ระบบอาจารย์ที่ปรึกษา

รหัสนักศึกษา * :

* สำหรับนักศึกษารหัส 57 และ 58



Home
Faculty Introduction
ประวัติคณะวิศวกรรมศาสตร์
ทำเนียบคณบดี
สารจาก อธิการบดี
สารจาก คณบดี
วิสัยทัศน์ & พันธกิจ
คณะกรรมการบริหาร
คณาจารย์
บทความที่ได้รับตีพิมพ์
VDO แนะนำคณะวิศวกรรมศาสตร์
Departments
Electronics Engineering
Computer Engineering
Telecommunication & ICE
Control, Instrumentation and Mechatronics Engineering
Electrical Power Engineering
Mechanical Engineering
Civil Engineering
Chemical Engineering
Industrial & Logistics Engineering
Undergraduate Programs
Postgraduate Programs
โครงงานวิศวกรรม
ระเบียบการดำเนินการวิชาโครงงานวิศวกรรม
Download Font ที่ใช้ในการทำรายงานวิชาโครงงานวิศวกรรม
E-Classroom
Research Center
MIMs
CAMER
D3MC
Microwave & Antenna
Career Opportunities
Contact Us








รถยนต์พลังงานไฟฟ้า อนาคต/ความฝัน/ของเล่นคนรวย?

อาจารย์ประสูตร  เดชสุวรรณ  
อาจารย์ประจำภาควิชาวิศวกรรมอิเล็กทรอนิกส์​ ​ 
คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีมหานคร  
2 กุมภาพันธ์ 2560  

       รถยนต์พลังงานไฟฟ้ากำลังจะมาแทนที่รถยนต์ที่ใช้เครื่องยนต์(เครื่องยนต์สันดาปภายใน) จริงหรือ? คำตอบคือ ใช่ แต่ไม่ใช่เร็วๆนี้ เมื่อต้นเดือนมกราคม ปี2017 รัฐบาลของประเทศเยอรมัน ประกาศนโยบายว่าภายในปี 2030 รถยนต์ที่ผลิตในประเทศจะถูกแทนที่ด้วยรถยนต์พลังงานไฟฟ้าทั้งหมด(เฮ ดีใจ จะได้ใช้รถมือสอง Mercedes-Benz, BMW, Audi, Volkswagen, Porsche จากเยอรมัน) แต่สำหรับประเทศไทยคงจะอีกนาน(เกิน20ปี จะบอกว่า30ปีก็เกรงใจ) เพราะราคา และการสนับสนุนของภาครัฐในด้านนโยบาย, ด้านภาษียังไม่ชัดเจนและเป็นรูปธรรม(การเมืองเปลี่ยนนโยบายก็พร้อมจะเปลี่ยน) อีกทั้งบริษัทผู้ผลิตรถยนต์ที่ตั้งอยู่ในประเทศ(Toyota, Honda, Nissan, Mitsubishi, Ford, Mazda, BMW, Mercedes-Benz และอื่นๆ )ก็ไม่ได้มีแผนที่จะพัฒนา และสนับสนุนในการใช้(ปัจจุบันอุตสาหกรรมประกอบรถยนต์ที่ใช้เครื่องยนต์ก็ได้รับการสนับสนุนด้านภาษีผ่าน BOI เป็นพิเศษ ทำให้ต้นทุนถูกขายได้ราคาแพง) รวมทั้งมีอุตสาหกรรมชิ้นส่วนที่นำมาประกอบเกี่ยวกับรถยนต์ที่ใช้เครื่องยนต์อีกหลายร้อยบริษัท(มีกลุ่มทุนและนักการเมืองเป็นหุ้นส่วน) ที่ไม่พร้อมจะลงทุนเปลี่ยนแปลงเทคโนโลยี ทั้งการจัดหาพลังงานที่มาจากอุตสาหกรรมปิโตรเลียมยังเป็นแหล่งพลังงานหลัก และทำกำไรได้สูง ยังคงขายได้ (รัฐบาลก็ได้ภาษีในส่วนนี้ค่อนข้างมาก) 

