ระบบไฮบริด

ไฮบริด (Hybrid) เป็นคำมาจากภาษาละตินว่า “Hybrida” ซึ่งก็มีรากศัพท์มาจากภาษากรีกอีกทอดหนึ่ง  

ความหมายของคำว่าไฮบริดจริง ๆ เป็นไทยเราอาจบอกว่าเป็น “การผสมผสานกัน” ก็ไม่น่าจะผิด

ในทางชีวะวิทยาเราจะเห็นเขาใช้คำว่าไฮบริดกับสัตว์ลูกผสมข้ามสายพันธ์หรือ ข้ามชนิดกัน เช่น ล่อ ซึ่งเป็นลูกผสมระหว่างม้ากับลา 

ส่วนในการกีฬานั้นนักเล่นกอล์ฟจะรู้จักคำว่าหัวกอล์ฟไฮบริด มันเป็นหัวกอล์ฟจากวัสดุลูกผสมกึ่งไม้กึ่งเหล็ก 

นาฬิกาที่อ่านเวลาได้ทั้งแบบ analog และ digital เราก็เรียกันว่านาฬิกาไฮบริด 

ส่วนในเทคโนโลยีการขับเคลื่อนนั้น ถ้าเป็นระบบขั้บเคลื่อนแบบไฮบริดโดยทั่วไป หมายถึงการผสมผสานเทคโนโลยีต่างชนิดกัน

เพื่อการขับเคลื่อนระบบ สำหรับยานยนต์หรือรถยนต์ไฮบริด หมายถึงยานยนต์ที่มีเครื่องเปลี่ยนพลังงาน 2 ระบบ 

คือลูกผสมที่สามารถใช้ได้ทั้งพลังงานเชื้อเพลิง และพลังงานไฟฟ้า 

ไฮบริด car คือ รถที่มีแหล่งกำเนิดของพลังงานมากกว่า 1 แห่ง หรือ รถที่เกิดจากความพยายามในการรวมข้อดีและแหล่งพลังงานแต่ละชนิดเข้าด้วยกัน และหลีกเลี่ยง หรือ ขจัดข้อเสียของแต่ละพลังงานออกไป ซึ่งรถ ไฮบริด แต่ละประเภทแตกต่างกันอยู่บ้างเช่น ประเภทที่ใช้มอเตอร์ไฟฟ้ากับเครื่องยนต์ประเภทเผาไหม้ภายใน หรือ ใช้เครื่องยนต์กับล้อช่วยแรง หรือ มอเตอร์ไฟฟ้ากับล้อช่วยแรง หรือกังหันแก๊สกับล้อช่วยแรง 

น้ำมันเชื้อเพลิงถูกเก็บไว้ในถังน้ำมันเชื้อเพลิง สำหรับเครื่องยนต์ที่ใช้น้ำมัน

กระแสไฟฟ้า ถูกเก็บไว้ในชุดแบตเตอรี่ไฟฟ้าแรงสูงของรถ ไฮบริด สำหรับมอเตอร์ไฟฟ้า

ผลลัพธ์ที่ได้ จากการผสมผสานระหว่างแหล่งพลังงานทั้งสอง นี้จะช่วยให้ประหยัดน้ำมันเชื้อเพลิงและลดมลพิษได้ดียิ่งขึ้น  

สภาวะเครื่องยนต์ที่ใช้น้ำมันจะจ่ายกำลัง (ขับ)  ให้เจนเนอร์เรเตอร์ (ตัวปั่นไฟ) เพื่อชาร์จชุดแบตเตอรี่สำหรับเอาไว้ใช้งานอีกด้วย ซึ่งแตกต่างกับรถยนต์ที่ใช้แต่พลังงานไฟฟ้าเพียงอย่างเดียว จึงไม่จำเป็นต้องชาร์จจากแหล่งจ่ายไฟอื่น

