บทที่ 1 เทคโนโลยีเปลี่ยนโลก (BEVs)

รถยนต์ไฟฟา้

ชวนคดิ เหตุใดจึงมกี ารพฒั นาและสร้างรถยนตไ์ ฟฟ้า ขึ้นมา และก่อนทีจ่ ะพฒั นามาเป็นรถยนตไ์ ฟฟ้า นนั้ มีการเปลีย่ นแปลงของรถยนต์อยา่ งไร

รถยนตไ์ ฟฟ้า ❑ การผลิตรถไฟฟ้ามีการพัฒนามาอย่าง ตอ่ เนื่อง ❑ รถยนต์พลังงานเช้ือเพลิง ❑ รถยนต์ไฮบริด (Hybrid Vehicle : HV) ❑ โดยยังมีการใช้พลังงานเชื้อเพลิง ท้ัง เบนซิน ดเี ซลและแกส๊

รถยนตไ์ ฟฟ้า ❑ การใชน้ า้ มนั ทา้ ให้กอ่ มลพิษ ดังน้ี ❑ การเกิดฝุน่ ละออง ❑ คารบ์ อนมอนอกไซต์ ❑ ไฮโดรคารบ์ อน ❑ ซลั เฟอร์ไดออกไซต์ ❑ ท่ีเกิดจากกระบวนการเผาไหม้ไม่สมบูรณ์ ของนา้ มันเช้อื เพลงิ

รถยนตไ์ ฟฟ้า ❑ ปรมิ าณน้ามนั ดิบในโลกก้าลังหมดไป ❑ เกิดการพฒั นารถยนต์ท่ีไม่ใช้พลังงาน เชอ้ื เพลงิ ❑ ใช้พลังงานไฟฟ้าในการขับเคลื่อน แทน คือ รถยนต์ไฟฟ้า (Electric Vehicle : EV)

การเปล่ยี นแปลงการใชพ้ ลังงานรถยนต์ รถยนตท์ ีใ่ ช้ เช้อื เพลงิ รถยนต์ รถยนตไ์ ฟฟ้า รถยนต์ไฟฟา้ ไฟฟา้ ไฮบรดิ แบตเตอร่ี เซลล์เชอ้ื เพลงิ

การเปลีย่ นแปลงของรถยนต์ไฟฟา้ ❑ รถยนตไ์ ฟฟา้ เปน็ รถยนตท์ ข่ี บั เคล่ือนดว้ ย มอเตอร์ไฟฟ้า ❑ โดยใช้พลงั งานไฟฟ้าซ่งึ เกบ็ อยู่ในแบตเตอรี่ ❑ ช่วยลดมลพิษ เพราะไมไ่ ดใ้ ช้เชอื้ เพลงิ นา้ มัน ❑ ไม่เกดิ การเผาไหม้ ปราศจากมลพษิ ไม่เกิด คอรบ์ อนมอนอกไซต์ ❑ ไมเ่ กิดฝ่นุ ละออง ไมม่ เี สียงรบกวน

รถยนตไ์ ฟฟ้าไฮบริด รถยนต์ไฟฟ้าไฮบรดิ (Hybrid Electric Vehicle : HEV) ไฮบรดิ คอื รถยนต์ทท่ี า้ งานด้วยเคร่อื งยนต์ Hybrid EVs เชื้อเพลิงและมอเตอรไ์ ฟฟ้า โดยใช้ พลังงานเชือ้ เพลิงเป็นหลกั ในการ HEVs ขบั เคลอื่ น เครอื่ งยนต์ เบรคเจนเนอร์เรเตอร์ มอเตอร์ แบตเตอรี่ ถงั น้ามัน

