146 üงจร ซึ่งพลังงานจะถูกเก็บไü้ในตัüเĀนี่ยüน า ĀรืĂตัüเก็บประจุĀรืĂทั้งÿĂงĂย่าง จากนั้นมĂเตĂร์จะแปลงเป็น การเคลื่Ăนที่แบบĀมุนได้Ăย่างราบรื่น GBT ระดับ EV ต่Ăÿู้กับปัญĀาที่คล้ายกันกับที่Ăธิบายไü้ในÿ่üนก่ĂนĀน้าและแÿดงภาพประกĂบไü้ รูปที่6.5 เราต้ĂงการใĀ้แรงดันไฟฟ้าเกณฑ์ต่ าและแรงดันพังทลายÿูง และกระแÿไฟฟ้าในÿถานะที่Ăนุญาต จะต้ĂงĂยู่ในĀน่üยĀลายร้ĂยแĂมป์ โดยทั่üไป IGBT จะถูกจัดเรียงแบบคู่ขนานเพื่ĂใĀ้ÿามารถแบ่งปันภาระ ในการแบกกระแÿไฟฟ้าในÿถานะที่ÿูงได้ ÿุดท้าย เüลาที่ใช้ในการเปิดและปิดทรานซิÿเตĂร์จะต้Ăงÿั้น เนื่Ăงจากข้Ăก าĀนดด้านเüลาจะüัดเป็นไมโครüินาที 6.3 กล ่องควบค ุม (Controllers) ค าü่า ตัüคüบคุม เป็นค าýัพท์ที่กü้างมาก ซึ่งครĂบคลุมĂุปกรณ์ĀลากĀลายประเภท แต่ การท างานทั่üไปขĂงตัüคüบคุม มีภาพประกĂบĂยู่ในรูปที่6.7 โดยทั่üไป ระบบตĂบรับจะüัด จากนั้นกระตุ้น (เช่น การเปลี่ยนแปลง) ÿถานะขĂง "โรงงาน" บางแĀ่ง ซึ่งโดยพื้นฐานแล้ü Āมายถึงÿิ่งใดก็ตาม ที่มีÿถานะที่ÿามารถเปลี่ยนแปลงได้ รูปที่6.7 แÿดงการĂĂกแบบระบบคüบคุมโดยทั่üไป ในการเปรียบเทียบ ลĂงจินตนาการü่าโรงงานแĀ่งนี้เป็นเตาĂบไฟฟ้า เชฟเลืĂกĂุณĀภูมิÿ าĀรับเตา Ăบ ซึ่งÿĂดคล้Ăงกับค าÿั่งทางด้านซ้ายรูปที่6.7 เซ็นเซĂร์ในกรณีนี้คืĂเทĂร์โมมิเตĂร์ ท าĀน้าที่üัดĂุณĀภูมิ ขĂงเตาĂบและเปรียบเทียบกับค าÿั่ง พูดĂุณĀภูมิในเตาĂบต่ ากü่าที่ต้Ăงการ ข้ĂผิดพลาดระĀü่างกระแÿและ ĂุณĀภูมิที่ตั้งไü้จะถูกÿ่งไปยังตัüคüบคุม ซึ่งในกรณีนี้จะÿั่งใĀ้เตาĂบร้Ăนขึ้นโดยการเปิดĂงค์ประกĂบคüาม ร้Ăน จากนั้น กระบüนการนี้จะท าซ้ า เมื่Ăมีการÿ่งการüัดข้ĂผิดพลาดใĀม่ไปยังตัüคüบคุม ซึ่งจะเปิดและปิด Ăงค์ประกĂบคüามร้Ăนตามคüามจ าเป็นเพื่ĂประมาณĂุณĀภูมิที่ตั้งไü้ใĀ้ใกล้เคียงที่ÿุด
147 ในกรณีขĂงบทนี้ โรงงานจะเป็นรถยนต์ไฟฟ้า แม้ü่ารถยนต์ไฟฟ้าจะมีระบบคüบคุมที่แตกต่างกัน มากมาย แต่ÿิ่งĀนึ่งที่ÿ าคัญที่ÿุดก็คืĂคüามเร็ü การใช้แป้นคันเร่ง คนขับจะคüบคุมคüามเร็üระดับĀนึ่ง Āาก คüามเร็üที่ต้Ăงการÿูงกü่าคüามเร็üปัจจุบัน ตัüคüบคุมจะÿั่งงานมĂเตĂร์เพื่Ăเพิ่มคüามเร็ü ในมĂเตĂร์กระแÿตรง (DC Motor) Āมายถึง การเพิ่มแรงดันไฟฟ้าที่ขั้üขĂงมĂเตĂร์ ซึ่งจะเพิ่ม กระแÿที่ไĀลในขดลüด และท าใĀ้แรงบิดเพิ่มขึ้นด้üย เนื่ĂงจากแบตเตĂรี่มีแรงดันไฟฟ้าเกืĂบคงที่ ตัüคüบคุม มĂเตĂร์กระแÿตรงจึงต้Ăงÿามารถปรับแรงดันไฟฟ้าขึ้นĀรืĂลงเพื่Ăเพิ่มĀรืĂลดคüามเร็üขĂงยานพาĀนะได้ ในมĂเตĂร์กระแÿÿลับ (AC motor) เพื่Ăเพิ่มคüามเร็ü เราจ าเป็นต้Ăงเพิ่มคüามถี่ขĂงรูปคลื่นไฟฟ้า กระแÿÿลับที่ใช้กับขั้üต่ĂมĂเตĂร์ เนื่ĂงจากแบตเตĂรี่จ่ายกระแÿไฟตรงเท่านั้น ตัüคüบคุมมĂเตĂร์กระแÿÿลับ จะต้Ăงÿามารถÿร้างรูปคลื่นกระแÿÿลับได้ก่Ăน ĀรืĂĂย่างน้Ăยก็ประมาณค่าที่ÿมเĀตุÿมผลได้ จากนั้น เพื่Ă คüบคุมคüามเร็üขĂงยานพาĀนะ จะต้Ăงÿามารถปรับคüามถี่ขĂงรูปคลื่นเĀล่านี้ได้ ไม่ü่าในกรณีใด เราต้Ăงการการเปลี่ยนแปลงคüามเร็üเพื่ĂใĀ้บรรลุเป้าĀมายด้านประÿิทธิภาพ ดังที่ แÿดงในภาพรูปที่6.8 รูปนี้แÿดงใĀ้เĀ็นü่าเกิดĂะไรขึ้นจากค าÿั่งใĀ้เพิ่มคüามเร็ü 1 ไมล์ต่Ăชั่üโมง รูปที่6.8แÿดงการตĂบÿนĂงต่Ăการเปลี่ยนแปลงขั้นตĂนขนาด 1.0 üัตถุประÿงค์ประÿิทธิภาพĀลักÿ าĀรับการเปลี่ยนแปลงนี้มีดังนี้ เวลำที่เพิ่มขึ้น (Rise Time) คüามเร็üคüรมาบรรจบกันĂย่างรüดเร็üตามค่าที่ต้Ăงการ ซึ่งในกรณีนี้คืĂเร็ü กü่าคüามเร็üเริ่มต้น 1 ไมล์ต่Ăชั่üโมง กล่าüĂีกนัยĀนึ่ง ช่Ăงü่างระĀü่างค่าเริ่มต้น (การüัด) และค่าที่ ต้Ăงการ (ค าÿั่ง) คüรปิดĂย่างรüดเร็ü
148 Overshoot Ăย่างไรก็ตาม ยิ่งปิด Gap ได้เร็üเท่าใด ก็ยิ่งมีแนüโน้มที่จะเกินค่าที่ต้Ăงการมากขึ้นเท่านั้น ในรูป ที่ 6.8 จะเĀ็นระดับคüามÿูงเกินประมาณ 20 เปĂร์เซ็นต์ จนถึงค่าÿูงÿุด 1.2 ไมล์ต่Ăชั่üโมง ยัง ต้ĂงการลดการเกินขĂบเขตนี้ด้üย กำรตั้งเวลำ (Settling Time) Āลังจากถ่ายภาพเกิน เราต้ĂงการใĀ้คüามเร็üลดลง (ĀรืĂคงที่) ใĀ้เป็นค่าที่ ต้ĂงการĂย่างรüดเร็ü แทนที่จะค้างĂยู่ในภาพเกินเป็นเüลานาน ข้อผิดพลำดในÿถำนะคงตัว (Steady-State Error) ในที่ÿุด เมื่Ăÿถานะถึงที่ต้Ăงการแล้ü จะต้ĂงใĀ้ ข้Ăผิดพลาดในÿถานะคงตัüต่Ăเนื่Ăงมีค่าต่ า ตามรูปที่6.8 จะเĀ็นü่า เมื่Ăคüามเร็üĂยู่ภายใน 5 เปĂร์เซ็นต์ขĂงค่าที่ต้Ăงการ คüามเร็üจะคงĂยู่ภายใน 5 เปĂร์เซ็นต์ขĂงค่าที่ต้ĂงการเÿมĂ แม้ü่า คüามเร็üจะต่ ากü่าค่าที่ต้ĂงการระĀü่างทางกลับลงมาจากการเกินเลยครั้งแรกก็ตาม รูปที่ 6.9 แÿดงใĀ้เĀ็นถึงÿถานการณ์ที่ÿมจริงยิ่งขึ้นซึ่งตัüแปรที่เป็นปัญĀามีเÿียงดัง ในกรณีขĂง คüามเร็ü เÿียงนี้Ăาจเป็นผลมาจากพื้นผิüถนนที่ไม่เรียบ ĀรืĂคüามไม่แน่นĂนในการüัดคüามเร็üขĂง ยานพาĀนะ Ăย่างไรก็ตาม ยังคงต้ĂงการใĀ้üัตถุประÿงค์การปฏิบัติงานÿี่ประการที่Ăธิบายไü้ข้างต้นเป็นจริง รูปที่ 6.9แÿดงการตĂบÿนĂงที่มีเÿียงดังต่Ăการเปลี่ยนแปลงขั้นตĂนขนาด 1.0
149 6.3.1 ตัวควบค ุม DC แบบÿเต็ปดำวน์(Step-Down DC Controllers) ตัüคüบคุม DC แบบธรรมดา ซึ่งเป็นตัüคüบคุม DC แบบ step-down ซึ่งÿามารถใช้ÿร้าง แรงดันไฟฟ้าที่ต่ ากü่าแรงดันแบตเตĂรี่ได้ ÿิ่งนี้จะท าใĀ้เราÿามารถเปลี่ยนแปลงแรงดันไฟฟ้าที่ใช้กับมĂเตĂร์ กระแÿตรงได้ ดังที่กล่าüมาที่บทที่ 4 จะท าใĀ้ÿามารถเปลี่ยนแปลงคüามเร็üขĂงมันได้ ตัüคüบคุมที่แÿดงในรูปที่ 6.10 แปลงข้ĂผิดพลาดระĀü่างคüามเร็üที่üัดได้และคüามเร็üที่ต้Ăงการ เป็นค าÿั่งÿ าĀรับÿüิตช์ทรานซิÿเตĂร์ IGBT ที่ด้านบนขĂงแผนภาพ (ดังที่ได้กล่าüไü้ก่ĂนĀน้านี้ ใน ÿภาพแüดล้Ăมที่มีกระแÿไฟฟ้าÿูงขĂงยานพาĀนะไฟฟ้า แล้üจะเป็นĂาร์เรย์ขĂง IBGT ที่ท างานขนานกันเพื่Ă แบ่งปันโĀลด) รูปที่6.10แÿดงแผนภาพบล็ĂกขĂงตัüคüบคุม DC แบบÿเต็ปดาüน์ Āากคüามเร็üปัจจุบันต่ าเกินไป ตัüคüบคุมจะเพิ่มÿัดÿ่üนขĂงเüลาที่ปิดÿüิตช์ (เช่น เปิด) Āาก คüามเร็üปัจจุบันÿูงเกินไป ตัüคüบคุมจะเพิ่มÿัดÿ่üนขĂงเüลาที่ÿüิตช์เปิดĂยู่ (เช่น ปิด) กล่าüĂีกนัยĀนึ่ง ตัü คüบคุมจะปรับเปลี่ยนคüามกü้างขĂงพัลÿ์ “เปิด” ที่ÿัมพันธ์กับพัลÿ์ “ปิด” ด้üยเĀตุนี้ เราจึงเรียก กระบüนการนี้ü่าการปรับคüามกü้างพัลÿ์ (PWM) เมื่Ăÿüิตช์ปิด (เช่น เปิด) กระแÿจะไĀลตามเข็มนาāิการĂบüงนĂกที่ด้านบนขĂงรูปที่ 6.10 üงนี้ถูก üาดใĀม่ทางด้านซ้ายขĂงรูปที่6.11 เมื่Ăปิดÿüิตช์ แบตเตĂรี่จะจ่ายไฟใĀ้กับตัüเĀนี่ยüน า และตัüต้านทาน มĂเตĂร์แปลงพลังงานบางÿ่üนเป็นการเคลื่Ăนที่แบบĀมุน และตัüเĀนี่ยüน าจะเก็บพลังงานบางÿ่üนไü้ ในÿนามแม่เĀล็ก
150 เมื่Ăÿüิตช์เปิด (เช่น ปิด) แบตเตĂรี่จะไม่ต่Ă และไม่ได้จ่ายไฟใĀ้กับÿ่üนที่เĀลืĂ ขĂงüงจรในทันที ซึ่ง ขณะนี้เÿร็จÿมบูรณ์ไดโĂดจะท างาน ดังแÿดงตามรูปที่6.10ช่üงตรงกลางขĂงรูป Ăย่างไรก็ตาม ยังมีพลังงานÿะÿมĂยู่ในÿนามแม่เĀล็กขĂงตัüเĀนี่ยüน า ซึ่งยังคงใĀ้พลังงานแก่ มĂเตĂร์ดังแÿดงทางด้านขüาขĂงรูปที่6.11 Āากจ าได้จากĀัüข้Ă6.2.2 กระแÿไฟเĀนี่ยüน าต่Ăเนื่Ăง กล่าüคืĂ ไม่ÿามารถเปลี่ยนแปลงได้ในทันที ดังนั้น แม้ü่ากระแÿไฟจากแบตเตĂรี่จะĀยุดจ่าย แต่กระแÿยังคงไĀลจาก พลังงานที่เก็บไü้ในตัüเĀนี่ยüน า และจ่ายไฟใĀ้กับÿ่üนที่เĀลืĂขĂงüงจร ÿิ่งเĀล่านี้จะด าเนินต่Ăไปจนกü่า พลังงานที่เก็บไü้ในตัüเĀนี่ยüน าจะĀมดไป ĀรืĂปิดÿüิตช์และแบตเตĂรี่จะจ่ายพลังงานใĀม่ รูปที่6.11แÿดงÿĂงÿถานะขĂงตัüคüบคุม DC แบบÿเต็ปดาüน์ แรงดันไฟฟ้าที่ปรากฏทั่üมĂเตĂร์จะขึ้นĂยู่กับ ÿ่üนขĂงเüลาที่ปิดÿüิตช์ ช่üงเüลาÿ่üนนี้เรียกü่ารĂบ การท างาน และค านüณโดยÿมการ (6.19) สมการ = + (6.19) เมื่Ă คืĂ รĂบการท างาน (Ăัตราÿ่üน) คืĂ เüลาที่ปิดÿüิตช์และ คืĂ เüลาที่ÿüิตซ์เปิดĂยู่ ผลรüมขĂง = + คืĂ เüลารĂบรüมขĂงตัüคüบคุม โดยทั่üไปแล้üตัüคüบคุม DC จะใช้ ≈ 50 × 10−6 üินาที เüลาĂันÿั้นนี้ÿĂดคล้Ăงกับคüามถี่ขĂง = 1/ ĀรืĂประมาณ 20 kHz แรงดันไฟฟ้าเฉลี่ยที่ปรากฏทั่üมĂเตĂร์ÿามารถประมาณได้ดังนี้ สมการ ≈ (6.20) รูปที่6.12 แÿดงกระแÿไฟเĀนี่ยüน า (ÿเกลซ้าย) และแรงดันไฟฟ้าขĂงมĂเตĂร์ (ÿเกลขüา) ÿ าĀรับ รĂบการท างานÿĂงรĂบ 80 เปĂร์เซ็นต์และ 20 เปĂร์เซ็นต์ รูปคลื่นด้านบนมี 80 เปĂร์เซ็นต์รĂบการท างาน
