เทคโนโลยียานยนต์ไฟฟ้า

ผชู ว ยศาสตราจารย ดร.ชยั ยทุ ธ สัมภวะคปุ ต วทิ ยาลยั เทคโนโลยอี ุตสาหกรรม มหาวิทยาลยั เทคโนโลยพี ระจอมเกลา พระนครเหนอื 27 กนั ยายน 2564 1

ประวัตวิ ิทยากร ผชู ว ยศาสตราจารย ดร.ชยั ยุทธ สมั ภวะคปุ ต การศกึ ษา: วศ.ด. (วศิ วกรรมไฟฟา ) , มหาวทิ ยาลัยเทคโนโลยสี ุรนาร,ี 2560 การทํางาน: 2562 – ปจ จบุ ัน อาจารยประจาํ ภาควิชาเทคโนโลยวี ิศวกรรมเครื่องตน กาํ ลัง ม.เทคโนโลยพี ระจอมเกลาพระนครเหนอื 2562 รองประธานอนุกรรมการโครงการ Railway Challenge ในคณะกรรมการวศิ วกรรมระบบราง, วสท. 2561 – 2562 นกั วิจยั โครงการ สถาบนั วจิ ัยและพัฒนา, มหาวิทยาลยั เทคโนโลยีสรุ นารี 2552 – 2558 อาจารยป ระจาํ ภาควชิ าวศิ วกรรมไฟฟา กาํ ลงั คณะวิศวกรรมศาสตร มหาวทิ ยาลยั เทคโนโลยีมหานคร ความเชย่ี วชาญ: เทคโนโลยีรถไฟและยานยนตไฟฟา การประยกุ ตเทคนิคการหาคา เหมาะทีส่ ดุ สาํ หรับการวเิ คราะหระบบไฟฟา กาํ ลงั 2

ประสบการณ การศกึ ษาวิจยั โครงการสาธติ รถโดยสารไรมลพิษสําหรบั การไฟฟา สวนภูมภิ าค 3

ประสบการณ โครงการพัฒนารถโดยสารประจาํ ทางใชแ ลว ขององคการขนสงมวลกรงุ เทพ เปน รถโดยสารไฟฟา เพอ่ื พฒั นาขีดความสามารถของผูประกอบการไทย 4

หวั ขอ นาํ เสนอ  ภาพรวมยานยนตไฟฟา  เทคโนโลยยี านยนตไ ฟฟา  เทคโนโลยียานยนตสมยั ใหม  แนวโนมการพัฒนาเทคโนโลยียานยนตไฟฟา 5

What is an Electric Vehicle?  An electric vehicle, also called an EV, uses one or more electric motors or traction motors for propulsion.  An electric vehicle may be powered through a collector system by electricity from off-vehicle sources, or may be self-contained with a battery, solar panels or an electric generator to convert fuel to electricity. 6

ที่มา: ระเบียบ กกพ. วา ดวยการขอรบั ใบอนญุ าตและการอนุญาตการประกอบกจิ การพลังงาน (ฉบับท่ี 3) พ.ศ. 2560 7

Types of Electric Vehicles  Ground EVs  Railborne EVs  Airborne EVs  Seaborne EVs 8

Types of Electric Vehicles  Ground EVs ที่มา : https://en.wikipedia.org/wiki/Electric_vehicle 9

Types of Electric Vehicles  Railborne EVs ท่มี า : https://en.wikipedia.org/wiki/Electric_vehicle 10

Types of Electric Vehicles  Airborne EVs ท่มี า : https://en.wikipedia.org/wiki/Electric_vehicle 11

Types of Electric Vehicles  Seaborne EVs / EV boat ทีม่ า : https://en.wikipedia.org/wiki/Electric_vehicle 12

ยานยนตไฟฟายคุ แรก Electric car built by Thomas Parker (Photo in 1895) Thomas Edison and an electric car in 1913 The U.S. Apollo Lunar Roving Vehicle on the Moon in 1971 World's First Hybrid Electric Car (Ferdinand Porsche in 1901) ท่มี า: https://en.wikipedia.org/wiki/History_of_the_electric_vehicle https://www.youtube.com/watch?time_continue=70&v=FG-NnmcIfLE 13

