รถยนต์ไฟฟ้ากับการชาร์จเร็ว DC จริงหรือไม่ ชาร์จเร็วด่วนจี๋บ่อยครั้ง แบตเตอรี่พังเร็ว?




หากคุณคุ้นเคยกับรถยนต์ไฟฟ้า (EV) คุณอาจเคยได้ยินว่า การชาร์จไฟระดับ 1 ระดับ 2 และระดับ 3 ที่เกี่ยวข้องกับความเร็วในการชาร์จ หรือที่เรียกว่าการชาร์จแบบปกติ AC หรือชาร์จเร็วด่วนจี๋แบบ DC สำหรับการชาร์จระดับ 3 หรืออัดประจุไฟกระแสตรงเข้าสู่แบตเตอรี่ นับเป็นวิธีที่เร็วที่สุดในการประจุไฟเข้าไปเก็บในแบตเตอรี่ของยานยนต์พลังงานไฟฟ้า โดยจะใช้ระยะเวลาในการชาร์จรถยนต์ไฟฟ้าส่วนใหญ่ ในเวลาไม่กี่นาที เมื่อเทียบกับการชาร์จไฟแบบช้าหรือ AC ที่กินเวลานานหลายชั่วโมง ในการค่อยๆ ปล่อยกระแสไฟเข้าสู่แบตฯ

พูดง่ายๆ ก็คือ การชาร์จระดับ 3 หรือชาร์จไฟกระแสตรง DC ให้พลังงานไฟฟ้าเข้าสู่แบตเตอรี่ได้มากกว่า เร็วกว่า ทำให้การชาร์จไฟกระแสตรง DC เป็นประเภทการชาร์จที่เหมาะสำหรับสถานีชาร์จระยะไกลตามหัวเมืองต่างจังหวัด เช่น ปั๊มน้ำมันที่มีจุดบริการชาร์จพลังงานสำหรับรถยนต์ไฟฟ้า ร้านอาหารชั้นนำ โรงแรมที่พักหรือช็อปปิ้งมอลล์ เมื่อพิจารณาจากแหล่งจ่ายไฟฟ้าแรงสูงที่จำเป็นสำหรับการชาร์จไฟระดับ 3 DC (และราคาค่าชาร์จไฟที่สูงกว่า) สถานีชาร์จ DC แบบด่วน ไม่นิยมนำมาติดตั้งในบ้านพักอาศัย เนื่องจากต้องเดินระบบไฟใหม่และมีค่าใช้จ่ายในการติดตั้งที่สูง (มาก) 

การชาร์จระดับ 3 เร็วแค่ไหน? และอะไรที่ส่งผลต่อความเร็วในการชาร์จ? สถานีชาร์จ EV ทำงานอย่างไร?

ก่อนที่จะเจาะลึกถึงความเร็วของการชาร์จรถยนต์ไฟฟ้า EV สิ่งสำคัญคือต้องทำความเข้าใจพื้นฐานว่าการชาร์จ EV ทำงานอย่างไรซะก่อน

ชาร์จไฟ AC กับ DC
กระแสไฟที่ใช้ชาร์จรถยนต์ไฟฟ้าได้มีอยู่ 2 ประเภท คือ ไฟฟ้ากระแสสลับ (AC) และไฟฟ้ากระแสตรง (DC) แบตเตอรี่ทั้งหมด รวมถึงแบตเตอรี่ในยานยนต์ EV ใช้ DC เพื่อชาร์จ อย่างไรก็ตาม พลังงานจากแหล่งที่ถูกส่งมานั้นเป็นไฟฟ้ากระแสสลับโดยธรรมชาติ ดังนั้นเพื่อชาร์จ EV จะต้องแปลง AC จากไฟเมนเป็นไฟกระแสตรง DC ทำได้โดยตัวแปลง AC/DC