151 และมาบรรจบกันเป็นแรงดันไฟฟ้ามĂเตĂร์เฉลี่ยที่ 80 เปĂร์เซ็นต์ขĂง ก็คืĂ 400 V รูปคลื่นด้านล่างมี รĂบการท างาน 20 เปĂร์เซ็นต์และคงที่ ประมาณ 20 เปĂร์เซ็นต์ขĂง 400 V รูปคลื่นดังแÿงในรูปที่6.12ที่ เรียกü่า คลื่นฟันเลื่Ăย คืĂคüามยาüĀนึ่งรĂบ (ประมาณ 50 × 10−6 üินาที) รูปที่6.12แÿดงแรงดันไฟฟ้าขĂงมĂเตĂร์ที่มาจากรĂบการท างานที่แตกต่างกันÿĂงรĂบ ที่ T üินาทีแรก ขĂงรูปคลื่นÿ าĀรับรĂบการท างาน 80 เปĂร์เซ็นต์ทางด้านซ้ายขĂงรูปĂย่างใกล้ชิด จาก = 0 ถึง 0.8 ÿüิตช์ปิดĂยู่ และเชื่Ăมต่ĂแบตเตĂรี่ ที่ = 0 กระแÿ และแรงดันไฟฟ้ามีค่าเป็นýูนย์ ทั้งคู่ แต่ทั้งคู่จะเพิ่มขึ้นเมื่ĂแบตเตĂรี่จ่ายไฟใĀ้กับตัüเĀนี่ยüน า และมĂเตĂร์ ณ เüลา 0.8 ÿüิตช์เปิดĂยู่ และ ถĂดแบตเตĂรี่ĂĂก ตĂนนี้แĀล่งพลังงานเดียü คืĂพลังงานที่เก็บไü้ในตัüเĀนี่ยüน า ดังนั้น แรงดันและกระแÿที่ แÿดงในรูปที่6.12 ÿลายตัüเมื่Ăพลังงานในÿนามแม่เĀล็กถูกถ่ายโĂนไปยังมĂเตĂร์และแปลงเป็นพลังงานการ Āมุน ÿ าĀรับรĂบการท างาน 80 เปĂร์เซ็นต์ การÿลายนี้จะÿั้น โดยคงĂยู่ตั้งแต่ 0 เท่านั้น 0.8 ถึง จากนั้น การเชื่Ăมต่ĂแบตเตĂรี่Ăีกครั้ง และüงจรจะเกิดซ้ าĂีกครั้ง รĂบการท างาน 20 เปĂร์เซ็นต์จะคล้ายกัน ยกเü้นü่า แบตเตĂรี่ที่จ่ายไฟใĀ้กับüงจรเพียง 20 เปĂร์เซ็นต์แรกขĂงรĂบ และตัüเĀนี่ยüน าจ่ายไฟใĀ้กับüงจรĂีก 80 เปĂร์เซ็นต์ เพียงเปลี่ยนระยะเüลาที่เปิดÿüิตช์ เราก็ÿามารถประมาณแรงดันไฟฟ้าต่างๆ ที่ĀลากĀลายได้Ăย่าง ÿมเĀตุÿมผล ท าใĀ้ÿามารถรันมĂเตĂร์กระแÿตรงด้üยคüามเร็üที่แตกต่างกันได้ĀลากĀลาย
152 6.3.2 คอนโทรลเลอร์ DC แบบÿเต็ปอัพ/ดำวน์(Step-Up/Down DC Controllers) ตัüคüบคุม DC แบบÿเต็ปดาüน์ ที่Ăธิบายไü้ในÿ่üนก่ĂนĀน้าช่üยใĀ้เราÿามารถÿร้าง แรงดันไฟฟ้าที่น้Ăยกü่าแรงดันแบตเตĂรี่ได้ Āากต้Ăงการÿร้างแรงดันไฟฟ้าที่มากกü่าแรงดันไฟฟ้าขĂง แบตเตĂรี่ ก็ÿามารถท าได้เช่นกัน แต่ต้Ăงใช้üงจรที่ซับซ้Ăนกü่าเล็กน้Ăย ซึ่งประกĂบด้üยทั้งตัüเĀนี่ยüน าและ ตัüเก็บประจุ รูปที่ 6.13 แÿดงüงจรคüบคุมÿเต็ปĂัพ/ดาüน์ ดังภาพประกĂบด้านซ้ายขĂงรูปที่6.14 เมื่Ăปิดÿüิตช์ พลังงานจะถูกถ่ายโĂนจากแบตเตĂรี่ไปยังตัüเĀนี่ยüน า ในช่üงเüลานี้ มĂเตĂร์จะได้รับพลังงานจากพลังงานที่ เก็บไü้ในตัüเก็บประจุ รูปที่ 6.13แÿดงบล็ĂกไดĂะแกรมขĂงตัüคüบคุม DC แบบÿเต็ปĂัพ/ดาüน์ รูปที่ 6.14แÿดงÿĂงÿถานะขĂงตัüคüบคุม DC แบบÿเต็ปĂัพ/ดาüน์
153 เมื่Ăÿüิตช์เปิดĂยู่ ดังภาพประกĂบทางด้านขüาขĂงรูปที่ 6.14 แบตเตĂรี่ถูกตัดĂĂกจากüงจร และ พลังงานที่เก็บไü้ในตัüเĀนี่ยüน าใĀ้พลังงานแก่ทั้งมĂเตĂร์และตัüเก็บประจุ เมื่Ăชาร์จแล้üตัüเก็บประจุจะมี พลังงานจ่ายใĀ้กับมĂเตĂร์ในครั้งถัดไปเมื่Ăปิดÿüิตช์ รูปที่ 6.15 แÿดงการตĂบÿนĂงชั่üคราü เช่น การตĂบÿนĂงทันทีÿ าĀรับตัüคüบคุมแบบÿเต็ปขึ้น/ลง ที่มีรĂบการท างาน 30 เปĂร์เซ็นต์ กล่าüĂีกนัยĀนึ่ง ÿüิตช์จะปิด 30 เปĂร์เซ็นต์แรกขĂงแต่ละรĂบ ในช่üง เüลานี้ กระแÿไฟฟ้าขĂงตัüเĀนี่ยüน าจะเพิ่มขึ้นĂย่างรüดเร็ü เมื่ĂแบตเตĂรี่ชาร์จประจุÿนามแม่เĀล็กขĂงตัü เĀนี่ยüน า แรงดันไฟฟ้าขĂงตัüเก็บประจุจะลดลงในช่üงเüลานี้เนื่Ăงจากพลังงานเข้าตัüเก็บประจุถูกใช้เพื่Ă ขับเคลื่ĂนมĂเตĂร์ ในช่üงร้Ăยละ 70 ที่เĀลืĂขĂงแต่ละรĂบ ÿüิตช์จะเปิด และตัüเĀนี่ยüน าจะจ่ายพลังงาน ใĀ้กับทั้งตัüเก็บประจุและเครื่Ăงยนต์ ดังนั้น กระแÿไฟเĀนี่ยüน า และแรงดันไฟฟ้าขĂงตัüเก็บประจุจึงเพิ่มขึ้น รูปที่ 6.15แÿดงการตĂบÿนĂงชั่üครู่ขĂงกระแÿเĀนี่ยüน าและแรงดันไฟฟ้าขĂงตัüเก็บประจุ รูปที่ 6.16 แÿดงแรงดันไฟฟ้าขĂงมĂเตĂร์ซึ่งเท่ากับแรงดันไฟฟ้าขĂงตัüเก็บประจุÿ าĀรับรĂบการ ท างานที่แตกต่างกันÿĂงรĂบ 70 เปĂร์เซ็นต์และ 30 เปĂร์เซ็นต์ ในกรณี 70 เปĂร์เซ็นต์ ใช้เüลา 70 เปĂร์เซ็นต์ในการÿร้างกระแÿไฟฟ้าในตัüเĀนี่ยüน า ในขณะที่ตัüเก็บประจุก าลังจ่ายพลังงานใĀ้กับมĂเตĂร์ Ăย่างไรก็ตาม เนื่Ăงจากมีการชาร์จเป็นเüลานาน ตัüเĀนี่ยüน าจะกักเก็บพลังงานได้มากขึ้น ซึ่งจะเพิ่ม แรงดันไฟฟ้าขĂงตัüเก็บประจุใĀ้Ăยู่ในระดับที่ÿูงขึ้นและÿูงขึ้นเมื่Ăเปิดÿüิตช์ในที่ÿุดรูปที่ 6.16แÿดง 40 รĂบ ในระĀü่างนี้แรงดันไฟฟ้าขĂงมĂเตĂร์จะถึงÿถานะคงที่ที่แรงดันไฟฟ้าที่ÿูงกü่าแรงดันไฟฟ้าขĂงแบตเตĂรี่
154 รูปที่ 6.16แÿดงการตĂบÿนĂงในÿภาüะคงที่ขĂงแรงดันไฟฟ้าขĂงมĂเตĂร์ÿ าĀรับรĂบการท างานที่ แตกต่างกันÿĂงรĂบ ด้üยรĂบการท างานที่ 30 เปĂร์เซ็นต์ ตัüเĀนี่ยüน าจะกักเก็บพลังงานน้Ăยลงมาก ซึ่งĀมายคüามü่า ตัüเก็บประจุจะมีประจุเพียงเýþเÿี้ยüขĂงแรงดันไฟฟ้าแบตเตĂรี่เต็มเท่านั้น ด้üยüิธีนี้ ตัüคüบคุม DC แบบÿเต็ปĂัพ/ดาüน์ÿามารถÿร้างไม่เพียงแต่แรงดันไฟฟ้าที่ต่ ากü่า แรงดันไฟฟ้าขĂงแบตเตĂรี่เท่านั้น แต่ยังรüมถึงแรงดันไฟฟ้าที่ÿูงกü่าแรงดันไฟฟ้าขĂงแบตเตĂรี่ด้üย 6.3.3 ตัวควบค ุมไฟฟ้ำกระแÿÿลับ (AC Controllers) แม้ü่า ตัüคüบคุม DC จะเป็นก้าüแรกที่ÿ าคัญในการÿร้างคüามเข้าใจที่ผ่านมาแต่รถยนต์ ไฟฟ้าÿ่üนใĀญ่ในตลาดปัจจุบันใช้มĂเตĂร์ AC บางประเภท ดังนั้น ในÿ่üนนี้ จะเรียนรู้เกี่ยüกับตัüคüบคุม AC และüิธีการใช้ในการปรับคüามเร็üขĂงมĂเตĂร์ AC üงจรพื้นฐานขĂงตัüคüบคุม AC มีแÿดงไü้ในรูปที่6.17 คĂนโทรลเลĂร์ชนิดนี้เรียกü่า H บริดจ์ เนื่Ăงจากมีรูปทรงที่โดดเด่น โดยมีÿüิตช์ 4 ตัü ที่ÿร้างตัü H รĂบๆ มĂเตĂร์
155 รูปที่6.17 แÿดงตัüคüบคุม AC ที่ใช้บริดจ์ H มĂเตĂร์กระแÿÿลับ AC ไม่ได้ท างานก็ต่Ăเมื่Ă ไม่มีฟังก์ชั่นแรงดันไฟฟ้าไซน์โดยโรเตĂร์จะĀมุนตาม จุดÿูงÿุดขĂงไซนูซĂยด์ (Sinusoid) ขĂงÿเตเตĂร์ ถ้าต้ĂงการใĀ้รถยนต์ไฟฟ้าüิ่งไปได้เร็üๆจะต้Ăงเพิ่มคüามถี่ ขĂงไซนูซĂยด์(Sinusoid) และถ้าต้ĂงการใĀ้รถยนต์ไฟฟ้าüิ่งช้าๆก็ลดคüามถี่ขĂงไซนูซĂยด์(Sinusoid) ลง ในการÿร้างไซนูซĂยด์ (Sinusoid) ตัüคüบคุม AC จะต้Ăงÿามารถÿร้างแรงดันไฟฟ้าทั้งบüกและลบ ได้ก่Ăน ในรูปที่6.17 ถ้า NO ÿüิตช์ S1, S4 Ăยู่ และ OFF ÿüิตช์S2,S3 กระแÿจะไĀลจากซ้ายไปขüาผ่าน มĂเตĂร์ (เÿ้นประ)ซึ่งแÿดงถึงการไĀลขĂงกระแÿ แต่ถ้า NO ÿüิตช์S2, S3 และ OFF ÿüิตช์S1,S4 กระแÿ จะไĀลจากขüาไปซ้าย ซึ่งÿิ่งเĀล่านี้จะช่üยใĀ้ÿามารถÿร้างแรงดันไฟฟ้าขĂงÿัญญาณทั้งÿĂงผ่านมĂเตĂร์ได้ เพื่Ăประมาณรูปร่างที่แท้จริงขĂงไซนูซĂยด์ (Sinusoid) ซึ่งจะใช้ PWM เช่นเดียüกับที่เคยท าในตัü คüบคุม DC ดังที่ได้กล่าüไü้ในĀัüข้Ă6.3.1 จะใช้พัลÿ์ÿั้น ใĀ้ประมาณค่าต่ าและพัลÿ์ยาüจะได้แรงดันไฟฟ้าÿูง โดยประมาณ ดังนั้น เมื่ĂแĂมพลิจูดขĂงแรงดันไซนูซĂยด์ (Sinusoid) ต่ า จะใช้พัลÿ์ÿั้น และเมื่ĂแĂมพลิจูดÿูง จะใช้พัลÿ์ยาü แท่งÿี่เĀลี่ยมในรูปที่6.18 แÿดงคüามกü้างพัลÿ์ที่แตกต่างกัน ซึ่งจ าเป็นในการประมาณค่าไซนู ซĂยด์ (Sinusoid) ด้านล่าง
156 รูปที่6.18แÿดงการปรับคüามกü้างพัลÿ์ÿ าĀรับการคüบคุมไฟฟ้ากระแÿÿลับ AC ÿิ่งÿ าคัญ คืĂ ต้Ăงทราบü่าในกรณีนี้ ก าลังปรับคüามกü้างขĂงพัลÿ์เท่านั้น üงจร H-bridge ที่Ăธิบาย ไü้ข้างต้นไม่มีคüามÿามารถในการปรับแĂมพลิจูด (เช่น แรงดันไฟฟ้า) ขĂงพัลÿ์ ท าได้เพียงคüามยาüขĂงพัลÿ์ เท่านั้น (การปรับคüามกü้างขĂงพัลÿ์จะต้Ăงใช้คĂนโทรลเลĂร์ DC ที่ต่Ăÿายเป็นĂนุกรมกับüงจรนี้ แต่ไม่ จ าเป็นในตัüĂย่างนี้) พัลÿ์ในครึ่งแรก (เช่น บüก) ขĂงรĂบถูกÿร้างขึ้นโดยการเปลี่ยนÿถานะขĂงÿüิตช์ S1 และ S4 ขณะที่ OFF ÿüิตช์ S2, S3 Ăย่างต่Ăเนื่Ăง และพัลÿ์ในครึ่งที่ÿĂง (นั่นคืĂลบ) ขĂงรĂบจะถูกÿร้างขึ้น โดยการเปลี่ยน ÿถานะขĂงÿüิตช์ S2 และ S3 ในขณะที่ NO ÿüิตช์S1,S4 ทิ้งไü้Ăย่างต่Ăเนื่Ăง เช่นเดียüกับที่กล่าüไü้ในĀัüข้Ă6.3.1 พัลÿ์ÿร้างการตĂบÿนĂงขĂงüงจรในรูปขĂงฟันเลื่Ăย รูปคลื่น ฟันเลื่Ăยที่เกิดจากพัลÿ์เข้า ตามรูปที่6.18จะแÿดงĂยู่ในรูปที่6.19 Ăย่างที่เĀ็น รูปคลื่นขĂงฟันเลื่Ăยจะ ใกล้เคียงกับคลื่นไซน์โดยประมาณ
157 รูปที่6.19 แÿดงการตĂบÿนĂงขĂงüงจรเนื่Ăงจากพัลÿ์เข้าตามรูปที่6.18 ด้üยการเปลี่ยนคüามกü้างขĂงพัลÿ์ จะÿามารถประมาณค่าไซนูซĂยด์ (Sinusoid)ขĂงคüามถี่ใดๆ ที่ ต้Ăงการได้ ซึ่ง ท าใĀ้ÿามารถเปลี่ยนคüามเร็üขĂงมĂเตĂร์ได้ เนื่Ăงจากเริ่มต้นด้üยแรงดันไฟฟ้ากระแÿตรง DC คงที่จากแบตเตĂรี่ ตัüคüบคุม AC จึงเป็นĂุปกรณ์ที่มีประÿิทธิภาพ 6.4 บทÿรุป (Conclusion) ในตĂนต้นขĂงบทนี้ ได้ตั้งปัญĀาไü้ จะไม่ÿามารถเชื่Ăมต่ĂมĂเตĂร์เข้ากับแบตเตĂรี่ และคาดĀüังใĀ้ มĂเตĂร์ท างานที่เป็นประโยชน์ในการเคลื่Ăนย้ายยานพาĀนะได้ ในกรณีขĂงมĂเตĂร์ DC แบบมีแปรงถ่าน ÿิ่ง นี้จะท าใĀ้มĂเตĂร์ท างานด้üยคüามเร็üเดียü และÿ าĀรับมĂเตĂร์Ăื่นๆ ทั้งĀมดที่ได้ýึกþา มĂเตĂร์เĀล่านั้นจะ ไม่ท างานด้üยซ้ า ตัüคüบคุมแก้ปัญĀายุ่งยากนี้โดยได้ÿร้างแรงดันไฟฟ้าได้ĀลากĀลาย ท าใĀ้การท างานขĂง มĂเตĂร์ด้üยคüามเร็üที่แปรผันได้ ตัüคüบคุม DC แบบÿเต็ปดาüน์ช่üยใĀ้ÿร้างแรงดันไฟฟ้า DC ที่ĀลากĀลายซึ่งน้Ăยกü่าแรงดัน แบตเตĂรี่ และตัüคüบคุม DC แบบÿเต็ปดาüน์/ลงช่üยใĀ้ÿร้างแรงดันไฟฟ้าที่ĀลากĀลายที่น้Ăยกü่าĀรืĂ มากกü่าแรงดันแบตเตĂรี่ คĂนโทรลเลĂร์ทั้งÿĂงประเภทนี้ÿามารถใช้เพื่Ăปรับคüามเร็üขĂงมĂเตĂร์ กระแÿตรงได้ ÿุดท้ายนี้ ตัüคüบคุม AC ช่üยใĀ้ÿามารถแปลงแรงดันไฟฟ้ากระแÿตรงเป็นรูปคลื่นไฟฟ้า กระแÿÿลับด้üยคüามถี่ที่แปรผันได้ ท าใĀ้ÿามารถปรับคüามเร็üขĂงมĂเตĂร์ไฟฟ้ากระแÿÿลับได้
