รถยนต์ไฮบริด รถยนต์ไฟฟ้าและแบตเตอรี่

จุดประสงค์ของรถยนต์ไฮบริด (HEV) คือ การประหยัดน้ำมันเชื้อเพลิงโดยไม่ทำให้ประสิทธิภาพลดลงและ HEV ทำได้โดยใช้มอเตอร์ไฟฟ้าหนึ่งตัวหรือหลายตัวเพื่อช่วยเครื่องยนต์ระหว่างการเร่งความเร็วและเพื่อเปลี่ยนพลังงานจลน์เป็นกระแสไฟฟ้าเมื่อรถเบรค เครื่องยนต์จะดับเมื่อรถติดสัญญาณไฟจราจรและมอเตอร์ไฟฟ้าขับเคลื่อนรถผ่านการจราจรที่เคลื่อนตัวช้า เมื่อต้องใช้พลังงานเต็มทั้งเครื่องยนต์และมอเตอร์ไฟฟ้าจะทำงานร่วมกันเพื่อการเร่งความเร็วที่เหมาะสมที่สุด

HEV ใช้ระบบส่งกำลังเชิงกลเพื่อถ่ายโอนพลังงานจากเครื่องยนต์ไปยังล้อ ในแง่นี้ HEV จึงมีลักษณะคล้ายกับรถธรรมดาที่มีเพลาข้อเหวี่ยงและคลัตช์หรือที่เรียกว่าโครงสร้างแบบคู่ขนาน การประหยัดน้ำมันทำได้โดยการใช้เครื่องยนต์ที่มีขนาดเล็กลงซึ่งได้รับการปรับแต่งเพื่อให้ประหยัดน้ำมันสูงสุดแทนที่จะเป็นแรงบิดสูง Toyota อ้างว่ามีประสิทธิภาพสูงถึง 40 เปอร์เซ็นต์สำหรับ Prius ใหม่ การขับขี่ที่รวดเร็วได้รับการเสริมแรงบิดจากมอเตอร์ไฟฟ้าเนื่องจากระบบขับเคลื่อนนี้ให้แรงบิดที่ดีกว่าเครื่องยนต์ที่มีแรงม้าเท่ากัน

รูปที่ 1 แสดงโหมดต่างๆของระบบส่งกำลังไฟฟ้าใน HEV

พลังงานแบตเตอรี่ใช้สำหรับระยะเวลาสั้น ๆ เท่านั้น แบตเตอรี่ HEV แทบจะไม่พบรอบการชาร์จและจ่ายประจุเต็ม ซึ่งเป็นเรื่องปกติในรถยนต์ไฮบริด

แบตเตอรี่ส่วนใหญ่สำหรับ HEV รับประกัน 5-10 ปี ขึ้นอยู่กับเงื่อนไข เพื่อให้แบตเตอรี่มีอายุการใช้งานยาวนานแบตเตอรี่เซลล์จึงได้รับการปรับให้มีอายุการใช้งานที่ยืนยาวมากกว่าแบตเตอรี่ในผลิตภัณฑ์สำหรับผู้บริโภคอื่นๆ ผู้ผลิตแบตเตอรี่สามารถทำได้ในบางส่วนโดยใช้ตัวคั่นระหว่างขั้วบวกและขั้วลบที่หนาและทนทานกว่า เพื่อลดความเครียดแบตเตอรี่จะทำงานที่สถานะการชาร์จ (SoC) 30–80 เปอร์เซ็นต์หรือประมาณ 3.5–4.0V / เซลล์สำหรับ Li-ion แทนที่จะเป็น 3.0–4.20V / เซลล์ตามปกติ

แบตเตอรี่ HEV ทำงานชั่วขณะซึ่งมีความคล้ายคลึงกันกับแบตเตอรี่สตาร์ทเครื่องยนต์ โดยใช้การจ่ายพลังงานสั้น ๆ เพื่อเร่งความเร็วแทนที่จะปล่อยประจุไฟฟ้าที่ยาวนานและต่อเนื่องเหมือนในรถยนต์ไฟฟ้า (EV) โดยไม่ค่อยจะมีการคายประจุแบตเตอรี่ HEV ให้อยู่ในระดับตำ่กว่า 20 เปอร์เซ็นต์ (SoC) ภายใต้การใช้งานปกติ HEV แบบขนานจะใช้พลังงานน้อยกว่า 2 เปอร์เซ็นต์ของความจุแบตเตอรี่ที่มีอยู่ต่อหนึ่งไมล์ แต่ละปี ความจุของแบตเตอรี่จางหายไปโดยไม่มีใครสังเกตเห็นและแบตเตอรี่ HEV ยังคงทำงานได้ดีโดยมีความจุน้อยกว่าครึ่งหนึ่งของความจุเดิม

รูปที่ 2 แสดงความจุแบตเตอรี่ของรถยนต์ไฮบริด 6 คันที่ 256,000 กม. (160,000 ไมล์) การทดสอบนี้ทำโดย FreedomCAR and Vehicle Technologies Program (FCVT) ของกระทรวงพลังงานแห่งสหรัฐอเมริกาในปี 2549 ตามแนวทางปฏิบัติของ SAE J1634 และมีรถที่ได้ทดสอบประกอบด้วย Honda Civic, Honda Insight และ Toyota Prius

