับการชาร์จที่สมบูรณ์ ซึ่งขึ้นอยู่กับขนาดของแบตเตอรี่

ระดับที่ 2 (ระดับปกติ)

เป็นวิธีการเบื้องต้นสำหรับการชาร์จรถไฟฟ้าและต้องจัดหาอุปกรณ์พิเศษสำหรับรถไฟฟ้า ระดับที่ 2 ใช้เวลาในการชาร์จ 4 – 8 ชม. ขึ้นอยู่กับระดับความ “ต่ำ” ของแบตเตอรี่ ระดับธรรมดานี้สามารถใช้กับสถานีชาร์จในบ้าน ขนส่งมวลชนและสถานีชาร์จสาธารณะ

ระดับที่ 3 (อย่างรวดเร็ว)

ระดับนี้เป็นการชาร์จโดยใช้ไฟแรงดันสูง ซึ่งสามารถชาร์จได้ภายใน 10 –20 นาที เครื่องชารจ์ระดับที่ 3 ซึ่งยังอยู่ในขั้นตอนการพัฒนา

ประเภทของยานยนต์ไฟฟ้า

ยานยนต์ไฟฟ้า (Electric Vehicle, xEV) คือยานยนต์ที่ขับเคลื่อนด้วยมอเตอร์ไฟฟ้า ไม่ว่าจะเป็นการขับเคลื่อนด้วย
มอเตอร์ไฟฟ้าเพียงอย่างเดียว หรือท างานร่วมกับเครื่องยนต์ โดยสามารถแบ่งได้เป็น 4 ประเภท ได้แก่
1.ยานยนต์ไฟฟ้าพลังงานผสม หรือไฮบริด (Hybrid Electric Vehicle, HEV)
2. ยานยนต์ไฟฟ้าพลังงานผสมแบบเสียบปลั๊ก หรือปลั๊กอินไฮบริด (Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV)
3.ยานยนต์ไฟฟ้าพลังงานแบตเตอรี่ (Battery Electric Vehicle, BEV)
4.ยานยนต์ไฟฟ้าพลังงานเซลล์เชื้อเพลิง (Fuel Cell Electric Vehicle, FCEV)

“เทคโนโลยียานยนต์ที่ขับเคลื่อนด้วยพลังงานไฟฟ้า”

จากการที่น้ำมันปิโตรเลียมมีแนวโน้มที่จะ หมดไปในอนาคต และได้มีการประมาณการไว้ว่ารถที่ขับเคลื่อนด้วยพลังงานไฟฟ้าจะเริ่มเข้ามามีบทบาทตั้งแต่ ค.ศ. 2020 และจะเข้ามาแทนที่ยานยนต์ที่ขับเคลื่อนโดยใช้เครื่องยนต์สันดาป ทำให้มีการคิดค้นเทคโนโลยีใหม่ที่ใช้พลังงานทดแทน มาแทนที่ โดยพลังงานทดแทนหนึ่งที่มีความน่าสนใจ คือ พลังงานไฟฟ้า ซึ่งสามารถผลิตได้จากหลายกรรมวิธี เช่น จาก พลังงานแสงอาทิตย์ พลังงานลม พลังงานน้ำ ถ่านหิน หรือแม้กระทั่งพลังงานจากก๊าซธรรมชาติ โดยยานยนต์ที่มีการพัฒนาให้ใช้พลังงานไฟฟ้าในการขับเคลื่อน อาทิ ยานยนต์ Hybrid Electric Vehicle (HEV) ยานยนต์ Plug-in Hybrid Electric Vehicle (PHEV)รวม ถึง ยานยนต์ Electric Vehicle (EV)