รูปแบบของระบบไฮบริด คือ 

1. SERIES HYBRID ใช้เครื่องยนต์เป็นตัวปั่นไฟส่งให้กับมอเตอร์ไฟฟ้าเพื่อขับเคลื่อนตัวรถ

       ระบบนี้เครื่องยนต์จะไปหมุนเครื่องกำเนิดไฟฟ้า หรือเจเนอเรเตอร์ (Generator)  เพื่อผลิตพลังงานไฟฟ้า จากนั้นพลังงานไฟฟ้าจะถูกแปลงผันอีกครั้งด้วยอินเวอร์เตอร์ (inverter) เพื่อควบคุมแรงดัน กระแส และความถี่สำหรับควบคุมการทำงานมอเตอร์ที่ทำหน้าที่ส่งกำลังไปหมุนขับเคลื่อนล้อ เพื่อให้ตอบสนองความเร็ว อัตราเร่ง และแรงบิดที่ต้องการ  ลักษณะการทำงานเหมือน หัวรถจักรของรถไฟ

       ข้อดีของระบบนี้ไฮบริดแบบอนุกรมก็คือ สามารถทำให้เครื่องยนต์กำลังต่ำทำงานอย่างมีประสิทธิภาพและต่อเนื่อง โดยให้กำเนิดพลังงานไฟฟ้าและจ่ายไฟฟ้าไปยังมอเตอร์ไฟฟ้าอีกทั้งยังช่วยชาร์จ ไฟแบตเตอร์รี่ไปด้วยในตัว

 

2.  PARALLEL HYBRID ใช้ทั้งเครื่องยนต์และมอเตอร์ไฟฟ้าทำหน้าที่ช่วยส่งเสริมซึ่งกันและกันในการขับเคลื่อนตัว

       ระบบคู่ขนาน ทั้งเครื่องยนต์และมอเตอร์ไฟฟ้าจะขับเคลื่อนหมุนล้อไปพร้อม ๆ กัน (เป็นที่มาของชื่อเรียก คู่ขนาน) โดยที่กำลังขับเคลื่อนจากแหล่งพลังงานทั้ง 2 ชนิดจะถูกนำมาใช้ตามสถานการณ์ต่าง ๆ เท่าที่รถต้องการในเวลานั้น และมอเตอร์จะใช้กำลังไฟฟ้าจากแบตเตอร์รี่ซึ่งการชาร์จไฟจะมาจากการเปลี่ยน มอเตอร์ไฟฟ้าให้ทำงานเป็นเจเนอเรเตอร์ ในขณะที่รถเบรก

       ข้อดีคือ เป็นระบบที่ไม่ซับซ้อน เรียกใช้พลังงานได้เยอะ แต่ข้อด้อยคือ ไม่สามารถส่งกำลังไปขับเคลื่อนล้อได้ขณะที่ทำการชาร์จไฟฟ้าในคราวเดียวกัน เพราะว่าระบบนี้มีมอเตอร์เพียงตัวเดียวในการทำงาน 2 หน้าที่

3. ระบบไฮบริดแบบอนุกรม/คู่ขนาน (Series / Parallel Hybrid)
       
       ระบบนี้รวมเอาข้อดีระบบไฮบริดทั้ง 2 แบบเข้าไว้ด้วยกัน เพื่อใช้ประโยชน์ให้ได้มากที่สุด ซึ่งรถไฮบริดของโตโยต้าจะเลือกใช้ระบบนี้รวมถึง รุ่น คัมรี่ ไฮบริด ด้วย โดยระบบดังกล่าวนี้ โตโยต้า เรียกว่า THS
       

       การทำงานของระบบจะขึ้นอยู่กับสภาวะการขับขี่ว่าจะต้องการใช้กำลังจาก มอเตอร์ไฟฟ้าเพียงอย่างเดียว (ข้อดีของแบบอนุกรม) หรือจะใช้กำลังขับเคลื่อนจากทั้งมอเตอร์ไฟฟ้าและเครื่องยนต์ (ข้อดีของแบบคู่ขนาน) นอกจากนั้น ระบบนี้ยังสามารถส่งกำลังขับเคลื่อนไปยังล้อต่าง ๆ ได้ แม้ในขณะที่เจเนอเรเตอร์สร้างกระแสไฟฟ้า