ความแตกต่างที่สำคัญระหว่างการชาร์จระดับ 3 และระดับ 1 และระดับ 2 คือตำแหน่งของการแปลงกระแส เครื่องชาร์จไฟฟ้าระดับ 3 จะแปลงไฟกระแสสลับ AC เป็นไฟกระแสตรง DC ภายในสถานีชาร์จ ซึ่งช่วยให้กระแสไฟ DC ไหลโดยตรงจากตัวสถานี ไปยังแบตเตอรี่ของยานยนต์ EV ด้วยพื้นที่ที่มากขึ้นสำหรับตัวแปลงขนาดใหญ่ เครื่องชาร์จ DC สามารถแปลงพลังงานได้อย่างรวดเร็ว เป็นผลให้สถานี DC บางสถานีสามารถส่งพลังงานได้มากถึง 350 กิโลวัตต์ และชาร์จรถยนต์ไฟฟ้า EV ให้เต็มในเวลาเพียง 15 นาที แต่การชาร์จเร็วด้วยพลังงานไฟฟ้าหลายร้อยกิโลวัตต์ จะทำให้ระบบระบายความร้อนของแบตเตอรี่ต้องทำงานหนัก

ในทางกลับกัน ที่ชาร์จ AC ระดับ 1 และ 2 จะส่งไฟฟ้ากระแสสลับไปเก็บในแบตของรถยนต์ไฟฟ้า EV จากนั้นจะกระแสไฟจะถูกแปลงเป็น DC ผ่านที่ชาร์จขนาดเล็กในตัว เนื่องจากพื้นที่ภายในรถยนต์ไฟฟ้า มีจำกัด เครื่องชาร์จจึงมีขนาดเล็ก นั่นเป็นเหตุผลที่ความเร็วสูงสุดของเครื่องชาร์จระดับ 2 อยู่ที่ประมาณ 22 กิโลวัตต์ ถึง 43 กิโลวัตต์

สิ่งที่ส่งผลต่อความเร็วในการชาร์จ
อะไรที่ส่งผลต่อความเร็วในการชาร์จ DC ระดับ 3?
มีหลายปัจจัยที่อาจส่งผลต่อความเร็วในการชาร์จ แต่ส่วนใหญ่มาจากกำลังขับ ประเภทของยานพาหนะ และสถานะการชาร์จของแบตเตอรี่ (SoC)

1. กำลังในการจ่ายพลังงานไฟฟ้าของสถานีชาร์จ
ดังที่กล่าวไปก่อนหน้านี้ สถานีชาร์จไฟกระแสตรงระดับ 3 หรือ DC จะชาร์จเร็วกว่าเครื่องจ่ายไฟแบบไฟฟ้ากระแสสลับ AC เนื่องจากมีพื้นที่สำหรับใส่ตัวแปลงขนาดใหญ่กว่า อย่างไรก็ตาม ไม่ใช่ว่าทุกสถานีชาร์จระดับ 3 จะเหมือนกันทุกแห่ง ตู้ แท่น หรืออุปกรณ์ในการชาร์จไฟ DC มาในรูปทรงและขนาดที่แตกต่างกัน แต่เป็นไปตามตรรกะเดียวกัน นั่นก็คือ ยิ่งตัวแปลงกระแส มีขนาดใหญ่เท่าใด เครื่องชาร์จระดับ 3 ก็จะยิ่งส่งพลังงานไฟได้มากขึ้นเท่านั้น

การออกแบบสถานีชาร์จ DC อาจมีผลกระทบต่อการส่งออกพลังงานค่อนข้างมาก สถานีชาร์จทั่วไป ที่มีแท่นชาร์จเดียว สามารถส่งพลังงานได้ประมาณ 50 กิโลวัตต์ ถึง 250 กิโลวัตต์ ในทางกลับกัน แท่นชาร์จไฟแบบแยกส่วนประกอบ ด้วยสององค์ประกอบหลัก หน่วยผู้ใช้ที่ติดต่อกับลูกค้า และหน่วยพลังงานเบื้องหลัง ด้วยยูนิตทั้งหมดที่ทุ่มเทให้กับการแปลงพลังงานและส่งมอบพลังงานไฟฟ้า สถานีสถาปัตยกรรมแบบแยกส่วนโดยทั่วไป ให้พลังงานในการชาร์จมากกว่า จาก 175 กิโลวัตต์ ไปจนถึง 350 กิโลวัตต์