รถยนตไ์ ฟฟ้าไฮบรดิ ปล๊กั อิน ปล๊ักอินไฮบรดิ รถยนต์ไฟฟ้าไฮบริดปลัก๊ อนิ Plug-in Hybrid EVs (Plug-in Hybrid Electric PHEVs Vehicle : PHEV) คือ รถยนต์ทท่ี ้างานดว้ ยเครอื่ งยนต์ เครอื่ งยนต์ เชอื้ เพลงิ และมอเตอรไ์ ฟฟา้ แต่สามารถ ชาร์จไฟฟา้ จากแหล่งพลงั งานภายนอก เบรคเจนเนอรเ์ รเตอร์ (Plug-in) ได้ มอเตอร์ แบตเตอรี่ ถงั นา้ มนั

รถยนตไ์ ฟฟา้ แบตเตอร่ี แบตเตอร่ี รถยนตไ์ ฟฟ้าแบตเตอร่ี Battery Evs (Battery Electric Vehicle : BEV) เปน็ รถยนตท์ ีใ่ ชพ้ ลังงานไฟฟ้าจาก BEVs แบตเตอรใี่ นการขบั เคล่ือนมอเตอร์ไฟฟา้ โดยการชาร์จไฟฟ้าจากแหลง่ พลงั งาน เบรคเจนเนอร์เรเตอร์ ภายนอก มอเตอร์ แบตเตอร่ี

รถยนตไ์ ฟฟา้ เซลลเ์ ชอื้ เพลงิ เซลลเ์ ชอ้ื เพลงิ รถยนต์ไฟฟ้าแบตเตอรี่ Fuel Cell Evs (Fuel Cell Electric Vehicle : FCEV) FCEVs เป็นรถยนต์ไฟ้ฟ้าทมี่ เี ซลลเ์ ชื้อเพลิง ตดิ ตง้ั ภายในรถยนต์ สามารถผลติ เบรคเจนเนอร์เรเตอร์ พลงั งานไฟฟ้าได้เอง โดยการเตมิ แบตเตอรี่ มอเตอร์ ไฮโดรเจนเปน็ แหล่งพลังงาน Fuel Cell Stack ถงั H2

รถยนต์ไฟฟา้ แบตเตอร่ี แบตเตอรี่ : รถยนตไ์ ฟฟ้าจะเก็บพลังงานไฟฟ้าท่ีชาร์จ เข้ามา ไวท้ แ่ี บตเตอร่ีและนา้ มาใช้ในการขบั เคลอื่ นมอเตอร์ ตัวควบคุมเครื่อง : การส่งผ่านกระแสไฟฟ้าจากแบตเตอรี่ไป ยังมอเตอร์จะถูกก้าหนดโดยตัวควบคุมเครื่อง ซ่ึงเป็นเหมือน “สมอง” ของรถยนต์ ในการส่งงานอุปกรณ์แปลงไฟฟ้า (Inverter) ซงึ่ มหี นา้ ท่ีแปลงกระแสไฟฟา้ จากไฟฟ้ากระแสตรง (DC) เป็นไฟฟ้ากระแสสลับ (AC) เพ่ือใช้ในการขับเคล่ือน มอเตอรไ์ ฟฟ้า

หลกั การทา้ งานของการขับเคล่อื นรถยนต์ไฟฟ้าแบตเตอรี่ ❑ แบตเตอร่ี เปน็ แหลง่ เกบ็ พลังงานไฟฟ้าเม่ือขบั เคลื่อนรถ ❑ แบตเตอร่จี ่ายไฟฟ้ากระแสตรงผ่านอุปกรณแ์ ปลงไฟฟา้ เป็นกระแสสลับ ❑ เพื่อจา่ ยไฟใหม้ อเตอรส์ า้ หรับการขบั เคล่ือนรถยนต์ไฟฟ้า ❑ และใช้ในระบบเครือ่ งปรบั อากาศ ระบบควบคมุ รถยนต์

ชวนคิด เม่อื มีความต้องการใช้พลังงานไฟฟ้าเพิม่ ขึน้ นักเรยี นจะเสนอแนะแหล่งพลงั งานไฟฟา้ เพิ่มเติม จากแหล่งใด

