จาก Lohner-Porsche สู่ Prius การเดินทางร้อยปีของรถยนต์ไฮบริด

รถยนต์ไฮบริดคันแรกของโลกคือ Lohner-Porsche ซึ่ง Ferdinand Porsche ออกแบบขึ้นที่เวียนนาระหว่างปี 1900 ถึง 1901: ยานพาหนะคันนี้ทำงานด้วยหลักการไฮบริดแบบอนุกรมที่ผลิตไฟฟ้าจากน้ำมันเบนซิน และเป็นบรรพบุรุษโดยตรงของรถไฮบริดในยุคปัจจุบัน ส่วนรถไฮบริดผลิตจำนวนมากคันแรกคือ Toyota Prius ปี 1997; ระยะห่างระหว่างการจัดแสดงรถไฮบริดคันแรกที่ปารีสกับการเปิดตัวรถไฮบริดผลิตจำนวนมากคันแรกคือ 97 ปีเต็ม หรือก็คือเกือบหนึ่งศตวรรษ

จากเด็กฝึกงานช่างไฟฟ้าสู่รถไฮบริดคันแรก: Lohner-Porsche ของ Ferdinand Porsche

เรื่องราวเริ่มต้นในปี 1893 เมื่อวิศวกรหนุ่มวัย 18 ปีเข้าร่วมงานกับบริษัทไฟฟ้า Béla Egger & Co. ในเวียนนา เรื่องราวดำเนินต่อด้วยการเข้าร่วมงานกับบริษัทไฟฟ้าแห่งนี้ ที่นี่ Ferdinand Porsche ได้พัฒนามอเตอร์ในล้อแบบแรกที่อ้างอิงจากแนวคิดของ Wellington Adams - ซึ่งเป็นโซลูชันที่ก้าวข้ามยุคสมัยโดยการวางมอเตอร์ไว้ภายในล้อ ทำให้ไม่จำเป็นต้องใช้เกียร์และระบบส่งกำลังเลย Porsche ทดสอบมอเตอร์นี้ด้วยการแข่งขันในปี 1897 และหนึ่งปีต่อมาขณะอายุ 23 ปี เขาได้รับการว่าจ้างที่โรงงาน Jacob Lohner

ผลงานแรกเป็นรถไฟฟ้าล้วน: รถที่ติดตั้งมอเตอร์ในล้อหน้าสองตัวและใช้แบตเตอรี่ มอเตอร์แต่ละตัวให้กำลัง 2.5-3.5 hp และสามารถเพิ่มขึ้นชั่วขณะเป็น 7 hp ในปี 1898 "System Lohner-Porsche" ได้รับความสนใจอย่างมากจากสื่อมวลชนยุโรป; ในปีเดียวกัน Egger-Lohner C.2 Phaeton ที่ Porsche ออกแบบได้ออกวิ่งบนท้องถนนด้วยกำลัง 3-5 PS และความเร็วสูงสุด 25 กม./ชม. ส่วน Lohner-Porsche Electromobile ที่เปิดตัวในงาน Paris Expo ปี 1900 สามารถทำความเร็วได้ถึง 37 กม./ชม. ด้วยมอเตอร์ 2.5 PS สองตัว

Semper Vivus และ Mixte: กำเนิดหลักการไฮบริดแบบอนุกรม

การปฏิวัติที่แท้จริงมาถึงในปี 1900 Porsche ออกแบบรถไฮบริดที่ใช้งานได้จริงคันแรกของโลก: Semper Vivus ห่วงโซ่ตรรกะยังคงให้บทเรียนแม้ในปัจจุบัน - เนื่องจากปัญหาใหญ่ที่สุดของรถไฟฟ้าคือความหนาแน่นของพลังงานที่จำกัดของแบตเตอรี่ Porsche จึงเลือกที่จะผลิตไฟฟ้าภายในตัวรถแทนการขนแบตเตอรี่ เครื่องยนต์เบนซิน DeDion Bouton ระบายความร้อนด้วยน้ำ 3.5 PS สองตัวขับเคลื่อนเครื่องกำเนิดไฟฟ้าสองตัว; เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแต่ละตัวผลิตไฟได้ 20 แอมป์และ 90 โวลต์ กล่าวคือเครื่องยนต์เบนซินไม่ได้ส่งกำลังใดๆ ไปยังล้อเลย แต่ทำหน้าที่เพียงผลิตไฟฟ้าเท่านั้น เราเรียกสถาปัตยกรรมนี้ว่า ไฮบริดแบบอนุกรม ในปัจจุบัน และรถจักรไฟฟ้าทางรถไฟสมัยใหม่ส่วนใหญ่ยังคงทำงานด้วยหลักการเดียวกันนี้ รถต้นแบบมีน้ำหนัก 1,200 กก. ซึ่งหนักแม้กระทั่งตามมาตรฐานของยุคสมัยนั้น