158 6.5 ทบทวน 1. ประÿิทธิภาพขĂง Tesla Model 3 มีแรงดันไฟฟ้าขĂงแบตเตĂรี่ 350 V และก าลัง มĂเตĂร์ÿูงÿุด 340 kW Āากจ าลĂงระบบมĂเตĂร์เป็นตัüต้านทานตัüเดียü คüามต้านทาน เทียบเท่าขĂงระบบมĂเตĂร์ที่เĂาท์พุตÿูงÿุดจะเป็นเท่าใด กระแÿไฟที่เĂาท์พุตÿูงÿุดเป็นเท่าใด? 2. ใĀ้Ăธิบายü่า ท าไมกระแÿไฟฟ้าที่ไĀลผ่านตัüเĀนี่ยüน าจึงต้Ăงมีคüามต่Ăเนื่Ăง และไม่ ÿามารถก้าüขึ้นĀรืĂลงไปÿู่ค่าใĀม่ได้ในทันที จากนั้นĂธิบายü่าเĀตุใดจึงเป็นเช่นนั้นÿ าĀรับ แรงดันไฟฟ้าในตัüเก็บประจุ 3. ภาพตัüเก็บประจุแบบแผ่นขนานที่ประกĂบด้üยแผ่นกระดาþÿĂงแผ่นขนาด 8.5 x 11 นิ้ü โดยคั่นด้üยกระดาþ 1 มม. ถ้าค่าไฟฟ้าคงที่จ0เท่ากับ 8.854×1012 เĂฟ/ม, คüามจุขĂงตัü เก็บประจุนี้เป็นเท่าใด? (โปรดใช้คüามระมัดระüังกับĀน่üย) มีüิธีใดบ้างที่ÿามารถเพิ่มคüามจุขĂง ตัüเก็บประจุนี้ได้ 2 üิธี 4. ไดโĂดที่ใช้เจĂร์เมเนียมโดยทั่üไปจะมีแรงดันไฟฟ้าตามเกณฑ์ประมาณ 0.3 V ถ้า 500 แĂมป์ไĀลผ่านไดโĂดที่มีแรงดันไฟฟ้าตามเกณฑ์ 0.3 V ไดโĂดจะใช้พลังงานเท่าใด 5. ก่ĂนมีทรานซิÿเตĂร์ คüามเร็üขĂงยานพาĀนะไฟฟ้าถูกคüบคุมโดยการเชื่Ăมต่Ăคüาม ต้านทานจ านüนแปรผันĂนุกรมกับมĂเตĂร์ (ไม่ü่าจะผ่านลิโน่ที่มีคüามต้านทานแปรผัน ĀรืĂ ÿüิตช์เชิงกลที่เลืĂกระĀü่างคüามต้านทาน/คüามเร็üที่แตกต่างกันĀลายค่า) üาดแผนภาพüงจร ขĂงระบบดังกล่าü และĂธิบายüิธีการท างาน ข้Ăเÿียที่ÿ าคัญขĂงการใช้ระบบดังกล่าüคืĂĂะไร? (ÿมมติü่ามĂเตĂร์เป็นมĂเตĂร์กระแÿตรงแบบมีแปรงถ ่าน) 6. รถยนต์ĀรูĀลายคัน รüมถึง Tesla ต่างก็ใช้ระบบที่ปัดน้ าฝนแบบตรüจจับปริมาณน้ าฝน ซึ่งจะปรับคüามเร็üขĂงที่ปัดน้ าฝนตามคüามจ าเป็นตามปริมาณน้ าที่กระทบกระจกĀน้ารถ ใช้ คüามรู้เกี่ยüกับตัüคüบคุม Ăธิบายü่าระบบดังกล่าüท างานĂย่างไร 7. ÿมมติü่าตัüคüบคุม DC แบบÿเต็ปดาüน์เชื่Ăมต่ĂกับแบตเตĂรี่ 350-V รĂบการท างานที่ ต้Ăงใช้เพื่Ăลดแรงดันไฟฟ้าลงเĀลืĂ 300 V เป็นเท่าใด 200 โüลต์? 100 โüลต์? 50 โüลต์? 8. จงĂธิบายüิธีการท างานขĂงตัüคüบคุม DC แบบ step-up/down
159 9. üาดแผนภาพüงจรขĂงระบบคüบคุมที่ÿามารถเปลี่ยนแรงดันไฟฟ้ากระแÿตรงคงที่จาก แบตเตĂรี่เป็นแรงดันไฟฟ้ากระแÿÿลับโดยมีทั้งแรงดันแปรผันและคüามถี่แปรผัน (รüม คĂนโทรลเลĂร์2 ประเภทที่แตกต่างกันเข้าด้üยกัน)
บทที่ 7 การดัดแปลงรถยนต์ไฟฟ้า 7.1 บทน า (Introduction) จากบทÿรุปผู้บริĀาร เรื่อง White Paper มองโอกาÿในüิกฤต “EV conversion” คือ Transition Strategy Āรือไม่ ของÿ านักงานพัฒนาüิทยาýาÿตร์และเทคโนโลยีแĀ่งชาติ (ÿüทช.)กล่าüü่า การยกระดับอุตÿาĀกรรมการดัดแปลงรถยนต์เครื่องยนต์ÿันดาปไปÿู่ยานยนต์ไฟฟ้าดัดแปลงĀรือ EV Conversion นั้นถือü่าเป็นยุทธýาÿตร์ในการเปลี่ยนผ่าน (Transition Strategy) ที่เป็นการเตรียมคüาม พร้อมภายในประเทýไปÿู่การผลิตและใช้งานยานยนต์ไฟฟ้าอย่างเต็มรูปแบบในอนาคต และÿร้างคüาม เชื่อมั่นต่อผู้ประกอบการและผู้บริโภคผ่านการÿร้างอุปÿงค์ (Demand) คüามต้องการยานยนต์ไฟฟ้า ซึ่งจะ ท าใĀ้เกิดอุปทาน (Supply) คüามต้องการในการลงทุนผลิตชิ้นÿ่üนยานยนต์ไฟฟ้าขึ้นภายในประเทý โดยมี นโยบายÿนับÿนุนจากÿภาพัฒน์ฯ ตั้งเป้าĀมายรถไฟฟ้าดัดแปลง จ านüนอย่างน้อย 40,000 คัน ภายใน พ.ý. 2570 ตลอดจนการÿนองตอบต่อนโยบายรัฐบาลไทย 30@30 ภายในปี ค.ý. 2030 จะต้องมีรถยนต์ที่ปล่อย มลพิþเป็นýูนย์อย่างน้อย 30% ของการผลิตยานยนต์ทั้งĀมด การจะเปลี่ยนผ่านอุตÿาĀกรรมรถยนต์ใช้น้ ามันไปÿู่รถยนต์ไฟฟ้าแบบฉับพลัน อาจจะกลายเป็น Disruption ต่ออุตÿาĀกรรมดั้งเดิม ท าลาย supply chain ในอุตÿาĀกรรมนี้ที่ไม่ÿามารถปรับตัüได้ทัน ดังนั้น อุตÿาĀกรรม EV conversion จึงเป็นทางออกĀนึ่งที่คüรได้รับการÿนับÿนุนจากรัฐบาลในระยะเüลา ไม่เกิน 5-10 ปี ดังนั้นการÿนับÿนุนใĀ้เกิดอุตÿาĀกรรมนี้ถือเป็นก้าüÿ าคัญในเชิงยุทธýาÿตร์การเปลี่ยนผ่าน ใĀ้เกิดการใช้รถยนต์ไฟฟ้าอย่างแพร่Āลายภายในประเทý การกระตุ้นใĀ้เกิดการÿร้างอุตÿาĀกรรมนี้จะÿ่งผล กระทบใĀ้เกิดการพัฒนาอุตÿาĀกรรมที่เกี่ยüเนื่อง ÿร้างองค์คüามรู้ คüามพร้อม และยกระดับคüามÿามารถ ในการพัฒนาเทคโนโลยีของประเทý “EV conversion Āรือ อุตÿาĀกรรมรถยนต์ไฟฟ้าดัดแปลง คือ การน ารถเก ่าที่ใช้น ามัน มา เปลี่ยนระบบขับเคลื่อนใĀม ่ เพื่อเปลี่ยนจากการเติมน ามันมาเป็นระบบไฟฟ้า 100%” เปลี่ยนทั้ง เทคโนโลยีที่ใช้ จ านüนชิ้นÿ่üน จากชิ้นÿ่üนรถน้ ามัน 30,000 ชิ้น เมื่อเป็น EV จะลดลงเĀลือเพียง 3,000 ชิ้น Āัüใจÿ าคัญของ EV conversion อยู่ที่ EV Kit Āรือชุดมอเตอร์ และระบบไฟฟ้าที่เกี่ยüข้อง โดยมีราคาตั้งแต่ 400,000 - 800,000 บาทขึ้นไป แล้üแต่รุ่นรถยนต์และอุปกรณ์ชิ้นÿ่üน ซึ่งยังถือü่าÿูงอยู่มากเมื่อเทียบกับผล
161 การÿ ารüจที่พบü่าผู้ใช้งานÿามารถจ่าย EV conversion ประมาณ 300,000 บาท เท่านั้น โดยมีรายงานü่า ถ้าได้รับการÿนับÿนุน อาจจะÿามารถลดราคาเĀลือ 300,000 บาทต่อคันได้ ÿ าĀรับคüามคุ้มทุนคุ้มค่าของการดัดแปลงยานยนต์ไฟฟ้า รถเล็กÿี่ล้อÿามารถประĀยัดค่าใช้จ่ายจาก การใช้ไฟฟ้าเมื่อเทียบกับน้ ามันได้ดีกü่ารถใĀญ่ขนาดĀกล้อและÿิบล้อ ทั้งนี้อุตÿาĀกรรม EV conversion คüรมุ่งเน้นไปที่ Niche market ที่เป็น Commercial vehicle จะมี Demand และคุ้มค่าต่อต้นทุนการ Conversion มากกü่า โดย Optimum price ในปัจจุบันคüรอยู่ที่ไม่เกิน 300,000 บาทต่อคัน ในมิติ ผลกระทบเชิงเýรþฐกิจ พิจารณาจากการที่รถกระบะทั่üประเทýอายุ 10 ปีขึ้นไป มีประมาณ 4 ล้านคัน ถ้า ÿามารถน ามา conversion เพียง 10% ( 4 แÿนคัน) จะเกิดเงินĀมุนเüียนในประเทýกü่า 120,000 ล้านบาท ไปยังผู้ผลิตชิ้นÿ่üนและอู่ในทั่üประเทý ทั้งยังลดผลกระทบทางด้านÿิ่งแüดล้อมด้üยการปล่อยมลภาüะที่ ลดลงได้ 560 ล้านบาท ในด้านคüามปลอดภัย ขณะนี้มีมาตรฐาน มอก.เอÿ ในอุตÿาĀกรรม “การบริการดัดแปลงรถยนต์ และรถจักรยานยนต์ไฟฟ้า” เพื่อใĀ้การรับรองคุณภาพผลิตภัณฑ์และบริการ จ านüน 2 มาตรฐาน นอกจากนี้ ยังมีมาตรฐานที่ EEC ก าลังจะประกาýใช้เป็น guideline 3 เล่ม ทั้งนี้จากประเด็นคüามกังüลด้านคüาม ปลอดภัย guideline ต่างๆ ถือเป็นค าตอบเบื้องต้นในการÿร้างคüามเชื่อมั่นในคüามปลอดภัยของการใช้ EV Conversion แต่อย่างไรก็ตามก็ยังไม่ได้มีบทบังคับแต่อย่างใด โดยขณะนี้ภาครัฐก าลังด าเนินการก าĀนด มาตรฐาน การทดÿอบ การรับรองคุณภาพ ตลอดจนเตรียมประกาýมาตรการการช่üยเĀลือด้านคüาม ปลอดภัยต่อไป ปัจจัยคüามÿ าเร็จที่จะ Breakthrough ใĀ้เกิดอุตÿาĀกรรม EV Conversion ที่ÿ าคัญคือการ ÿนับÿนุนด้านยุทธýาÿตร์ นโยบาย และมาตรการจากภาครัฐ มิติด้านคüามปลอดภัยของการใช้รถยนต์ EV Conversion ด้üยการก าĀนดมาตรฐานและการรับรองคุณภาพผลิตภัณฑ์และบริการ นอกจากนี้ การ ÿามารถรüมกลุ่มแบบ Public-Private-Partnership (PPP) โดยการจัดตั้งÿมาคมĀรือ consortium ก็เป็น อีกแนüทางÿ าคัญที่ÿนับÿนุนใĀ้เกิดอุตÿาĀกรรมนี้อย่างยั่งยืน ในช่üง 5 ปีที่ผ่านมา เนคเทคร่üมกับ กฟผ. ด าเนินโครงการüิจัยและพัฒนาชุดประกอบการดัดแปลง และคู่มือการดัดแปลง (EV kit and blueprints) ÿ าĀรับ EV conversion ด้üยüิธีการแบบ e-Engine ซึ่ง แตกต่างไปจากการดัดแปลงตามปกติ และถือเป็นที่แรกในโลกที่ท าÿ าเร็จ ด้üยĀลักการÿร้างเครื่องยนต์ เÿมือน โดยอาýัยมอเตอร์ไฟฟ้า และกล่องอิเล็กทรอนิกÿ์ÿ าĀรับจ าลองÿัญญาณ (Engine Emulating Unit Āรือ EEU) ท าใĀ้กล่อง ECU เดิมของรถÿามารถท างานได้ต่อไป นอกจากนี้ ยังมีผลงานüิจัยยานยนต์ไฟฟ้า ดัดแปลง 4 โครงการ โดยดัดแปลงในรถยนต์ รถจักรยานยนต์ รถโดยÿาร และเรือโดยÿาร นอกจากนี้ก าลัง
