รถไฮบริด ทำงานอย่างไร ..เข้าใจนวัตกรรมยุคใหม่เลือดผสม

ในยุคปัจจุบัน ต้องยอมรับว่า เราได้เห็นนวัตตกรรมใหม่ๆ จากบริษัทรถยนต์เข้ามาตอบโจทย์การใช้งานมากขึ้น สำหรับระบบขับเคลื่อน ปัจจุบัน เราจะพบคำว่า รถไฮบริด มากขึ้น ระบบเหล่านี้ อาจฟังดูเหมือนกัน ทั้งที่ความจริง มันกลับแตกต่างกันโดยสิ้นเชิง

รถไฮบริด เกิดขึ้นมานานกว่า 20 ปี แล้ว แต่เพิ่งจะมาได้รับความนิยมในช่วง 1 0ปี ที่ผ่านมา ประเทศไทย รถยนต์   Toyota Camry   เป็นรถรุ่นแรกที่นำพารถยนต์แบบนี้เข้ามาตอบโจทย์ลูกค้า ก่อนจะตามมาด้วย   Toyota Prius , Honda  Jazz Hybrid   และอีกมากมายนับไม่ถ้วน วันนี้เราจะมาพาคุณล้วงลึกกันถึงข้อมูลระบบไฮบริดที่มีชายในวันนี้กัน

ระบบไฮบริดคืออะไร

ก่อนจะลงลึกในรายละเอียดอยากให้ทุกคน ลืมทุกอย่างที่รู้ไป แล้วมาเริ่มต้นใหม่กันทั้งหมด

หลายคนคงเคยได้ยินมาบ้าง เกี่ยวกับเรื่องราวของรถไฮบริด แต่ที่จริงระบบไฮบริดเป็นความคิดในการนำระบบขับเคลื่อน 2 แบบ เข้ามาผสมผสานในการใช้งาน เพื่อก่อให้เกิดประโยชน์สูงสุดในการขับขี่ ไม่จำเป็นต้องเป็นเพียงการขับเคลื่อนด้วยมอเตอร์ไฟฟ้าอย่างที่เราเข้าใจเท่านั้น

ระบบไฮบริดส่วนใหญ่ที่นิยมในปัจจุบัน เป็นการติดตั้งระบบมอเตอร์ไฟฟ้า พร้อมแบตเตอร์รี่เข้ามา  ทำงานร่วมกับเครื่องยนต์สันดาปภายใน หลักการทำงานของมอเตอร์ไฟฟ้า จะเปลี่ยนไปตามเงื่อนไข ตามการเซทระบบของทางบริษัทผู้ผลิต โดยมากจะมีหลักการหลายส่วนที่คล้ายกัน ขึ้นอยู่กับตามแต่ละประเภท

ระบบไฮบริดแม้นว่าจะใช้ชื่อเรียกเหมือนกัน เมื่อย่อยลงไปในรายละเอียด จะพบว่า มันมีรายละเอียดแตกต่างกันโดยสิ้นเชิง แล้วแต่ผู้ผลิตจะเรียกตามความสามารถในการทำงาน ว่ามันสามารถสนองตอบในการขับขี่ได้มากน้อยเพียงใด อันมีปัจจัยมาจากการเซทอัพขนาดมอเตอร์ไฟฟ้าและแบตเตอร์รี่ ที่แตกต่างกัน เพื่อสนองความต้องการ

Mild Hybrid

ในอนาคต ระบบ   Mild Hybrid   จะเข้ามามีบทบาทในรถยนต์มากขึ้น เนื่องจากเป็นระบบที่เซทง่ายราคาถูก และไม่มีความซับซ้อนของชิ้นส่วนมาก ระบบนี้ปัจจุบันถูกติดตั้งในรถยนต์หลายรุ่น ตั้งแต่รุ่นเล็กไปจนถึงรถราคาแพง

ความคิดในการพัฒนาระบบนี้ คือนำมอเตอร์ไฟฟ้าเข้ามาใช้ช่วยการทำงานของเครื่องยนต์ในบางจังหวะ เพื่อลดภาระการทำงานของเครื่องยนต์ในจังหวะที่เราต้องใช้คันเร่งหนักๆ แต่ข้อด้อยระบบนี้ มอเตอร์ไฟฟ้าจะไม่สามารถขับเคลื่อนรถด้วยระบบไฟฟ้าล้วนได้

