ระบบขับเคลื่อนรถยนต์ไฮบริด ประเภทและหลักการทำงาน
สรุปใจความสำคัญ
- ระบบ Parallel Hybrid เป็นระบบไฮบริดที่ได้รับความนิยมมากที่สุดในเชิงพาณิชย์
- ระบบ Series Hybrid (EREV) ใช้เครื่องยนต์สันดาปเป็นเพียงเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ไม่ได้ขับเคลื่อนล้อโดยตรง
- ระบบ Through-the-Road (TTR) ช่วยให้ผู้ผลิตสามารถสร้างระบบขับเคลื่อนสี่ล้อโดยให้เครื่องยนต์และมอเตอร์แยกกันขับเคลื่อนคนละเพลา
ระบบขับเคลื่อนของรถยนต์ไฮบริด (Hybrid Vehicle Drivetrain) คือระบบที่ส่งกำลังไปยังล้อขับเคลื่อนโดยใช้แหล่งพลังงานมากกว่าหนึ่งรูปแบบ ซึ่งโดยทั่วไปจะประกอบด้วยเครื่องยนต์สันดาปภายใน (Internal Combustion Engine - ICE) และมอเตอร์ไฟฟ้าที่ทำงานร่วมกัน เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในการใช้เชื้อเพลิงและลดการปล่อยมลพิษ
หลักการทำงานเบื้องต้น
ระบบขับเคลื่อนไฮบริดจะเปลี่ยนพลังงานศักย์ที่เก็บไว้ในรูปแบบต่างๆ เช่น พลังงานเคมีจากน้ำมันเชื้อเพลิงและพลังงานไฟฟ้าจากแบตเตอรี่ ให้เป็นพลังงานจลน์เพื่อการขับเคลื่อน โดยมีรูปแบบการทำงานที่หลากหลาย ดังนี้:
- เครื่องยนต์สันดาป (ICE): ทำหน้าที่เป็นแหล่งพลังงานหลักหรือแหล่งชาร์จไฟให้แบตเตอรี่
- มอเตอร์ไฟฟ้า: ทำหน้าที่ขับเคลื่อนล้อหรือช่วยเสริมกำลังในขณะเร่งความเร็ว
- แบตเตอรี่/ซูเปอร์คาปาซิเตอร์: เก็บพลังงานไฟฟ้าเพื่อใช้ในมอเตอร์ไฟฟ้า
ประเภทของระบบขับเคลื่อนไฮบริด
1. ไฮบริดแบบขนาน (Parallel Hybrid)
ในระบบไฮบริดแบบขนาน ทั้งเครื่องยนต์สันดาปและมอเตอร์ไฟฟ้าสามารถขับเคลื่อนรถยนต์ได้แยกกัน หรือทำงานร่วมกันเพื่อเพิ่มกำลังขับเคลื่อน ซึ่งเป็นระบบที่ได้รับความนิยมมากที่สุด
หากแหล่งพลังงานทั้งสองถูกเชื่อมต่อที่แกนเดียวกัน ความเร็วของแกนนั้นจะต้องเท่ากัน และแรงบิดจะถูกนำมารวมกัน ตัวอย่างที่เห็นได้ชัดคือรถจักรยานไฟฟ้าส่วนใหญ่ และรถยนต์รุ่นแรกๆ ของ Honda Insight
2. ไฮบริดแบบอนุกรม (Series Hybrid)
ระบบไฮบริดแบบอนุกรม หรือที่รู้จักกันในชื่อ EREV (Extended-Range Electric Vehicle) คือระบบที่ล้อรถยนต์จะถูกขับเคลื่อนด้วยมอเตอร์ไฟฟ้าเพียงอย่างเดียว โดยที่เครื่องยนต์สันดาปจะทำหน้าที่เป็นเครื่องกำเนิดไฟฟ้า (Generator) เพื่อชาร์จไฟเข้าสู่แบตเตอรี่หรือส่งพลังงานไปยังมอเตอร์ไฟฟ้าโดยตรง
