ระดับความสูงและทางลาดชันเปลี่ยนการใช้พลังงานของรถยนต์ไฟฟ้าอย่างไร

ทุกเมตรที่ขึ้นทางลาดชันถูกหักจากแบตเตอรี่โดยตรง ส่วนตอนลงเดินเครื่องการรีเจอเนเรชันจะนำพลังงานที่สูญเสียกลับมาได้เพียงบางส่วนเท่านั้น
ทุกเมตรที่ขึ้นทางลาดชันถูกหักจากแบตเตอรี่โดยตรง ส่วนตอนลงเดินเครื่องการรีเจอเนเรชันจะนำพลังงานที่สูญเสียกลับมาได้เพียงบางส่วนเท่านั้น

แชร์หน้านี้

ภูเขาเปลี่ยนการใช้พลังงานของยานพาหนะไฟฟ้าในสองทิศทางแต่ไม่สมมาตร: เวลาขึ้นทางราบ ทุกเมตรที่ต้องสู้กับแรงโน้มถ่วงถูกจ่ายโดยตรงจากแบตเตอรี่ ส่วนเวลาลงทางราบ การเบรกแบบรีเจเนอเรทีฟจะกู้คืนพลังงานกลับมาเพียงบางส่วนเท่านั้น สาเหตุที่มาตรวัดระยะทางไม่กลับไปที่ค่าเดิมหลังข้ามช่องเขาที่ชันแล้วก็คือความสูญเสียจากการแปลงพลังงานนี้ พลังงานในระบบได้รับการอนุรักษ์ไว้ แต่พลังงานที่ไหลกลับเข้าแบตเตอรี่จะไม่มีวันมากกว่าที่จ่ายออกไป

สิ่งที่น่าสนใจ

  • การนำความชันของถนนมาคิดในการคำนวณ ช่วยเพิ่มความแม่นยำของการประมาณการใช้พลังงานจาก 5% เป็น 8%
  • ในทางลาดยาว ระดับการชาร์จอาจเพิ่มขึ้นจาก 60% เป็น 62.35% การกู้คืนพลังงานจากการเบรกเข้าใกล้ 50%
  • ในการขับขี่ในเมือง พลังงานที่สูญเสียไป 20-30% สามารถกู้คืนได้ด้วยการรีเจเนอเรชัน
  • บนเส้นทางอิสตันบูล-อังการา การใช้พลังงานจริงแปรผันระหว่าง 70-90 kWh เมื่อสมมติค่าเฉลี่ยการใช้พลังงานที่ 15-20 kWh/100 กม.
  • หากแบตเตอรี่มีระดับมากกว่า 80% ก่อนถึงทางชัน การรีเจเนอเรชันอาจทำงานได้ไม่เต็มประสิทธิภาพ

ทำไมพลังงานจึงหมดไปตอนขึ้นทางชัน: มอเตอร์ที่ต่อสู้กับแรงโน้มถ่วง

Yokuş yukarı her metre, motoru yer çekimiyle açık bir güç yarışına sokar ve elektrikli aracın tüketimi eğimle birlikte hızla tırmanır.

บนถนนราบ ความต้องการพลังงานของยานพาหนะไฟฟ้าถูกกำหนดโดยแรงต้านอากาศ แรงต้านการกลิ้ง และแรงเสียดทานกลไก เมื่อความชันเพิ่มขึ้น รายการจะมีเพิ่มขึ้นอีกหนึ่งรายการที่มองไม่เห็น: การลำเลียงมวลของยานพาหนะขึ้นเนิน งานนี้คือการต่อสู้โดยตรงกับแรงโน้มถ่วง และความต้องการกำลังของมอเตอร์ในแต่ละขณะจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วตามความชัน โดยเฉพาะบนทางราบยาวและต่อเนื่อง การใช้พลังงานจะสูงกว่าค่าบนถนนราบที่ความเร็วเท่ากันอย่างชัดเจน ด้วยเหตุนี้ จึงเป็นผลที่คาดว่าจะเกิดขึ้นว่ายานพาหนะไฟฟ้าที่ขับบนพื้นที่ภูเขาจะใช้พลังงานมากกว่าเมื่อเทียบกับพื้นที่ราบและพื้นที่ที่มีระดับความสูงต่ำ