ยานยนตไ ฟฟายคุ ปจ จบุ ัน Xpeng P7 Nio EP9 electric sports car ท่มี า: https://www.magcarzine.com/xpeng-p7-spec/ ท่ีมา: https://asia.nikkei.com/ Tesla Semi truck Hyundai FCEV ท่มี า: https://en.wikipedia.org/wiki/Tesla,_Inc. ท่ีมา: http://www.lokwannee.com/web2013/?p=280705 14

ยานยนตไ ฟฟา แหง อนาคต Driverless cars Lunar rover FCEV ที่มา: https://www.alphr.com/cars/1001329/driverless-cars-of-the- ท่ีมา: https://www.electrichybridvehicletechnology.com/ future-how-far-away-are-we-from-autonomous-cars Solar Car Flying Car ที่มา: https://thenextweb.com/cars/2019/06/26/lightyear-unveils-its-solar- ที่มา: https://www.aeromobil.com/evolution/# car-prototype-with-a-725km-range-and-170000-price-tag/ 15

Global EV Outlook ท่มี า: https://www.bangkokpost.com/business/1704860/charging-the-ev-market 16

Global EV Outlook ท่มี า: https://www.iea.org/reports/global-ev-outlook-2021 17

Global EV Outlook ท่มี า: https://www.iea.org/reports/global-ev-outlook-2021 18

Global EV Outlook 19

Global EV Outlook ท่มี า: https://www.iea.org/reports/global-ev-outlook-2021 20

https://www.prachachat.net/motoring/news-281905 21

Current Status for Automotive Industry 22

https://www.prachachat.net/motoring/news-281905 23

กระแส EV ในประเทศไทย https://www.thairath.co.th/scoop/1982028 https://www.prachachat.net/economy/news-744493 httphstt:/p/sw:/w/ww.wbwan.pgkroackhbaizcnheawt.sn.ceot/mm/onteowrisn/gd/enteaiwl/s9-52589189005 https://mgronline.com/business/detail/9640000046023 24

การลงทนุ การผลิตรถยนตไฟฟาในประเทศ ที่มา : คณะกรรมการสง เสริมการลงทุน รวบรวมโดยศูนยว จิ ัยอุตสาหกรรมยานยนตสมยั ใหม สถาบนั ยานยนต 25

เทคโนโลยยี านยนตไ ฟฟา - เปนทางเลอื กหนึง่ ท่ีสามารถประยุกตใชก ับภาคการขนสง ทางถนน และมแี นวโนมที่ยาน ยนตไ ฟฟา จะขยายตวั ในอนาคตอนั ใกล - ขอไดเปรยี บ คอื ประสทิ ธภิ าพในการใชพ ลงั งาน และการปลดปลอ ยสารมลพษิ - อตั ราการขยายตวั ของยานยนตไ ฟฟา น้นั ขึ้นอยกู บั ขอจํากดั ทางดานเทคโนโลยีแบตเตอร่ี ในปจจุบนั เนื่องจากความหนาแนนของพลังงาน ทงั้ ความหนาแนน ของพลงั งานตอมวล (Energy density by weight) และความหนาแนน ของพลังงานตอหนว ยปริมาตร (Energy density by volume) ยงั มีคา ทตี่ ํ่าเม่ือเทียบกับนํ้ามัน 26

ขอ ดี – ขอ เสยี ของยานยนตไ ฟฟา ขอ ดี o ความเงยี บและอตั ราเรงทด่ี ี o ประหยัดคาใชจายและคาซอ มบํารงุ o ชวยลดมลภาวะ o สามารถประจไุ ฟฟา ไดท ่บี าน ขอ เสีย o ราคาแพง o มีตัวเลือกนอ ย o ระยะทางจาํ กดั o ใชเ วลาในการชารจ นาน o สถานีประจุไฟฟา ยงั ไมแ พรหลาย 27