ข้อดี ของระบบนี้คือ มีราคาถูก มีขนาดเล็ก และไม่ยุ่งยากนัก ข้อสังเกต มอเตอร์ไฟฟ้าจะติดตั้งอยู่ในชุดเกียร์ เพื่อให้ให้กำลังขับอย่างอิสระจากเครื่องยนต์ในบางจังหวะ ก่อนที่เครื่องยนต์จะเข้ามาทำงานในช่วงเวลาที่เหมาะสม โดยมากมอเตอร์ไฟฟ้าจะมีพละกำลังไม่เกิน 20 แรงม้า และแบตเตอร์รี่ขนาดไม่เกิน 20 กิโลวัตต์

การจัดวางระบบจะคล้ายกับระบบไฮบริดปกติ สามารถทำงานได้ 3  รูปแบบ สำคัญ คือ

• 1.ใช้มอเตอร์ไฟฟ้าช่วยออกตัว
• 2.ใช้มอเตอร์ไฟฟ้าเสริมกำลังเครื่องยนต์ในช่วงเร่งแซง
• 3.ใช้มอเตอร์ไฟฟ้าปั่นไฟกลับเข้าแบตเตอร์รี่ เมื่อไม่ใช้คันเร่ง หรือ ปล่อยรถไหล

ด้วยการทำงานดังกล่าวระบบ   Mild Hybrid   จึงทำให้เครื่องยนต์สามารถหยุดการทำงานในบางจังหวะหรือทำงานน้อยลงในบางช่วงได้อาทิ  การออกตัว , การเร่งแซง ปัจจุบันด้วยระบบที่มีราคาถูกรถยนต์หลายรุ่นจึงติดตั้งมาให้ เพราะมันให้ทั้งสมรรถนะในการขับขี่ และยังเสริมความประหยัดกว่าการใช้เครื่องยนต์ปกติ 15%

ผู้ผลิตชิ้นส่วนรถยนต์หลายบริษัทสนใจระบบนี้มาก เนื่องจาก มีต้นทุนต่ำราคาถูก และผู้ใช้ไม่ต้องประบพฤติกรรมในการขับขี่มาก เรียกว่าเป็นระบบเรียนรู้การทำงานของไฮบริดในเบื้องต้น และเพื่อให้มีประสิทธิภาพสูงขึ้น ปัจจุบัน ระบบนี้พัมนาให้มีกำลังไฟฟ้าสูงขึ้นเป้น 48 โวล์ต ในรถยนต์หลายรุ่น ทำให้มีความสามารถในการทำงานมากขึ้น

Full  Hybrid

ระบบ   Full  Hybrid   หรือ ระบบไฮบริดฉบับเต็ม เป็นระบบที่ถูกพูดถึงกันโดยส่วนใหญ่ในรถยนต์ไฮบริดที่มีราคาสูงในปัจจุบัน ระบบนี้เริ่มต้นใน   Toyota  Prius   ก่อนจะได้รับความนิยมในวันนี้

การจะนับว่า ระบบรถคันไหน เป็น   Full  Hybrid   หรือไม่มีหลายองค์ประกอบสำคัญ ไม่ใช่แค่ว่าแบตเตอร์รี่ใหญ่กว่าเท่านั้น โดยมากรถยนต์เหล่านี้ เครื่องยนต์จะเปลี่ยนวิธีการทำงาน จากดั้งเดิม ไปสู่ Atkinson Cycle  เครื่องยนต์จะมีกำลังแรงม้าน้อยลง แต่ให้ประสิทธิภาพดีกว่าเมื่อทำงานในรอบสูง แล้วในรอบต่ำใช้การทำงานของมอเตอร์ไฟฟ้าทดแทน