สอื่ เสริม เพ่มิ ความรู้ ❑ นกั เรียนสามารถศึกษาขอ้ มลู เพ่มิ เติมเกี่ยวกับรถยนตไ์ ฟฟา้ (EV) ไดท้ ่ี http://ipst.me/10747 http://ipst.me/10748

ประเภทของแบตเตอร่ี แบ่งออกเปน็ 3 ประเภท แบตเตอรี่นกิ เกลิ เมทัล แบตเตอรล่ี ิเทยี ม แบตเตอรีโ่ ซเดยี ม ไอออน (Li-on) ไอออน (Sodium-ion) ไฮดรายด์ (Ni-MH) นยิ มใช้ในรถยนต์ไฟฟ้า มี มีต้นทุนในการผลติ ต่า้ มี เป็นแบตเตอรที่ ี่ใช้สา้ หรบั ความจุสงู น้าหนักนอ้ ย มี ความปลอดภยั สูง มี รถยนตไ์ ฟฟา้ ไฮบรดิ แบตเตอร่ี ชนดิ นีใ้ หค้ า่ ความจุพลังงานสูงมี อัตราคายประจขุ ณะ ประสทิ ธิภาพในการเก็บ ประสิทธภิ าพและอายุการใช้ ท้างานตา่้ มีอายุการใชง้ าน ไฟฟา้ ได้ดมี ากกวา่ ก้าลังวิจัย งานได้นาน แตม่ นี า้ หนักมาก ยาวนาน มรี าคาสงู

สอ่ื เสรมิ เพิม่ ความรู้ ❑ นักเรียนสามารถศกึ ษาข้อมลู เพม่ิ เตมิ เกีย่ วกบั แบตเตอรี่ ได้ที่ http://ipst.me/10749 http://ipst.me/10750 http://ipst.me/10751

เกร็ดนา่ รู้ เรอ่ื ง การท้างานของแบตเตอรี่ ตวั รบั กระแสไฟฟ้า ❑ หน้าทข่ี องแบตเตอรี่ คือ เก็บและจา่ ย พลงั งานไฟฟ้า โดยโครงสร้างพืน้ ฐาน ของแบตเตอร่ี ประกอบดว้ ย ➢ ข้วั แอโนด (anode) ขวั้ แคโทด ข้วั แอโนด ➢ ข้ัวแคโทด (Cathode) ➢ สารอเิ ลก็ โทรไลต์ (electrolyte) อเิ ล็กโทรไลต์ แผ่นกน้ั ไฟฟ้า ➢ แผน่ ก้ันไฟฟ้า (Separator) สารละลายทีย่ อมให้ (ป้องกันไฟฟ้าลัดวงจร) ไอออนผ่าน

อะตอม อะตอม คือ หน่วยพื้นฐานของ สสาร ประกอบด้วยส่วนของ นิวเคลยี สท่ีหนาแนน่ มากอยู่ตรง ศูนย์กลาง ล้อมรอบด้วยกลุ่ม หมอกของอิเล็กตรอนท่ีมีประจุ ล บ นิ ว เ ค ลี ยส ข อ งอ ะ ต อ ม ประกอบด้วยโปรตอนท่ีมีประจุ บวกกับนิวตรอนซึ่งเป็นกลาง ทางไฟฟ้า

ไอออน อะตอม หรือหม่ขู องอะตอมที่ไมเ่ ปน็ กลาง มี ๒ ชนดิ ❑ ไอออนบวก หรือแคตไอออน (cation) ท่ีแสดงอ้านาจไฟฟ้า ของประจไุ ฟฟา้ บวก ❑ ไอออนลบ หรือแอนไอออน (anion) ที่แสดงอ้านาจไฟฟ้า ของประจไุ ฟฟา้ ลบ

ไอออน ปฏกิ ิริยาออกซเิ ดชนั (oxidation) หมายถงึ ปฏิกิริยาท่ีอะตอมมีการสญู เสยี อิเลก็ ตรอนจากวงโคจร

