General Motors เปิดตัว Bolt ไฟฟ้าแบตเตอรี่ซึ่งสัญญาว่าจะ
มีระยะทาง 200 ไมล์และมีราคาประมาณ 30,000 เหรียญ GM, CC BY

ด้วยความพยายามที่จะนำรถยนต์ไฟฟ้าเซลล์เชื้อเพลิงมาใช้อย่างรวดเร็ว Toyota Motors เมื่อต้นเดือนนี้ทำรายได้มากกว่า 5,600 สิทธิบัตร ใช้ได้กับผู้ผลิตรถยนต์รายอื่น ไม่กี่วันต่อมา เจนเนอรัล มอเตอร์ส ได้แนะนำ กลอนไฟฟ้ารถยนต์ไฟฟ้าที่ออกแบบมาให้วิ่งได้ 200 ไมล์ด้วยแบตเตอรี่

ในขณะเดียวกัน ผู้ผลิตรถยนต์ยังคงพัฒนารถยนต์ไฟฟ้าประเภทอื่นๆ ต่อไป: ปลั๊กอินไฮบริดและไฟฟ้าไฮบริด

รถยนต์ไฟฟ้าเป็นทางเลือกที่มีแนวโน้มมากที่สุดสำหรับรถยนต์ที่ใช้น้ำมันเบนซินและดีเซลทั่วไป แต่เทคโนโลยีแต่ละอย่างแตกต่างกันอย่างไร? และผลประโยชน์และความท้าทายทางการค้าของแต่ละคนมีอะไรบ้าง?

เรามาถึงที่นี่ได้อย่างไร

เริ่มจากความคล้ายคลึงกัน รถยนต์ไฟฟ้าที่ใช้แบตเตอรี่แบบเสียบปลั๊ก (BEV) รถยนต์ไฟฟ้าไฮบริด (HEV) รถยนต์ไฟฟ้าปลั๊กอินไฮบริด (PHEV) และรถยนต์ไฟฟ้าเซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจน (FCEV) เป็นรถยนต์ไฟฟ้าทั้งหมด ขับเคลื่อนด้วยมอเตอร์ไฟฟ้าและมีแบตเตอรี่สำหรับเก็บหรือจ่ายไฟฟ้าตามต้องการและดูดซับพลังงานเมื่อเบรกรถ

ยานพาหนะเหล่านี้บางคันสามารถผลิตกระแสไฟฟ้าได้บนเครื่องบิน ไม่ว่าจะโดยเครื่องยนต์สันดาปที่ใช้น้ำมันเบนซินหรือเซลล์เชื้อเพลิงที่ใช้พลังงานไฮโดรเจน

สิ่งเหล่านี้ล้วนแสดงถึงการหยุดชะงักพื้นฐานจากรถยนต์ที่ใช้น้ำมันเบนซินที่เราขับในปัจจุบันในสามวิธี: ระบบขับเคลื่อนเป็นแบบไฟฟ้าแทนที่จะเป็นแบบกลไก เครื่องยนต์ใต้ฝากระโปรงเป็นแบบไฟฟ้าเคมีแทนการเผาไหม้ และเชื้อเพลิงเป็นไฟฟ้าและไฮโดรเจนมากกว่าน้ำมันเบนซิน

แรงขับเคลื่อนที่อยู่เบื้องหลังการเปลี่ยนแปลงทางเทคโนโลยีเหล่านี้เริ่มต้นขึ้นในปลายทศวรรษ 1980 โดยผู้ผลิตรถยนต์รับทราบว่าปิโตรเลียมมีจำกัดในระยะยาว และจำเป็นต้องมีแพลตฟอร์มยานพาหนะทางเลือกและเชื้อเพลิงเพื่อสร้างความมั่นใจให้กับรูปแบบธุรกิจในอนาคต ไฮโดรเจนได้รับเลือกให้เป็นเชื้อเพลิงและได้กำหนดเส้นทาง 25 ปีสำหรับการค้ารถยนต์เซลล์เชื้อเพลิงขึ้น

นับตั้งแต่ปี 1990 เป็นต้นมา กองกำลังเพิ่มเติมอีก XNUMX กองกำลังได้เกิดขึ้นเพื่อยืนยันการตัดสินใจที่จะกำหนดเป้าหมายรถยนต์เซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจนเป็นผลิตภัณฑ์แห่งอนาคต ซึ่งรวมถึงการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ นโยบายที่สนับสนุนความเป็นอิสระของเชื้อเพลิง และกฎระเบียบด้านคุณภาพอากาศ โดยเฉพาะในแคลิฟอร์เนีย