ในปี 1901 แนวคิดนี้ออกวางจำหน่ายในรูปแบบที่พร้อมผลิตจำนวนมากภายใต้ชื่อ Lohner-Porsche Mixte เครื่องยนต์สี่สูบ 25 hp ขนาด 5.5 ลิตรที่นำมาจากออสเตรีย Daimler ทำหน้าที่ขับเคลื่อนเครื่องกำเนิดไฟฟ้า มีการขายรถจากซีรีส์แรก 5 คัน; อันแรกมอบไปให้ Emil Jellinek ซึ่งเป็นชื่อที่คนรักรถจะรู้จัก ฝ่ายวิศวกรรมของธุรกิจเดินหน้าได้ดี แต่ฝ่ายเศรษฐกิจกลับไม่เป็นเช่นนั้น: ราคาของ Mixte อยู่ที่ 14,400-34,028 โครนตามอุปกรณ์ติดตั้ง ขายในราคาเกือบสองเท่าของยานพาหนะทั่วไปที่คล้ายกัน ระหว่างปี 1900-1905 มีผู้ซื้อพบรูปแบบไฮบริดเพียง 11 คันเท่านั้น ในช่วงเวลาเดียวกันมีการขาย Lohner-Porsche ไฟฟ้าล้วนประมาณ 65 คัน

แต่กระนั้นโครงการก็ยังมีชีวิตอยู่: Porsche ชนะการแข่งขัน Exelberg Rally ปี 1902 ด้วย Mixte ได้รับสิทธิบัตรเรขาคณิตเพลาในปีเดียวกัน คว้ารางวัล Potting Prize ในปี 1905 และกลายเป็นหัวหน้านักออกแบบที่ Austro-Daimler ในปี 1906 รายละเอียดน่าสนใจอีกประการหนึ่ง: สถาปัตยกรรมมอเตอร์ในล้อของ Lohner-Porsche กลายเป็นแนวทางที่ถูกศึกษาสำหรับยานลงจันทร์ Apollo ด้วย ระหว่างปี 2007-2011 พิพิธภัณฑ์ Porsche ทำงานร่วมกับ Karosseriebau Drescher เป็นเวลาสามปีเพื่อสร้างแบบจำลองที่ใช้งานได้จริงของ Semper Vivus และจัดแสดงในงาน New York Auto Show ปี 2011 ในฐานะหลักฐานว่ารถไฮบริดคันแรกสามารถกลับมาขับเคลื่อนด้วยเครื่องยนต์ของตัวเองได้

ต้นแบบยุคแรกและความเงียบงันราว 80 ปี

หลังจาก Porsche แล้ว แนวคิดนี้ไม่ได้ดับสูญ แต่ก็ไม่ได้แพร่หลายเช่นกัน ในปี 1905 แนวคิดรถไฮบริดของ H. Piper ก็ถูกหยิบยกขึ้นมา ในปี 1916 Woods Motor Vehicle Company จากชิคาโก้เปิดตัวรุ่น Dual Power ซึ่งผสมผสานไฟฟ้าเข้ากับเครื่องยนต์สันดาปภายในสี่สูบ ความพยายามที่สดใสแต่จบลงด้วยการต้องพิพากษาทางการค้า จากความพยายามของ Woods เราสามารถอ่านภาพรวมได้: รถไฮบริดถูกผลิตจนถึงทศวรรษ 1910 แต่ขายได้แย่เพราะราคาสูงและกำลังต่ำ