ความสูงจากระดับน้ำทะเลก็ก่อภาระเพิ่มขึ้นอีกเช่นกัน ยิ่งสูงขึ้น มอเตอร์ยิ่งต้องผลิตพลังงานศักย์เพิ่มเติมสำหรับทุกเมตรของความสูงที่ได้มา และความพยายามนี้มาจากแบตเตอรี่ การเพิ่มขึ้นของความสูงยังขยายผลกระทบของอากาศเย็นอีกด้วย: อุณหภูมิอากาศบนช่องเขามักต่ำกว่าบนที่ราบ ประสิทธิภาพของแบตเตอรี่และความต้องการความร้อนในห้องโดยสารจะเอื้อนเป็นโทษพร้อมกัน ยิ่งไปกว่านั้น ทางขึ้นลงต่อเนื่องตามเส้นทางทำให้การใช้พลังงานคาดการณ์ได้ยาก: ไม่มีสองช่วงถนนใดที่มีโปรไฟล์ความชันเหมือนกัน

การรีเจเนอเรชันบนทางลาดกู้คืนพลังงานกลับมาได้เท่าไร?

การลงเนินคือภาพสะท้อนของการขึ้นเนิน: แรงโน้มถ่วงในตอนนี้เร่งยานพาหนะ และมอเตอร์ทำงานเหมือนเครื่องกำเนิดไฟฟ้า สูบพลังงานบางส่วนนี้กลับเข้าแบตเตอรี่ แต่ความจริงทางวิศวกรรมเข้ามามีบทบาทที่นี่: ไม่มีห่วงโซ่การแปลงพลังงานใดมีประสิทธิภาพ 100% พลังงานบางส่วนที่ปลดปล่อยออกมาเทียบเท่ากับความสูงที่ลงมา จะกลายเป็นความร้อนในมอเตอร์ อินเวอร์เตอร์ และแบตเตอรี่ ส่วนหนึ่งกระจายไปในแรงต้านอากาศ แรงต้านการกลิ้ง และแรงเสียดทานกลไก สิ่งที่ไหลกลับเข้าแบตเตอรี่คือส่วนที่เหลือจากความสูญเสียที่ปลายทั้งสองด้านของห่วงโซ่

ถึงกระนั้น การกู้คืนพลังงานก็อาจมีมูลค่าอย่างมีนัยสำคัญ ในการทดสอบลงทางชันที่ยาวนาน วัดได้ว่าระดับการชาร์จแบตเตอรี่เพิ่มขึ้นจาก 60% เป็น 62.35% และอัตราการกู้คืนพลังงานจากการเบรกโดยรวมสูงถึง 49.97% - หมายความว่าในสภาพที่เหมาะสม พลังงานที่สูญเสียไปจากการเบรกสามารถถูกกู้คืนกลับมาได้ประมาณครึ่งหนึ่ง ในการจราจรแบบหยุด-เคลื่อนที่ในเมือง อัตรานี้จะต่ำกว่า อยู่ในช่วง 20-30% ยิ่งความยาวและความชันของทางลงมากขึ้น พลังงานที่กู้คืนได้ก็ยิ่งเพิ่มขึ้น ประสิทธิภาพการฟื้นฟูพลังงานจะดีกว่าที่ความเร็วสูง

ข้อจำกัดของการฟื้นฟูพลังงาน: แบตเตอรี่เต็มและอากาศเย็น

มีสองเงื่อนไขที่อาจทำให้การคำนวณก่อนลงทางชันของคุณผิดพลาด ประการแรกคือความจุ: แบตเตอรี่ที่ชาร์จเต็มจะไม่มีพื้นที่ว่างทางกายภาพที่จะรับพลังงานจากการฟื้นฟูได้ ในกรณีนี้ ยานพาหนะจำนวนมากจะลดการฟื้นฟูพลังงานลงโดยอัตโนมัติ และพลังงานจะไม่สะสมในกิโลเมตรแรกของทางลง ประการที่สองคืออุณหภูมิ: แบตเตอรี่ที่เย็นจะยอมรับพลังงานที่เข้ามาได้อย่างไม่มีประสิทธิภาพ การปรับเงื่อนไขล่วงหน้าขณะเสียบปลั๊กเป็นวิธีที่สะดวกที่สุดในการทำให้แบตเตอรี่มีอุณหภูมิที่เหมาะสมก่อนขึ้นถนนบนภูเขา

เทคนิคการขับก็ต้องตั้งอย่างถูกต้องด้วย: การเหยียบเบรกให้น้อยที่สุดเท่าที่จะทำได้บนทางลง และการลดความเร็วโดยการปล่อยคันเร่ง จะเป็นตัวกำหนดเพดานบนของประสิทธิภาพที่จะได้รับจากการฟื้นฟูพลังงาน ทุกครั้งที่คุณเหยียบเบรก เบรกไฮดรอลิกจะทำงาน และพลังงานจลน์ ณ ขณะนั้นจะสูญเสียไปอย่างถาวรในรูปแบบความร้อน

เหตุใดการสูญเสียสุทธิจึงไม่เป็นศูนย์?