เปรียบเทียบ EV กบั ICE o EV มีความซับซอนนอยกวา เนื่องจากไมตองมีระบบท่ีซับซอนในการควบคุมการฉีดจายเช้ือเพลิง รวมถึง ระบบสงกาํ ลังก็มีสวนประกอบท่ีลดลง ซบั ซอ นนอ ยกวาทําใหม ีความนา เช่อื ถือมากกวา o EV ไมมกี ารปลอ ยมลภาวะ โดยเฉพาะมลภาวะทางอากาศและมลภาวะทางเสียง o EV ตอ งการอุปกรณส ะสมพลงั งานที่สามารถจา ยกําลัง (power) และพลังงาน (energy) ทีส่ ูงในขณะท่ี ตองมีขนาดท่ีเล็กและมีน้ําหนักเบา น่ันคือ มีคากําลังและพลังงานตอนํ้าหนัก หรือคากําลังจําเพาะและ พลังงานจาํ เพาะที่สงู (specific power and specific energy) เพื่อเพมิ่ ประสิทธิภาพการใชพลังงาน และ ตองมีคาความหนาแนนของกําลังและพลังงานตอ ปริมาตร (power density and energy density) ท่ีสงู ดวยเพ่อื ใหม ีขนาดที่กะทัดรัด มพี นื้ ทห่ี อ งโดยสาร และพน้ื ทเี่ ก็บสัมภาระมากขน้ึ o ประสิทธิภาพการทํางานของ ICE มีประสิทธิภาพการแปรผันพลังงานท่ีตํ่า โดยเครื่องยนตท่ีใชน้ํามัน เบนซินมีประสิทธิภาพประมาณ 30-37% และเครื่องยนตที่ใชนํ้ามันดีเซลมีประสิทธิภาพประมาณ 40% ในขณะทมี่ อเตอรไฟฟา มีประสิทธิภาพสูงประมาณ 90% แบตเตอร่แี ละอุปกรณไ ฟฟากําลงั ท่ีใชขับมอเตอรก็ มปี ระสทิ ธิภาพท่สี ูงเชนกัน คอื อยูทรี่ ะดับ 90% ซ่งึ ทําใหประสทิ ธิภาพการใชพลังงานโดยรวมของระบบจาก แบตเตอรจ่ี นไปถงึ เพลาของมอเตอรจ ะอยทู ่ีประมาณ 70% ซง่ึ สงู กวาประสิทธภิ าพการใชพ ลงั งานของ ICE 28

ประเภทของยานยนตไ ฟฟา “xEV” ยานยนตไ ฟฟาไฮบรดิ ยานยนตไฟฟา ไฮบริดปล๊กั อิน ยานยนตไ ฟฟาแบตเตอร่ี ยานยนตไ ฟฟาเซลลเชือ้ เพลงิ (Hybrid electric vehicle) (Plug-in hybrid electric vehicle) (Battery electric vehicle) (Fuel cell electric vehicle) HEV PHEV BEV FCEV ท่ีมา: ยศพงษ ลออนวล และคณะวจิ ยั , “การศึกษาการพฒั นาของเทคโนโลยียานยนตไฟฟา และผลกระทบที่เกดิ ข้นึ สาํ หรับประเทศไทย”, 2558 29

HEV Lexus NX 300h Toyota Prius Honda Jazz Hybrid 30

ประเภทของ HEV Mild Hybrid จะมีมอเตอรไฟฟา และแบตเตอรมี่ าชว ยการทํางานของเครอ่ื งยนต แตต วั มอเตอรจ ะมขี นาดเลก็ และขนาดของแบตเตอรป่ี ระจุ ไฟฟา ไมไ ดม าก มอเตอรไฟฟาจะทาํ หนาทใ่ี นการชวยออกตวั และการเสริมอตั ราเรง เปน หลกั ดังนัน้ ตวั เครอื่ งยนตจ ะไมดับ ตอง ทาํ งานอยูต ลอดทาง ระบบมอเตอรไ ฟฟาสามารถชวยลดการทํางานของเคร่ืองยนตในชว งออกตัวและทําอัตราเรง ไดร ะดบั หน่งึ ทาํ ใหชว ยลดการใชน้ํามนั ไดบา ง • รถยนตท ่ใี ชระบบนี้ เชน Audi A8, Audi A6, Hyundai Tucson, Suzuki Baleno เปน ตน ทม่ี า: https://www.4legend.com/ ทม่ี า: https://www.autospinn.com/2018/04/next-gen-volkswagen-engine-48v-mild-hybrid 31