3. ไฮบริดแบบ Through-the-Road (TTR)
ระบบ TTR เป็นรูปแบบหนึ่งของไฮบริดแบบขนาน โดยที่เครื่องยนต์สันดาปจะขับเคลื่อนเพลาล้อคู่หนึ่ง ในขณะที่มอเตอร์ไฟฟ้าจะขับเคลื่อนเพลาล้ออีกคู่หนึ่ง ซึ่งช่วยให้การจัดการพลังงานทำได้ง่ายขึ้นและสามารถให้ระบบขับเคลื่อนสี่ล้อ (All-Wheel Drive) ได้ในบางสภาวะ ตัวอย่างรถยนต์ที่ใช้ระบบนี้ ได้แก่ BMW i8 และ Honda NSX รุ่นที่สอง
ประวัติศาสตร์และวิวัฒนาการ
ระบบขับเคลื่อนแบบผสมผสานมีประวัติศาสตร์ยาวนาน โดยเริ่มจากการใช้ในรถไฟดีเซล-ไฟฟ้า (Diesel-Electric) แม้ว่าในทางเทคนิคจะไม่ถือเป็นไฮบริดแท้ๆ เพราะมอเตอร์ไฟฟ้าไม่ได้เป็นแหล่งพลังงานเสริม แต่เป็นการแทนที่ระบบส่งกำลังทางกลไก
หนึ่งในตัวอย่างแรกๆ ของยานพาหนะทางบกที่ใช้ระบบไฮบริดคือรถโทรลลีย์บัส (Trolleybus) ในรัฐนิวเจอร์ซีย์ สหรัฐอเมริกา ช่วงปี 1935-1948 ซึ่งมีการติดตั้งเครื่องยนต์สันดาปเพื่อใช้ขับเคลื่อนโดยตรงเมื่อรถวิ่งออกนอกเส้นทางที่มีสายไฟ
ตารางเปรียบเทียบระบบไฮบริด
| คุณสมบัติ | Parallel Hybrid | Series Hybrid | TTR Hybrid | |||
|---|---|---|---|---|---|---|
| การขับเคลื่อนล้อ | ทั้งคู่ช่วยกันขับเคลื่อน | มอเตอร์ไฟฟ้าเท่านั้น | แยกเพลาการขับเคลื่อน | |||
| ขนาดแบตเตอรี่ | ขนาดเล็กถึงกลาง | ขนาดใหญ่ | ขนาดกลาง | |||
| จุดเด่น | ประสิทธิภาพสูงในเมือง | ขับเคลื่อนเหมือนรถไฟฟ้า 100% | สามารถทำ AWD ได้ง่าย |
คำถามที่พบบ่อย
รถยนต์ไฮบริดแบบ Parallel และ Series ต่างกันอย่างไร?
Parallel Hybrid คือระบบที่ทั้งเครื่องยนต์และมอเตอร์ไฟฟ้าสามารถส่งกำลังไปยังล้อได้พร้อมกันหรือแยกกัน ส่วน Series Hybrid คือระบบที่เครื่องยนต์ทำหน้าที่เพียงปั่นไฟให้มอเตอร์ไฟฟ้า ซึ่งเป็นผู้ขับเคลื่อนล้อเพียงผู้เดียว
การเบรกแบบรีเจนเนอเรทีฟ (Regenerative Braking) คืออะไร?
คือระบบที่เปลี่ยนพลังงานจลน์จากการเบรกให้เป็นพลังงานไฟฟ้าเพื่อนำกลับไปเก็บไว้ในแบตเตอรี่ ซึ่งพบได้บ่อยในระบบ Parallel Hybrid เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการใช้เชื้อเพลิง
รถยนต์ไฮบริดแบบ TTR คืออะไร?
สิ่งที่เรียกว่า Through-the-Road Hybrid คือระบบที่เครื่องยนต์สันดาปขับเคลื่อนเพลาหนึ่ง และมอเตอร์ไฟฟ้าขับเคลื่อนอีกเพลาหนึ่ง ทำให้รถยนต์สามารถขับเคลื่อนได้คนละเพลาแยกจากกัน