            ยานยนต์ที่ขับเคลื่อนด้วยพลังงานไฟฟ้า
         ยานยนต์ Hybrid Electric Vehicle เป็นยานยนต์ ที่ผสานเครื่องยนต์สันดาปภายในของรถในปัจจุบันพร้อมด้วยแบตเตอรี่และ มอเตอร์ไฟฟ้าของรถไฟฟ้า ทำให้สามาถลดอัตราการสิ้นเปลืองน้ำมันเชื่อเพลิง ในระยาทางที่วิ่งเท่ากัน และมีประมาณไอเสียต่ำ ดังนั้นจึงเป็นการดูแลรักษ์สิ่งแวดล้อมอีกด้วย
            หลักการทำงานของยานยนต์  Hybrid Electric Vehicle (HEV) คือ เป็นการผสานการทำงาน จากแหล่งพลังงานสองแหล่ง คือ จากเครื่องยนต์ และไฟฟ้าจากแบตเตอรี่ โดยภาพรวมขั้นตอนการทำงาน ของยานยนต์  Hybrid Electric Vehicle (HEV) เป็นดังนี้
         1. ที่ความเร็วต่ำ
            จากเริ่มออกตัวสู่ความเร็วต่ำพลังงาน จากแบตเตอรี่จะถูกส่งไปยังมอเตอร์ไฟฟ้า เพื่อขับชุดอุปกรณ์ส่งถ่ายกำลัง เพื่อไปขับเคลื่อน ล้อรถ และเมื่อใดที่พลังงานสะสมในแบตเตอรี่ต่ำ เครื่องยนต์จะมีการทำงานและเปลี่ยนรูปจาก พลังงานกลเป็นพลังงานไฟฟ้าโดยเจเนอเรเตอร์ และไปสะสมไว้ในแบตเตอรี่
            2. ที่อัตราเร่งสูง
            พลังงานที่ใช้ในการขับเคลื่อนจะมาจากเครื่องยนต์ โดยส่วนหนึ่งมีการเปลี่ยนรูปจากพลังงานกลเป็นพลังงานไฟฟ้า โดยเจเนอเรเตอร์ ไปยังมอเตอร์ไฟฟ้าเพื่อขับชุดอุปกรณ์ส่งถ่ายกำลังเพื่อไปขับเคลื่อนล้อรถ และนอกจากนี้ยัง มีพลังงานเพิ่มเติมที่ใช้ในการขับเคลื่อนจาก แบตเตอรี่อีกทางหนึ่ง
            3. การขับขี่บนทางด่วน หรือ ความเร็วสูง พลังงานที่ใช้ในการขับเคลื่อนจะมาจาก เครื่องยนต์ โดยส่วนหนึ่งมีการเปลี่ยนรูปจาก พลังงานกลเป็นพลังงานไฟฟ้า โดยเจเนอเรเตอร์ ไปยังมอเตอร์ไฟฟ้า เพื่อขับชุดอุปกรณ์ส่งถ่าย กำลังเพื่อไปขับเคลื่อนล้อรถ ซึ่งขณะที่ความเร็ว ลดลง พลังงานกลบางส่วนที่ได้จากเครื่องยนต์ จะถูกเปลี่ยนรูปเป็นพลังงานไฟฟ้าโดยเจเนอเรเตอร์ และไปสะสมไว้ในแบตเตอรี่
            4. ขณะลดความเร็ว/มีการเบรค เมื่อมีการลดความเร็วหรือเบรคนั้น พลังงานจลน์ที่ได้จากการลดความเร็วหรือเบรค จะถูกเปลี่ยนรูปเป็นพลังงานไฟฟ้า โดยมอเตอร์ ไฟฟ้า (ซึ่งขณะนี้ทำหน้าที่เป็น Generator) แล้ว ไปสะสมในแบตเตอรี่
            5. ขณะรถยนต์หยุดนิ่ง เครื่องยนต์จะหยุดการทำงานเพื่อเป็นการ ประหยัดความสิ้นเปลืองการใช้พลังงานเชื้อเพลิง ขณะที่มอเตอร์ไฟฟ้าทำงานอย่างเงียบๆ โดย เตรียมพร้อมในการทำงานต่อไป และเมื่อใดที่ พลังงานสะสมในแบตเตอรี่ต่ำ เครื่องยนต์จะมี การทำงานและเปลี่ยนรูปจากพลังงานกลเป็น พลังงานไฟฟ้าโดย Generator และไปสะสมไว้ ในแบตเตอรี่

ยานยนต์ Plug-in Hybrid Electric Vehicle (PHEV) เป็นนวัตกรรมหนึ่งของการพัฒนายานยนต์ที่ใช้ พลังงานทางเลือก หลักการทำงานของรถยนต์ Plug-in Hybrid ก็จะคล้ายกับรถ Hybrid Electric Vehicle คือ จะเป็นการผสานทำงานของเครื่องยนต์ เผาไหม้ภายในที่ใช้ในปัจจุบันกับพลังงานไฟฟ้า แต่ยานยนต์ PHEV นั้นจะมีข้อแตกต่างตรงที่ พลังงานไฟฟ้าที่ได้สามารถชาร์จได้จากไฟบ้าน โดยใช้เวลาในการชาร์จประมาณ 5-8 ชั่วโมง หรือ เครื่องชาร์จที่ออกแบบมาพิเศษ (Quick Charge) โดยใช้เวลาในการชาร์จประมาณ 30 นาที ซึ่งจะสามารถประจุไฟฟ้าได้ประมาณ 80% และ สามารถขับเคลื่อนที่ระยะทางที่ไม่ไกลมากโดยใช้พลังงานไฟฟ้าอย่างเดียว ทำให้สามารถประหยัดเชื้อเพลิงได้สูง รวมถึงเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม

ยานยนต์ Electric Vehicle (EV) ใช้พลังงาน ไฟฟ้าจากแบตเตอรี่อย่างเดียว โดยไม่มีเครื่องยนต์สันดาปภายใน จึงไม่มีสารมลพิษที่เกิดขึ้นในขณะขับเคลื่อนหรือที่ เรียกว่า Zero Emission

         วัสดุที่ใช้สำหรับยานยนต์ ที่ขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้า
            มีแนวโน้ม ในการใช้วัสดุที่เบาขึ้น เพื่อช่วยประหยัดพลังงานในการขับขี้ แต่ยังคงมีความปลอดภัยเท่าเดิมหรือดีขึ้น ตัวอย่างวัสดุนี่นำมาใช้ ได้แก่
            ๐ เหล็กชนิดพิเศษ ที่มีความแข็งแรงสูง น้ำหนักน้อย มีความยืดหยุ่นเมื่อโดนแรงกระแทก
            ๐ คาร์บอนไฟเบอร์ มีน้ำหนักเบากว่าเหล็ก 50% และเบากว่าอะลูมิเนียม 30% คาร์บอนไฟเบอร์ ช่วยลดน้ำหนักได้ในระดับเดียวกับแมกนีเซียม นำมาผลิตเป็นส่วนประกอบบางส่วน เช่น หลังคาคาร์บอนไฟเบอร์  ซึ่งรถที่มีน้ำหนักเบานอกจากจะช่วยประหยัดพลังงานแล้ว ยังช่วยให้การขับเคลื่อนคล่องตัวยิ่งขึ้น
            ๐ พลาสติก ที่มีการวิจัยเป็นพิเศษ สามารถรับน้ำหนักได้ดี ทนความร้อนสูง และเก็บของเหลวได้อย่างมีประสิทธิภาพ นำมาแทนที่วัสดุที่มีน้ำหนักมาก ได้แก่ สานต่อเชื่อม โครง ฉนวน มาผลิตเป็นชิ้นส่วนภายใน เช่น ที่นั่ง และระบบป้องกันเสียงรบกวน

วัสดุอื่นๆ เช่น ฝากระโปรงหน้า ประตู และ ฝาปิดถังน้ำมัน ทำด้วยอะลูมิเนียม ซึ่งมีน้ำหนักน้อยกว่าเหล็กถึง 1 ใน 3 เท่า

การชาร์จไฟฟ้าเข้าไปในยานยนต์ เป็นการชาร์จแบตเตอรี่โดยใช้ไฟฟ้าบ้านใช้ เวลาชาร์จประมาณ 5 ชั่วโมง หากใช้ า Quick Charge ก็จะใช้เวลาประมาณ 30 นาที

ปัจจุบันยานยนต์ที่ขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้า เริ่มเข้ามามีบทบาทในประเทศไทยโดยภาครัฐได้ให้การสนับสนุน และแนวโน้มที่ภาครัฐและเอกชนจะต้องร่วมกันพัฒนาเพื่อส่งเสริมยานยนต์ที่ขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้า ได้แก่ การพัฒนาสถานีบริการชาร์จไฟฟ้าแบตเตอรี่ การจัดหาพลังงานไฟฟ้าให้เพียงพอต่อปริมาณการใช้ในอนาคต การสนับสนุนให้มีการติดตั้ง Solar Roof Top เพื่อเป็นแหล่งพลังงานไฟฟ้าเพิ่มขึ้น รวมถึงการส่งเสริมด้านการลงทุน และการให้ Incentive ด้านภาษี เมื่อประเทศไทยมีวางแผนและเตรียมความพร้อมในด้านดังกล่าว จะให้ประเทศไทยเป็นผู้นำด้านการผลิตยานยนต์ Plug-in Hybrid Electric Vehicle ในอนาคต เป็นการช่วยส่งเสริมพัฒนาเศรษฐกิจของประเทศ และดูแลสิ่งแวดล้อมไปในขณะเดียวกัน ซึ่งส่งผลให้ประเทศ เติบโตอย่างยั่งยืนสืบไป

แหล่งข้อมูล : เทคโนโลยียานยนต์ที่ขับเคลื่อนด้วยพลังงานไฟฟ้า, In website, Retrieved December 21, 2015 from http://goo.gl/9R9KHi