รถยนต์ไฟฟ้าแบตเตอรี่ (BEV)

อย่างไรก็ตาม ในช่วงห้าปีที่ผ่านมา มีการฟื้นตัวของรถยนต์ไฟฟ้าที่ใช้แบตเตอรี่ ซึ่งต้องอาศัยพลังงานจากแบตเตอรี่เพียงอย่างเดียว ตัวอย่าง ได้แก่ Nissan Leaf, GM Spark และ Kia Soul หลังจากผ่านไป 40 ถึง 60 ไมล์ แบตเตอรี่จะหมดและจำเป็นต้องชาร์จใหม่โดยเสียบปลั๊กเข้ากับวงจรไฟฟ้าในที่พักอาศัยหรือเครื่องชาร์จ 220 โวลต์ที่สร้างขึ้นโดยเฉพาะที่ศูนย์การค้าหรือที่ทำงาน เวลาในการชาร์จขึ้นอยู่กับแรงดันไฟฟ้า เทคโนโลยีเครื่องชาร์จ และ "สถานะการชาร์จ" ของแบตเตอรี่ (เช่น แบตเตอรี่หมดไปเท่าใด) แต่โดยทั่วไปแล้วจะใช้เวลา XNUMX-XNUMX ชั่วโมงในการชาร์จรถจนเต็ม

BEV นั้นน่าดึงดูดเพราะระยะการเดินทางนั้นรองรับการเดินทางส่วนใหญ่ของประชาชน การชาร์จไฟที่บ้านนั้นสะดวก การขับขี่ไม่มีการสั่นสะเทือนและเงียบ ขนาดของรถค่อนข้างเล็ก ให้ความคล่องตัวที่ดีและจอดรถค่อนข้างง่าย และไม่มีมลพิษทางอากาศระหว่างการขับขี่ นอกจากนี้ BEV ยังมีศักยภาพในการสร้างสมดุลของกริดไฟฟ้าด้วยการชาร์จข้ามคืนเมื่อทรัพยากรกริดมีการใช้งานน้อยเกินไป

การทำงานกับ BEV คือเวลาที่ต้องใช้ในการชาร์จรถและความวิตกกังวลเกี่ยวกับระยะ ซึ่งก็คือ ความกังวลเรื่องระยะการขับขี่ที่จำกัด ซึ่งผู้ขับมีประสบการณ์ ซึ่งจะช่วยลดระยะการใช้งานของรถได้อย่างมีประสิทธิภาพ นอกจากนี้ การชาร์จยังสร้างความเครียดให้กับโครงข่ายไฟฟ้า และมีบางกรณีที่ไม่มีโครงสร้างพื้นฐานสำหรับชาร์จ โดยเฉพาะสำหรับผู้ที่อาศัยอยู่ในอพาร์ตเมนต์
ตามคำสั่งของยานพาหนะที่ปล่อยมลพิษเป็นศูนย์ของแคลิฟอร์เนีย รถ BEV ถูกจำหน่ายในเชิงพาณิชย์ครั้งแรกในปี 1990 แต่ตลาดลดลงในปี 2000 ด้วยจำนวนรถยนต์นั่งส่วนบุคคลที่มีจำหน่ายหรือให้เช่า ตลาดกำลังได้รับการทดสอบในวันนี้เพื่อประเมินความต้องการของประชาชนสำหรับยานพาหนะที่มีช่วงจำกัดแต่สะดวกนี้ ความก้าวหน้าของเทคโนโลยีแบตเตอรี่มีศักยภาพในการเพิ่มช่วง

รถยนต์ไฟฟ้าไฮบริด (HEV)

รถยนต์ไฟฟ้าไฮบริดคือ BEV ที่มีเครื่องยนต์สันดาปเบนซินอยู่บนรถเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้าและเคลื่อนย้ายรถไปพร้อมกับมอเตอร์ไฟฟ้า พวกเขาสามารถให้ระยะทาง 300 ไมล์ที่ผู้คนคาดหวังกับรถยนต์เบนซินทั่วไป และด้วยการควบคุมซอฟต์แวร์ขั้นสูง เครื่องยนต์สันดาปจะโต้ตอบกับแบตเตอรี่เพื่อให้ได้ประสิทธิภาพสูงและปล่อยมลพิษต่ำ