162 ด าเนินโครงการพัฒนาข้อแนะน าการผลิตเชิงอุตÿาĀกรรมและมาตรฐานการตรüจÿอบÿ าĀรับยานยนต์ไฟฟ้า ดัดแปลง ทุนÿนับÿนุนจาก บพข. ทั้งนี้ จุดยืนของผู้แต่งĀนังÿือนี้ มุ่งเน้นด้านการüิจัยและพัฒนาüิธีการดัดแปลงชุดประกอบและคู่มือ การดัดแปลงüิจัยและพัฒนาการดัดแปลงรถยนต์เชื้อเพลิงเป็นรถยนต์ไฟฟ้า ทดÿอบตามมาตรฐานของ ชิ้นÿ่üนĀลัก ตลอดจนÿร้างคüามรู้คüามเข้าใจด้าน EV Conversion แก่นักเรียน นักýึกþา บุคคลทั่üไป การ ฝึกอบรมเพื่อพัฒนาก าลังคน เป็นต้น 7.2 การดัดแปลงยานยนต์ไฟฟ้า(Electric Vehicle Conversion) “EV conversion Āรือ อุตÿาĀกรรมรถยนต์ไฟฟ้าดัดแปลง คือ การน ารถเก ่าที่ใช้น ามัน มา เปลี่ยนระบบขับเคลื่อนใĀม ่ เพื่อเปลี่ยนจากการเติมน ามันมาเป็นระบบไฟฟ้า 100%” EV conversion เกิดขึ้นมานานกü่า 10 ปีแล้ü ทั้งนี้รถคันแรกของเทÿลาก็คือรถ EV conversion โดย เทÿลาท ารถยนต์ต้นแบบด้üยการน ารถยนต์ÿันดาปเปลี่ยนเครื่องยนต์ น าระบบไฟฟ้าใÿ่เข้าไปแทน ก่อน จะก้าüÿู่การเป็นผู้ผลิตรถยนต์ไฟฟ้ารายใĀญ่ของโลก ÿ่üนค่ายรถญี่ปุ่นอย่าง Nissan ก็มีการท า EV conversion กับรถยนต์เช่น Cube และ Tiida เพื่อĀารูปแบบในการออกแบบรถยนต์ไฟฟ้า และต่อมาได้ เปิดตัü Nissan Leaf ซึ่งเป็นยนต์ไฟฟ้ารุ่นแรก ในปี 2010 ข้อจ ากัดของ EV conversion เมื่อ 10 ปีก่อนมีค่อนข้างมาก โดยเฉพาะแบตเตอรี่ที่ยังเป็นแบบ ตะกั่üกรด ซึ่งมีน้ าĀนักมาก และเก็บพลังงานไฟฟ้าได้น้อย ประÿิทธิภาพของการใช้งานยังไม่ค่อยดีนัก รüมถึง ข้อจ ากัดของÿถานีชาร์จไฟฟ้ายังมีไม่มากนัก ทั้งนี้ในปัจจุบันเทคโนโลยีของแบตเตอรี่ก้าüĀน้าขึ้นมาก กลายเป็นแบตเตอรี่ลิเธียม น้ าĀนักน้อย ÿามารถเก็บพลังงานได้มากขึ้น ตลอดจนมีÿถานีชาร์จไฟฟ้าเพิ่มขึ้น ดังนั้น รถยนต์ไฟฟ้าดัดแปลงในปัจจุบัน เริ่มมีโอกาÿเพิ่มขึ้น โดยค่ายรถยนต์กลุ่มรถĀรู เช่น ปอร์เช่ เริ่มน ารถ ที่มีอยู่แล้üมาดัดแปลงเป็นรถยนต์ไฟฟ้า ไม่ได้เน้นขาย แต่เพื่อýึกþาเป็น prototype พร้อมกับýึกþาคüาม ต้องการของตลาดไปด้üย เพื่อเป็นกลยุทธ์การเปลี่ยนผ่านก่อนจะก้าüไปÿู่การผลิตรถยนต์ไฟฟ้าเต็มรูปแบบ ต่อไป บริþัทผลิตรถยนต์ บีüายดี ออโต้ ในประเทýจีน ก็ก้าüเข้าÿู่กระบüนการผลิตรถยนต์ไฟฟ้าด้üย üิธีการที่น่าÿนใจคือ ใช้ÿายการผลิตแบบบอดี้เดียü เดินการผลิต EV คู่กับรถยนต์ที่ใช้น้ ามัน ÿามารถเลือกได้ ü่าล็อตนั้นจะผลิตเป็นรถยนต์แบบใช้น้ ามันĀรือรถยนต์ไฟฟ้า เพื่อเลี่ยงคüามเÿี่ยงในช่üงแรกที่ดีมานด์ EV อาจจะยังไม่มากพอ Āลักการดังกล่าü เป็นĀลักการเดียüกับ EV conversion แต่เป็นการดัดแปลงใน อุตÿาĀกรรมขนาดใĀญ่ซึ่งท ากับรถใĀม่จากโรงงาน
163 ซึ่งปัจจุบันนี้ในบ้านเราการแปลงรถยนต์เชื้อเพลิงเป็นรถยนต์ไฟฟ้า Āรือ EV conversionยังขาด รูปแบบ üิธีการ มาตรฐาน ยังไม่มีแบบตายตัü การจะดัดแปลงรถยนต์เครื่องยนต์ÿันดาปภายในใĀ้เป็นรถยนต์ ไฟฟ้า (EV Conversion)จะต้องค านึงถึงคüามเĀมาะÿม ทางด้านเทคนิค เýรþฐýาÿตร์ และกฎระเบียบข้อ กฎĀมายต่างๆ ซึ่งเป็นคüามท้าทายของผู้จะดัดแปลง (Conversion) นี้อยู่มาก ฉนั้นจึงจ าเป็นจะต้องมีการ üิเคราะĀ์ การออกแบบ การจ าลองตามĀลักüิýกรรมยานยนต์ และการทดÿอบใช้งานจริง ของระบบต่างๆ ของยานยนต์ไฟฟ้า (EV Conversion) ที่ÿามารถน ามาใช้งานได้ตามข้อก าĀนดเชิงเทคนิค มีคüามปลอดภัย รüมไปถึงมีคüามทนทานต่อÿภาüะการใช้งานตามÿถาüะต่างๆ ต่อไปนี้เป็นการเรียนรู้และท าคüามเข้าใจใน เทคโนโลยีและÿภาพการณ์ปัจจุบันของเทคโนโลยีการดัดแปลงยานยนต์ไฟฟ้าจะเป็นพื้นฐานÿ าคัญใĀ้ ภาคอุตÿาĀกรรมไทยได้ÿามารถปรับตัüและÿามารถแข่งขันได้ในอนาคต 7.2.1 ขั นตอนการดัดแปลง (EV Conversion Process) การดัดแปลงยานยนต์ÿันดาปภายใน (ICE) ใĀ้เป็นยานยนต์ที่มีการขับเคลื่อนด้üยระบบไฟฟ้า Āรือรถยนต์ไฟฟ้า (EV Conversion) นั้น จ าต้องค านึงถึง การท างานของเครื่องยนต์และระบบต่างๆเพราะใน รถยนต์ปัจจุบัน จะถูกคüบคุมโดยกล่อง ECU (Electronics Control Unit) ทั้งคัน ชิ้นÿ่üนต่างๆ ที่ติดอยู่บน เครื่องยนต์มักจะถูกถอดไปพร้อมกับตัüเครื่องยนต์ในระĀü่างการดัดแปลง เช่น เซนเซอร์ต่างๆ Āม้อน้ า ระบบท่อไอเÿีย ถังน้ ามัน ไดชาร์ท มอเตอร์ÿตาร์ตตามรูปที่ 7.1 รูปที่ 7.1แÿดงภาพรüมชิ้นÿ่üนและอุปกรณ์ที่จะต้องถอดออกของเครื่องยนต์ÿันดาปภายใน (ICE)
164 ÿ่üนที่จะติดตั้งเข้าไป (Converse) ที่นิยมติดตั้งโดยทั่üไปในการดัดแปลงรถไฟฟ้าซึ่งในการดัดแปลง จริง อุปกรณ์บางตัüอาจถูกทดแทน ตามรูปที่ 7.2ข้อÿังเกต รถยนต์รุ่นใĀม่ที่ใช้กล่อง ECU เมื่อเครื่องยนต์ถูก ถอดออกไปเพื่อแทนที่ด้üยมอเตอร์ไฟฟ้า ÿัญญาณจากเซ็นเซอร์ต่างๆ ที่ถูกติดตั้งอยู่โดยรอบตัüเครื่อง ซึ่งใช้ ÿ าĀรับตรüจจับการท างานของเครื่องยนต์ เช่น ÿัญญาณตรüจจต าแĀน่ง crankshaft และ camshaft เป็น ต้น ก็จะถูกถอดออกไปด้üย กล่อง ECU จะไม่ÿามารถประเมินผลการท างานของเครื่องยนต์ได้และแจ้งเตือน คüามผิดปกติบนĀน้าจอและĀยุดท างาน ÿ่งผลท าใĀ้ระบบบางระบบที่ต้องการข้อมูลการท างานของ เครื่องยนต์จาก ECU ไม่ÿามารถท างานต่อไปได้ โดยเฉพาะระบบการปรับเปลี่ยนเกียร์อัตโนมัติ พüงมาลัย พาüเüอร์ไฟฟ้า และĀน้าจอคอนโซลในรถยนต์ แต่ÿ าĀรับรถยนต์รุ่นเก่าที่ไม่มีกล่อง ECU ผลกระทบอาจมี เพียงĀน้าจอคอนโซลที่ไม่แÿดงรอบคüามเร็üเครื่อง ซึ่งÿามารถจัดการได้ง่ายกü่า จึงท าใĀ้รถยนต์รุ่นเก่าได้รับ คüามนิยมในการน ามาดัดแปลงใĀ้เป็นรถยนต์ไฟฟ้ามากกü่า แต่ในปัจจุบันประเทýไทยÿามารถท าการดัดแปลงรถยนต์และรถกระบะโดยอาýัยüิธีการจ าลอง ÿัญญาณของเซ็นเซอร์Āรืออุปกรณ์บนเครื่องยนต์ที่ถูกถอดออกไปด้üยการใช้โปรแกรมในกล่องคüบคุมที่ติดตั้ง ใĀม่ ซึ่งเรียกกันโดยทั่üไปü่า Vehicle Control Unit Āรือกล่อง VCU ดังนั้นเมื่อได้รับชุดÿัญญาณจ าลองที่ ÿร้างขึ้นอย่างเĀมาะÿม กล่อง ECU เดิมของรถจึงยังÿามารถท างานต่อไปได้แม้ภายĀลังการถอดเปลี่ยน เครื่องยนต์ จึงท าใĀ้ชุดเกียร์อัตโนมัติ พüงมาลัยพาüเüอร์ไฟฟ้า Āน้าจอคอนโซล และระบบต่างๆ ในรถยัง ÿามารถท างานได้ตามปกติ ตามรูปที่ 7.2 แÿดงอุปกรณ์ที่นิยมติดตั้งในการดัดแปลง
165 ขั นตอนการดัดแปลง ขั้นตอนของการดัดแปลงอาจแตกต่างกันไปตามรูปแบบของการดัดแปลง และอุปกรณ์ที่เลือก น ามาใช้ในการดัดแปลง แต่เพื่อใĀ้ÿามารถมองเĀ็นภาพของการดัดแปลงได้ชัดเจนขึ้น ขั้นตอนการดัดแปลง อาจÿามารถÿรุปได้คร่าüๆ ดังนี้ โดยเริ่มต้นจาก 1. การถอดĀรือยกเครื่องยนต์ÿันดาปภายใน และอุปกรณ์/ชิ้นÿ่üนที่ไม่จ าเป็นอีกต่อไป เช่น ÿตาร์ทเตอร์ Āม้อกรองอากาý ท่อไอเÿีย และถังน้ ามันออก 2. จากนั้นเป็นขั้นตอนการติดตั้ง traction motor เข้ากับ ระบบÿ่งก าลัง ซึ่งอาจเป็นชุด transmission เดิมของรถ Āรือ reduction gear ที่ออกใĀม่ ขึ้นอยู่กับลักþณะการดัดแปลงตามที่ได้กล่าüไป แล้üจึงท าการติดตั้ง traction inverter และเชื่อมต่อเข้ากับมอเตอร์ 3. จากนั้นจึงเป็นการติดตั้งอุปกรณ์ auxillary เช่น DC-DC converter, คอมเพรÿเซอร์แอร์ ปั๊ม ลม ปั๊มน้ า และปั๊มไฮดรอลิกÿ์ Āรือติดตั้งระบบÿายพาน Āากเลือกท าการดัดแปลงโดยใช้อุปกรณ์ auxillary เดิม 4. ถัดมาจึงเป็นการติดตั้ง on-board charger และเต้าเÿียบชาร์จ 5. Āลังจากนั้นจะเป็นการเชื่อมต่อท่อน้ าในระบบน า้ระบายคüามร้อน ท่อลมในระบบเบรค และ ท่อน้ ายาแอร์ÿ าĀรับระบบปรับอากาý 6. ถัดมาจะเป็นการติดตั้งกล่อง VCU และกล่องเชื่อมต่อทางไฟฟ้า (junction box) ซึ่งมักใช้เพื่อ ติดตั้งอุปกรณ์ตัดต่อทางไฟฟ้า และเป็นใช้เป็นจุดýูนย์กลางของการเชื่อมต่อทางไฟฟ้า 7. ต่อมาจึงเริ่มท าการต่อÿายÿัญญาณ และÿายÿื่อÿาร (โดยÿ่üนใĀญ่จะใช้ CAN bus) และ ÿายไฟ power 8. ÿุดท้ายจึงเป็นขั้นตอนการติดตั้งแพ็กแบตเตอรี่เข้ากับตัüรถ ซึ่งโดยÿ่üนใĀญ่จะติดตั้งไü้ในพื้นที่ ü่าง เช่น ในกระโปรงท้าย ใต้เบาะนั่งĀลัง Āรือบริเüณถังน้ ามันเดิม และท าการเดินÿายไฟจากแพ็กมายังกล่อง เชื่อมต่อไฟฟ้า (junction box) เพื่อเริ่มจ่ายพลังงานใĀ้กับระบบ 7.2.2 ก าĀนดชนิดและจ านüนของอุปกรณ์ (Determination of subsystem specification) ก่อนที่จะท าการดัดแปลงยานยนต์ไฟฟ้าแต่ละครั้ง ÿิ่งที่ผู้ที่จะท าการดัดแปลงยานยนต์ไฟฟ้า ต้องมีข้อมูลก็คือ ชนิดĀรือประเภทของชุดอุปกรณ์ (subsystem) แต่ละชุดที่จะน ามาติดตั้งเพื่อดัดแปลง ซึ่ง จะท าการโดยการตั้งข้อก าĀนดเชิงเทคนิคและเýรþฐýาÿตร์ แล้üจึงท าการüิเคราะĀ์ค านüณ รüมถึงการ üิเคราะĀ์คüามเป็นไปได้ ซึ่งÿามารถอธิบาย ด้üยขั้นตอนต่างๆ ดังที่แÿดงในรูปที่ 7.3
166 รูปที่ 7.3แÿดงขั้นตอนการท างานเพื่อก าĀนด specification ของEV Conversion 1. ก าĀนดเชิงเทคนิคของยานยนต์และเชิงเý รþฐýาÿตร์ (Vehicle and subsystems determination and Economical analysis) 1) ก าĀนดเชิงเทคนิคของยานยนต์ เช่น รถจักรยานยนต์ รถตุ๊กตุ๊ก รถเกง รถกระบะเป็นต้น 2) ก าĀนดด้าน Performance ของยานยนต์ ได้แก่ คüามเร็üÿูงÿุด ระยะทางที่üิ่งได้ต่อรอบ การชาร์จไฟฟ้า 3) ก าĀนดกรอบงบประมาณของการดัดแปลง Āรือคüามคุ้มค่า 2. ออกแบบ รูปแบบ Āรือกระบüนการด าเนินการการจัดüางอุปกรณ์และชิ้นÿ่üนต่าง ๆ (Design of subsystem arrangement in vehicle) 1) ก าĀนดชุดอุปกรณ์ต่าง ๆ ที่จะน ามาติดตั้ง อาทิ เช่น มอเตอร์ไฟฟ้า จ านüนและรุ่นของ แบตเตอรี่ ชนิดของคอมเพรÿเซอร์ไฟฟ้าของเครื่องปรับอากาý ปั๊มÿุญญากาýÿ า ĀรับĀม้อลมเบรก ชุด อุปกรณ์คüบคุมคüามร้อนของแบตเตอรี่ เป็นต้น 2) ระบุข้อก าĀนดของในการติดตั้งของอุปกรณ์ต่าง ๆ อาทิ เช่น รูปแบบการüางĀรือข้อĀ้าม ในการติดตั้งแบตเตอรี่ที่ต้องพึงระüัง