       เมื่อรถยนต์พลังงานไฟฟ้าเข้ามาแทนที่จะทำให้อุตสาหกรรมหลายอย่างจะต้องปิดตัวลง หากไม่ปรับตัว เนื่องด้วยรถยนต์พลังงานไฟฟ้าไม่ได้ใช้พลังงานจากน้ำมันและแก๊สทุกประเภท ไม่มีชิ้นส่วนที่เป็นเครื่องยนต์ และส่วนประกอบอื่นๆที่ทำงานร่วม(หม้อน้ำ มอเตอร์สตาร์ท ระบบเกียร์ที่ซับซ้อน) ชิ้นส่วนที่มีมากกว่า 20000ชิ้น ในระบบเครื่องยนต์จะถูกแทนด้วย ระบบมอเตอร์ไฟฟ้าที่มีส่วนประกอบน้อยกว่า 10000ชิ้น(ระบบเกียร์ของรถยนต์พลังงานไฟฟ้าที่มีแค่เกียร์เดียว เป็นเกียร์ทดรอบให้ต่ำลง) มาถึงตรงนี้แล้วคงรู้สึกหนาวๆร้อนๆแทนอุตสาหกรรมรถยนต์ที่ใช้เครื่องยนต์บ้างละครับ โรงงานจะต้องปิดกี่ร้อยโรง คนจะตกงานอีกกี่พันคน แต่ไม่ต้องตกใจไปสุดท้ายแล้วทุกคนจะปรับตัวไปได้เอง เหมือนกับยุคที่เราเปลี่ยนผ่านเทคโนโลยีอื่นๆ เช่นเปลี่ยนจากโทรศัพท์ปุ่มกด มาเป็นสมาร์ทโฟน (Nokia, Motorola, Ericson ) หรือการถ่ายภาพจากกล้องฟิล์มมาเป็นกล้องดิจิตอล (Kodak, Polaroid) ในวงเล็บคือรายชื่อบริษัทที่ประสบปัญหาขาดทุน และบางบริษัทต้องขายกิจการหรือสิทธิบัตรที่ตัวเองเป็นเจ้าของทั้งที่เคยเป็นยักษ์ใหญ่ในตลาด 
       เนื้อหาของบทความนี้จะเล่าคร่าวๆถึงเทคโนโลยีรถยนต์พลังงานไฟฟ้า และส่วนประกอบที่สำคัญ เมื่อพูดถึงเทคโนโลยีรถยนต์แบ่งประเภทตามเครื่องยนต์และพลังงานที่ใช้ได้ 3 แบบ
       1.รถยนต์เครื่องยนต์สันดาปภายใน (internal combustion engine) เป็นเครื่องยนต์ที่มีการเผาไหม้ของเชื้อเพลิงอยู่ภายในเครื่อง เช่น เครื่องยนต์เบนซิน  เครื่องยนต์ดีเซล หรือเครื่องยนต์เบนซินที่ดัดแปลงให้ใช้แก๊สธรรมชาติ(NGV, LPG) เป็นต้น
       2.รถยนต์ไฮบริด (Hybrid Cars) รถยนต์ที่ใช้เครื่องยนต์สันดาปภายใน ทำงานร่วมกับมอเตอร์ไฟฟ้า ในอัตราส่วน 50:50 หรือ 70:30 ตามแต่เทคโนโลยีของแต่ละผู้ผลิต ทำให้ประหยัดน้ำมันไปได้มาก เช่น Toyota Prius, Nissan X-Trail เป็นต้น
       3.รถยนต์พลังงานไฟฟ้า คือรถยนต์ที่ใช้มอเตอร์ไฟฟ้าเพียงอย่างเดียว โดยใช้พลังงานไฟฟ้าจากแบตเตอรี่เพียงอย่างเดียว
       รถยนต์ส่วนบุคคลตามท้องถนนในประเทศไทยร้อยละ 80% เป็นรถยนต์เครื่องยนต์สันดาปภายใน และที่เหลือเป็นรถไฮบริด ส่วนรถที่ใช้พลังงานไฟฟ้ายังคงพบเห็นได้น้อยมาก ในขณะนี้มีเพียงสองบริษัทที่จำหน่ายรถยนต์พลังงานไฟฟ้า คือ Tesla Automotive และ Vera Automotive ซึ่งรายหลังเป็นของคนไทยพึ่งเปิดตัวเมื่อกลางเดือนมกราคมที่ผ่านมา