ประเภทของ HEV Full Hybrid ยงั คงใชงานเครอื่ งยนตด ้ังเดมิ ในการขบั เคลื่อนอยู แตจ ะมมี อเตอรและแบตเตอร่ที ี่มขี นาดใหญก วาของระบบ Mild Hybrid อยู พอสมควร ซงึ่ มอเตอรจะชวยออกตวั ดว ยระบบไฟฟา ลว น กอนทเ่ี คร่อื งยนตจะตดิ แลวรบั หนา ท่ตี อ ชวยวิง่ ดว ยไฟฟา ลว นใน ความเร็วยานตา ง ๆ ทนี่ ิ่งพอ ชวยทํางานพรอมเคร่ืองยนตใ นชวงที่เราตองการอัตราเรงสูง ซ่งึ นอกจากจะไดอตั ราเรงทดี่ ีมากข้นึ แลว ยงั ชว ยลดการใชนํา้ มนั ในสถานการณต าง ๆ ไดพ อสมควร รวมท้ังเมอ่ื รถตดิ รถจอดหยดุ นง่ิ ถามีแบตเตอรี่มากพอ เครอื่ งยนตจะดับ แลวดงึ ไฟจากแบตเตอร่มี าใชกับเครื่องใชไ ฟฟาในรถ เชน เครือ่ งปรับอากาศ เครอื่ งเสียง ไฟหนา รถ เปน ตน ทาํ ใหลดการใชน าํ้ มนั ไปไดอ ีก • รถยนตท ่เี ปน ระบบ Full Hybrid ในปจ จบุ ัน เชน Toyota Camry, Honda Accord เปน ตน ท่มี า: https://www.veltech.edu.in/blog/hybrid-cars/ 32

ประเภทของ HEV Ex. Nissan Note e-Power, BMW i3, Chevrolet Volt Ex. Honda Insight, Honda Jazz Ex. Ford Escape, Toyota Prius (a) Series (electrically coupling) (b) Parallel (mechanical coupling) (c) series–parallel (mechanical and electrical coupling) (d) Complex (mechanical and electrical coupling) ท่มี า: M. Ehsani, Y. Gao, and A. Emadi, Modern electric, hybrid electric, and fuel cell vehicles: Fundamentals, theory, and design. 2nd ed. USA: CRC Press, 2010 33

ประเภทของ HEV o Series HEVs เง่อื นไขการทาํ งาน  Battery alone : เมื่อพลงั งานของแบตเตอรเี่ พียงพอ และความตองการกาํ ลังไฟฟาของยานยนตตาํ่ ICE ทไี่ ปขบั Gen (I/G set) จะไมทาํ งาน และยานยนตจะถกู ขับเคลอ่ื นโดยแบตเตอรเี่ ทา นัน้  Combined power : ทีค่ วามตองการกาํ ลงั ไฟฟา สงู I/G set จะทํางาน และแบตเตอรจ่ี ะจาย กาํ ลงั ไฟฟาไปใหมอเตอรไฟฟา  Engine alone : ในระหวางการรักษาความเรว็ คงทแ่ี ละความตองการกําลังไฟฟาของยานยนตส ูง เลก็ นอ ย I/G set จะทํางาน แบตเตอรี่ไมไ ดชารจ หรอื คายประจุ  Power split : เม่อื I/G ทํางาน กําลงั ไฟฟาที่ตอ งการของยานยนตต ํา่ กวากําลงั ของ I/G ท่ีเหมาะสม และ SOC ของแบตเตอรตี่ ่าํ สว นหนง่ึ ของ I/G power จะถกู ใชเ พือ่ ชารจแบตเตอร่ี  Stationary charging : แบตเตอร่จี ะถูกอัดประจไุ ฟฟา จาก I/G set นอกเหนอื จากยานยนตก าํ ลัง ขบั เคลือ่ น  Regenerative braking : มอเตอรไ ฟฟาทาํ งานเปนเครือ่ งกําเนดิ ไฟฟาเพอื่ แปลงพลังงานจลนไป เปนพลงั งานไฟฟาชารจแบตเตอรี่ 34