ชวนคิด นักเรยี นคดิ วา่ เหตุใดจงึ ต้องมีการวิจยั พฒั นา แบตเตอรอี่ ยูตลอดเวลา

การชารจ์ ไฟของรถยนต์ไฟฟา้ แบตเตอร่ี ❑ รถยนตไ์ ฟฟา้ รบั ไฟจากกระสลบั จากแหล่งจ่ายไฟ และแปลงเปน็ กระแสตรงเขา้ สู่ แบตเตอร่ี ❑ ถา้ ใชไ้ ฟบา้ นจะใชเ้ วลาประมาณ 6 – 8 ชม. ❑ การชาร์จตามสถานี ใชเ้ วลา 15 – 30 นาที เนือ่ งจากแรงดันสูงกว่า ❑ ส่วนการเตมิ น้ามนั ใช้เวลา 2 นาที

สอื่ เสริม เพ่มิ ความรู้ ❑นกั เรียนสามารถศึกษาขอ้ มลู เพมิ่ เตมิ เก่ยี วกับรถยนตไ์ ฟฟ้า แบตเตอรไี่ ดท้ ่ี http://ipst.me/10753

กจิ กรรมที่ 1.2 เรอ่ื ง ยากแค่ไหนกว่าจะไดใ้ ชร้ ถยนต์ นกั เรยี นแต่ละกล่มุ วิคราะหก์ ารสร้างและพัฒนารถยนต์พลังงานเช้อื เพลงิ และรถยนต์ ไฟฟ้าแบตเตอรี่วา่ มีการใช้ความรใู้ นเรือ่ งใด และนามาใช้อย่างไร รถยนตพ์ ลังงานเชอื้ เพลงิ รถยนต์ไฟฟา้ แบตเตอรี่

ความสมั พนั ธ์ระหวา่ งรถยนต์ไฟฟา้ แบตเตอรี่กบั ศาสตร์อืน่ ❑ ความร้วู ัสดศุ าสตร์ มาใชก้ ารผลิตโครงรถยนต์ ❑ ตอ้ งมีนา้ หนกั เบา ประหยัดพลงั งาน แข็งแรง ➢ เชน่ การน้าอลมู ีเนียมมาใชแ้ ทนเหลก็ ➢ ท่นี ั่งและแกนกลางพวงมาลัยทา้ แมกนีเซียม ➢ ตัวถงึ ท้าจากพลาสติก ทนแรงกระแทก และรี ไซเคิลได้

ความสัมพันธ์ระหวา่ งรถยนต์ไฟฟ้าแบตเตอรีก่ บั ศาสตรอ์ ่ืน ❑ ความรู้วิศวกรรมศาสตร์ เร่ือง กลศาสตร์และวสั ดุ ศาสตร์ มาพฒั นาเบาะทน่ี งั่ ❑ สะดวกสบายต่อการใชง้ าน ❑ รับน้าหนักไดม้ าก ❑ สามารถปรับไดต้ ามความตอ้ งการ ❑ เบาะทท่ี ้าจากหนงั หรือผา้

ความสัมพนั ธ์ระหวา่ งรถยนตไ์ ฟฟา้ แบตเตอร่กี บั ศาสตรอ์ ่นื ❑ ความรวู้ ทิ ยาศาสตร์ เรอื่ ง การเหนีย่ วน้าของ แมเ่ หล็กไฟฟา้ มาสร้างมอเตอร์ ❑ โดยการเปลีย่ นพลังงานไฟฟา้ เปน็ พลังงานกล เพอ่ื ใหม้ แี รงบิด และความเรว็ ตามทตี่ อ้ งการ