2. ประเภทของรถและแบตเตอรี่
ในขณะที่แรงดันไฟฟ้า เป็นสิ่งสำคัญในการกำหนดเวลาในการชาร์จ แต่ตัวรถยนต์ไฟฟ้าเองก็เป็นผู้เชี่ยวชาญขั้นสูงสุด เมื่อออกแบบ EV ผู้ผลิตรถยนต์จะมีตัวเลือกมากมายเกี่ยวกับขนาด น้ำหนัก ประสิทธิภาพ และอายุการใช้งานของแบตเตอรี่ที่นำมาใช้ มาดูกันว่าการตัดสินใจเหล่านี้ส่งผลต่อเวลาในการชาร์จ DC อย่างไร

ความจุของแบตเตอรี่
EV บางรุ่นรองรับกำลังมากกว่ารุ่นอื่นๆ ตัวอย่างเช่น Tesla Model 3 ระดับไฮเอนด์มีความจุในการชาร์จที่รวดเร็ว 250 kW ในขณะที่ Peugeot e-208 หลักมากกว่ารองรับ 50 kW ตามหลักการทั่วไป ยิ่งก้อนแบตเตอรี่มีขนาดใหญ่เท่าใด การชาร์จก็จะยิ่งเร็วขึ้นเท่านั้น

อุณหภูมิ
อุณหภูมิมีบทบาทสำคัญในการกำหนดความเร็วในการชาร์จ เซลล์แบตเตอรี่ทำงานอย่างมีประสิทธิภาพสูงสุดระหว่าง 20-25°C ยิ่งไปกว่านั้น สภาพอากาศ การขับขี่บนมอเตอร์เวย์กับการขับขี่ในเมือง และการชาร์จไฟอย่างรวดเร็วส่งผลกระทบต่ออุณหภูมิของแบตเตอรี่ หากอุณหภูมิต่ำหรือสูงเกินไป ระบบจัดการแบตเตอรี่ของรถยนต์ (BMS) จะลดกำลังไฟฟ้าเข้าเพื่อป้องกันแบตเตอรี่ ซึ่งส่งผลให้ความเร็วในการชาร์จลดลง

รถยนต์ไฟฟ้าระดับไฮเอนด์หรือรถยนต์ไฟฟ้าประสิทธิภาพสูง จะติดตั้งระบบทำความร้อนหรือความเย็นเพื่อควบคุมอุณหภูมิของแบตเตอรี่ ให้อยู่ในเกณฑ์ที่สามารถทำงานได้อย่างเต็มประสิทธิภาพ ในขณะที่รถยนต์ไฟฟ้าระดับเริ่มต้นบางรุ่นยังมีระบบระบายความร้อนที่มีประสิทธิภาพน้อยเกินไป

3. สถานะของค่าใช้จ่าย
สถานะการชาร์จ (SoC) ของแบตเตอรี่ที่สัมพันธ์กับความจุเต็ม จะส่งผลต่อระยะเวลาในการชาร์จเช่นกัน เพื่อยืดอายุการใช้งานแบตเตอรี่ และป้องกันความร้อนสูงเกินไปขณะทำการชาร์จไฟกระแสตรง การชาร์จจะช้าลงอย่างมากเมื่อแบตเตอรี่มีไฟใกล้จะเต็มความความจุ นั่นเป็นสาเหตุที่การชาร์จแบบเร็ว DC มีประสิทธิภาพสูงสุดระหว่างศูนย์ถึง 80 เปอร์เซ็นต์ การชาร์จแบตเตอรี่ 20 เปอร์เซ็นต์ที่เหลืออาจใช้เวลาเท่ากันกับการชาร์จ 80 เปอร์เซ็นต์แรก 

