การออกแบบสร้างรถไฟฟ้า

 

 

จากตอนที่แล้ว ผู้เขียนได้พูดถึงการออกแบบและการสร้างมอเตอร์ไซค์ไฟฟ้าไปแล้ว วันนี้จะเป็นเรื่องของรถไฟฟ้า รถไฟฟ้าคือรถที่อาศัยพลังงานไฟฟ้าจากแบตเตอร์รี่เป็นตัวจ่ายไฟฟ้าเพื่อขับเคลื่อนมอเตอร์ บางคันก็อาจเป็นรถไฟฟ้าสมบูรณ์แบบเช่น นิสสันลีฟ หรือเชพโรเลทโวลท์ หรือบางคันก็เป็นรถไฟฟ้าไฮบริดจ์ แบบโตโยต้าพริอุส ใช้ทั้งน้ำมันและไฟฟ้า รถไฟฟ้ามีข้อได้เปรียบในเรื่องของค่าใช้จ่ายในการดูแลรักษาต่ำมาก ค่าใช้จ่ายในด้านพลังงานไฟฟ้าถูกกว่าน้ำมันมาก วิ่งเงียบ ไม่ปล่อยกาซพิษใดๆ ออกมากเลย แต่ก็ยังมีข้อเสียในด้านที่ยังต้องเผชิญกับรถติดและค่าแบตเตอร์รี่ประสิทธิภาพสูงที่ยังมีราคาสูง ส่วนประกอบของติดตั้งรถไฟฟ้าฟ้าก็เหมือนกับจักรยานไฟฟ้า การทำรถไฟฟ้าใช้เอง ไม่ใช่เรื่องยาก ลองอ่านบทความนี้ ท่านก็จะสามารถทำรถไฟฟ้าได้เช่นกัน

รถไฟฟ้าขนาดเล็กเช่นรถกอล์ฟ รถไฮบริดจ์ จะมีส่วนประกอบสองส่วน ส่วนประกอบทางด้านเชิงกล และส่วนประกอบทางด้านเชิงไฟฟ้า ส่วนประกอบด้านเชิงกล จำเป็นต้องอาศัยโครงรถ ซึ่งอาจเป็นโครงตัวถังรถสำเร็จรูปหรือ อาจทำใหม่ขึ้นมาเลยก็ได้ และยังต้องมีชุดบังคับเลี้ยวและชุดเบรค ที่เชื่อถือได้ ดังนั้นการนำรถยนต์มาดัดแปลงเป็นรถไฟฟ้าจึงสะดวกกว่าการสร้างใหม่ขึ้นมาทั้งหมด ส่วนประกอบด้านเชิงไฟฟ้าประกอบด้วย มอเตอร์ ชุดควบคุม เบรก คันเร่ง เป็นต้น

 

 

ส่วนการขับเคลื่อนของรถไฟฟ้า

ทางด้านโครงสร้างรถไฟฟ้า ก็เป็นเหมือนรถทั้วไป แต่ส่วนประกอบทางด้านการขับเคลื่อนจะขับเคลื่อนด้วยมอเตอร์ที่ได้กำลังมาจากแบตเตอร์รี่ การเลือกชุดมอเตอร์และชุดควบคุมสามารถเลือกเลือกได้หลายขนาด ขึ้นอยู่กับน้ำหนักรถ ระยะทางที่ต้องการและความเร็วที่ต้องการ ชุดมอเตอร์ขนาดเล็กสุดเป็นมอเตอร์ขนาด 48V/72V/96V กำลังตั้งแต่ ซึ่งจะต้องเลือกชุดมอเตอร์และชุดควบคุมให้สัมพันธ์ การใช้แรงดันที่สูงขึ้นสามารถเป็นไปได้ แรงดันสูงขึ้น กำลังจะสูงขึ้นเช่นกัน แต่จะต้องมีการระบายความร้อนที่ดี อาจเลือกชุดมอเตอร์ที่การระบายความร้อนด้วยน้ำ เพื่อให้อุปกรณ์มีอายุการใช้งานที่ทนทานและยาวขึ้น

 

ชุดมอเตอร์

ชุดมอเตอร์แบบไร้แปรงถ่าน เป็นมอเตอร์ที่มีขนาดเล็ก การดูแลรักษาต่ำมาก เพราะไม่มีส่วนที่เป็นอุปกรณ์ไฟฟ้าสัมผัสกันเลย จึงเป็นที่นิยมกันอย่างแพร่หลายเพิ่มมากขึ้น มอเตอร์ที่สามารถใช้กับรถไฟฟ้ามีสองรุ่น รุ่น HPM5000B เป็นมอเตอร์ 5KW และ HPM-10KW เป็นมอเตอร์ขนาด 10KW

