การสูญเสียพลังงานระหว่างชาร์จ: ไฟฟ้าหายไปอย่างไรจากผนังสู่แบตเตอรี่?

กิโลวัตต์ชั่วโมงที่คุณจ่ายให้กับรถจากเต้ารับจะถูกบันทึกโดยมิเตอร์ไฟฟ้า ส่วนปริมาณที่เข้าสู่แบตเตอรี่รถจะรายงานโดยตัวรถเอง สองตัวเลขนี้จะไม่มีวันเท่ากัน ระหว่างเส้นทางจากผนังถึงแบตเตอรี่ หน่วยชาร์จ AC การแปลงเป็น DC ความต้านทานของสายไฟ การระบายความร้อน และการจัดการแบตเตอรี่ ต่างก็แบ่งกันเอาส่วนแบ่งของตัวเอง ประสิทธิภาพการชาร์จโดยรวมโดยทั่วไปจะอยู่ในช่วง 80-95% นั่นคือไฟฟ้าที่คุณใช้จะมี 5-20% ไม่ถึงคลังสต๊อกเลย บทความนี้อธิบายว่าความสูญเสียเกิดขึ้นในขั้นตอนใด เพราะเหตุใด และมีมากเพียงใด พร้อมตัวเลขที่เป็นรูปธรรม

ความสูญเสียในการชาร์จหมายความว่าอย่างไรกันแน่?

ประสิทธิภาพการชาร์จ คืออัตราส่วนระหว่างพลังงานที่ดึงจากโครงข่ายไฟฟ้ากับพลังงานที่สะสมอยู่ในแบตเตอรี่ ตัวอย่างเช่น หากผ่านมิเตอร์ชาร์จ 20 kWh และเพิ่มเข้าแบตเตอรี่จริง 18 kWh ผลต่างคือ 2 kWh นั่นคือความสูญเสียอยู่ที่ 10% แม้คำจำกัดความนี้จะดูเรียบง่าย แต่ตำแหน่งที่ทำการวัดจะเปลี่ยนผลลัพธ์ไปอย่างสิ้นเชิง: ในเซสชันเดียวกันสามารถเกิดการวัดที่แตกต่างกันสามค่า มิเตอร์ไฟฟ้าบ้านวัดพลังงานจากโครงข่าย จุดชาร์จรายงานพลังงานที่ส่งผ่าน ส่วนตัวรถบันทึกพลังงานที่เพิ่มเข้าแบตเตอรี่ ทั้งสามนี้วัดขอบเขตที่แตกต่างกัน และผลต่างระหว่างกันทั้งหมดไม่ใช่ความสูญเสียทั้งหมด บางส่วนเกิดจากการที่ขอบเขตการวัดเปลี่ยนไปเท่านั้น

ยอมรับกันโดยทั่วไปว่าความสูญเสียในการชาร์จของยานยนต์ไฟฟ้าโดยรวมอยู่ในช่วง 10-25% อีกแนวทางปฏิบัติหนึ่งคือมองขนาดแบตเตอรี่: รถส่วนใหญ่จะดึงพลังงานมากกว่าความจุอยู่ประมาณ 10-15% เพื่อชาร์จแบตเตอรี่ที่หมดสนิท การชาร์จแบตเตอรี่ 100 kWh อาจต้องใช้ไฟจากเต้ารับประมาณ 110-115 kWh ตัวเลขนี้ไม่ใช่ความผิดพลาดทางอุตสาหกรรม แต่เป็นผลรวมที่หลีกเลี่ยงไม่ได้จากฟิสิกส์และระบบเสริมต่างๆ

ความสูญเสียเกิดขึ้นในจุดใดบ้างระหว่างผนังกับแบตเตอรี่?