รูปที่ 1 Tesla Model S 2017 ราคาเริ่มต้น 5 ล้านบาท

รูปที่ 2 Vera V1 ราคา 945,000 บาท

       เมื่อพูดถึงรถยนต์พลังงานไฟฟ้า แล้วจะต้องนึกถึง Tesla เนื่องด้วยเป็นรายแรกๆที่มุ่งพัฒนาอย่างจริงจัง และประสบความสำเร็จในการผลิตออกมาขายในเชิงพาณิชย์ ดังนั้นเราจะพูดถึงเทคโนโลยีของ Tesla เป็นหลักโดยแบ่งเป็นสามส่วน คือ แหล่งพลังงาน มอเตอร์ และชุดวงจรขับมอเตอร์

รูปที่ 3 แบตเตอรี่จำนวน 16 โมดูล ใน Tesla model S

รูปที่ 4 แบตเตอรี่ 1 โมดูล ที่ประกอบไปด้วย 432 Cells (Lithium-ion)

       แหล่งพลังงานไฟฟ้าที่ใช้ใน Tesla model S  ได้จาก แบตเตอรี่ Lithium-ion จำนวน 16โมดูล ต่ออนุกรมกันได้แรงดัน 345โวลต์  85kWh. ราคา 15000ดอลล่าร์(ประมาณ 360,000บาท) แสดงในรูปที่3 
       รูปที่4 แสดง 1 โมดูล ประกอบไปด้วย  จำนวนแบตเตอรี่ 432 cells(6 cell ต่ออนุกรมแล้วนำมาต่อขนาดกัน 7 แถว) ให้แรงดันต่อโมดูล 19.63โวลต์ 5.312kWh โดย  cell แบตเตอรี่ใช้เบอร์ 18650 ของ Panasonic(3.7V 2200mAh ต่อ cells) แสดงดังรูปที่ 5 