167 3) üัดพื้นที่การใช้ÿอยของยานยนต์ที่ÿามารถน าอุปกรณ์ต่าง ๆ ไปติดตั้งได้ เนื่องจากต าแĀน่ง ในการจัดการแบตเตอรี่ที่จะน าไปใช้ในยานยนต์ไฟฟ้านั้นมีผลต่อÿมดุลน้ าĀนักโดยรüมของยานยนต์ ซึ่งมีผล โดยตรงต่อระบบเบรก 4) üัดขนาดÿัดÿ่üนของยานยนต์ÿาĀรับการüิเคราะĀ์ÿมดุลน้ าĀนักยานยนต์ก่อนและĀลังการ ดัดแปลง 5) ทดลองจัดüางแบตเตอรี่จ าลองจ านüนทั้งĀมดในพื้นใช้ที่ใช้ÿอย (Ā้องÿัมภาระ Ā้องโดยÿาร Ā้องเครื่องยนต์) ในยานยนต์ทุกประเภทโดยไม่ท าการปรับเปลี่ยนĀ้องโดยÿารĀรืออื่น ๆ ตามเกณฑ์คüาม ปลอดภัย ทัýนüิÿัยของคนขับ (ค านึงถึงü่าคนขับÿามารถมองทะลุผ่านกระจกด้านĀลังได้) 6) บันทึกจ านüนแบตเตอรี่ที่üางได้โดยการปรับเปลี่ยนĀ้องโดยÿาร Āรืออื่น ๆ 3. ออกแบบระบบก าลังในยานยนต์ไฟฟ้า (Design power systems for electric vehicles) การจะแปลงรถยนต์เชื้อเพลิงเป็นรถยนต์ไฟฟ้านั้น จะต้องค านึงถึง ก าลังที่น าไปขับเคลื่อนการ Āรือก าลังในยานยนต์ไฟฟ้า นั้นเองซึ่งมีขบüนการ 5 ขั้น (EV power train design 5 Steps) รูปที่ 7.4แÿดงการออกแบบยานยนต์ไฟฟ้า EV 5 ขั้นตอน (แก้ไขรูป Step3 (Power Control Unit ĀรือPCU)
168 ขั นตอนที่1ก าĀนดคุณลักþณะเฉพาะ(Clarify EV specification) ตารางที่ 7.1แÿดงตัüอย่างการก าĀนดคุณลักþณะเฉพาะ ของรถตุ๊กตุ๊กไฟฟ้า ชนิดของรถ (Vehicle category) รถตุ๊กตุ๊กไฟฟ้า จ านüนคน 1+3 (4X75 กก. = 300 กก.) คüามเร็üÿูงÿุด > 50 กม./ชม. ทางระนาบ ระยะทางต่อการชาร์จ > 70 กม. พิกัดมอเตอร์ (Rated Power) > 4kW Maximum 30 Minutes Power แบตเตอรี่ LithiumNMC pack 72V65 Ah มุมไต่ 10 องýาที่คüามเร็ü 10 กม./ชม. อัตราเร่ง 20 üินาที 0-50 กม./ชม. มüลรถ (net mass) 300 กก. มüลรถรüมผู้โดยÿาร (gross mass) 600 กก. พื้นถนน ลาดยาง พื้นเรียบ ระบบปรับอากาý ไม่มี การออกแบบเชิงนิเüý (Eco design) มีการอัดประจุจากแÿงอาทิตย์ได้ อื่น ๆ ÿามารถชาร์จไฟจากปลั๊กทั่üไปได้ ขั นตอนที่2ค านüณĀาขนาดระบบขับเคลื่อน (Calculate motor size) ค านüณĀาก าลังพิกัด(Rated Power) ของมอเตอร์ขั้นตอนนี้จะต้องค านüณค่าแรงที่จะท าใĀ้รถ ขับเคลื่อนไปตามÿมรรถนะที่ต้องการ คือต้องมีแรงฉุดได้พอที่จะชนะแรงต้านอย่างน้อยคือแรงต้านทานการ Āมุน (rolling resistance, Frr) แรงที่ใช้ไต่เนิน (climb a grade, Fgr) แรงที่ใช้ในการเร่งใĀ้ได้คüามเร็üที่ ก าĀนด (accelerate to final velocity, Fac) และแรงต้านอากาý (air drag force, Fad) รูปที่ 7.5แÿดงüิธีการค านüณĀาก าลังพิกัด (Rated Power) ของมอเตอร์
169 ÿมการ = + + + (7.1) เมื่อ Ftt คือ ผลรüมของแรงทั้งĀมดเพื่อใĀ้รถเคลื่อนที่ (มีĀน่üยเป็น นิüตัน: N) Frr คือแรงต้านทานการĀมุน (Rolling resistance) (มีĀน่üยเป็น นิüตัน: N) Fgrคือ แรงที่ใช้ไต่เนิน (มีÿัดÿ่üนของแรงโน้มถ่üง mg ตามที่ก าĀนดโดยมุม θ) Fac คือแรงที่ใช้ในการเร่งใĀ้ได้คüามเร็üที่ก าĀนด(มีĀน่üยเป็น นิüตัน: N) Fad คือ แรงต้านอากาý(มีĀน่üยเป็น นิüตัน: N) 1. แรงต้านทานการĀม ุน (Rolling resistance) Āรือ แรงฉุดĀรือลากใĀ้รถมีคüามเร็üคงที่ (Frr) 1.1 กรณีทางระนาบ แรงฉุดĀรือลากใĀ้รถมีคüามเร็üคงที่ ÿมการ = × (7.2) เมื่อ Frr คือ แรงต้านทานการĀมุน (มีĀน่üยเป็น N) Gvw Āรือ gross vehicle weight คือ mg ÿามารถคิดเป็นน้ าĀนักของรถยนต์ไฟฟ้า m คือ มüลของรถยนต์ไฟฟ้า (EV) (มีĀน่üยเป็น kg) g คือ แรงโน้มถ่üง (มีĀน่üยเป็น 9.81 m/s2 ) Crr Āรือ Rolling resistance coefficient คือ ÿัมประÿิทธิ์คüามต้านการเคลื่อนที่ ระĀü่างล้อยางกับผิüถนนที่ใĀ้รถมีคüามเร็üคงที่ มีค่าดังนี้ ตารางที่ 7.2 แÿดงค่าÿัมประÿิทธิ์คüามต้านที่ใĀ้รถมีคüามเร็üคงที่ ที่ พื้นผิüÿัมผัÿ (Contact Surface) Crr 1 คอนกรีต (ดี/พอใช้ได้/ไม่ดี) Concrete(good/fair/poor) 0.010/0.015/0.020 2 ยางมะตอย (ดี/พอใช้ได้/ไม่ดี) Asphalt (good/fair/poor) 0.012/0.017/0.022 3 แมคคาดัม (ดี/พอใช้ได้/จน) Macadam (good/fair/poor) 0.015/0.022/0.037 4 Āิมะ (2 นิ้ü/ 4 นิ้ü) Snow (2 inch/4inch) 0.025/0.03 5 ÿิ่งÿกปรก (นุ่ม/ ร่üน) Dirt (smooth/sandy) 0.025/0.03 6 โคลน (firm/ขนาดกลาง/อ่อน) Mud (firm/medium/soft) 0.037/0.090/0.150 7 Āญ้า (firm/ นุ่ม) Grass (firm/soft) 0.055/0.075 8 ทราย (firm/อ่อนนุ่ม/ เนิน) Sand (firm/soft/dune) 0.060/0.150/0,300
170 1.2 กรณีทางไต ่ระดับ แรงฉุดĀรือลากใĀ้รถมีคüามเร็üคงที่ ÿมการ = () × (7.3) เมื่อ Frr คือ แรงต้านทานการĀมุน (มีĀน่üยเป็น N) Gvw Āรือ gross vehicle weight คือ mg ÿามารถคิดเป็นน้ าĀนักของรถยนต์ไฟฟ้า m คือ มüลของรถยนต์ไฟฟ้า (EV) (มีĀน่üยเป็น kg) g คือ แรงโน้มถ่üง (มีĀน่üยเป็น 9.81 m/s2 ) cos (θ) Āรือ ค่าแฟกเตอร์ที่น้ าĀนักของรถกดลงที่ล้อยางกับถนน ÿภาพพื้นผิü ÿัมผัÿ (Contact Surface) ในÿภาพต่างๆ θ คือ ค่าคüามลาดชันของถนน (มีĀน่üยเป็นเรเดียน) 2. แรงที่ใช้ไต ่ระดับ Āรือทางลาดชัน (force required to climb a grade resistance: Fgr) ÿมการ = () (7.4) เมื่อ Fgrคือ แรงที่ใช้ไต่ระดับ Āรือทางลาดชัน (มีĀน่üยเป็น N) Gvw Āรือ gross vehicle weight คือ mg ÿามารถคิดเป็นน้ าĀนักของรถยนต์ไฟฟ้า m คือ มüลของรถยนต์ไฟฟ้า (EV) (มีĀน่üยเป็น kg) g คือ แรงโน้มถ่üง (มีĀน่üยเป็น 9.81 m/s2 ) cos (θ) Āรือ ค่าแฟกเตอร์ที่น้ าĀนักของรถกดลงที่ล้อยางกับถนน ÿภาพพื้นผิü ÿัมผัÿ (Contact Surface) ในÿภาพต่างๆ θ คือ ค่าคüามลาดชันของถนน (มีĀน่üยเป็นเรเดียน) 3. แรงที่ใช้ในการเร ่งใĀ้ได้คüามเร็üที่ก าĀนด (Fac) แรงที่ใช้ในการเร่งใĀ้รถได้คüามเร็üที่ก า ĀนดĀรือ Fac ได้มาจากอัตราการเปลี่ยนแปลง คüามเร็üคูณกับมüลของรถ โดยมีค่าคüามเร็üต้น (V1) และคüามเร็üท้าย(V2) ในระยะเüลาที่ก าĀนด (tA) ÿมการ = × ( −) × (7.5) เมื่อ Fac คือ แรงที่ใช้ในการเร่งใĀ้ได้คüามเร็üที่ก าĀนด (มีĀน่üยเป็น N) V1คือ คüามเร็üต้น (มีĀน่üยเป็น m/s)
171 V2คือ คüามเร็üĀลังการเร่งจากĀยุดนิ่ง Āรือคüามเร็üท้าย (มีĀน่üยเป็น m/s) tA คือ เüลาที่ใช้เร่งรถจากĀยุดนิ่งถึงคüามเร็üที่ต้องการ(มีĀน่üยเป็น s) 4. แรงต้านอากาý (Air dag force, Fad) แรงต้านอากาýคือแรงต้านอากาýที่พื้นที่ÿ่üนĀน้าของรถ(A, มีĀน่üยเป็น m2 )ปะทะกับ อากาýที่มีคüามĀนาแน่น (ρ, air density, kg/m3 ) โดยมีค่าÿัมประÿิทธิ์แรงเÿียดทานอากาý (Cd) รถมี คüามเร็ü(V, m/s) แรงต้านอากาýจากรถคำนüณได้จากÿมการ ÿมการ = (7.6) เมื่อ Fad คือ แรงต้านอากาý (มีĀน่üยเป็น นิüตัน: N) ρ คือ คüามĀนาแน่นของอากาý (มีĀน่üยเป็น kg/m3 ) Cd คือ ค่าÿัมประÿิทธิ์แรงต้านอากาý (มีĀน่üยเป็น m/s) เฉลี่ย ของรถยนต์แต่ละ ประเภท เช่น รถยนต์นั่ง: 0.22 – 0.40 รถÿปอร์ต: 0.28 – 0.40 รถเอ็มพีüี: 0.35 – 0.50 A คือ พื้นที่Āน้าตัดÿ่üนĀน้าของรถที่พุ่งชนอากาý (มีĀน่üยเป็น m2 ) V คือ คüามเร็üของรถ(มีĀน่üยเป็น m/s) 5. การค านüณĀาแรงบิดที่ล้อ() คำนüณĀาแรงบิดที่ล้อแล้üแรงบิดจะเกี่ยüข้องกับพารามิเตอร์จากรัýมีของล้อรüมยางรüมถึง ค่าคüามต้านทานระĀü่างเพลากับลูกปืนด้üยÿมการ ÿมการ = × × (7.7) เมื่อ w คือแรงบิดที่ล้อยาง (มีĀน่üยเป็น N.m) Ftt คือ ผลรüมของแรงทั้งĀมดĀรือแรงผลักĀรือลากใĀ้รถเคลื่อนที่ (มีĀน่üยเป็น N) Rw คือรัýมีของล้อยาง (มีĀน่üยเป็น m) Rf คือ แฟคเตอร์การเÿียดทานระĀü่างเพลากับลูกปืนกำĀนดใĀ้เป็น 1.1 6. การค านüณĀาการเกิดÿลิปที่ล้อ() เมื่อรถออกตัüจากĀยุดนิ่งล้อจะไม่เกิดอาการĀมุนฟรี Āรือ อาการÿลิปด้üยเงื่อนไข คือ แรง เÿียดทานที่ล้อยางกับพื้นถนนต้องมีค่าÿูงกü่าค่าแรงบิดที่ล้อยางด้üยÿมการ
172 ÿมการ = × × (7.8) เมื่อ คือ แรงบิดที่ล้อและยางกับพื้นถนนมีค่าÿูงกü่าค่าแรงบิดที่ล้อยาง (มีĀน่üยเป็น N.m) μ คือค่าÿัมประÿิทธิ์คüามเÿียดทานระĀü่าล้อยางกับถนนมีค่า 0.5-0.8 Wd คือ น้ าĀนักที่กระท าต่อล้อขับเคลื่อน (มีĀน่üยเป็น N) Rw คือ รัýมีของล้อยาง (มีĀน่üยเป็น m) 7. การเลือกมอเตอร์Āรือการค านüณĀาก าลังที่เพลาของมอเตอร์() เมื่อได้แรงบิดที่ล้อยางที่คüามเร็üที่ออกแบบไü้จำเป็นต้องมีระบบเกียร์เพื่อมาช่üยปรับแรงบิด และคüามเร็üในย่านการทำงานที่ต้องการในกรณีนี้ด้üยÿมการ ÿมการ = × (7.9) Āรือ ÿมการ = (7.10) เมื่อ Pm คือ ก าลังที่เพลาของมอเตอร์(มีĀน่üยเป็น W) W คือแรงบิดก าลังที่เพลาของมอเตอร์(มีĀน่üยเป็น N.m) คือ คüามเร็üเชิงมุม (มีĀน่üยเป็น rad/s) ขั นตอนที่3การออกแบบระบบชุดคüบคุมไฟฟ้าก าลัง (Power Control Unit Āรือ PCU) รูปที่ 7.6แÿดงการออกแบบระบบก าลังในรถไฟฟ้า