ประเภทของ HEV o Series HEVs ท่มี า: https://www.nissan-global.com/EN/TECHNOLOGY/OVERVIEW/e_power.html https://youtu.be/vnagIU67z10 35

ประเภทของ HEV o Series-Parallel HEVs Start / Low-speed Driving Cruising Cruising / Recharging Full acceleration Braking / Regenerating energy At rest ท่ีมา: http://carmagsl.com/carmag/how-toyata-hybrid-vehicles-work/ https://www.youtube.com/watch?v=RJ8h_QZ7qPU 36

PHEV 2018 Toyota Prius Plug-in Hybrid Mitsubishi Outlander PHEV 2019 37 https://www.headlightmag.com/

BEV Nissan Leaf Hyundai IONIQ EV Tesla Model 3 MINE Mobility City EV-CONCEPT ที่มา: https://x-engineer.org/automotive-engineering/vehicle/electric-vehicles/anatomy-of-a-battery-electric-vehicle-bev/ 38

BEV Conceptual illustration of a general EV configuration ทีม่ า: M. Ehsani, Y. Gao, and A. Emadi, Modern electric, hybrid electric, and fuel cell vehicles: Fundamentals, theory, and design. 2nd ed. USA: CRC Press, 2010 39

BEV (a) conventional driveline with multigear transmission and clutch (b) single-gear transmission without need of a clutch (c) integrated fixed gearing and differential (d) two separate motors and fixed gearing with their driveshaft (e) direct drive with two separate motors and fixed gearing (f) two separate in-wheel motor drives Possible EV configuration ทม่ี า: M. Ehsani, Y. Gao, and A. Emadi, Modern electric, hybrid electric, and fuel cell vehicles: Fundamentals, theory, and design. 2nd ed. USA: CRC Press, 2010 40

Nissan Leaf Diagram ทม่ี า: S. Lemon and A. Miller, (2013). “Electric Vehicles in New Zealand: Technologically Challenged?.”, in Proceeding of EEA Conference & Exhibition 2013 (19 - 21 June), Auckland, (1-12) 41

FCEV Toyota FCV Hyundai hydrogen fuel cell SUV BMW 5-series GT FCEV 42

เทคโนโลยยี านยนตส มยั ใหม Autonomous Driving Electrified Propulsion Connected Sharing Economy V2X Car Sharing ทีม่ า : https://www.openmotors.co/ 43

เทคโนโลยยี านยนตสมยั ใหม 44

Connected Car 45 ทมี่ า : e.huawei.com

V2X (Vehicle-to-everything) คอื การสอ่ื สารระหวา งยานพาหนะถึงสงิ่ อน่ื ๆ ทัว่ ไปนอกเหนอื จากการติดตอ ส่อื สารระหวางยานพาหนะดวยกนั เอง ทม่ี า : https://labs.sogeti.com/driverless-cars-ultimate-use-case-telecom-industry/ 46

Vehicle to Grid : V2G ทม่ี า : https://www.zhaw.ch/en/engineering/institutes-centres/ine/smart-city-guide-main- page/description-of-applications/vehicle-to-grid-v2g/ ที่มา : https://www.facebook.com/egatevpage/photos/a.101581677905696/372929627437565/?type=1&theater 47

Car sharing ทม่ี า : https://www.bossup.co.th/site/startup/haup/ ทมี่ า : https://rabbitfinance.com/blog/6-car-trends-in-2018 ท่ีมา : http://www.pmcu.co.th 48

Car sharing CU TOYOTA HA:MO ทมี่ า : https://www.thairath.co.th/news/auto/news/1158907/ ท่มี า : https://motortrivia.com/2017/12/toyota-hamo-ridesharing-project-in-thailand/ https://www.youtube.com/watch?time_contin ue=47&v=GH7IQOBZueI&feature=emb_logo 49

Car sharing 50 ทีม่ า : http://koratdaily.com/blog.php?id=11437