HEV ได้รับการเสนอขายในสหรัฐอเมริกาตั้งแต่ปี 2000 โดย Prius ซึ่งเปิดตัวครั้งแรกโดย Toyota ในญี่ปุ่นในปี 1997 เป็นตัวอย่างที่โดดเด่น ในปี 2012 และ 2013 พรีอุสเป็นรถยนต์ที่มียอดขายสูงสุดในแคลิฟอร์เนีย โดยมียอดขายรถยนต์มากกว่าเจ็ดล้านคัน ซึ่งสะท้อนถึงการยอมรับในเชิงบวกของผู้บริโภคที่มีต่อรถยนต์รุ่นนี้

รถยนต์ไฟฟ้าปลั๊กอินไฮบริด (PHEV)

PHEV เป็น HEV ที่มีความจุของแบตเตอรี่เพิ่มขึ้นซึ่งสามารถให้ช่วงไดรฟ์ไฟฟ้าได้ระหว่าง 60 ถึง 40 ไมล์ ตัวอย่างเช่น Chevy Volt สามารถขับเคลื่อนด้วยพลังงานแบตเตอรี่ได้เกือบ 300 ไมล์ก่อนที่เครื่องกำเนิดไฟฟ้าเบนซินจะเริ่มทำงาน ซึ่งช่วยให้สะดวกในการชาร์จแบตเตอรี่ในชั่วข้ามคืนที่บ้านและช่วงไฟฟ้ารายวันที่ประชาชนส่วนใหญ่ของสหรัฐฯ ไม่เกิน และ PHEV ให้ระยะ XNUMX ไมล์ที่ผู้คนทั่วไปคุ้นเคยในการขับขี่ ปลั๊กอิน Prius มีแบตเตอรี่ขนาดใหญ่กว่าและมีระบบไฟฟ้าทั้งหมด
ช่วงประมาณ 10 ไมล์ก่อนเข้าสู่โหมดไฮบริด โตโยต้า 

รถยนต์ไฟฟ้าเซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจน (FCEV)

รถยนต์เซลล์เชื้อเพลิงเป็นรถยนต์ไฟฟ้าไฮบริดที่มีความแตกต่างที่สำคัญสองประการ เซลล์เชื้อเพลิง อุปกรณ์ไฟฟ้าเคมีที่นำเชื้อเพลิง เช่น ไฮโดรเจน และออกซิเจนจากอากาศมาผลิตกระแสไฟฟ้า มาแทนที่เครื่องยนต์เบนซินภายใต้ประทุน เซลล์เชื้อเพลิงมีประสิทธิภาพสูงอย่างน่าทึ่ง (สามเท่าของรถยนต์เบนซินทั่วไป) และปล่อยมลพิษทางอากาศเป็นศูนย์เมื่อขับขี่ ผลคูณของปฏิกิริยาคือน้ำซึ่งถูกระบายออกทางท่อไอเสียด้วยไนโตรเจนและออกซิเจนบางส่วนที่เหลืออยู่ในอากาศ และแทนที่จะเป็นถังน้ำมันก็มีถังเก็บไฮโดรเจน เวลาในการเติมเชื้อเพลิงของรถยนต์เซลล์เชื้อเพลิงนั้นเทียบได้กับรถยนต์ที่ใช้น้ำมันเบนซินทั่วไป และสามารถจัดหาเชื้อเพลิงในประเทศได้

ความท้าทายบางประการที่เกี่ยวข้องกับรถยนต์เซลล์เชื้อเพลิงคือการมีสถานีเติมเชื้อเพลิงไฮโดรเจนจำนวนจำกัดทั่วประเทศ แคลิฟอร์เนียมีสถานีเติมเชื้อเพลิงไฮโดรเจนมากที่สุดในสหรัฐอเมริกา โดยคาดว่าจะเปิดดำเนินการ 51 แห่งภายในสิ้นปี 2015 มากกว่า 70 แห่งภายในสิ้นปี 2017 และ 100 แห่งภายในปี 2020 ถือเป็นสถานีขั้นต่ำเริ่มต้นเพื่อรองรับการยอมรับเซลล์เชื้อเพลิง ยานพาหนะในรัฐ