นี่คือคำถามที่ถูกถามบ่อยที่สุด: พลังงานที่ฉันใช้ไปในการขึ้นภูเขา ฉันไม่ได้รับคืนตอนลงเลยหรือ? คุณได้รับคืนบางส่วน แต่คณิตศาสตร์มักให้ผลลัพธ์ที่ไม่เป็นผลดีเสมอ พลังงานที่ดึงออกจากแบตเตอรี่ระหว่างการขึ้น แทบทั้งหมดจะกลายเป็นพลังงานศักย์ ส่วนตอนลง พลังงานศักย์นี้จะหลุดออกไปหลายทาง การแปลงพลังงานของมอเตอร์-เจนเนอเรเตอร์ อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลัง ความต้านทานการชาร์จของแบตเตอรี่ แรงต้านอากาศและแรงต้านการกลิ้ง - แต่ละส่วนต่างกินส่วนแบ่งของมัน พลังงานที่หลุดออกจากประตูเดียวตอนขึ้น จะไหลกลับเข้าแบตเตอรี่ผ่านหลายประตูตอนลง ด้วยเหตุนี้ ระดับแบตเตอรี่เมื่อสิ้นสุดการเดินทางที่มีช่องเขา จึงไม่มีวันกลับมาเท่าค่าตอนเริ่มต้นได้อย่างแท้จริง แม้ในเส้นทางภูเขาที่มีการขึ้นลงต่อเนื่อง การใช้พลังงานรวมก็ยังสูงกว่าการใช้พลังงานในระยะทางเท่ากันบนถนนราบ

สถานการณ์นี้ไม่ได้ทำให้รถยนต์ไฟฟ้าใช้งานไม่ได้ในพื้นที่ภูเขา แรงบิดทันทีช่วยให้ขึ้นทางชันได้ง่ายกว่าเครื่องยนต์สันดาปภายใน ปัญหาไม่ใช่เรื่องประสิทธิภาพ แต่เป็นเรื่องบัญชี รถ EV ทำผลงานได้ดีในพื้นที่ภูเขา แต่ราคาที่ต้องจ่ายคือการใช้พลังงานรวมที่สูงกว่าถนนราบ - สองข้อความนี้ไม่ได้ขัดแย้งกัน

ราคาของทางชันบนเส้นทางในประเทศไทย

เส้นทางอิสตันบูล-อังการาเป็นตัวอย่างในประเทศที่คุ้นเคยที่สุดที่แสดงให้เห็นว่าโปรไฟล์ความชันส่งผลต่อการวางแผนระยะทางอย่างไร ด้วยสมมติฐานการใช้พลังงานเฉลี่ย 15-20 kWh/100 กม. ตลอดเส้นทาง การเดินทางจะใช้พลังงานประมาณ 70-90 kWh การขับขี่แบบประหยัดจะลดค่านี้ลงเหลือช่วง 65-75 kWh ขณะที่การขับด้วยความเร็วสูงจะเพิ่มการใช้พลังงานขึ้นอย่างรวดเร็ว การเดินทางจริงจากอิสตันบูลไปอังการา ระยะทาง 480 กิโลเมตร เริ่มต้นด้วยแบตเตอรี่ 98% ชาร์จเพิ่มระหว่างทาง +40 kWh และเหลืออยู่ที่ระดับ 11% เมื่อถึงจุดหมาย การใช้พลังงานจริงรวมถูกบันทึกไว้ที่ประมาณ 117 kWh การที่รุ่นที่ใช้พลังงานในเมือง 14-16 kWh/100 กม. กินไฟ 22-25 kWh/100 กม.บนทางยาวด้วยความเร็วคงที่ 110-120 กม./ชม. แสดงให้เห็นอย่างชัดเจนว่าความเร็วและลักษณะถนนทำงานร่วมกันอย่างไร

บนเส้นทางที่มีทางขึ้นลงต่อเนื่องอย่างเทือกเขา ค่าความชันยิ่งมีผลชัดเจนขึ้น: ทางชันที่ต่อเนื่องกันสร้างความผันผวนที่การประมาณระยะทางมาตรฐานไม่ได้คาดการณ์ไว้ บนถนนภูเขาที่โดดเดี่ยวในช่วงที่โครงสร้างการเชื่อมต่อและโครงสร้างประจุไฟอ่อนแอ การได้รับการประมาณระยะทางที่มองโลกในแง่ดีเกินไปถือเป็นความเสี่ยงอีกอย่างหนึ่ง การหมดไฟอย่างสมบูรณ์อาจไม่สามารถชดเชยได้ด้วยสถานีชาร์จเร็วที่จะมีอยู่ที่นั่น