หลังจากนั้นตลอดระยะเวลาราว 80 ปี รถไฮบริดไม่เคยก้าวไปไกลกว่าการเป็นเพียงเชิงอรรถในตำราวิศวกรรม มีเหตุผลที่วัดได้หลายประการสำหรับเรื่องนี้: เมื่อถนนในสหรัฐอเมริกาได้รับการปรับปรุง ความกังวลเรื่องระยะทางก็ลดลง น้ำมันเท็กซัสดึงราคาน้ำมันเบนซินลงสู่ระดับต่ำในเชิงประวัติศาสตร์ และความน่าเชื่อถือของเครื่องยนต์สันดาปภายในก็เพิ่มขึ้น รถยนต์ไฟฟ้าแทบหายไปจากจุดตัดของปัจจัยทั้งสามนี้จนถึงปี 1935 ส่วนรถไฮบริดด้วยต้นทุนที่สูงและความเร็วที่ต่ำซึ่งไม่สามารถชดเชยข้อได้เปรียบด้านระยะทางที่จำกัด ก็กลายเป็นส่วนหนึ่งของการถอยกลับครั้งนี้ แนวคิดทางเทคนิคที่ถูกต้องต้องรอคอยเงื่อนไขทางเศรษฐกิจที่ถูกต้อง

Toyota Prius ปี 1997: การผลิตรถไฮบริดสายการผลิตเป็นจริงได้อย่างไร?

การเดินทางสู่รถไฮบริดของ Toyota ที่จริงเริ่มต้นตั้งแต่ปี 1968 กับผู้จัดการทั่วไปโครงการ Kenya Nakamura แต่ต้องใช้เวลาสามทศวรรษจึงจะไปถึงผลลัพธ์เชิงปฏิบัติ ในปี 1997 Toyota ก็พร้อมสำหรับการเปิดตัว Prius รถยนต์ไฮบริดสายการผลิตคันแรกของโลก เดือนที่ทำการเปิดตัวในบันทึกของบริษัทระบุไม่ตรงกัน ตั้งแต่เดือนตุลาคมถึงธันวาคม สิ่งที่ชัดเจนคือ รถคันนี้วิ่งบนถนนในญี่ปุ่นในปี 1997 และได้รับรางวัล "Car of the Year" ในญี่ปุ่นในปีที่เปิดตัว

อิทธิพลของ Prius ยังสามารถติดตามได้จากตัวเลขด้วย เมื่อรุ่นแรกเข้าสู่ตลาดสหรัฐอเมริกาในปี 2000 มันให้กำลังรวม 97 แรงม้า - กำลังระดับรถซีดานครอบครัวทั่วไป แต่ตารางการใช้น้ำมันเบนซินนั้นเป็นเรื่องราวที่แตกต่างไปอย่างสิ้นเชิง Prius ปี 1997 เปลี่ยนทิศทางของอุตสาหกรรมยานยนต์ในฐานะยานพาหนะผลิตแบบอนุกรมชุดแรกที่รวมพลังงานเบนซินและไฟฟ้าไว้ในแพ็กเกจเดียว ตรรกะระบบไฮบริดแบบอนุกรมที่ Porsche สร้างไว้เมื่อร้อยปีก่อน ได้ทำงานอยู่ในรถยนต์นับล้านคันแล้วในทุกวันนี้ งานวิจัยที่เชื่อมโยงสายพันธุ์ของ Prius เข้ากับต้นแบบเวียนนาในยุค 1900 โดยตรง ยังคงเป็นหัวข้อของงานประวัติศาสตร์เชิงจดหมายเหตุจนถึงทุกวันนี้

Honda Insight: ไฮบริดแรกในสหรัฐอเมริกา

ในคลื่นลูกแรก นอกจาก Toyota แล้วยังมีผู้บุกเบิกอีกรายหนึ่ง: Honda Honda เปิดตัวรถไฮบริดผลิตแบบอนุกรมคันแรกของอเมริกาเหนือในปี 1999: Insight รุ่นแรก (1999-2006) ในรูปแบบลิฟต์แบ็กคูเป้สามประตูสองที่นั่ง เข้าสู่ตลาดอเมริกันในเดือนธันวาคม 1999 ก่อนที่ Prius จะมาถึงสหรัฐอเมริกา และกลายเป็นรถไฮบริดเบนซิน-ไฟฟ้าคันแรกที่จำหน่ายในสหรัฐอเมริกา ระยะเวลาพัฒนาของรถคันนี้ประมาณสามปี ผลลัพธ์ในระยะสั้นของการผจญภัยด้านไฮบริดของ Honda ก็น่าทึ่งเช่นกัน: แบรนด์นี้ฉลองครบ 25 ปีของยอดขายรถไฮบริด-ไฟฟ้า และปัจจุบันรุ่นไฮบริดคิดเป็นมากกว่า 25 เปอร์เซ็นต์ของยอดขาย