รถยนต์ไฟฟ้าทุกคันรองรับการชาร์จเร็วระดับ 3 หรือไม่?
การชาร์จระดับ 3 ใช้ได้กับ EV ส่วนใหญ่ แต่ดังที่กล่าวมาข้างต้น ยานพาหนะพลังงานไฟฟ้าแต่ละคันมีความจุของแบตเตอรี่ต่างกัน และบางรุ่นก็สามารถรับพลังงานไฟได้มากกว่ารุ่นอื่นๆ ยิ่งไปกว่านั้นรถยนต์ไฟฟ้า EVs และรถยนต์ไฟฟ้าปลั๊กอินไฮบริด (PHEV) บางรุ่น ไม่สามารถใช้งานร่วมกับการชาร์จอย่างรวดเร็วหรือ DC เนื่องจากแบตเตอรี่มีขนาดเล็กเกินไป

ยิ่งใช้ DC Quick Charge บ่อยเท่าใด การเสื่อมสภาพของแบตเตอรี่ก็จะยิ่งสูงขึ้น การเสื่อมสภาพของแบตเตอรี่มีความสัมพันธ์อย่างมากกับการชาร์จรถยนต์ไฟฟ้าด้วยไฟกระแสตรง DC ในสภาพอากาศร้อนอบอ้าว เปรียบเทียบกับรถยนต์ไฟฟ้าที่ไม่ใช้การชาร์จอย่างรวดเร็ว รถยนต์ไฟฟ้าที่ชาร์จไฟ AC เป็นหลัก แสดงการเสื่อมสภาพของแบตเตอรี่ 0.1%

ห้องปฏิบัติการของกระทรวงพลังงานสหรัฐฯ (ห้องปฏิบัติการแห่งชาติไอดาโฮ INL) ได้ผลลัพธ์จากการทดสอบการชาร์จพลังงานทั้งสามระดับที่คล้ายกัน สรุปว่าในขณะที่แบตเตอรี่รถยนต์ไฟฟ้าเสื่อมเร็วขึ้นเมื่อรับแหล่งพลังงานเพียงแหล่งเดียว นั่นก็คือการชาร์จระดับ 3 เป็นประจำ INL ได้ทดสอบกับรถยนต์ไฟฟ้า Nissan Leaf รุ่นปี 2012 จำนวน 4 คัน ภายใต้เงื่อนไขเดียวกันเป็นเวลาหนึ่งปีในเมืองฟีนิกซ์ รัฐแอริโซนา Leaf สองคันแรก ถูกชาร์จด้วยที่ชาร์จระดับ 2 ส่วน Leaf อีกสองคันที่เหลือ ใช้การชาร์จอย่างรวดเร็วระดับ 3 หรือ DC วันละสองครั้ง รถทดสอบทั้งสี่คันใช้ระยะทาง 80,467 กิโลเมตร รถยนต์ไฟฟ้าที่ชาร์จไฟ AC ระดับ 2 สูญเสียความจุแบตเตอรี่ประมาณ 23% ของความจุแบตเตอรี่เดิม ขณะที่รถยนต์ไฟฟ้าที่ชาร์จไฟระดับ 3  DC สูญเสียความจุแบตเตอรี่ลงประมาณ 27%

การยืดอายุแบตเตอรี่กลายเป็นเรื่องที่ควรให้ความสนใจ เมื่อพิจารณาจากต้นทุนของแบตฯ ในปัจจุบันที่ยังคงมีราคาแพง (มาก)

– ลดการใช้ที่ชาร์จแบบเร็วเชิงพาณิชย์ DC และใช้ระบบชาร์จระดับ 2 หากมีรองรับ ซึ่งต้องรอนาน
– ควรชาร์จรถยนต์ไฟฟ้า ก่อนที่แบตเตอรี่จะไม่มีไฟเหลืออยู่ เมื่อปล่อยให้แบตฯ ไฟหมด จะทำให้แบตเตอรี่เสื่อมสภาพเร็วกว่ากำหนด.

อาคม รวมสุวรรณ
E-Mail chang.arcom@thairath.co.th
Facebook https://www.facebook.com/chang.arcom
https://www.facebook.com/ARCOM-CHANG-Thairath-Online-525369247505358/