การชาร์จ AC: ราคาของการแปลงภายในตัวรถ

ในการชาร์จ AC แบบใช้ที่บ้าน หน่วยที่แปลงกระแสสลับจากเต้ารับให้เป็นกระแสตรงที่แบตเตอรี่ต้องการคือตัวรถนั่นเอง หน่วยนี้เรียกว่าหน่วยชาร์จในตัว (OBC) เนื่องจากการแปลงไม่มีวันไร้ความสูญเสีย หน่วยนี้จึงสร้างความสูญเสียทั้งหมดเพียงลำพังโดยทั่วไปอยู่ที่ 10-15% ส่วนประกอบคุณภาพสูงและหน่วยที่ระบายความร้อนด้วยของเหลวสามารถลดอัตรานี้ลงเหลือช่วง 5-8% สายไฟก็มีส่วนแบ่งเช่นกัน: สายไฟเลเวล 2 ทั่วไปมีความต้านทาน 0.1-0.3 Ω ที่กระแส 32 A ตามกฎความร้อน หมายถึงความสูญเสียความร้อนต่อเนื่องในสายไฟ 100-300 W

รายการใหญ่อีกประการคือระบบจัดการแบตเตอรี่และระบบเสริม การปรับสมดุลเซลล์ การติดตามอุณหภูมิ รีเลย์สัมผัส และหน่วยสื่อสารทำงานตลอดเซสชันการชาร์จ และใช้พลังงานอยู่ 2-5% เนื่องจากการใช้พลังงานส่วนนี้คงที่ ยิ่งเซสชันชาร์จยาวนาน สัดส่วนในพลังงานรวมยิ่งเพิ่มขึ้น

การชาร์จเร็วแบบ DC: ความสูญเสียไม่หายไป แต่เพียงย้ายที่ไปเท่านั้น

ในการชาร์จเร็วแบบ DC การแปลงพลังงานเป็นหน้าที่ของสถานี ไม่ใช่ตัวรถ ดังนั้นหน่วยชาร์จในตัวของรถจึงไม่ถูกใช้งาน แต่ความสูญเสียไม่ได้หายไป หากแต่ถูกย้ายไปที่สถานีเท่านั้น ประสิทธิภาพการชาร์จเร็วอยู่ในช่วง 85-90% ขณะที่การชาร์จ AC ระดับ 2 ให้อัตราสูงถึง 90-95% สถานีที่ทำงานในช่วง 50-350 kW สร้างความร้อนอย่างมากทั้งในแบตเตอรี่และอุปกรณ์ ระบบระบายความร้อนที่เข้ามาควบคุมความร้อนก็ใช้พลังงานจากการชาร์จด้วยเช่นกัน สรุป: การชาร์จเร็วแบบ DC มีข้อได้เปรียบด้านความเร็วที่เห็นได้ชัด แต่ต้นทุนต่อกิโลวัตต์ชั่วโมงสูงกว่าการชาร์จ AC ทั้งจากความสูญเสียทางความร้อนและราคาต่อหน่วย

ทำไมเต้ารับไฟบ้านกำลังต่ำจึงมีต้นทุนสูงกว่า?

การชาร์จผ่านเต้ารับไฟบ้านมาตรฐาน 220 V เป็นไปได้ในทางเทคนิค แต่การคำนวณประสิทธิภาพไม่เป็นผลดีต่อคุณ การทดสอบอย่างเป็นระบบในรถ 5 คัน โดยรักษาอุณหภูมิแบตเตอรี่ไว้ที่ 20-30°C และชาร์จในช่วง 10-90% แสดงให้เห็นความสัมพันธ์ระหว่างกำลังกับความสูญเสียได้อย่างชัดเจน: ที่เต้ารับไฟบ้านซึ่งจ่ายไฟราว 2.3 kW ความสูญเสียถูกวัดได้ระหว่าง 12.7-24.2% ขณะที่ที่ wallbox 11 kW ความสูญเสียของรถทุกคันลดลงเหลือ 5.1-7.0% ความสูญเสียต่ำสุดของทุกคันรถอยู่ที่ 11/22 kW และสูงสุดอยู่ที่เต้ารับ 2.3 kW ในบรรดารถที่ทดสอบ ผลลัพธ์ที่แย่ที่สุดคือ Mercedes-Benz CLA ด้วยอุปกรณ์ชาร์จพกพา 2.3 kW: ความสูญเสีย 24.2% ส่วน Tesla Model Y ให้ผลงานดีที่สุดด้วยความสูญเสีย 12.7% ในเงื่อนไขเดียวกัน