วุฒิภาวะของเทคโนโลยีแบตเตอรี่: จาก NiMH สู่ลิเทียม-ไอออน

ในการเดินทางร้อยปีของไฮบริด องค์ประกอบฮาร์ดแวร์ที่สำคัญที่สุดคือแบตเตอรี่ Prius รุ่นแรกใช้แบตเตอรี่นิกเกิล-เมทัล-ไฮไดรด์ (NiMH) ซึ่งเป็นแบตเตอรี่ชุดแรกที่ทำให้รถไฮบริดผลิตแบบอนุกรมวิ่งบนถนนได้ โปรไฟล์ทางวิศวกรรมของ NiMH เหมาะสมกับภารกิจของมัน: ความหนาแน่นของพลังงานสูงกว่าตะกั่ว-กรดอย่างชัดเจน แต่ต่ำกว่าลิเทียม-ไอออน มันเพียงพอสำหรับไฮบริดแบบคลาสสิก เพราะแบตเตอรี่ทำหน้าที่เป็นบัฟเฟอร์เล็กๆ ในวงจรชาร์จ-คายประจุต่อเนื่อง - รถไม่ได้รับการชาร์จจากภายนอก

เมื่อรถไฮบริดแบบเสียบปลั๊กและรถไฟฟ้าเต็มรูปแบบมาถึง สมการก็เปลี่ยนไป: ระยะทางไฟฟ้าที่ยาวขึ้นหมายถึงความหนาแน่นของพลังงานที่สูงขึ้น ในทศวรรษที่ผ่านมา NiMH ถูกแทนที่ด้วยแบตเตอรี่ลิเทียม-ไอออนที่ทรงพลัง กะทัดรัด และทนทานกว่าเป็นส่วนใหญ่ ปัจจุบันรถไฮบริดแบบเสียบปลั๊กและรถไฟฟ้าเต็มรูปแบบส่วนใหญ่ใช้ลิเทียม-ไอออน เป็นที่ทราบกันว่า Toyota เองก็เปลี่ยนจาก NiMH ไปเป็นลิเทียม-ไอออนในรถไฮบริดยอดนิยมของตน ตารางสรุปนั้นง่าย: NiMH สำหรับไฮบริดแบบคลาสสิก ลิเทียม-ไอออนสำหรับทุกอย่างที่เสียบปลั๊กได้

ยุคไฮบริดแบบเสียบปลั๊ก: การก้าวขึ้นของไฮบริดแบบชาร์จได้

ขั้นตอนใหม่ของไฮบริดคือการชาร์จแบตเตอรี่จากเต้ารับไฟในบ้านด้วย รุ่นแรกของ Prius Plug-in Hybrid ผลิตระหว่างปี 2012-2016 รุ่นแรกถูกมองว่าไม่เพียงพอโดยทั่วไป - ระยะทางไฟฟ้าประมาณ 15 ไมล์ ขณะที่ Chevrolet Volt ในช่วงเวลาเดียวกันให้ 35 ไมล์ รุ่นที่สองมาในปี 2016 และรุ่นที่สามถูกกำหนดให้เป็น Prius Prime รุ่นปี 2023