ดำเนินต่อไป

ตลาดกำลังค้นพบว่า BEV เป็นส่วนเสริมที่น่าสนใจ (ไม่ใช่สิ่งทดแทน) สำหรับรถยนต์เบนซินทั่วไป HEV และ PHEV ที่ขับเคลื่อนด้วยน้ำมันเบนซินกำลังเกิดขึ้นเพื่อให้เป็นไปตามกฎระเบียบด้านสิ่งแวดล้อมในขณะที่ยังคงรักษาประสบการณ์การขับขี่โดยรวมของช่วงและขนาดที่ตลาดคุ้นเคย

ค่าใช้จ่ายของยานพาหนะและค่าใช้จ่ายในการขับขี่ยานพาหนะมีการแข่งขันและน่าสนใจสำหรับวัตถุประสงค์ในทางปฏิบัติทั้งหมด ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับค่าไฟฟ้าและค่าน้ำมัน ค่าใช้จ่ายต่อไมล์อาจเป็นประโยชน์อย่างใดอย่างหนึ่ง PHEV ให้ทางเลือกแก่ลูกค้าในการใช้ไฟฟ้าหรือน้ำมันเบนซิน

รถยนต์ไฟฟ้าเซลล์เชื้อเพลิงถือกำเนิดขึ้นในฐานะวิวัฒนาการตามธรรมชาติของไฮบริดและไฮบริดไฟฟ้าแบบเสียบปลั๊ก ด้วยเหตุนี้ เราจึงสามารถคาดการณ์ได้ว่า BEV และ FCEV เป็นตัวแทนของทางเลือกแห่งอนาคตของรถยนต์เบนซินแบบธรรมดาและแบบไฮบริด เพื่อตอบสนองความต้องการด้านการขนส่งแบบเบา BEV ให้ความสะดวกสบายและความคล่องแคล่ว และ FCEV ให้ช่วง ความยืดหยุ่นในขนาดรถ และการเติมเชื้อเพลิงอย่างรวดเร็ว รถยนต์ทั้งสองคันบรรลุความเป็นอิสระของเชื้อเพลิง การแยกตัวจากภูมิศาสตร์การเมือง และมีเสน่ห์ดึงดูด คุณลักษณะด้านสิ่งแวดล้อม.

ต้นทุนการจัดซื้อและต้นทุนการดำเนินงานของรถยนต์ไฟฟ้าแบตเตอรี่และเซลล์เชื้อเพลิงเทียบได้ในปัจจุบัน มีแนวโน้มว่าค่าใช้จ่ายของไฮโดรเจนจะลดลงในอนาคตอันเนื่องมาจากการแข่งขันของตลาดและความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีและค่าไฟฟ้าจะเพิ่มขึ้น นั่นหมายถึงค่าใช้จ่ายต่อไมล์ในการใช้งานรถยนต์ไฟฟ้าเซลล์เชื้อเพลิง เมื่อเทียบกับรถยนต์ไฟฟ้าที่ใช้แบตเตอรี่ มีแนวโน้มลดลง

บทความนี้ถูกเผยแพร่เมื่อวันที่ สนทนา
อ่าน บทความต้นฉบับ.

เกี่ยวกับผู้เขียน

Dr. Scott Samuelsen เป็นศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมเครื่องกล การบินและอวกาศ และสิ่งแวดล้อมที่มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย เออร์ไวน์ (UCI) เขาเป็นผู้อำนวยการโครงการพลังงานและพลังงานขั้นสูง ห้องปฏิบัติการการเผาไหม้ของ UCI และศูนย์วิจัยเซลล์เชื้อเพลิงแห่งชาติสำหรับกระทรวงพลังงานของสหรัฐอเมริกาและคณะกรรมการพลังงานแคลิฟอร์เนีย ศาสตราจารย์ซามูเอลเซ่นเป็นประธานร่วมของ California Stationary Fuel Cell Collaborative ซึ่งเป็นพันธมิตรระหว่างภาครัฐและเอกชนที่มีเอกลักษณ์เฉพาะตัวที่จัดการกับเทคโนโลยีที่สำคัญและอุปสรรคทางการตลาดเพื่อเร่งการจำหน่ายระบบผลิตไฟฟ้าขั้นสูงในเชิงพาณิชย์