กลไกนั้นง่าย: ระบบเสริม (BMS ความปลอดภัย การสื่อสาร) ใช้พลังงานพื้นฐานที่คล้ายกันไม่ว่าคุณจะชาร์จด้วยกระแสต่ำเพียงใด ในเซสชันที่ยาวนานตลอดคืนด้วยกำลัง 2.3 kW การใช้พลังงานคงที่นี้เติบโตไม่เป็นสัดส่วนเมื่อเทียบกับพลังงานที่ถ่ายโอน ดังนั้นจึงต้องมีข้อควรระวังก่อนที่จะกล่าวได้ว่ากำลังต่ำมีความสูญเสียมากกว่าเสมอ: ผลลัพธ์ขึ้นอยู่กับจุดทำงานของหน่วยชาร์จในตัวของรถ ระยะเวลาเซสชัน และอุณหภูมิ ไม่ใช่กฎสากล อย่างไรก็ตาม ผลลัพธ์ในทางปฏิบัติไม่เปลี่ยนแปลง - การถ่ายโอนพลังงานเท่ากันด้วยกำลังสูงในเวลาที่สั้นกว่าโดยทั่วไปมีประสิทธิภาพมากกว่า

อุณหภูมิส่งผลต่อความสูญเสียในการชาร์จอย่างไร?

แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพสูงสุดในช่วง 20-25°C เมื่ออุณหภูมิต่ำกว่า 0°C ความต้านทานภายในของเซลล์เพิ่มขึ้น และการให้ความร้อนแบตเตอรี่ก่อนชาร์จอาจใช้ไฟฟ้ามากเกินไปถึง 20-30% ที่อุณหภูมิเกิน 35°C ปัญหาตรงข้ามจะเริ่มขึ้น: ระบบระบายความร้อนทำงานและใช้ส่วนแบ่งจากพลังงานการชาร์จ ในภูมิอากาศที่ร้อนจัดทราบกันว่าภาระการระบายความร้อนสะท้อนเพิ่มเติมให้การชาร์จ 10-20% ในพื้นที่ที่หนาวจัด ผู้ใช้รายงานว่าประสิทธิภาพการชาร์จจริงลดลง 30–50% เนื่องจากรายงานเหล่านี้ขึ้นอยู่กับสภาพแวดล้อม จึงไม่ควรตีความตัวเลขสูงสุดเป็นค่าที่แน่นอน

ในฤดูหนาวปัญหาไม่ได้จำกัดอยู่แค่การสูญเสียระหว่างชาร์จเท่านั้น: ระยะทางของยานยนต์ไฟฟ้าลดลงเฉลี่ย 10–25% เมื่ออากาศหนาว ที่อุณหภูมิราว 0°C การสูญเสียอาจถึง 20–25% และที่ −7°C อาจสูงถึง 30–40% การเดินทางระยะสั้นที่รถเย็นตั้งแต่ต้น การสูญเสียจะยิ่งมากขึ้นไปอีก เพราะรถต้องใช้พลังงานทำความร้อนทั้งแบตเตอรี่และห้องโดยสาร อากาศหนาวยังทำให้เวลาชาร์จนานขึ้น เพราะแบตเตอรี่ที่มีความต้านทานภายในสูงขึ้นจะต้องอุ่นตัวก่อนจึงจะรับกระแสไฟสูงได้

ทำไมการใช้พลังงานจริงจึงใกล้เคียงกับที่อ่านได้จากปลั๊กมากกว่าค่า WLTP?

วงจรทดสอบ WLTP วัดในสภาพห้องแล็บที่ควบคุม ณ อุณหภูมิที่กำหนด และในสถานการณ์ที่ภาระอุปกรณ์เสริมถูกจำกัดอย่างมาก ในการใช้งานจริง เครื่องปรับอากาศ เครื่องทำความร้อน รูปแบบความเร็ว และการจัดการความร้อนล้วนเข้ามามีบทบาท ด้วยเหตุนี้ ระยะทางจริงจึงมักต่ำกว่าค่า WLTP อยู่ 10–30% ส่วนกิโลวัตต์ชั่วโมงที่คุณวัดจากปลั๊กนั้นวัดสิ่งที่แตกต่างออกไปโดยสิ้นเชิง: พลังงานที่ดึงจากสายไฟฟ้ารวมการสูญเสียทั้งหมดในห่วงโซ่การชาร์จไว้แล้ว กล่าวคือ มิเตอร์คิดค่าใช้จ่ายไม่ใช่แค่พลังงานสุทธิในแบตเตอรี่ แต่รวมทุกอย่างที่ใช้ไปตั้งแต่ผนังบ้านจนถึงแบตเตอรี่ ดังนั้นสำหรับการคำนวณงบประมาณรายวัน ตัวชี้วัดที่เชื่อถือได้ที่สุดคือค่าที่อ่านจากปลั๊ก ไม่ใช่การคำนวณระยะทางตาม WLTP

จะวัดการสูญเสียจากการชาร์จของคุณเองได้อย่างไร?