รูปที่ 5 แบตเตอรี่ Panasonic เบอร์ 18650

รูปที่ 6 มอเตอร์เหนี่ยวนำไฟฟ้ากระแสสลับ 3 เฟส

รูปที่ 7 การติดตั้งมอเตอร์ไฟฟ้าใน Tesla Model S

       แรงดันขณะชาร์ตเต็มทั้ง 16โมดูลคือ 403โวลต์ และแรงดันขณะที่แบตเตอรี่ต่ำคือ 310โวลต์ เทียบกับน้ำมันเต็มถังกับเกือบหมดถัง ต่อการชาร์ตเต็มหนึ่งครั้งวิ่งได้ระยะทาง 480km.
       มอเตอร์ไฟฟ้าที่ใช้ใน Tesla model S  เป็นมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับสามเฟสแบบเหนี่ยวนำ(3 Phase AC induction motor) ที่ใช้แบบ 4 pole แทนที่จะใช้มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรง(DC Motor) หรือ 3 Phase Permanent magnet AC synchronous motor แบบที่ใช้ในรถไฮบริดหลายๆยี่ห้อ เป็นเหตุผลหนึ่งที่บริษัทใช้ชื่อ Tesla เนื่องจาก Nikola Tesla เป็นผู้คิดค้นมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับแบบเหนี่ยวนำ หลายท่านอาจจะสงสัยว่าทำไมไม่ใช้ DC Motor ทั้งที่แบตเตอรี่เป็นไฟฟ้ากระแสตรง จะต้องมีวงจรอินเวอร์เตอร์เปลี่ยนไฟตรงเป็นไฟสลับให้ยุ่งยากทำไม เหตุผลง่ายๆมีดังนี้ 
       1. มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับ 3เฟสแบบเหนี่ยวนำ มีโครงสร้างที่ง่ายไม่จำเป็นต้องมีขดลวดในการช่วยในการเริ่มหมุนแบบ มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับ 1เฟสแบบเหนี่ยวนำ และไม่ต้องมีแม่เหล็กถาวรแบบใน DC Motor ซึ่งหากต้องการกำลังมากจะต้องใช้แม่เหล็กที่มีคุณภาพสูงอย่าง Neodymium Magnets ซึ่งมีราคาสูงและหายาก(ผู้ผลิตรายใหญ่คือประเทศจีน) 
       2. มอเตอร์เหนี่ยวนำมีความทนทาน อายุการใช้งานนาน ไม่ต้องบำรุงรักษามากเหมือนกับ DC Motor ที่มีแปรงถ่านเพื่อจ่ายแรงดันป้อนให้กับโรเตอร์เพื่อสร้างสนามแม่เหล็กเพื่อทำให้เกิดการหมุนซึ่งในขณะหมุนแปรงถ่านก็จะเสียดสีไปกับโรเตอร์ทำให้สึก
       3. มอเตอร์เหนี่ยวนำมีน้ำหนักเบา และขนาดเล็ก และกำลังงานสูญเสียศูนย์น้อยกว่า DC Motor
       4. มอเตอร์เหนี่ยวนำควบคุมความเร็วได้ง่าย โดยใช้การปรับเปลี่ยนแรงดัน หรือปรับเปลี่ยนความถี่ การปรับความถี่เป็นที่นิยมใช้มาก
       ดูเหมือนว่ามอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับ 3เฟสแบบเหนี่ยวนำ จะดีกว่า DC Motor ในหลายๆด้าน จริงๆแล้ว DC Motor ก็มีคุณสมบัติที่ดีกว่าอยู่หลายด้านเช่นแรงบิดที่สูงมาก แต่เมื่อเทียบกับราคา ความทนทานแล้ว และการควบคุมความเร็วที่ง่าย ดังนั้น Tesla จึงสรุปมาที่การใช้มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับ 3เฟสแบบเหนี่ยวนำ

รูปที่ 8 ระบบเกียร์ single-speed ด้านขวาในรูปยึดติดกับมอเตอร์

รูปที่ 9 อินเวอร์เตอร์ที่ใช้ในการขับมอเตอร์

       ในด้านระบบเกียร์ของ Tesla Model S เป็นแบบ Single-speed อัตราทด 9.73:1 เป็นการทดรอบให้ต่ำลง การที่ไม่ใช้เกียร์หลาย speed เนื่องด้วย ยิ่งใช้เกียร์น้อยเท่าไรก็จะสามารถรักษาแรงบิดไว้ได้(Tesla มีแรงบิด 600N.m) อีกประการคือคงไม่มีใครอยากให้ล้อรถหมุนด้วยความเร็ว 10000รอบต่อนาที(Tesla model S มีอัตราเร่งความเร็วจาก 0-100กิโลเมตรต่อชั่วโมงในเวลา 2.5วินาที ความเร็วสูงสุด 249กิโลเมตรต่อชั่วโมง ในขณะที่ Lamborghini Aventador เครื่องยนต์12สูบ 6500ซีซี เกียร์7 speed ใช้เวลา 2.8วินาที ราคา 49ล้านบาท) และยังใช้น้ำมันหล่อลื่นเกียร์น้อยกว่าระบบเกียร์ปกติหลายเท่า
       วงจรขับมอเตอร์ หรือวงจรอินเวอร์เตอร์ที่ใช้เปลี่ยนไฟฟ้ากระแสตรงจากแบตเตอรี่ไปเป็นไฟฟ้ากระแสสลับสามเฟสเพื่อจ่ายให้กับมอเตอร์ และควบคุมความเร็วของมอเตอร์โดยการเปลี่ยนความถี่ของแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับ 3เฟสที่ป้อนให้กับมอเตอร์เหนี่ยวนำ