173 การออกแบบระบบชุดคüบคุมไฟฟ้าก าลัง (Power Control Unit Āรือ PCU) Āรือ การออกแบบชุด ขับมอเตอร์และ DC/DC คอนเüอร์เตอร์ ในยานยนต์ไฟฟ้า จะมีมอเตอร์ที่เป็นอุปกรณ์Āลักในการขับเคลื่อน ยายนต์ไฟฟ้าแล้ü ชุดคüบคุมไฟฟ้าก าลังถือเป็นอีกĀนึ่งÿ่üนประกอบÿ าคัญที่ต้องท างานผÿานกับชุดมอเตอร์ ขับเคลื่อน โดยชุดคüบคุมไฟฟ้าก าลังจะท าĀน้าที่ปรับÿภาüะของกระแÿไฟฟ้าและแรงดันไฟฟ้าจากแบตเตอรี่ ใĀ้เĀมาะÿมกับการขับเคลื่อนของมอเตอร์ ดังนั้นจะเĀ็นได้ü่าชุดคüบคุมไฟฟ้าก าลังเป็นอุปกรณ์ที่ท างาน ระĀü่างมอเตอร์ขับเคลื่อน และแบตเตอรี่ ซึ่งในการท างานร่üมกับ มอเตอร์นั้น ชุดคüบคุมไฟฟ้าก าลังจะ ท างานใน 4 รูปแบบĀลัก (Four-Quadrant Operation) ประกอบด้üย 1) การขับเคลื่อนเดินĀน้า 2) การ ÿร้างพลังงานไฟฟ้าย้อนกลับ (Regenerative Braking) ขณะเดินĀน้า 3) การขับเคลื่อนถอยĀลัง และ 4) การ ÿร้างพลังงานไฟฟ้าย้อนกลับ (Regenerative Braking) ขณะถอยĀลัง ซึ่งในการท างานในแต่ละรูปแบบ ดังกล่าü ยังÿามารถปรับแต่งรูปแบบการท างานย่อยเพื่อเพิ่มÿมรรถนะในการขับขี่ĀรือการประĀยัดพลังงาน ได้อีก จากที่กล่าüมาข้างต้น การท างานของชุดคüบคุมไฟฟ้าก าลังจ าเป็นต้องมีอุปกรณ์ย่อยต่างๆดังนี้ อินเüอร์เตอร์เป็นอุปกรณ์ที่ท าĀน้าที่แปลงแรงดันไฟฟ้ากระแÿตรงเป็นแรงดันไฟฟ้ากระแÿÿลับโดย ใช้ IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) ท าĀน้าที่ เป็นÿüิตซ์ตัดต่อกระแÿไฟฟ้า เพื่อแปลงเป็น ไฟฟ้ากระแÿÿลับ โดยอาýัยเทคนิคที่นิยมใช้กันทั่üไปคือ PWM (Pulse width modulation) ซึ่งĀมายถึง การแปรคüามกü้างของพัลÿ์ที่ใช้เปิด-ปิดทรานซิÿเตอร์ เพื่อÿร้างแรงดันไฟฟ้ากระแÿÿลับÿ าĀรับขับมอเตอร์ โดยจะใช้อินเüอร์เตอร์ 1 ชุด ขับมอเตอร์ 1 ตัü ซึ่งชุดอินเüอร์เตอร์ดังกล่าüจ าเป็นต้องมีระบบระบายคüาม ร้อน (Cooling System) เพื่อระบายคüามร้อนออกจากตัüอินเüอร์เตอร์ เนื่องจากในขณะที่จ่ายกระแÿ อินเüอร์เตอร์จะเกิดคüามร้อนÿะÿมÿูงที่ชุด IGBT ดังนั้นจึงมีคüามจ าเป็นที่จะต้องระบายคüามร้อนออกจาก อินเüอร์เตอร์เพื่อป้องกันคüามเÿียĀายที่จะเกิดขึ้น üงจรอินเüอร์เตอร์ที่ใช้กันทั่üไป จะเป็นชนิดแĀล่งจ่ายแรงดันĀรือVoltage-source inverter ซึ่ง อินเüอร์เตอร์แบบนี้ÿามารถต่อชุดแบตเตอรี่เข้าท างขาเข้า (Input) ของอินเüอร์เตอร์ได้โดยตรง โดยทั่üไป üงจรก าลังจะประกอบขึ้นจากÿüิตช์ก าลังชนิด IGBT เป็นĀลัก อินเüอร์เตอร์จะท าĀน้าที่แปลงไฟฟ้า กระแÿตรงจากชุดแบตเตอรี่ ใĀ้เป็นไฟฟ้ากระแÿÿลับที่โดยทั่üไปมีรูปคลื่นเป็นแรงดัน PWM การคüบคุม แรงดัน PWM ใĀ้เĀมาะÿมกับมอเตอร์กระแÿÿลับนี้เป็นĀน้าที่Āลักของชุดคüบคุมอินเüอร์เตอร์ (Inverter controller) ที่จะประมüลผลÿัญญาณเข้าและÿัญญาณป้อนกลับต่าง ๆ แล้üÿั่งการท างานüงจรก าลังผ่าน ทางüงจรขับ IGBT (IGBT driver) ในอินเüอร์เตอร์พิกัดก าลังค่อนข้างÿูงที่ใช้ในยานยนต์ไฟฟ้านั้น มักจะมี üงจรป้องกันในตัüเองเพื่อไม่ใĀ้ÿüิตช์ก าลังเกิดคüามเÿียĀายโดยง่าย อินเüอร์เตอร์ที่มีÿมรรถนะÿูง ๆ นั้น โดยทั่üไปใช้Āลักการคüบคุมแบบเüคเตอร์ (Vector control) เพื่อใĀ้ÿมรรถนะไดนามิกÿ์ที่ดี Āลักการÿ าคัญ
174 ของการคüบคุมแบบเüคเตอร์คือการคüบคุมแรงบิดของมอเตอร์ได้ตามต้องการ ซึ่งเĀมาะกับการน าไป ประยุกต์ใช้กับการขับเคลื่อนยานยนต์ไฟฟ้า ค าÿั่งÿัญญาณเข้าÿ าคัญที่จะต้องกล่าüถึง คือ คüามต้องการก าลัง (Power request) และคüาม ต้องการเบรก (Brake request) ซึ่งÿัญญาณนี้อาจÿ่งมาจาก คันเร่งĀรือคันเบรกโดยตรง ซึ่งเĀมาะÿมกับ ระบบยานยนต์ไฟฟ้าที่ไม่ซับซ้อน Āรืออาจได้รับจากการÿื่อÿารผ่านระบบ CAN bus แม้ü่าโครงข่าย CAN bus โดยทั่üไปจะเชื่อมต่อไปยังอุปกรณ์ไฟฟ้าที่ÿ าคัญในระบบยานยนต์ไฟฟ้า แต่ค าÿั่งเร่งและเบรก มักจะถูก ÿ่งมาจากระบบคüบคุมยานยนต์Āลัก Āรือ Supervisory control DC-DC Converter อุปกรณ์อีกชิ้นĀนึ่งที่มีคüามÿ าคัญÿ าĀรับยานยนต์ไฟฟ้า คือ DC-DC Converter ซึ่งเป็นอุปกรณ์ปรับแรงดันของไฟฟ้าใĀ้ÿูงขึ้นĀรือต่ า โดยอุปกรณ์ดังกล่าüในยานยนต์ไฟฟ้าจะใช้ เพื่อปรับค่าแรงดันไฟฟ้าจากแบตเตอรี่ที่มีค่าต่ าใĀ้มีค่าแรงดันไฟฟ้าÿูงขึ้น ก่อนÿ่งต่อไปยังชุดคüบคุมมอเตอร์ ซึ่ง Converter ที่ป รับแรงดันไฟฟ้าใĀ้ÿูงขึ้นเรียกü่า Boost Converter ในขณะที่ Converter ที่ปรับ แรงดันไฟฟ้าใĀ้ต่ าลง เรียกü่า Step Down Converter Āรือ Buck Converter ขั นตอนที่4การออกแบบระบบแบตเตอรี่ (Define battery) ค านüณค่าพลังงานไฟฟ้าจากแบตเตอรี่ (Total electric power calculation) ในขั้นตอน นี้จะท าการค านüณค่าพลังงานจากแบตเตอรี่ที่คüามจุและจ านüนที่ก าĀนด เพื่อประเมินค่าพลังงานที่มีอยู่ ÿ าĀรับการขับเคลื่อนยานยนต์ไฟฟ้า จากที่กล่าüมาแล้üในบทที่ 5 ซึ่งได้ทราบ 1) คüามĀมายและประเภท ของแบตเตอรี่ 2) ÿ่üนประกอบของแบตเตอรี่ 3) การท างานของแบตเตอรี่4) คุณลักþณะและคุณÿมบัติของ แบตเตอรี่ 5) การประกอบแบตเตอรี่เป็นโมดูล เพื่อการใช้งาน ÿ าĀรับการดัดแปลงยานยนต์ไฟฟ้า (Electric Vehicle Conversion) Āรือ“EV conversion”ขั้นตอนที่ 4 จะกล่าüเน้นเรื่องคุณลักþณะและคุณÿมบัติของ แบตเตอรี่และการประกอบแบตเตอรี่เป็นโมดูล ค ุณลักþณะและค ุณÿมบัติของแบตเตอรี่ แรงดันไฟฟ้า (Voltage : V) รูปที่ 7.7แÿดงüงจรไฟฟ้า
175 การค านüณĀา แรงดันไฟฟ้า (Voltage : V) Āาได้จาÿมการ ÿมการ = (7.11) Āรือ ÿมการ = (7.12) Āรือ ÿมการ = () (7.13) = 2 เมื่อ P คือ ก าลังไฟฟ้า (Electric Power) มีĀน่üยเป็น W I คือ กระแÿไฟฟ้า (Current) มีĀน่üยเป็น A V คือ แรงเคลื่อนไฟฟ้า (Voltage) มีĀน่üยเป็น V R คือ คüามต้านทานไฟฟ้า (Resistance) มีĀน่üยเป็น คüามจุของแบตเตอรี่ (Capacity: Ah) คือ ค่าที่บอกถึงคüามÿามารถในการคายประจุĀรือ discharge รüมในช่üงเüลาĀนึ่ง Āรือเรียกü่า ขนาดคüามจุของแบตเตอรี่ กระแÿการคายประจุ(Discharge Current)ซึ่งจะมี 2 ÿถานะ กระแÿการคายประจุคงที่ (Constant discharge current) กระแÿการคายประจุÿูงÿุด(Maximum discharge current) กระแÿการอัดประจุ(Charge Current) การอัดประจุไฟฟ้า (Charge) มี 2 แบบ แบบที่ 1 การอัดประจุไฟฟ้าด้üยกระแÿไฟคงที่ (constant current charging : CC) แบบที่ 2 การอัดประจุไฟฟ้าด้üยแรงดันคงที่ (constant voltage charging : CV) รูปที่ 7.8แÿดงการอัดประจุไฟฟ้า (Charge) ทั้ง 2 แบบ
176 การคายประจุไฟฟ้า (Discharge Discharge)คือ กระบüนการที่แบตเตอรี่คายประจุไฟฟ้าออกมา ก าĀนดในรูปของกระแÿการคายประจุ Āรืออัตราการคายประจุ รูปที่ 7.9แÿดงกระบüนการที่แบตเตอรี่คายประจุไฟฟ้า อัตราการคายประจุและการอัดประจุ (C-Rate)C-Rate คือ Āน่üยของการชาร์จและดิÿชาร์จ จะคิด เป็นจ านüนเท่าของคüามจุของแบตเตอรี่ เช่น แบตเตอรี่ ขนาด 44 Ah Discharge ที่ 1C ก็คือ ใĀ้ดิÿชาร์จกระแÿ 44แอมป์ซึ่งจะใช้งานได้ 1ชั่üโมง แบตเตอรี่ก็จะĀมด Discharge ที่ 0.5C ก็คือ ใĀ้ดิÿชาร์จกระแÿที่ 22แอมป์ซึ่งจะใช้งานได้ 2 ชั่üโมง Discharge ที่ 2C ก็คือ ใĀ้ดิÿชาร์จกระแÿที่88แอมป์ ซึ่งจะใช้งานได้แค่ 30 นาทีเป็นต้น การ Discharge ที่ C – Rate มากขึ้นประÿิทธิภาพจะลดลง เช่นขนาด 44 Ah ถ้า Dischargeที่ 1C ในทางปฏิบัติแล้ü จะจ่ายกระแÿได้ไม่ถึง 1 ชั่üโมง เช่น แบตเตอรี่ ขนาด 44 Ah Charge ที่อัตรา 1C ก็คือ ชาร์จเป็นเüลา 1 ชั่üโมง แบตเตอรี่ก็เต็ม แบตเตอรี่ ขนาด 44 Ah Charge ที่อัตรา 4C ก็คือชาร์จเป็นเüลา 15 นาทีแบตเตอรี่ก็เต็ม เป็นต้น ข้อคüรค านึงถึง อักþรย่อที่คüรรู้เกี่ยüกับแบตเตอรี่ SOC ย่อมาจาก state of charge คือ ÿ าĀรับ SOC (State Of Charge) เป็นระดับการเก็บ ประจุĀรือชาร์จไฟของแบตเตอรี่มีค่าเป็นเปอร์เซ็นต์ SOC =100 % คือ แบตเตอรี่ที่ประจุไฟจนเต็มแล้üค่า SOC ได้จากการüัดแรงดันของเซลล์ย่อยในแบตเตอรี่และĀรือค่าคüามเป็นกรดในเซลล์แบตเตอรี่ SOH ย่อมาจาก State of health จะบ่งบอกÿภาพแบตเตอรี่ที่แนะน าเพื่อเปลี่ยนแบตเตอรี่ เมื่อ SOH ต่ ากü่า 45% Āรือ ถ้าลงถึง 30% ก็แÿดงü่าใกล้เÿียĀาย ĀรืออาจจะเÿียĀาย SOH > 80% ÿภาพที่ดีเยี่ยม 80% - 60% ÿภาพดี