อันที่จริงถ้านับวิธีการติดตั้งระบบ  Full Hybrid   จะจำแนกเป็น 2 แบบ คือ

1.Parallel Hybrid

ระบบไฮบริดคู่ขนาดเรียกว่าเป็นเรื่องที่เราสามารถเห็นได้ประจำในรถยนต์ไฮบริดยุคใหม่ ระบบแบบนี้จะสามารถสั่งให้มอเตอร์ไฟฟ้าทำงานคู่ขนานไปกับเครื่องยนต์ หรือทำงานแยกอิสระก็ได้

ตัวระบบจะติดตั้งมอเตอร์ไฟฟ้า ตั้งแต่ 2 ชุด ขึ้นไป เพื่อทำหน้าที่ เสริมการทำงานเครื่องยนต์คล้ายในระบบ   Mild Hybrid  ในชุดเกียร์ แต่ต่างตรงที่ระบบ  Full Hybrid  ส่วนใหญ่ จะเอามอเตอร์ไฟฟ้า ทดแทนอัตราทดเกียร์เลย หรือ ว่าง่ายๆ เอามอเตอร์ไฟฟ้า ทำอัตราทดแทนชุดเกียร์

มอเตอร์ไฟฟ้าตัวที่ 2 จะทำหน้าที่ให้กำลังขับเคลื่อนโดยตรง ลงเพลาขับ จึงสามารถดับเครื่องยนต์สันดาปภายในช่วงความเร็วต่ำ ไปจนถึงความเร็วปานกลางระดับ  120-130 ก.ม./ช.ม. และสามารถใช้ขับเคลื่อนต่อเนื่อง   Cruise  ได้ในเวลาสั้นๆ ด้วย

เมื่อเทียบกับระบบ   Mid Hybrid   ระบบ   Full Hybrid   จะมีฟังชั่นการทำงานเพิ่มขึ้น คือ

• 1.สามารถขับเคลื่อนด้วยโหมดการขับขี่ไฟฟ้าล้วนได้ สูงสุด ที่ความเร็ว 120 ก.ม./ช.ม. แต่ไม่เกิน 140 ก.ม./ช.ม.
• 2.มีฟังชั่น   Cruise   ในความเร็วปกติ (80-120 ก.ม./ช.ม.) ระบบจะดับการทำงานเครื่องยนต์ และใช้มอเตอร์ไฟฟ้าขับแทนในช่วงเวลาสั้นๆ จนกว่าจะถึงจุดที่ระบบกำหนดว่าแบตเตอร์รี่จำเป็นต้องชาร์จไฟฟ้า
• 3.ทำงานควบคู่ คุณสามารถขับไปชาร์จไป และในระหว่างที่เครื่องยนต์ทั้งทำงานให้กำลังขับ ก็สามารถชาร์จไฟฟ้าแบตเตอร์รี่ได้ด้วย
• 4.Over Drive คือตอนที่คุณขับปกติ แล้วต้องการเร่งแซง มอเตอร์ไฟฟ้าจะทำหน้าที่ให้กำลังขับก่อน และนานกว่าระบบ   Mild Hybrid   เนื่องจาก มีกำลังขับและแรงบิด มากกว่า มันสร้างสิ่งทีเรียกว่า แรงบิดฉับพลัน หรือ  Instant Torque   รู้สึกได้ทันทีที่คุณจุ่มคันเร่งลงไป ช่วยให้รถมีการตอบสนองที่ดีกว่าพอสมควร

ตัวอย่าง  รถที่ใช้ระบบ   Full Hybrid   :  Toyota Corolla altis , Toyota C-HR  , Honda Accord Hybrid

2.Series Hybrid

ระบบ ไฮบริดอนุกรม หรือ  Series Hybrid   เดิมทีไม่มีใครผลิตออกมา แต่ระยะหลังมีหลายบริษัทนำแนวคิดนี้ไปผูกกับคำว่า   Range Extender  เป็นวิธีการเรียกรถยนต์ไฟฟ้าที่ติดตั้งเครื่องยนต์มาช่วยปั่นไฟฟา ซึ่งที่จริงแล้ว จะพูดกันตามตรง มันคือแขนงหนึ่งของระบบไฮบริด