คุณลักษณะของรุ่น : HPM5000B - มอเตอร์ไร้แปรงถ่านประสิทธิภาพสูง

  •  แรงดัน : 48V/72V/96V/120V
  •  กำลัง : 3KW-7.5KW
  •  ประสิทธิภาพ : 91%
  •  ความต้านทางต่อเฟส (มิลลิโอห์ม) : 6.2/48V; 12.0/72V; 36.0/120V
  •  ค่าเหนี่ยวนำต่อเฟส(100KHZ) : 68uH/48V; 154uH/72V; 504uH/120v
  •  ความเร็วรอบ : 2000-6000rpm (ปรับได้) น้ำหนัก:11Kgs
  •  ตัวถัง : Aluminium ความยาว (ความสูง): 126mm
  •  เส้นผ่าศูนย์กลาง : 206mm
  •  คุณลักษณะ : ขนาดกระทัดรัด, กันน้ำ, เพลาสเตนเลส, ระบายความร้อนด้วยอากาศ และมีให้เลือกรุ่นพิเศษระบายความร้อนด้วยน้ำ
  •  คุณลักษณะของรุ่น : HPM-10KW - มอเตอร์ไร้แปรงถ่านประสิทธิภาพสูง
  •  แรงดัน:48V/72V/96V/120V
  •  กำลัง : 8KW-20KW
  •  ประสิทธิภาพ : 91%
  •  ความต้านทางต่อเฟส (มิลลิโอห์ม) : 3.1/48V; 6.0/72V; 18.0/120V
  •  ค่าเหนี่ยวนำต่อเฟส(100KHZ) : 34uH/48V; 77uH/72V; 252uH/120v
  •  ความเร็วรอบ : 2000-6000rpm (ปรับได้)
  •  น้ำหนัก : 17Kgs Casing: Aluminium ความยาว (ความสูง): 170mm
  •  เส้นผ่าศูนย์กลาง : 206mm

 

ตัวอย่างของชุดมอเตอร์ ได้แต่ชุดมอเตอร์รุ่น HPM-5000B เป็นชุดมอเตอร์ที่ระบายความร้อนด้วยอากาศ แต่ผู้ออกแบบก็สามารถเลือกมอเตอร์ที่มีกำลังสูงกว่าเช่น 10KW เป็นต้น ในบางสถานการณ์ที่ผู้ออกแบบใช้แรงดันสูง และกระแสสูงๆ สามารถเลือกออกแบบมอเตอร์เป็นรุ่นที่ระบายความร้อนด้วยน้ำ

 

ตัวอย่างสำหรับกราฟการตอบสนองความเร็วรอบ กระแสกำลัง ประสิทธิภาพของมอเตอร์ สามารถพิจารณาได้ดังต่อไปนี้ รุ่น HPM-5000B

 กราฟสมรรถนะมอเตอร์ 5kw

 

ชุดควบคุม

ชุดควบคุมเป็นส่วนสมองกล ที่ทำหน้าที่ควบคุมมอเตอร์ โดยรับสัญญาณจากคันเร่งและเบรก และประมวลผลให้มอเตอร์ทำงาน ตามที่เราต้องการเปรียบเหมือนเส้นประสาทที่วิ่งเข้าสมองและเราตัดสินใจที่จะขยับร่างกายเราอย่างที่เราคิด อุปกรณ์ต่างๆจะถูกมาต่อรวมกันที่นี่

 

ชุดควบคุมมีสามรุ่นได้แก่ HPC300 Series, HPC500 Series และ HPC700 Series
ทั้งสามรุ่นนี้แตกต่างกันที่ กระแสสูงสุดที่ใช้ควบคุมมอเตอร์นะครับ มีรายละเอียดดังต่อไปนี้

 

ชุดควบคุมรุ่น HPC300 Series

สามารถเลือกใช้ได้กับมอเตอร์ขนาด 5KW สามารถเลือกแรงดันไฟฟ้าได้หลายช่วง เช่น 48V(~60V)/72V(~90V)/96V(~140V) กระแสสูงสุด ได้แก่ 360A/300A/240A ตามขนาดแรงดันที่ใช้งาน น้ำหนักของชุดควบคุม 2.2Kgs ขนาดมิติ 192x146x77mm สามารถโปรแกรมได้ผ่าน USB ต่อกับชุดฟิวส์ ชุดปั่นไฟกลับแบตเตอร์รี่เมื่อเบรก และเซ็นเซอร์ตรวจจับอุณหภูมิ เมื่ออุณหภูมิสูงกว่ากำหนด

 

 

