ทำไมการใช้น้ำมันถึงพุ่งสูงขึ้นเมื่อรถยนต์ปลั๊กอินไฮบริดไม่ได้รับการชาร์จ?

ปลั๊กอินไฮบริดที่ไม่ได้ชาร์จจะเผาผลาญน้ำมันมากเป็นสองถึงสี่เท่าของค่าการใช้งานที่ระบุไว้ในคู่มือสเปกโดยทั่วไป เพราะการออกแบบของยานพาหนะถูกสร้างขึ้นเพื่อใช้พลังงานไฟฟ้าเป็นหลัก และหากไม่มีการชาร์จ ก็จำต้องแบกน้ำหนักแบตเตอรี่และกำลังมอเตอร์ส่วนเกินไว้ด้วยเบนซินเพียงอย่างเดียว ขณะที่ค่าการใช้งานแบบผสม WLTP ของปลั๊กอินโดยเฉลี่ยดูเหมือนจะอยู่ที่ประมาณ 1.5 ลิตร แต่เมื่อวินัยการชาร์จบกพร่อง ค่านี้จะพุ่งขึ้นไปอยู่ในช่วง 6 L/100 กม. หน้านี้อธิบายด้วยตัวเลขถึงเหตุผลทางวิศวกรรมที่อยู่เบื้องหลังช่องว่างระหว่างคู่มือสเปกกับปั๊มน้ำมัน

คู่มือสเปกสร้างค่าอย่างไร และเหตุใดการใช้งานจริงจึงไม่ตรงกัน?

การใช้งานในการรับรองรุ่นของปลั๊กอินไฮบริด (PHEV) อิงจากสมมติฐานว่ายานพาหนะจะใช้ไฟฟ้าในช่วงหนึ่งของวงจร และใช้เบนซินในส่วนที่เหลือ แนวคิดที่กำหนดสมมติฐานนี้เรียกว่า Utility Factor หรือสัดส่วนการขับขี่ด้วยไฟฟ้า ในการรับรองรุ่น สัดส่วนนี้ถูกกำหนดไว้ประมาณ 69% สำหรับยานพาหนะส่วนบุคคล แต่ในชีวิตจริง สัดส่วนเดียวกันนี้เฉลี่ยอยู่ที่เพียง 37% ในการใช้งานส่วนบุคคล และลดลงเหลือเพียง 20% ในยานพาหนะของบริษัท

การที่สัดส่วนตกหล่นมากเช่นนี้ก่อให้เกิดผลลัพธ์เพียงอย่างเดียวคือ เครื่องยนต์เบนซินทำงานเกินกิโลเมตรที่ถูกกำหนดให้ในการคำนวณตามคู่มือสเปกอย่างมาก การวิเคราะห์โลกจริงในวงกว้างจากปลั๊กอินไฮบริดประมาณ 100,000 คัน เผยให้เห็นว่าการใช้งานจริงสูงเป็น 2-4 เท่าของค่าการรับรองรุ่นในยานพาหนะส่วนบุคคล และ 3-4 เท่าในยานพาหนะของบริษัท นี่คือคณิตศาสตร์เบื้องหลังที่ว่าทำไมขณะที่ค่าแบบผสม WLTP ของ PHEV โดยเฉลี่ยอยู่ที่ ~1.57 L/100 กม. แต่ในการใช้งานจริงกลับพุ่งสูงขึ้นไปถึงระดับ 6 L/100 กม. มากกว่าสามเท่าของค่าทางการ

บทลงโทษของแบตเตอรี่ที่หมด: น้ำหนักและกำลังส่วนเกินเผาผลาญน้ำมันอย่างไร?

วิธีที่ชัดเจนที่สุดในการทำความเข้าใจปลั๊กอินที่ไม่ได้ชาร์จ คือการมองว่าเป็นปัญหาสมดุลสองเฟส ด้านหนึ่งคือมวลที่แบกไว้ อีกด้านคือระบบที่ขับเคลื่อนมวลนั้น คุณสูญเสียทั้งสองด้าน

บทลงโทษจากน้ำหนักแบตเตอรี่มากแค่ไหน?