แนวคิดไฮบริด อนุกรม คือการใช้เครื่องยนต์ทำหน้าที่บางอย่างเท่านั้น แต่ไม่ได้นำมาใช้ขับกำลังลงชุดขับหรือล้อโดยตรง ปัจจุบัน บริษัทอย่างนิสสัน ได้นำความคิดดังกล่าว มาทำขายจริง ในชื่อระบบ  E-Power   โดยรถจะขับเคลื่อนด้วยมอเตอร์ไฟฟ้าล้วน 100%  หากมันไม่ได้ติดตั้งแบตเตอร์รี่ขนาดใหญ่มาก มันอาศัยการทำงานของเครื่องยนต์ 1.2 ลิตร 3 สูบ ปั่นไฟฟ้ากลับเข้ามาชาร์จตัวแบตเตอร์รี่อย่างต่อเนื่อง หรือพูดให้เข้าใจง่าย เครื่องยนต์เป็นเพียงเครื่องปั่นไฟเท่านั้น

อย่างไรก็ดี ปัจจุบันหลายบริษัทยอมรับความจริงว่า ระบบไฮบริดแบบนี้ ต้องนับรวมพวกรถที่ติดตั้ง   Range Extender   มาด้วย ซึ่งก็มีหลายแบรนด์ อาทิ   BMW I 3 , BMW i8   ไปตลอดจน ตระกูล E-Power   ของนิสสัน

ข้อดีคือ คุณได้คุณสมบัติวิธีการตอบสนองแบบรถยนต์ไฟฟ้า แต่ยังไม่ต้องเปลี่ยนพฤติกรรมการเติมพลังงาน เนื่องจากยังใช้วิธีการดั้งเดิม เติมน้ำมัน

Plug in Hybrid

ปลั้กอิน ไฮบริด หรือระบบไฮบริดแบบเสียบปลั้ก (Plug in Hybrid) ถูกพัฒนาขึ้นมาตอบสนองความต้องการของคนที่ต้องการใช้รถยนต์ไฟฟ้า แต่ยังไม่สามารถหย่าขาดจาการใช้น้ำมันได้

ระบบนี้คล้ายกับระบบ   Full Hybrid   แตกต่างตรงที่แบตเตอร์รี่จะมีขนาดใหญ่กว่าเล็กน้อย ระบบสามารถชาร์จไฟฟ้าได้จากเครื่องยนต์ หรือจะรับฟ้าผ่านชุดเต้าเสียบก็ได้ ช่วยอำนวยความสะดวกมาก และประหยัดตั้งแต่เริ่มใช้งานทันที

ด้วยความสามารถในการเสียบปลั้กชาร์จทำให้ แบตเตอร์รี่สามารถรับประจุได้ถึง 92-98%  มากกว่าระบบไฮบริดปกติ ซึ่งโดยมากจะชาร์จเพียง 80%  ของแบตเตอร์รี่  จึงมีประสิทธิภาพน้อยกว่าระบบนี้

และด้วยความสามารถด้านประจุไฟฟ้าเพิ่มขึ้น ผู้ผลิตโดยส่วนใหญ่ จึงทำให้รถเสียบปลั้ก มีระยะทางในโหมดไฟฟ้าล้วนหรือ   EV  คล้ายคุณขับรถยนต์ไฟฟ้าได้นานขึ้น ปัจจุบันมีระยะทางสูงสุดประมาณ 30-40 กิโลเมตร และโหมดไฟฟ้าล้วนสามารถทำความเร็วได้ราวๆ 120 ก.ม./ช.ม.

ถ้าเทียบกับการชาร์จแบตเตอร์รี่โดยอาศัยเครื่องยนต์จะพบว่า ระบบเสียบปลั้กนั้นถูกกว่ามาก แต่ก็ต้องยอมจ่ายแลกกับประสิทธิภาพของมัน

ปัจจุบันระบบไฮบริดที่วางจำหน่ายในตลาดบ้านเรามีมากมายหลายแบบ ซึ่งแต่ละแบบ ก็มีดีมีเสียต่างกันออกไป ท้ายสุดทั้งหมด ก็คงอยู่ที่ผู้บริโภคว่าต้องการระบบแบบไหนมาตอบโจทย์ในการใช้งาน