ชุดควบคุมรุ่น HPC500 Series

สามารถเลือกแรงดันไฟฟ้าได้หลายช่วง เช่น 48V(~60V) /72V(~90V) /96V(~140V) กระแสสูงสุด ได้แก่600A/500A/400A ตามขนาดแรงดันที่ใช้งาน น้ำหนักของชุดควบคุม 2.9Kgs ขนาดมิติ 192x208x77mm สามารถโปรแกรมได้ผ่าน USB ต่อกับชุดฟิวส์ ชุดปั่นไฟกลับแบตเตอร์รี่เมื่อเบรก และเซ็นเซอร์ตรวจจับอุณหภูมิ เมื่ออุณหภูมิสูงกว่ากำหนด

 

 

ชุดควบคุมรุ่น HPC700 Series

สามารถเลือกแรงดันไฟฟ้าได้หลายช่วง เช่น 48V(~60V) /72V(~90V) /96V(~140V) กระแสสูงสุด ได้แก่ 840A/700A/560A ตามขนาดแรงดันที่ใช้งาน น้ำหนักของชุดควบคุม5.7Kgs ขนาดมิติ 200x276x85mm สามารถโปรแกรมได้ผ่าน USB ต่อกับชุดฟิวส์ ชุดปั่นไฟกลับแบตเตอร์รี่เมื่อเบรก และเซ็นเซอร์ตรวจจับอุณหภูมิ เมื่ออุณหภูมิสูงกว่ากำหนด

 

ส่วนประกอบอื่นๆที่สำคัญ

เช่น คันเร่ง ทั้งแบบเหยียบ สวิทช์ล็อกความเร็ว สวิทช์ถอยหลัง สายไฟสำหรับชุดควบคุมและมอเตอร์ และสายไฟควบคุมต่างๆ เป็นต้น


contactor

เปรียบเป็นสวิทช์ขนาดใหญ่ เพื่อรองรับกระแสสูงๆ หลายร้อยแอมแปร์ หากเป็นสวิทช์ธรรมดาจะเสียหายง่าย สวิทช์ธรรมดานำมาใช้ในการต่อไฟหลักไม่ได้

การต่อ contactor

สายเคเบิ้ลที่ต่อระหว่างชุดควบคุมและมอเตอร์

ชุดควบคุมบางรุ่น จะมีสายสำหรับโปรแกรมค่าต่างๆ ในการควบคุมมอเตอร์ด้วย

แบตเตอร์รี่

เทคโนโลยีแบตเตอร์รี่ตะกั่วกรด ยังเป็นที่นิยมเนื่องจากมีราคาไม่แพงนัก ในตลาดจะมีแบตเตอร์รี่รถกอล์ฟที่ผลิตในประเทศหลายยี่ห้อ ที่จำหน่ายในราคาไม่แพงมากนัก แต่เนื่องจากเป็นเทคโนโลยีเก่า แบตเตอร์รี่จะมีน้ำหนักมาก และการจ่ายพลังงานยังไม่มาก ปัจจุบันเทคโนโลยีแบตเตอร์รี่ลิเทียม ได้เข้ามาในท้องตลาดมากขึ้น มีขนาดเล็กลงและจ่ายกระแสได้มากขึ้น ประสิทธิภาพสูงขึ้นตามราคาของแบตเตอร์รี่ ขนาดแรงดันจะเป็นตัวกำหนดความเร็ว แรงดันสูง ยิ่งวิ่งได้เร็ว ขนาดความจุของแบตเตอร์รี่จะเป็นตัวกำหนดระยะทางในการวิ่ง ความจุมากยิ่งวิ่งได้ไกล

 

การต่อใช้งานจริง

ตัวอย่างการต่อใช้งานจริง สามารถที่จะเลือกมอเตอร์และตัวรถได้หลายแบบ โดยมีเกณฑืในการเลือกเป็นระยะทางที่ใช้งาน ความเร็วและราคา

การออกแบบสามารถเลือกมอเตอร์ ชุดควบคุม และที่สำคัญคือแบตเตอร์รี่ ได้หลายขนาด ตั้งแต่ 48V- 144V กำลัง ตั้งแต่ 5kW- 10kW ถ้าแรงดันยิ่งมาก พลังงานยิ่งมากจะวิ่งเร็วมากขึ้น แบตเตอร์รี่เป็นหัวใจหลักของรถไฟฟ้า ถ้างบประมาณจำกัด ก็อาจเลือกแบตเตอร์รี่แบบตะกั่วกรด หากต้องการสมรรถภาพ ก็อาจเลือกแบตเตอร์รี่แบบลิเทียม

สรุปส่งท้าย

มีคลิปตัวอย่างในการทำรถไฟฟ้า ด้วยมอเตอร์ขนาด 10kw ที่แบตเตอร์รี่ 72V

 

 ขอให้สนุกกับการทำรถไฟฟ้าด้วยตัวคุณเอง