เส้นทาง / สถานการณ์การใช้พลังงานหรือพลังงานหมายเหตุ
อิสตันบูล-อังการา (ทั่วไป)70-90 kWhด้วยสมมติฐาน 15-20 kWh/100 กม.
อิสตันบูล-อังการา (ประหยัดพลังงาน)65-75 kWhความเร็วสูงเพิ่มการใช้พลังงาน
อิสตันบูล-อังการา (บันทึกจริง)ประมาณ 117 kWh / 480 กม.ออกเดินทางที่ 98%, ชาร์จ +40 kWh, มาถึงที่ 11%
ในเมือง (รุ่นตัวอย่าง)14-16 kWh/100 กม.สัดส่วนการฟื้นตัวในระหว่างการชาร์จสูง
ทางไกล 110-120 กม./ชม.22-25 kWh/100 กม.รุ่นเดียวกัน ความเร็วทางด่วน

จุดชาร์จควรอยู่ก่อนหรือหลังทางชัน?

ไม่มีคำตอบสากลเพียงคำเดียวสำหรับคำถามนี้ แต่มีกฎการตัดสินใจที่ได้รับการสนับสนุนจากข้อมูล: วางแผนการชาร์จ ก่อนการปีนเขาที่ยากที่สุดและเมื่อแบตเตอรี่ต่ำกว่า 80% เหตุผลมีสองชั้น ประการแรกคือสัดส่วนการฟื้นตัว - ระหว่างทางลงเมื่อแบตเตอรี่ถึง 80% อัตราการกู้คืนจะลดลง หากคุณข้ามช่องเขาด้วยการชาร์จสูง คุณจะไม่เหลือพื้นที่สำหรับพลังงานฟรีที่จะมาในทางลง ประการที่สองคือความเสี่ยงด้านระยะทาง: การปีนเขาเป็นช่วงที่ใช้พลังงานมากที่สุด และคุณควรมีพลังงานสำรองเพียงพอที่จุดเริ่มต้นของทางชันที่ยากที่สุด ไม่ใช่ที่จุดสิ้นสุด

แผนการปฏิบัติทำงานดังนี้:

  1. ระบุการปีนเขาที่ยาวที่สุดและชันที่สุดบนเส้นทาง โปรแกรมวางแผนเส้นทางสมัยใหม่คำนึงถึงโปรไฟล์ความสูงพร้อมกับจุดหมายปลายทางและสภาพอากาศ
  2. ก่อนถึงช่องเขา ให้ชาร์จเพื่อให้ออกเดินทางด้วยแบตเตอรี่ 80% หรือมากกว่า ระหว่างการขับขี่ ให้เดินหน้าด้วยพลังงานเพียงพอสำหรับจุดหยุดถัดไปเท่านั้น
  3. ข้ามช่องเขาด้วยระดับที่ต่ำกว่า 80% ระหว่างทางลง ให้ชะลอความเร็วโดยปล่อยแป้นเร่ง และปล่อยให้การฟื้นตัวมีพื้นที่ในแบตเตอรี่
  4. ยืนยันจุดชาร์จแรกหลังทางลงด้วยระดับจริงหลังทางลง ไม่ใช่การประมาณการมาถึง

เครื่องมือวางแผนที่คำนึงถึงข้อมูลความชันเปลี่ยนการตัดสินใจนี้จากสัญชาตญาณเป็นข้อมูล: กลยุทธ์การขับขี่เศรษฐศาสตร์ที่วางแผนความเร็วด้วยข้อมูลความชันของถนนทำให้ประหยัดได้ถึง 22%ในการขับขี่ในเมืองเมื่อเทียบกับการขับขี่ของมนุษย์ ในขณะที่ความเร็วคงที่และปานกลางให้การใช้พลังงานต่ำที่สุดในช่วงทางด่วนราบเรียบ การปรับความเร็วตามการเปลี่ยนแปลงขึ้นลงในช่วงที่ความชันเปลี่ยนแปลงสร้างความแตกต่าง

ทำไมการประมาณระยะทางจึงคลาดเคลื่อนบนทางชัน?