กระแสไฟฟ้าที่ใช้ส่งให้กับมอเตอร์ไฟฟ้าเพื่อขับเคลื่อนรถยนต์จะมาจากแบตเตอรี่แบบนิเกิล เมทัล ไฮดราย ที่ติดตั้งอยู่ในรถยนต์ระบบไฮบริดของโตโยต้า หรือ THS (TOYOTA HYBRID SYSTEM) จะเน้นพัฒนาจากรูปแบบ PARALLEL HYBRID

นั่นคือการผสานการทำงานระหว่างมอเตอร์ไฟฟ้ากับเครื่องยนต์สันดาปภายใน ไม่ว่าจะเป็นเบนซินหรือดีเซลในการขับเคลื่อนตัวรถ ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับวัตถุประสงค์ของการนำไปใช้งาน

ตัวอย่างเช่น ระบบ THS ที่ใช้ในรถโตโยต้า พรีอุส การออกตัวและการขับเคลื่อนช่วงความเร็วต่ำ จะเป็นหน้าที่ของมอเตอร์ไฟฟ้า เพราะมีจุดเด่นในการให้แรงบิดดีที่รอบต่ำ แต่เมื่อมีการกดคันเร่งหนักขึ้นจนลิ้นปีกผีเสื้อของเครื่องยนต์เบนซินเปิดสุด เครื่องยนต์เบนซินก็จะเข้ามาช่วยเสริมในการขับเคลื่อนกับมอเตอร์ไฟฟ้าเพื่อเรียกอัตราเร่งเหนือชั้นกว่ารถยนต์ทั่วไป ในระดับเดียวกันถึง 10% เมื่อจอดนิ่งอยู่กับที่ ระบบจะตัดการทำงานของเครื่องยนต์และมอเตอร์ไฟฟ้าโดยอัตโนมัติ เพื่อลดความสิ้นเปลืองน้ำมันเชื้อเพลิงและมลพิษ ซึ่งมักมีสูงมากที่รอบการทำงานของเครื่องยนต์ขณะเดินเบา และมอเตอร์ไฟฟ้าจะกลับมาทำงานอีกครั้งโดยอัตโนมัติ เมื่อมีการกดคันเร่งเพื่อออกตัว ที่สำคัญในขณะมีการเบรกหรือถอนคันเร่งเพื่อลดความเร็ว ระบบจะเปลี่ยนการทำงานของมอเตอร์ไฟฟ้าให้เป็นตัวชาร์จกระแสไฟฟ้าเข้ามาเก็บในแบตเตอรี่ โดยนำแรงเฉื่อยที่เกิดจากการเคลื่อนตัวของรถยนต์มาใช้ในการปั่นมอเตอร์ไฟฟ้า นับเป็นการนำพลังงานที่สูญเสียไปโดยเปล่าประโยชน์จากการขับเคลื่อนมาใช้ให้เกิดประโยชน์สูงสุด ผลที่ได้จากระบบไฮบริดของรถยนต์รุ่นพรีอุส คือ อัตราความสิ้นเปลืองน้ำมันเชื้อเพลิงที่ต่ำถึง 28 กิโลเมตร/ลิตร ตามค่ามาตรฐานการทดสอบที่ Mode 10-15 ของญี่ปุ่น และมีค่าก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ในไอเสียต่ำกว่ารถยนต์ทั่วไปถึง 50%  

          สำหรับข้อดีของระบบไฮบริด  อันดับแรกคือ การประหยัดพลังงานเชื้อเพลิง พร้อมกับลดมลพิษจากการปล่อยไอเสีย ลดเสียงรบกวนขณะขับขี่ รวมถึงการมีอัตราเร่งที่ราบรื่นไม่ติดขัดจากการผสานการทำงานของเครื่องยนต์ และมอเตอร์ไฟฟ้า