177 60% - 45% ค าเตือนแบตเตอรี่ใกล้Āมดอายุ SOH < 45% แนะนาใĀ้เปลี่ยน DOD ย่อมาจาก Deep of discharge คือ ค่าคüามลึกของการคายประจุของแบตเตอรี่ที่ได้ ใช้ไป ค่า DoD มีคüามÿ าคัญเนื่องจากแบตเตอรี่แบบที่ชาร์จใĀม่ได้ ไม่ü่าจะเป็นแบตเตอรี่ตะกั่ü Āรือ แบตเตอรี่ลิเทียม กล่าüคือ ยิ่งค่าคüามจุของแบตเตอรี่ถูกใช้ไปมากจ านüนรอบการใช้งานก็จะÿั้นลงโดยเฉลี่ย จะก าĀนดไü้ที่ 30 % ของแรงดัน การประกอบแบตเตอรี่เป็นโมดูล เพื่อการใช้งาน การประกอบแบตเตอรี่เป็นโมดูล Āรือจะเรียกü่า การแพ็คแบตเตอรี่ ก็ได้เพื่อน าไปขับเคลื่อน ยานยนต์ไฟฟ้า การต่อแบบอนุกรม จะเพิ่มแรงดันไฟฟ้าการต่อแบบขนาน จะเพิ่มแอมแปร์ การต ่อแบบขนาน (Parallel Connection) การแพ็คแบตเตอรี่ อาจประกอบด้üยการเชื่อมต่อกันแบบอนุกรมและการเชื่อมต่อแบบขนาน แบตเตอรี่แล็ปท็อปโดยทั่üไปจะมีเซลล์ Li-ion 3.6V 4 เซลล์ต่อกันแบบอนุกรมเพื่อใĀ้ได้แรงดันไฟฟ้า 14.4V และ 2 ชุดต่อกันแบบขนานเพื่อเพิ่มคüามจุจาก 2,400mAh เป็น 4,800mAh การเชื่อมต่อดังกล่าü เรียกü่า 4s2p ซึ่งĀมายถึงเซลล์4 เซลล์ต่อกันแบบอนุกรม และ 2 ชุด เซลล์ต่อกันในแบบขนาน ฉนüนฟอยล์ระĀü่าง เซลล์ป้องกันไม่ใĀ้ผิüโลĀะที่เป็นตัüน าไฟฟ้าเกิดการชอร์ต รูปที่ 7.10แÿดงการเชื่อมต่อแบบอนุกรมของÿี่เซลล์ (4s) การต ่อแบบขนาน (Parallel Connection) Āากต้องการกระแÿที่ÿูงขึ้นและเซลล์ขนาดใĀญ่ไม่มีใĀ้ใช้งานĀรือไม่เĀมาะÿมกับข้อจ ากัดของ การออกแบบ ÿามารถใช้การเชื่อมต่อเซลล์แบบขนานได้ แบตเตอรี่ทุกชนิดÿ่üนใĀญ่ÿามารถต่อกันแบบขนาน ได้โดยมีผลข้างเคียงเพียงเล็กน้อย รูปที่ แÿดงเซลล์จ านüน 4 เซลล์เชื่อมต่อกันแบบขนานในรูปการจัดเรียง 4P แรงดันไฟฟ้าปกติของชุดแบตเตอรี่ยังคงอยู่ที่ 3.60V แต่คüามจุ (Ah) และเüลาใช้งานเพิ่มขึ้น 4 เท่า
178 รูปที่ 7.11แÿดงเซลล์จ านüน 4 เซลล์เชื่อมต่อกันแบบขนาน การต ่อแบบอนุกรม/ขนาน (Series/parallel Connection) การต่อแบบอนุกรม / ขนาน ที่แÿดงในด้านล่างนี้ท าใĀ้เกิดคüามยืดĀยุ่นในการออกแบบ เพื่อใĀ้ได้แรงดันไฟฟ้า และกระแÿที่ต้องการด้üยขนาดเซลล์มาตรฐาน ก าลังไฟฟ้าทั้งĀมด คือผลรüมของ แรงดันไฟฟ้าคูณกระแÿไฟฟ้า เซลล์ 3.6V (ปกติ) คูณด้üย 3,400mAh ใĀ้ก าลังไฟฟ้า 12.24Wh เซลล์แบบ 18650 ขนาด 3,400 mAh จ านüน 4 เซลล์ÿามารถต่อแบบอนุกรม และขนานตามรูปเพื่อใĀ้ได้แรงดันไฟฟ้า ปกติ 7.2V และก าลังไฟฟ้า 48.96 Wh Āากรüมกัน 8 เซลล์จะใĀ้พลังงาน 97.92Wh ซึ่งเป็นขีด Class 9 เซลล์เล็กๆช่üยใĀ้ออกแบบแบตเตอรี่แพ็คได้อย่างยืดĀยุ่น แต่จ าเป็นต้องมีüงจรป้องกัน รูปที่ 7.12แÿดงการต่อแบบอนุกรม / ขนาน รูปที่ 7.13แÿดงการประกอบแบตเตอรี่เป็นโมดูล เพื่อการใช้งาน กระแส = เพิ่ม แรงดัน = เท่าเดิม กระแส = เท่าเดิม แรงดัน = เพิ่ม
179 ขั้นตอนที่ 5 การออกแบบระบบชาร์จ(Select charger) การออกแบบระบบชาร์จ เพื่อการประจุแบตเตอรี่ ÿำĀรับการดัดแปลงยานยนต์ไฟฟ้า (Electric Vehicle Conversion) Āรือ“EV conversion” จะต้องชาร์จได้ทั้ง 2 แบบ คือ แบบธรรมดา Normal Charge ด้üยไฟฟ้ากระแÿÿลับ AC และ แบบเร็ü Quick Charge ด้üยไฟฟ้ากระแÿตรง DC แบบธรรมดา Normal Charge ด้วยไฟฟ้ากระแสสลับ AC แบบÿายชาร์จพกพา รูปที่ 7.14 แÿดงการออกแบบระบบชาร์จแบบธรรมดา Normal Charge การชาร์จไฟจากการต่อจากเต้ารับภายในบ้านโดยตรง มิเตอร์ไฟของบ้านต้องÿามารถรองรับ กระแÿไฟฟ้าขั้นต่ำ15(45)A และเต้ารับไฟในบ้านต้องได้รับการติดตั้งใĀม่ เป็นเต้ารับเฉพาะการชาร์จรถยนต์ ไฟฟ้าต้องได้รับมาตรฐานจากผู้เชี่ยüชาญด้านไฟฟ้าเพื่อคüามปลอดภัยในการใช้งานในระยะยาüเป็นการชาร์จ แบบไฟฟ้ากระแÿÿลับจึงใช้ระยะเüลาในการชาร์จประมาณ 6-12 ชั่üโมง Āรือขึ้นอยู่กับปริมาณคüามจุของ แบตเตอรี่ เครื่องชาร์จ Wall Box รูปที่ 7.15 แÿดงการชาร์จ แบบธรรมดา แบบ Double Speed Charge Āรือเครื่องชาร์จ Wall Box
180 การชาร์จด้üยตู้ชาร์จติดผนังÿามารถชาร์จได้รüดเร็üกü่าการต่อจากเต้ารับภายในบ้านโดยตรง โดย Āัüชาร์จที่ใช้จะแบ่งออกเป็น 2 แบบ -TYPE 11 เป็นĀัüชาร์จที่ใช้กับรถยนต์พลังงานไฟฟ้าในประเทýÿĀรัฐอเมริกาและประเทýญี่ปุ่น -TYPE 22 เป็นĀัüชาร์จที่นิยมใช้กับรถยนต์พลังงานไฟฟ้าในแถบทüีปยุโรป ทั้งนี้การติดตั้งตู้ชาร์จติดผนัง มิเตอร์ไฟของบ้านที่ติดตั้งต้องÿามารถรองรับกระแÿไฟฟ้าขั้นต่ำ30(100)A แบบเร็ว Quick Charge ด้วยไฟฟ้ากระแสตรง DC รูปที่ 7.16 แÿดงแบบเร็ü Quick Charge ด้üยไฟฟ้ากระแÿตรง DC การชาร์จแบบเร็üด้üยไฟฟ้ากระแÿตรง (DC Charging) ÿามารถชาร์จแบตเตอรี่รถยนต์พลังงาน ไฟฟ้า จาก 0% -80% ได้ในเüลาประมาณ 40-60 นาที (ขึ้นอยู่กับคüามจุพลังงานแบตเตอรี่ กิโลüัตต์-ชั่üโมง) เĀมาะกับผู้ที่ต้องการคüามรüดเร็üในการชาร์จ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในช่üงเüลาเร่งด่üน ซึ่งประเภทĀัüชาร์จ ของ Quick Charger ได้แก่ CHAdeMo , GB/T และ CCS
181 7.3 PROJECT VEHICLES 7.3.1 การแปลงรถจ ักรยานยนต์เป็นรถจ ักรยานยนต์ไฟฟ้า ชื่อü่า “Kotaka EV” ผลงานนี้ เป็นผลงานที่เข้าร่üมโครงการการดัดแปลงรถจักรยานยนต์เป็นรถจักรยานยนต์ ไฟฟ้า ร่üมกับÿมาคมยานยนต์ไฟฟ้าไทย (EVAT) การไฟฟ้าฝ่ายผลิตแĀ่งประเทýไทย (กฟผ.) และ มĀาüิทยาลัยเกþตรýาÿตร์ üิทยาเขตýรีราชา จัดการแข่งขันรถจักรยานยนต์ไฟฟ้าดัดแปลงเพื่อธุรกิจแĀ่ง อนาคต EVAT x EGAT Electric Motorcycle Conversion Contest for Business Opportunity ในปี 2565 รูปที่ 7.17 แÿดงการร่üมโครงการแข่งขันรถจักรยานยนต์ไฟฟ้าดัดแปลงเพื่อธุรกิจแĀ่งอนาคต ขั นตอนการดัดแปลง (EV Conversion Process) 1. ýึกþาข้อมูล ข้อก าĀนดที่เกี่ยüข้อง เช่น กฎĀมาย และการใช้งานของรถยานยนต์ไฟฟ้า ýึกþาข้อมูล และข้อก าĀนดที่เกี่ยüข้องโดยเริ่มจากการýึกþากฎĀมายที่เกี่ยüข้อง การทดÿอบ กฎĀมายที่เกี่ยüข้อง และขั้นตอนการจดทะเบียนÿ าĀรับรถจักรยานยนต์ไฟฟ้าดัดแปลง เช่น คุณÿมบัติของ รถจักรยานยนต์ในการจดทะเบียน ขนาดÿัดÿ่üนของรถ ÿ่üนคüบและเครื่องอุปกรณ์ÿ าĀรับรถ ก าลังของ มอเตอร์ไฟฟ้าที่ใช้ขับเคลื่อนรถตามกฎĀมายü่าด้üยรถยนต์ พ.ý. 2563 เรื่อง ก าĀนดก าลังของมอเตอร์ไฟฟ้า ที่ใช้ในการขับเคลื่อนรถ โดยมีรายละเอียด ดังนี้ที่ขับเคลื่อนด้üยมอเตอร์ไฟฟ้า จะต้องมีก าลังพิกัด (Rated Power) ของมอเตอร์ไฟฟ้าไม่น้อยกü่า 0.25 kW และÿามารถขับเคลื่อนรถใĀ้มีคüามเร็üÿูงÿุดได้ไม่น้อยกü่า 45 km/h ต่อเนื่องเป็นเüลาไม่น้อยกü่า 30 นาที” 2. จ ัดเลือกรถจ ักรยานยนต์เพื่อท าต้นแบบรถจ ักรยานยนต์ไฟฟ้า ผู้เขียนเลือกรถจักรยานยนต์ Honda Scoopy i เพื่อท า EV conversion Ā รือดัดแปลง รถจักรยานยนต์ที่ขับเคลื่อนด้üยเครื่องยนต์ ICE เป็นรถจักรยานยนต์ไฟฟ้า
182 รูปที่ 7.18 แÿดงรถจักรยานยนต์Honda Scoopy i เพื่อดัดแปลงใĀ้เป็นรถจักรยานยนต์ไฟฟ้า 3. ถอดÿ ่üนประกอบของระบบรถจ ักรยานยนต์ Honda Scoopy i รูปที่ 7.19แÿดงถอดÿ่üนประกอบของระบบรถจักรยานยนต์ ถอดเครื่องยนต์ ระบบÿายไฟคüบคุมของเครื่องยนต์ ยกเü้นระบบไฟÿัญญาณต่างๆ 4. ออกแบบระบบก าลังในยานยนต์ไฟฟ้า (Design power systems for electric vehicles) ก าลังที่น าไปขับเคลื่อนการ Āรือก าลังในยานยนต์ไฟฟ้า นั้นเอง ซึ่งมีขบüนการ 5 ขั้น (EV power train design 5 Steps)
183 ขั้นตอนที่ 1 กำĀนดคุณลักþณะเฉพาะ (Clarify EV specification) ตารางที่ 7.3แÿดงการก าĀนดคุณลักþณะเฉพาะ ของรถจักรยานยนต์ไฟฟ้าKotaka EV ชนิดของรถ (Vehicle category) รถจักรยานยนต์ไฟฟ้าKotaka EV น้ าĀนักรถ Dry weight 70 kg น้ าĀนักมอเตอร์ 10 kg น้ าĀนักแบตเตอรี่ 18 kg ผู้ขี่และอุปกรณ์เÿริม 80 kg น้ าĀนักรüมของรถ Gross Vehicle Weight (G.V.W.) 178 kg ขนาดรถ (กü้าง x ยาü x ÿูง) 728 x 1742 x 998 มม. คüามÿูงจากพื้น Ground clearance 30 cm มุมเอียง/มุมไต่ Climbing incline angle 10 องýา คüามเร็üÿูงÿุด Maximum speed 65 km/hr เüลาเร่งคüามเร็üถึงคüามเร็üÿูงÿุด 40 sec ระยะทางต่อการชาร์จ 65 กม. พิกัดมอเตอร์ (Rated Power) 2kW Maximum 30 Minutes Power ระยะทางüิ่งÿูงÿุดต่อการประจุไฟฟ้า 65 กม. คüามเร็üÿูงÿุด 60 กม./ชม. คüามเร็üรอบมอเตอร์ÿูงÿุด 800 รอบต่อนาที แบตเตอรี่ 72V30Ah พื้นถนน ลาดยาง (แอÿฟัลต์) พื้นเรียบ ขั นตอนที่2 ค านüณĀาขนาดระบบขับเคลื่อน (Calculate motor size) Āรือ ก าลังพิกัด (Rated Power) ของมอเตอร์ 1. Āาแรงแรงฉุด ĀรือแรงลากใĀ้รถมีคüามเร็üคงที่(Frr) 1.1 กรณีทางระนาบ Āรือไม่มีคüามลาดชันของถนน จากÿมการ Frr = Gvw X Crr = 178 X 9.81 X 0.012 = 20.954 N
184 โดย Gvw = น้ าĀนักรถรüมผู้โดยÿารเท่ากับมüลรüมคูณค่าคüามโน้มถ่üงโลก Grr = ค่าÿัมประÿิทธิ์คüามต้านทานการĀมุน (0.012 ถนนแอÿฟัลต์) g = คüามโน้มถ่üงโลก เท่ากับ 9.81 m/s2 1.2 กรณีทางไต ่ระดับ (ไม่มีคüามลาดชันของถนน) จากÿมการ Frr = Gvw cos() X Crr = 178 Cos(10º) X Crr = 178 X 9.81 X 0.9848 X 0.012 = 20.635 N 2. ค านüณĀาแรงที่ใช้ไต ่ระดับ (Fgr) Āรือ แรงที่ใช้ไต่ระดับ จากÿมการ Fgr = Gvw Sin() = 178Sin(10º) = 178 X 9.81 X 0.1736 = 303.136 N 3. ค านüณĀาแรงที่ใช้ในการเร ่งใĀ้ได้คüามเร็üที่ก าĀนด (Fac) จากÿมการ Fac = × (2 −1) × = 178 9.81 × (18.05 − 0) 9.81 × 40 = 80.323 N เมื่อ V2 = คüามเร็üĀลังการเร่งจากĀยุดนิ่ง เท่ากับ 65km/hr (18.05 m/sec) V1 = คüามเร็üÿูงÿุดขั้นÿุดท้ายเท่ากับ 0 m/sec tA = เüลาที่ใช้เร่งรถจากĀยุดนิ่งถึงคüามเร็üที่ต้องการ g = ค่าอัตราคüามโน้มถ่üงโลก เท่ากับ 9.81 m/s2 4. ค านüณĀาแรงต้านอากาý (Fad) จากÿมการ Fad = 1⁄2ρCdAV2 = ½ X 1.2 X0.5 X 0.728 X (18.05) 2 = 71.155 N