ฝั่งเยอรมันก็มีความก้าวหน้าไปในทิศทางเดียวกัน: Porsche เปลี่ยนไปสู่รถไฮบริดในปี 2010 ด้วย Cayenne S Hybrid และในปี 2011 Panamera S Hybrid ให้กำลัง 380 PS ด้วยอัตราการใช้เชื้อเพลิงมาตรฐาน NEDC ที่ 6.8 l/100 km Panamera S E-Hybrid ปี 2015 เปิดตัวในฐานะรถปลั๊กอินไฮบริดคันแรกในกลุ่มรถระดับเดียวกัน ส่วน 918 Spyder ปี 2013 ได้วางเส้นขอบของปลั๊กอินไฮบริดสมรรถนะสูงด้วยแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน 6.8 kWh และระยะทางไฟฟ้า 31 กม. พร้อมทำลายสถิติด้วยเวลาล้อ Nordschleife ที่ 6:57 แนวคิดที่เริ่มต้นด้วยเครื่องกำเนิดไฟฟ้าสองตัวในปี 1900 บัดนี้กลายเป็นเจ้าภาพของระบบส่งกำลังที่ทำลายสถิติสนามแข่ง

บทเรียนจากร้อยปี: ทำไมวิศวกรรมที่ดีจึงต้องรอถึง 80 ปี?

ด้านที่ให้บทเรียนของเส้นทางที่ยืดยาวจาก Lohner-Porsche สู่ Prius ไม่ใช่เชิงเทคนิค แต่เป็นเชิงเศรษฐกิจ โซลูชันของ Porsche ในปี 1900 มีความสอดคล้องทางวิศวกรรม - สอดคล้องจนหลักการไฮบริดแบบอนุกรมในปัจจุบันพบได้ทุกที่ ตั้งแต่รถจักรไอน้ำไปจนถึงรถสปอร์ตซูเปอร์คาร์ สิ่งที่ขาดหายไปคือความพร้อมของตลาด: ต้นทุนแบตเตอรี่ ราคาน้ำมันเบนซิน ถนน และความคาดหวังด้านการปล่อยมลพิษของเมืองต่างๆ ยังไม่มาบรรจบกันจนถึงปี 1997 Prius เกิดขึ้นในช่วงเวลาที่พารามิเตอร์ทั้งสี่ตัวนี้มาอยู่ในตำแหน่งที่ถูกต้องพร้อมกัน ส่วน Honda Insight ตามมาติดๆ ทันที ด้วยแนวทางเชิงเทคนิคที่แตกต่างออกไป

เมื่อมองย้อนกลับไปในวันนี้ ภาพก็ชัดเจน: ไฮบริดไม่ใช่สิ่งประดิษฐ์เพียงชิ้นเดียว แต่เป็นการสะสมองค์ความรู้ตลอดประมาณหนึ่งศตวรรษ แนวคิด Semper Vivus ในปี 1900 ความกล้าหาญของ Woods Dual Power ในปี 1916 การตัดสินใจผลิตจริงของ Prius ปี 1997 และสถาปัตยกรรมปลั๊กอินที่แพร่หลายตั้งแต่ปี 2012 ล้วนเป็นโยงของห่วงโซ่ตรรกะเดียวกัน โยงถัดไปของห่วงโซ่นี้กำลังก่อรูปขึ้นแล้ว ด้วยการเปลี่ยนผ่านไปสู่ลิเธียมไอออนในเคมีของแบตเตอรี่

แหล่งอ้างอิง

• Lohner–Porsche
• ประวัติศาสตร์ของ Porsche เริ่มต้นด้วยไฟฟ้า
• Prof. Ferdinand Porsche สร้างรถไฮบริดที่ใช้งานได้จริงคันแรก
• ประวัติศาสตร์ของรถยนต์ไฟฟ้า
• Woods Motor Vehicle
• มันไม่ใช่ไฮบริดคันแรก แต่ 1917 Woods Dual Power...
• หมุดหมาย: Toyota Prius รถไฮบริดผลิตจำนวนมากคันแรกของโลก ปี 1997
• การพัฒนา Prius และกลยุทธ์ไฮบริด
• ขับเคลื่อนนวัตกรรม: เฉลิมฉลอง 25 ปีของ Toyota Prius
• วิวัฒนาการของ Prius
• Toyota Prius เปลี่ยนโฉมอุตสาหกรรมยานยนต์
• Honda Insight
• Honda ฉลอง 25 ปีแห่งการขายรถไฮบริด-ไฟฟ้า
• แบตเตอรี่สำหรับยานยนต์ไฟฟ้า
• Toyota Prius Plug-in Hybrid