รูปที่ 10 เมื่อประกอบทั้งสามส่วนเข้าด้วยกัน อินเวอร์เตอร์ เกียร์ และมอเตอร์

       จะเห็นได้ว่าเทคโนโลยีและประสิทธิภาพน่าทึ่งมาก แล้วเราควรจะซื้อเมื่อไร คำตอบคือ เมื่อเห็นคนขับมากขึ้นอย่าลองเป็นคนแรกๆ เมื่อมีสถานีชาร์จไฟฟ้าทุกๆ20กิโลเมตร และมีศูนย์ซ่อมบริการทุกๆ50กิโลเมตร ที่สำคัญราคาและการบำรุงรักษาตลอดอายุการใช้งานต้องไม่แพงไปกว่ารถยนต์ที่ใช้น้ำมัน
       แล้วเราควรจะเลือกใช้รถประเภทใดในปัจจุบัน(ก่อนการมาถึงของรถยนต์พลังงานไฟฟ้าอย่างแพร่หลาย) คำตอบคือ รถยนต์ที่ใช้น้ำมันเพียงอย่างเดียว เนื่องด้วยราคาและการบำรุงรักษาตลอดอายุการใช้งานถูกกว่าแบบอื่นๆ เครื่องยนต์ที่ใช้ในปัจจุบันถูกพัฒนาให้มีความจุกระบอกสูบน้อยลงและให้ประสิทธิภาพสูง อัตราการใช้น้ำมันประหยัดขึ้นมาก เครื่องยนต์เบนซินสมัยใหม่จะมีความจุกระบอกสูบไม่เกิน 1600ซีซี และพ่วงด้วยระบบเทอร์โบ และเครื่องยนต์ดีเซลก็จะมีขนาดกระบอกสูบไม่เกิน 1900ซีซีและมีเทอร์โบ อีกทั้งน้ำมันยังเป็นแหล่งพลังงานที่หาได้ง่าย
       รถยนต์ลูกผสมอย่างไฮบริดที่มีเครื่องยนต์ทำงานร่วมกับระบบมอเตอร์ไฟฟ้า เป็นเพียงแค่เทคโนโลยีคั่นเวลาเพื่อรอการมาถึงของรถยนต์พลังงานไฟฟ้า ไม่แนะนำให้ซื้อใช้งานเนื่องด้วยระบบเพิ่มความซับซ้อนขึ้น ค่าบำรุงรักษาและซ่อมแซมจะแพงมากเมื่อพ้นปีที่4-5 ลองคิดดูแค่เปลี่ยนแบตเตอรี่ก็ 86000บาทสำหรับ Toyota Prius อีกทั้งการซ่อมต้องระวังทั้งสองระบบว่าระบบไหนจะเสียก่อน หรืออาจจะเสียในเวลาไล่เลี่ยกัน ลองคิดดูแค่ระบบเดียวก็แย่อยู่แล้วนี่เท่ากับเพิ่มความเสี่ยงอีกเท่าตัว ในอนาคตรถยนต์ไฮบริดอย่าง Toyota Prius ก็จะเปลี่ยนจาก 3Phase Permanent magnet AC synchronous motor มาเป็น 3Phase AC induction Motor แบบเดียวกับ Tesla เนื่องจากต้นทุนและการบำรุงรักษาถูกกว่า

ข้อมูลและรูปภาพจาก
https://www.dezeen.com/2016/10/10/germany-ban-internal-combustion-engine-2030-bundesrat-support-electric-cars-design-technology/
https://www.tesla.com
http://www.motorshop.online/community/vera-v1-14012017/.html
https://www.youtube.com/watch?v=f4mzmRzUNJ0
http://thaipriusclub.com/webboard/index.php?topic=50838.0
https://en.wikipedia.org/wiki/Tesla_Model_S



Copyright © 2014 Faculty of Engineering, Mahanakorn University of Technology. All Rights Reserved.