ความสัมพนั ธ์ระหว่างรถยนต์ไฟฟา้ แบตเตอร่กี บั ศาสตรอ์ ่ืน ❑ ความรู้ศิลปกรรมศาสตรแ์ ละวิศวกรรมศาสตร์ เรอื่ ง การออกแบบและอากาศพลศาสตร์ มาใช้ ออกแบบรถยนตใ์ หม้ ีแรงตา้ นน้อยที่สดุ ❑ ท้าใหป้ ระหยัดพลงั งาน และชว่ ยทา้ ใหเ้ กดิ แรงกด ❑ เพื่อการทรงตัวและเกาะถนนดีข้ึน

ความสมั พนั ธ์ระหวา่ งรถยนต์ไฟฟา้ แบตเตอรีก่ บั ศาสตร์อ่นื ❑ ความรู้วทิ ยาศาสตร์และเซ็นเซอร์ มาใช้ควบคมุ แรงดนั ไฟฟา้ และอุณหภมู ิของแบตเตอร่ี ❑ เพือ่ ควบคมุ อตั ราการชาร์จใหส้ ัมพนั ธก์ บั อณุ หภมู ิ ของแบตเตอร่ี

ความสมั พนั ธร์ ะหว่างรถยนตไ์ ฟฟา้ แบตเตอรกี่ ับศาสตร์อื่น ❑ ความร้วู ทิ ยาศาสตรแ์ ละวิศวกรรมศาสตร์ เร่อื งแรงดนั ไฟฟ้า และการออกแบบ วงจรอเิ ล็กทรอนกิ ส์ ❑ พัฒนาอปุ กรณแ์ ปลงกระแสไฟฟ้า จากกระแสตรง เป็นกระแสสลับ

ความสัมพนั ธร์ ะหว่างรถยนต์ไฟฟ้าแบตเตอรี่กบั ศาสตร์อืน่ ❑ ความรู้วทิ ยาศาสตร์ เร่ือง เซลล์เคมไี ฟฟา้ มาสรา้ ง แบตเตอรี่ ❑ โดยการเปลย่ี นพลังงานเคมีเปน็ พลงั งานไฟฟา้ ❑ เพ่อื ใหส้ ามาถจัดเก็บพลงั งานได้มาก มนี ้าหนักเบา และทนทาน

ความสัมพนั ธ์ระหว่างรถยนตไ์ ฟฟ้าแบตเตอร่ีกับศาสตรอ์ ่นื ❑ ความรู้วัสดศุ าสตร์ เรือ่ ง สมบตั ิ วสั ดุ และพนื้ ผดิ สมั ผสั มาพฒั นาล้อรถยนต์ ❑ ทา้ ใหเ้ กาะตดิ ถนนทกุ สภาพพ้นื ผิว ❑ รบั น้าหนักตัวรถยนต์ และน้าหนกั บรรทกุ

ผลกระทบของการใช้รถยนตไ์ ฟฟ้าแบตเตอร่ี ผลกระทบต่อ ด้านบวก ด้านลบ เศรษฐกิจ • วตั ถดุ บิ จะมีราคาเพิ่มข้ึน • ความตอ้ งการใชพ้ ลงั าน • สง่ เสรมิ ใหเ้ กดิ อุตสาหกรรมการ เชอื้ เพลงิ ลดลง ทาให้ อุตสาหกรรมนา้ มนั มูลค่า ผลิตประเภทหม่ ลดลง • มกี ารลงทุนจากต่างชาติ ทา • อุตสาหกรรมแบบเดิมที่ รายได้เขา้ ประเทศ ผลติ ชิ้นส่วนพลงั งาน เช้ือเพลิงอาจปิดตัว • การผลิตไฟฟ้าอาจจะไม่ ทันและเสยี สเถียรภาพ ทางพลังงาน