สำหรับการวัดอย่างถูกต้อง มีกฎเดียวที่เพียงพอ: นำพลังงานที่เพิ่มขึ้นในแบตเตอรี่ หารด้วยพลังงานที่ดึงจากสายไฟฟ้าในเซสชันเดียวกัน ใช้จุดวัดเดียวที่สม่ำเสมอสำหรับสิ่งนี้ อย่างดีที่สุดคือมิเตอร์ที่จัดสรรไว้สำหรับการชาร์จโดยเฉพาะ มิเตอร์ไฟฟ้าทั่วไปของบ้านไม่เพียงพอในตัวเอง เพราะจะนับเครื่องซักผ้าและเครื่องทำน้ำอุ่นรวมเข้าไปด้วย แทนที่จะใช้เปอร์เซ็นต์แบตเตอรี่ ให้ใช้รายงานการชาร์จหน่วย kWh ของรถเป็นหลักหากมี ตัวบอกเปอร์เซ็นต์ไม่ได้วัดพลังงาน มันเป็นเพียงการประมาณการ

1. ให้ใช้มิเตอร์ที่จัดสรรไว้สำหรับการชาร์จหรือบันทึก kWh ของ wallbox เป็นจุดอ้างอิง
2. จดปริมาณพลังงานในแบตเตอรี่ (หน่วย kWh จากรายงานของรถ) ทั้งตอนต้นและตอนจบของเซสชัน
3. นำผลต่างหารด้วยพลังงานที่เข้าจากสายไฟฟ้า คุณจะได้เปอร์เซ็นต์การสูญเสีย
4. เปรียบเทียบหลายเซสชันที่คล้ายกัน ในช่วงการชาร์จและอุณหภูมิที่ใกล้เคียงกัน

การวินิจฉัยจากเซสชันเดียวไม่สามารถทำได้ ตัวอย่างเช่น มีเจ้าของรถที่ตกใจเมื่อเห็นการสูญเสียถึง 20% ในแบตเตอรี่ แต่ค่าที่สูงเช่นนี้มักเกิดจากการที่ขอบเขตการวัดปะปนเข้ามา หรือจากความผิดปกติเพียงครั้งเดียว ความระมัดระวังแบบเดียวกันก็จำเป็นเมื่อนำเปอร์เซ็นต์การสูญเสียที่เผยแพร่ไปเทียบกับรถของคุณเอง: การเปรียบเทียบที่ไม่ระบุรถที่ทดสอบ กำลังชาร์จ อุณหภูมิ ช่วงการชาร์จ และจุดวัด ไม่น่าเชื่อถือ

วิธีปฏิบัติจริงในการลดการสูญเสีย

การเปลี่ยนจากกำลังไฟต่ำไปกำลังไฟปานกลางคือมาตรการเดียวที่ได้ผลที่สุด: การเปลี่ยนจากระดับ 1 ไประดับ 2 (240 V) สามารถปรับปรุงประสิทธิภาพได้ 5–10% การชาร์จที่ระดับ 70–80% ของกำลังสูงสุดจะให้ประสิทธิภาพเพิ่มขึ้นอีก 3–5% ช่วงการชาร์จก็เป็นส่วนหนึ่งของเรื่อง: การอยู่ในช่วง 20–80% มีประสิทธิภาพกว่าการชาร์จเต็ม 0–100; ส่วน 20% สุดท้ายใช้เวลานานผิดสัดส่วนและสร้างความร้อนมากกว่า