รูปที่ 2: ความจุแบตเตอรี่ที่เสื่อมอายุของ HEV ที่ 256,000 กม. (160,000 ไมล์)

รถ Honda Civic สองคันมีความจุเหลือ 68% Insight 85% และ Prius มี 39% ความจุที่จางลงไม่ได้ส่งผลต่อประสิทธิภาพการใช้เชื้อเพลิงมากนัก แม้จะมีความจุต่ำลงเมื่อสิ้นอายุการใช้งาน แต่ประสิทธิภาพการใช้เชื้อเพลิงก็ไม่ได้รับผลกระทบอย่างรุนแรง Insight แสดงให้เห็นว่าการประหยัดน้ำมันลดลง 1.2mpg (0.12L / km) ในขณะที่ Prius ลดประสิทธิภาพการใช้เชื้อเพลิงลง 3.2mpg (0.33L / km) การทดสอบนี้ทำการทดสอบด้วยการปิดเครื่องปรับอากาศทั้งสองกรณี

Plug-in Hybrid Electric Vehicle (PHEV)

PHEV ส่วนใหญ่ใช้ระบบส่งกำลังไฟฟ้าเต็มรูปแบบในการกำหนดค่าแบบอนุกรมโดยไม่มีการเชื่อมโยงทางกลจากเครื่องยนต์ไปยังล้อ ระบบจะทำงานโดยใช้มอเตอร์ไฟฟ้าเพื่อขับเคลื่อนเท่านั้นและ เครื่องยนต์จะทำงานเฉพาะเมื่อแบตเตอรี่เหลือน้อยเพื่อจ่ายกระแสไฟฟ้าให้กับมอเตอร์ไฟฟ้าและเพื่อชาร์จแบตเตอรี่ ระยะการขับขี่ของแบตเตอรี่ที่ชาร์จเต็มอยู่ที่ประมาณ 50 กม. (30 ไมล์)

PHEV เหมาะสำหรับการเดินทางของผู้อยู่อาศัยชานเมืองและทำธุระในเมือง ซึ่งในระยะทางขนาดนั้นจะไม่มีการใช้น้ำมันเมื่อขับรถโดยใช้แบตเตอรี่

ไม่เหมือนกับ HEV แบบขนานที่อาศัยพลังงานจากแบตเตอรี่ในช่วงเวลาสั้น ๆ เท่านั้น แต่แบตเตอรี่ รถ PHEV แบตเตอรี่จะต้องทำงานหนักกว่าใน HEV สิ่งนี้จะเพิ่มความเครียดของแบตเตอรี่และลดอายุการใช้งานมากกว่า หากเปรียบเทียบในขณะที่ความจุลดลงเหลือ 39 เปอร์เซ็นต์จะส่งผลต่อประสิทธิภาพของ Toyota Prius HEV เพียงเล็กน้อย แต่การสูญเสียดังกล่าวจะลดระยะการขับขี่ไฟฟ้าของ PHEV จาก 50 กม. เป็น 20 กม. (30 ถึง 12 ไมล์)

ความคุ้มค่า

HEV และ PHEV มีข้อดีในด้านความประหยัดและอัตราเร่งที่ดี แต่การประหยัดในระยะยาวอาจน้อยกว่าที่คาดไว้โดยเฉพาะอย่างยิ่งหากจำเป็นต้องเปลี่ยนแบตเตอรี่ใหม่ตลอดอายุการใช้งานของรถ อายุของแบตเตอรี่เป็นปัญหาที่ผู้ผลิตรถยนต์หลีกเลี่ยงที่จะกล่าวถึงเพราะกลัวว่าจะทำให้ผู้ซื้อเมินหนีไป ผู้ขับขี่รถยนต์ที่ใช้เครื่องยนต์ปกติคาดหวังว่าประสิทธิภาพของเครื่องยนต์จะลดลงเล็กน้อยตามอายุ แต่แบตเตอรี่ไม่ได้เป็นเช่นนั้น เจ้าของจะต้องยอมรับกับระยะทางที่ลดลงเล็กน้อยหรือความสิ้นเปลืองเชื้อเพลิงที่มากขึ้นเล็กน้อยในแต่ละปีที่ผ่านไปเนื่องจากอายุของแบตเตอรี่

เหนือสิ่งอื่นใดก็คือความเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม รถยนต์ HEV และ PHEV นั้นเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมมากกว่ารถยนต์ธรรมดามาก ดังนั้นจึงได้รับการส่งเสริมจากทางภาครัฐในด้านภาษีและสิ่งสนับสนุนอื่นๆ

เอกสารอ้างอิง

[1] Battery University, [Online]. Available: www.batteryuniversity.com

---

AEC Hybrid Plus ให้บริการตรวจวิเคราะห์แบตเตอรี่ไฮบริด (Hybrid battery analysis & testing) ซ่อมแบตเตอรี่ไฮบริด (Hybrid battery repair) ฟื้นฟูสภาพแบตเตอรี่ (Hybrid battery reconditioning) และเปลี่ยนชุดแบตเตอรี่ไฮบริด (Hybrid battery rebuild/replacement) ด้วยเครื่องมือที่ทันสมัย อะไหล่ที่มีคุณภาพและทีมงานที่เชี่ยวชาญ พร้อมใบรับประกัน