185 เมื่อ ค่าÿัมประÿิทธิ์แรงเÿียดทานอากาý (Cd) = 0.5 อากาýที่มีคüามĀนาแน่น (ρ) = 1.2 kg/m3 พื้นที่ÿ่üนĀน้าของรถ(A) = 0.728 m2 รถมีคüามเร็ü(V) = 18.05 m/s รüมแรง(Ftt) ทั งĀมดจะค านüณได้ค ่าแรงผลักĀรือลาก ซึ่งต ่อไปจะใช้ในการน าไปค านüณĀา แรงบิด (torque) ที่ล้อขับเคลื่อน จากÿมการ Ftt = Frr + Fge + Fac + Fad = 20.635 + 303.136 + 80.323 + 71.155 = 475.249 N 5. ค านüณĀาแรงบิดที่ล้อ() เมื่อ เลือกขนาดยาง จะได้เÿ้นผ่านýูนย์กลาง 0.5 m รัýมี 0.25m และเÿ้นรอบüง 1.57m Rf = แฟคเตอร์การเÿียดทานระĀü่างเพลากับลูกปืนกำĀนดใĀ้เป็น 1.1 จากÿมการ τw = Ftt X Rw X Rf = 475.249 X 0.25 X 1.1 = 130.693 Nm 6. การเลือกมอเตอร์ จากÿมการ = × กรณีเÿ้นรอบüงล้อ 1.57m แรงบิดÿูงÿุดของมอเตอร์ที่ 20km/hr (5.5m/sec) = 2 × / เมื่อ d = เÿ้นรอบüงล้อ Vmt = คüามเร็üที่แรงบิดÿูงÿุด = 2 × 5.5/1.57 = 22 / = 130.693 × 22 = 2.8 ดังนั้น มอเตอร์ซึ่งมีก าลังระบุ 2kW ÿามารถÿร้างก าลังÿูงÿุดถึง 3kW
186 ขั นตอนที่3การออกแบบระบบชุดคüบคุมไฟฟ้าก าลัง (Power Control Unit Āรือ PCU) การออกแบบระบบก าลังของรถจักรยานยนต์ไฟฟ้า Kotaka EV ได้เลือกระบบขับเคลื่อนโดยมี มอเตอร์เป็นต้นก าลัง แทนเครื่องยนต์ รูปที่ 7.20แÿดงการออกแบบระบบก าลังของรถจักรยานยนต์ไฟฟ้า Kotaka EV 1. มอเตอร์BLDC Motor รูปที่ 7.21แÿดง BLDC Motor
187 2. กล่องคüบคุม (Controllers) กล่องคüบคุม (Controllers)ของรถจักรยานยนต์ไฟฟ้า Kotaka EV เป็นชุดคüบคุมไฟฟ้า ก าลัง (Power Control Unit Āรือ PCU) ใĀ้กับมอเตอร์BLDC Motor รูปที่ 7.22แÿดง Controllers คüบคุม BLDC Motor รูปที่ 7.23แÿดงüงจร Controllers คüบคุม BLDC Motor
188 3. DC-DC รถจักรยานยนต์ไฟฟ้า Kotaka EV ได้ออกแบบระบบ DC Step-Down เพื่อใช้ลดแรงดัน DC ตั้งแต่ 36-72V ใĀ้เป็นไฟ 12.8V กระแÿตรง DC (ระบบไฟ 12V) กระแÿÿูงÿุด 20A 250W จ่ายกระแÿ ต่อเนื่อง 12A ÿามารถใช้แปลงไฟลดแรงดันจากแบตเตอรี่ 72Vตามคüามต้องการ รูปที่ 7.24แÿดง DC-DC ใช้ลดแรงดัน DC 72V ใĀ้เป็นไฟกระแÿตรง DC 12V ขั นตอนที่4การออกแบบระบบแบตเตอรี่ (Define battery) การเลือกแบตเตอรี่ จากÿมการ P = V X I = 72 X 40/2,000 = 1.44 hr เมื่อ P = ขนาดของมอเตอร์2,000w V = แรงเคลื่อนไฟฟ้า 72V I = กระแÿไฟฟ้า Ah รถจักรยานยนต์ไฟฟ้า Kotaka EV มีมอเตอร์ขนาด2kw ใช้แบตเตอรี่ขนาด 72V 30Ah ÿามารถ จ่ายไฟได้ 1.44ชั่üโมง (ทางทฤþฎี)
189 เลือกแพ็คแบตเตอร์รี่72 V 40 Ah C Rate 3 C = 120 A x 72 V = 8,640 W Ah รูปที่ 7.25แÿดงการ Pack แบตเตอรี่ 21S 10P 72V 90Ah โดย Setting คือ 21S 10Pจ านüนก้อนทั้งĀมดที่ใช้21 s X 20 P = 210 ก้อน แถüละ 5 แถüละ 10 ก้อน รูปที่ 7.26แÿดง BMS แบบบลูทูธ รูปที่ 7.27แÿดงการแพ็คแบตเตอรี่ของรถจักรยานยนต์ไฟฟ้า Kotaka EV
190 ขั้นตอนที่ 5 การออกแบบระบบชาร์จ (Select charger) รถจักรยานยนต์ไฟฟ้า Kotaka EV ออกแบบระบบชาร์จ เพื่อการประจุแบตเตอรี่ คือ แบบ ธรรมดา Normal Charge ด้üยไฟฟ้ากระแÿÿลับ AC รูปที่ 7.28 แÿดงÿายชาร์จพกพา การชาร์จไฟจากการต่อจากเต้ารับภายในบ้านโดยตรง มิเตอร์ไฟของบ้านต้องÿามารถรองรับ กระแÿไฟฟ้าขั้นต่ำ15(45)A และเต้ารับไฟในบ้านต้องได้รับการติดตั้งใĀม่ เป็นเต้ารับเฉพาะการชาร์จรถยนต์ ไฟฟ้าต้องได้รับมาตรฐานจากผู้เชี่ยüชาญด้านไฟฟ้าเพื่อคüามปลอดภัยในการใช้งานในระยะยาüเป็นการชาร์จ แบบไฟฟ้ากระแÿÿลับจึงใช้ระยะเüลาในการชาร์จประมาณ 6-12 ชั่üโมง Āรือขึ้นอยู่กับปริมาณคüามจุของ แบตเตอรี่ 6. ทดÿอบÿมรรถนะและประÿิทธ ิภาพรถจ ักรยานยนต์ไฟฟ้า Kotaka EV ผลการทดลองรถจักรยานยนต์ไฟฟ้า Kotaka EV จากการแปลงรถจักรยานยนต์เป็น รถจักรยานยนต์ไฟฟ้าแบ่งเป็น 2 ÿ่üน ซึ่งเป็นผลลัพธ์จากไดนาโมมิเตอร์และผลจากการüิ่งจริง 6.1 การทดÿอบจาก DynoTech ผลการเทÿแÿดงในรูปที่ 7.29 – 7.32 การทดลองนี้ คันเร่งจะถูกล็อค เพื่อคüามเร็üÿูงÿุดใน ระĀü่างการทดÿอบตลอดเüลา จนกระทั่งแบตเตอรี่ตัดการท างาน ระบบซอฟต์แüร์ของเครื่องทดÿอบĀรือ ไดนาโมมิเตอร์จะบันทึกการท างานตั้งแต่ลูกกลิ้งเริ่มท างานจนกระทั่งโรเตอร์ĀยุดĀมุน
191 รูปที่ 7.29 แÿดงคüามÿัมพันธ์ระĀü่างก าลัง คüามเร็ü และเüลา ผลการเทÿ จากรูปที่ 7.29 แÿดงคüามÿัมพันธ์ระĀü่างก าลัง คüามเร็ü และเüลา ในตอนแรก มอเตอร์มีแรงบิดÿูงก าลังก็ÿูง ดังแÿดงผลของเครื่องทดÿอบอยู่ที่ 3kW เมื่อเปรียบเทียบกับก าลังของมอเตอร์ 2kW (ต่อเนื่อง)/3kW (ÿูงÿุด) ก าลังของมอเตอร์เป็น 3kW ที่คüามเร็üÿูงÿุด และก าลังลดลงเล็กน้อยเนื่องจาก แรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่ลดลงและการÿูญเÿียคüามร้อนของมอเตอร์และแบตเตอรี่ ระยะเüลาของท างาน ของแบตเตอรี่คือ นาทีจนกระทั่งแบตเตอรี่ตัดการท างาน
192 รูปที่ 7.30 แÿดงคüามÿัมพันธ์ระĀü่างก าลังระยะทางและเüลา ผลการเทÿ จากรูปที่ 7.30 แÿดงคüามÿัมพันธ์ระĀü่างก าลัง ระยะทาง และเüลา จากผลแÿดงของ เครื่องทดÿอบ ระยะทางÿูงÿุด คือ 140km. จนกระทั่งแบตเตอรี่ตัดการท างาน ในทางปฏิบัติ มอเตอร์และ แบตเตอรี่ÿามารถท างานได้อีกครั้งĀลังจากรออุณĀภูมิเย็นลง อย่างไรก็ตามไม่ถือเป็นการทดลองนี้
193 รูปที่ 7.31แÿดงคüามÿัมพันธ์ระĀü่างก าลัง แรงฉุดลาก และเüลา ผลการเทÿ จากรูปที่ 7.31 แÿดงคüามÿัมพันธ์ระĀü่างก าลัง แรงฉุดลาก และเüลา Āมายถึง แรงดึง ทั้งĀมดที่รถจักรยานยนต์ Kotaka EV ออกแรงบนพื้นผิü Āรือแรงฉุดรüมที่ขนานกับทิýทางการเคลื่อนที่ มอเตอร์ก าลังไฟประมาณ 3kW โดยประมาณตลอดระยะเüลาการท างาน และแรงดึงจะอยู่ที่ประมาณ 20.635 N ตลอดระยะเüลาการท างาน การค านüณระยะทาง ระยะทางที่ÿามารถเดินทางได้โดยใช้แบตเตอรี่นี้ถูกก าĀนดโดย จากÿมการ d = wh/F = 2,880/20.635 = 140km. รถจักรยานยนต์ไฟฟ้า Kotaka EV ÿามารถüิ่งได้ระยะทาง 140 km. 6.2 การทดÿอบจากการüิ่งจริง ผลลัพธ์จากการüิ่งจริง เมื่อจากüิทยาลัยเทคนิคนครÿüรรค์ ถึงเทýบาลจังĀüัดอุทัยธานี Ā่างไกล 41.9 กม. คüามเร็üÿูงÿุดคือ 65 กม. โดยใช้ GPS การüัดเนื่องจากคüามต้านทานถนน และคüาม ต้านทานลม
194 รูปที่ 7.32แÿดงการทดÿอบการüิ่งจริง ผลการทดÿอบ เมื่อ ท าการทดÿอบบนเครื่องไดนาโมมิเตอร์ด้üยคüามเร็üÿูงÿุดโดยบิดคันเร่งÿูงÿุด ที่ 65 km /h ได้ระยะทาง140km. อัตราÿิ้นเปลืองพลังงาน 0.02 kWh / km. และทดÿอบจริง ระยะทาง ไปกลับ 83.8 กม. 7.3.2 การแปลงรถตุ๊กตุ๊กเป็นรถตุ๊กตุ๊กไฟฟ้า ชื่อü่า “eTukTuk ปากน าโพ” ผลงานนี้ เป็นผลงานที่เข้าร่üมโครงการÿนับÿนุนการเปลี่ยนรถรถตุ๊กตุ๊กเป็นรถตุ๊กตุ๊กไฟฟ้า (Electric TukTuk Conversion) ในปี พ.ý.2562 มĀาüิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี ได้รับ มอบĀมายจากÿ านักงานนโยบายและแผนพลังงาน (ÿนพ) โดยการÿนับÿนุนของกองทุนเพื่อÿ่งเÿริมการ อนุรักþ์พลังงาน ใĀ้ด าเนินโครงการÿนับÿนุนการเปลี่ยนรถตุ๊กตุ๊กเป็นรถตุ๊กตุ๊กไฟฟ้า โดยรับแลกรถตุ๊กตุ๊ก เครื่องยนต์เก่า และÿนับÿนุนค่าใช้จ่ายในการจัดซื้อรถตุ๊กตุ๊กไฟฟ้าคันใĀม่ โครงการฯ น ารถตุ๊กตุ๊กเก่าÿ่งมอบ ÿถาบันการýึกþา 9 แĀ่ง เพื่อท าการออกแบบดัดแปลงเป็นรถตุ๊กตุ๊กไฟฟ้า ได้แก่
195 รูปที่ 7.33 แÿดงการร่üมโครงการÿนับÿนุนการเปลี่ยนรถรถตุ๊กตุ๊กเป็นรถตุ๊กตุ๊กไฟฟ้า ขั นตอนการดัดแปลง (EV Conversion Process) 1. ýึกþาข้อมูล ข้อก าĀนดที่เกี่ยüข้อง เช่น กฎĀมาย ค ุณลักþณะและการใช้งานของรถตุ๊กตุ๊ก ýึกþาข้อมูลและข้อก าĀนดที่เกี่ยüข้องโดยเริ่มจากการýึกþากฎĀมายที่เกี่ยüข้องและÿัมภาþณ์ผู้ ขับขี่รถตุ๊กตุ๊กและผู้มีÿ่üนได้ÿ่üนเÿียในจังĀüัดนครÿüรรค์ และจังĀüัดใกล้เคียง Āรือชุมชุนเมืองที่ใช้รถตุ๊กตุ๊ก กฎĀมายที่เกี่ยüข้องได้แก่ ประกาýกรมการขนÿ่งทางบก เรื่อง การก าĀนดก าลังของมอเตอร์ไฟฟ้าที่ใช้ในการ ขับเคลื่อนรถยนต์ ตามกฎĀมายü่าด้üยรถยนต์ พ.ý. 2560 (ปัจจุบันใช้ปี 2563) โดยมีรายละเอียดดังนี้ “รถยนต์รับจ้างÿามล้อและรถยนต์ÿามล้อÿ่üนบุคคลที่ขับเคลื่อนด้üยมอเตอร์ไฟฟ้า จะต้องมีก าลังพิกัด (Rated Power) ของมอเตอร์ไฟฟ้าไม่น้อยกü่า 4 kW และÿามารถขับเคลื่อนรถใĀ้มีคüามเร็üÿูงÿุดได้ไม่น้อย กü่า 45 km/h ต่อเนื่องเป็นเüลาไม่น้อยกü่า 30 นาที”