การประมาณระยะทางมาตรฐานส่วนใหญ่ผลิตขึ้นโดยสมมติว่าเป็นวงจรราบเรียบ อย่างไรก็ตาม เมื่อละเลยโปรไฟล์ความสูง เกจจะยังคงมองโลกในแง่ดีบนเส้นทางที่มีช่องเขา: ค่าของการไต่ลาดเขาไม่เคยถูกใส่ไว้ในการประมาณการเลย ส่วนรายได้จากระบบฟื้นคืนพลังงานกลับถูกประเมินสูงเกินจริง การนำข้อมูลความชันมาคำนวณร่วมด้วยช่วยเพิ่มความแม่นยำของการประมาณการใช้พลังงานจาก 5% เป็น 8% ซึ่งส่วนต่างที่ดูไม่มีนัยสำคัญบนทางราบ กลับกลายเป็นความเสี่ยงต่อระยะทางที่วิ่งได้เมื่ออยู่ระหว่างสองฝั่งของเทือกเขา วันนี้เครื่องมืออย่าง A Better Routeplanner สามารถนำปัจจัยด้านความสูงและสภาพอากาศมาคำนวณร่วมด้วย พร้อมเสนอจุดจอดชาร์จและการประมาณระยะทางเฉพาะสำหรับเส้นทางนั้นๆ ได้ งานประเมินทางวิชาการล่าสุดเกี่ยวกับการคาดการณ์การหมดพลังงานของแบตเตอรี่แบบฉลาดก็ให้ความสำคัญกับการใช้ปัจจัยด้านสภาพอากาศ ความสูง และความเร็วร่วมกันเป็นหัวใจหลัก

สภาพอากาศหนาวยิ่งทำให้ภาพนี้แคบลงไปอีก: ในประเทศไทยยังไม่เป็นประเด็น แต่โดยทั่วไปการสูญเสียระยะทางในฤดูหนาวมักอยู่ในช่วง 10-25% ที่อุณหภูมิราว 0 °C อาจสูงถึง 20-25% และที่ -10 °C อาจสูงถึง 30-40% โดยการสูญเสียส่วนใหญ่มาจากการให้ความร้อนในห้องโดยสาร ไม่ใช่จากแบตเตอรี่ เมื่อช่องเขาและอากาศเย็นมาบรรจบกันในเส้นทางเดียวกัน การประมาณการจำเป็นต้องคำนึงถึงทั้งสองปัจจัยพร้อมกัน

คู่มือสำหรับผู้ขับขี่ในเส้นทางที่มีทางลาดชัน

  • ออกเดินทางด้วยแบตเตอรี่ระดับ 80% หรือสูงกว่า และตรวจสอบระดับพลังงานเป็นพิเศษก่อนขึ้นทางไต่ลาดสำคัญๆ
  • ปรับอุณหภูมิแบตเตอรี่ล่วงหน้าขณะเสียบชาร์จก่อนเข้าสู่ถนนเขา แบตเตอรี่ที่อุ่นพอดีจะดูดพลังงานได้อย่างมีประสิทธิภาพกว่า และรับการฟื้นคืนพลังงานได้เต็มกำลัง
  • รักษาความเร็วให้คงที่บนทางลาดชัน แต่อย่ารีบเร่ง เนื่องจากแรงต้านอากาศเพิ่มขึ้นตามกำลังสองของความเร็ว ส่วนต่างในช่วง 30-70 mph จึงรู้สึกได้อย่างชัดเจน
  • เวลาลงเขาให้ชะลอความเร็วโดยปล่อยคันเร่ง ไม่ใช่ใช้แป้นเบรก ทุกครั้งที่ใช้แป้นเบรก พลังงานจะกลายเป็นความร้อนสูญเปล่า
  • อย่าดูเพียงมาตรวัดระยะทาง แต่ให้อ่านโปรไฟล์ความชันของช่วงถนนที่กำลังจะผ่านควบคู่กับอัตราการใช้พลังงานจริงด้วย มาตรวัดมองไปที่อดีต ส่วนโปรไฟล์มองไปที่อนาคต

โดยสรุป ระดับความสูงและทางลาดชันทำให้สมดุลพลังงานของรถไฟฟ้าไม่สมดุลอย่างชัดเจน: ค่าใช้จ่ายในการขึ้นถูกจ่ายทันทีและเต็มจำนวน ส่วนรายได้จากการลงถูกชำระเพียงบางส่วนและขึ้นอยู่กับเงื่อนไข ผู้ขับขี่ที่คำนึงถึงความไม่สมดุลนี้ในการคำนวณ - การชาร์จที่จังหวะเวลาถูกต้อง ระวังแบตเตอรี่เย็น เชื่อถือการฟื้นคืนพลังงานมากกว่าแป้นเบรก - จะสามารถมุ่งหน้าบนเส้นทางภูเขาด้วยระยะทางที่คาดการณ์ได้

แหล่งอ้างอิง