กลยุทธ์ด้านความร้อนคือฮีโร่เงียบของการสูญเสีย การชาร์จในโรงรถจะทำให้แบตเตอรี่อบอุ่นกว่าข้างนอกในฤดูหนาว 5–10°C และสามารถปรับปรุงประสิทธิภาพในสภาพอากาศรุนแรงได้ถึง 10–15% หลังการขับขี่ระยะไกล แบตเตอรี่จะอุ่นอยู่แล้ว; การเสียบปลั๊กทันทีจะลดพลังงานที่ต้องใช้ในการเตรียมความร้อน การทำการปรับอากาศล่วงหน้าของห้องโดยสารและแบตเตอรี่ระหว่างการชาร์จ กล่าวคือจากกริดไฟฟ้าเมื่อจำเป็น ก็ช่วยรักษาพลังงานของแบตเตอรี่เช่นกัน สุดท้ายอย่าลืมอุปกรณ์: ตรวจสอบสายไฟและขั้วต่อรายเดือน ใช้สายที่สั้นและสะอาด และตรวจสอบให้แน่ใจว่าระบบติดตั้งใช้ตัวนำทองแดงที่มีขนาดเหมาะสม

คำแนะนำในทางปฏิบัติตามประเภทบ้านในประเทศไทย

การชาร์จด้วยเต้ารับมาตรฐาน 220 V ทำได้ทุกที่ แต่ข้อมูลการสูญเสียข้างต้นชี้ว่าควรเปลี่ยนไปใช้หน่วยชาร์จแบบติดผนังเมื่อทำได้ AC wallbox สำหรับบ้านโดยทั่วไปมีตัวเลือก 7.4 / 11 / 22 kW; สำหรับผู้ใช้ทั่วไป 7.4 kW ถือว่าเพียงพอ สำหรับผู้ที่อาศัยในอาคารชุด การติดตั้งต้องผ่านกระบวนการทางกฎหมาย; ในลานจอดรถส่วนกลาง ระบบที่ใช้บัตร RFID และวัดการใช้งานรายผู้ใช้เป็นทางแก้ที่แพร่หลาย และมิเตอร์แยกเป็นวิธีที่ง่ายที่สุดในการวัดการสูญเสียการชาร์จอย่างถูกต้อง สำหรับผู้ที่อาศัยในบ้านเดี่ยว การติดตั้ง wallbox ให้ทั้งการสูญเสียต่ำที่สุดและจุดวัดที่สะอาดที่สุดในเวลาเดียวกัน

บทสรุป: สิ่งที่ตัวเลขบอกอย่างแท้จริง

การสูญเสียระหว่างการชาร์จไม่ใช่สัญญาณขัดข้อง แต่คือราคาทางกายภาพของทุกข้อต่อในห่วงโซ่ ในการชาร์จ AC การแปลงไฟและระบบเสริม ในการชาร์จ DC การแปลงที่สถานีและระบบหล่อเย็น ตลอดจนความต้านทานของสายไฟและส่วนแบ่งการจัดการความร้อนในทุกเงื่อนไข ล้วนมีส่วน; โดยรวมแล้วพลังงานที่คุณดึงมาใช้ถึง 10–25% ไม่ได้ถึงแบตเตอรี่ ดังนั้นกิโลวัตต์-ชั่วโมงที่คุณเห็นในใบเสร็จคือการใช้พลังงานในชีวิตจริง ไม่ใช่ตามฉลาก WLTP หากต้องการวัดตัวเลขของตัวเอง เพียงแค่มีมิเตอร์เฉพาะ รายงานยานพาหนะแบบอิง kWh และการชาร์จที่เปรียบเทียบได้ไม่กี่ครั้ง - เจ้าของรถที่รู้ตัวเลขจะจัดการทั้งกระเป๋าเงินและระยะทางได้ดีกว่า

แหล่งอ้างอิง

• ความสูญเสียในการชาร์จ EV อธิบาย: พลังงานหายไปที่ไหน
• ความสูญเสียพลังงานในการชาร์จ EV อธิบายและวิธีลดลง
• ประสิทธิภาพการชาร์จ EV: ความสูญเสีย ต้นทุน และวิธีการวัด
• ประสิทธิภาพการชาร์จอธิบาย: คู่มือฉบับสมบูรณ์
• การชาร์จ EV ที่บ้านมีต้นทุนแอบแฝง
• การตรวจสอบเชิงทดลองของความสูญเสียในการชาร์จอัจฉริยะยานพาหนะไฟฟ้าแบบติดตั้งบนยานพาหนะ
• การเลือกเครื่องชาร์จ EV แบบสำหรับบ้าน
• การชาร์จ EV ในอาคารชุด
• ทำไมระยะทางของ EV จึงลดลงในฤดูหนาว?