ผลกระทบของการใชร้ ถยนตไ์ ฟฟ้าแบตเตอร่ี ผลกระทบต่อ ด้านบวก ด้านลบ สังคม • คณุ ภาพการใชช้ วี ิต สขภุ าพดขี ้ึน • ความตอ้ งการด้าน เพราะสภาพอากาศทดี่ ีขน้ึ แรงงานลดลงเนอ่ื งจาก • ทาให้เกดิ ความตอ้ งการแรงงาน เน่อื งจากรุยนต์ไฟฟา้ มี มากขน้ึ ซึ่งเป็นการเพ่มิ อาชพี ใหม่ ชิน้ สว่ นทใ่ี ชล้ ดลงจานวน มาก ทาใหเ้ กิดปญั หาการ ว่างงาน

การประยกุ ต์ใชร้ ถยนต์แบตเตอรไี่ ฟฟา้ ❑ รถยนต์ไร้คนขบั หรือ รถยนตข์ บั เคลื่อนอตั โนมตั ิ (Self-driving car หรอื Autonomous car) ❑ น้ารถยนต์แบตเตอรีม่ าประยกุ ต์ใชก้ บั 5G Internet of Thing (Iof) ❑ ซอฟตแ์ วร์อจั ฉรยิ ะ กลอ้ ง เซน็ เซอร์ เพือ่ ตรวจจับการเคลอ่ื นไหวของวตั ถุ ❑ บันทึกขอ้ มูลรอบตวั รถยนตต์ ลอดเวลา ❑ วิเคราะห์สภาพพ้นื ถนน ❑ ตรวจจบั ปา้ ยจราจรและสัญญาณไฟจราจร ❑ ระบบ GPS

การประยุกตใ์ ชร้ ถยนตแ์ บตเตอร่ไี ฟฟา้

ประโยชนข์ องรถยนตไ์ ร้คนขบั ❑ รับร้แู ละตอบสนองตอ่ สภาพภายนอกไดอ้ ยา่ งรวดเร็ว ลดอุบัติเหตุ ❑ การใช้เช้อื เพลิงเป็นไปอย่างมีประสิทธภิ าพ ➢ รกั ษากฎจราจร ➢ การจราจรไม่ตดิ ขดั มคี วามเปน็ ระเบยี บเพราะไร้คนขับ ➢ การตดั สินใจของระบบอัตโนมัติท้าใหข้ บั เคลื่อนอย่างมีประสิทธภิ าพ

❑ ระบบระบุต้าแหน่งบนพื้นโลก (Global❑Poเsซiน็tioเซnอinรg์ LISDyAsRte(mLigh:t GDPeSte) cรti่วoมnกaับnd เครอ่ื งวดั ความเร็ว เคร่ืองวัดความสูงและเคRรื่อaงnวgัดinกgา)รหตรมวุนจสเพอื่อบรสะภบาุตพ้าแแวหดนล่ง้อขมอขงอง เส้นทางหรือรถยนตใ์ ห้แม่นย้าทสี่ ุด ยานพาหนะ เช่น ถนน รถยนต์คันอ่ืน คน เดนิ เท้า ❑ เซ็นเซอร์วัดระยะทางจากการหมุน ❑ เขพซออื่็งนเลสเ้อรซริมอถแรล(์oอะdัปลoรตmบั รปeารtโงุryขซอ้ นsมeิ กูลnsG(oUPrlsSt)raใsชo้ n❑ic กล้องวีดีโอ (Video cameras) ตรวจสอบ Sensors) ใช้วัดต้าแหน่งของวัตถุใกล้กับ ส ภ า พ แ ว ด ล้ อ ม ร อ บ ร ถ ย น ต์ แ ล ะ อ่ า น รถยนต์ สญั ญาณไฟจราจร ❑ คอมพวิ เตอร์ส่วนกลาง (Central computer) จะ วิเคราะห์ข้อมูลที่ส่งมาจากเซ็นเซอร์ทั้งหมด รว❑ม เซ็นเซอร์เรดาร์ (radar sensor) กับกฎจราจรและควบคุมพวงมาลัย ความเร็ว ใช้ตรวจจับการเคลื่อนไหวของ สภาพแวดลอ้ มรถยนต์ และการเบรก