แบตเตอรี่ของ PHEV โดยทั่วไปมีความจุราว 15 kWh ซึ่งหมายถึงมวลที่สูงถึงระดับร้อยกิโลกรัม น้ำหนักเพิ่มเติมจากแบตเตอรี่และมอเตอร์ไฟฟ้าอาจทำให้การใช้งานสูงกว่ายานพาหนะเบนซินที่เทียบเคียงได้ก็ได้ ผลกระทบของน้ำหนักแบตเตอรี่ต่อประสิทธิภาพไฮบริดได้รับการวัดเชิงปริมาณเช่นกัน: ยิ่งแบตเตอรี่ใหญ่ขึ้น ประสิทธิภาพของโหมดไฮบริดยิ่งลดลงจาก 49.1 mpg เหลือ 45.2 mpg - นั่นคือบทลงโทษ 8% เพียงเพราะมวลเท่านั้น พลังงานนี้ไม่กลับมาจากที่ใดเลย แต่ถูกจ่ายไปในทุกกิโลเมตรบนทางหลวง ในฐานะภาระที่แบกไว้ด้วยเบนซิน

เหตุใดกำลังมอเตอร์จึงเพิ่มการใช้งาน?

ปัญหาที่สองคือกำลังของระบบ รถปลักอินไฮบริดส่วนใหญ่ด้วยเหตุผลด้านการตลาดด้านสมรรถนะ จะทำให้ทั้งเครื่องยนต์เบนซินและมอเตอร์ไฟฟ้าทำงานร่วมกันอย่างมีประสิทธิภาพสูง แต่กำลังที่มากขึ้นหมายถึงแรงเสียดทานที่เพิ่มขึ้นตามมวล การสูญเสียจากปั๊ม และประสิทธิภาพต่ำเมื่อทำงานที่โหลดบางส่วน ข้อมูลการวิเคราะห์เชื่อมโยงเรื่องนี้เข้ากับค่าสัมประสิทธิ์ที่ชัดเจน: กำลังทุก 10 กิโลวัตต์ ที่ดึงออกจากระบบ จะลดการใช้พลังงานจริงและ CO2 ลง 2–4% ด้านระยะทางก็มีความสัมพันธ์ไปในทิศทางเดียวกัน: ระยะทางไฟฟ้าเพิ่มทุก 10 กม. จะปรับปรุงค่าจริงให้ดีขึ้น 8–14% กล่าวอีกนัยหนึ่ง คุณสมบัติเครื่องยนต์ทรงพลัง + แบตเตอรี่ขนาดเล็ก ให้ผลลัพธ์ที่แย่ที่สุดในโลกความจริง ทางแก้คือการนำกำลังจากเครื่องยนต์ไปใช้กับระยะทาง

ความแตกต่างระหว่าง PHEV ที่ไม่ได้ชาร์จกับไฮบริดเต็มรูปแบบมากน้อยแค่ไหน?

ไฮบริดเต็มรูปแบบ (HEV) คือยานพาหนะที่ไม่มีพอร์ตชาร์จ มันชาร์จแบตเตอรี่ขนาดเล็กด้วยตัวเองจากการเบรกแบบรีเจเนอเรทีฟและจากเครื่องยนต์เบนซิน ระบบถูกออกแบบขนาดตามสมดุลนี้ทั้งหมด: แบตเตอรี่ขนาดเล็ก มวลเพิ่มเติมต่ำ และการกระจายกำลังที่ปรับจูนตามเครื่องยนต์เบนซิน

ส่วนปลักอินที่ไม่ได้ชาร์จกลับอยู่ในสถานะตรงข้ามกับสมดุลนี้โดยสิ้นเชิง มันแบกน้ำหนักแบตเตอรี่ขนาดใหญ่โดยไม่ได้ประโยชน์ พึ่งพาเครื่องยนต์เบนซินมากขึ้นอย่างมาก และตัวผู้ผลิตเองก็ระบุว่าในสถานการณ์นี้ รถจะทำงานได้ประสิทธิภาพต่ำกว่าแม้แต่รุ่นไฮบริดเต็มรูปแบบที่มีขนาดใกล้เคียงกัน มีการวัดไว้ว่าในการใช้งานแบบผสมเมือง/มอเตอร์เวย์ รถปลักอินจะตามหลังรุ่นไฮบริดเต็มรูปแบบของตนเล็กน้อย คำประกาศอย่างเป็นทางการของหน่วยงานด้านพลังงานก็ชี้ไปที่ประเด็นเดียวกัน: การใช้พลังงานของ PHEV ขึ้นอยู่กับระยะทางระหว่างการชาร์จ และหากรถไม่ได้ชาร์จเลย ประหยัดเชื้อเพลิงจะลดลงประมาณระดับของไฮบริดที่มีขนาดใกล้เคียงกัน - กล่าวคือข้อได้เปรียบด้านไฟฟ้าทั้งหมดของปลักอินหายไป เหลือเพียงบทลงโทษด้านมวล

แถวแรกในตารางแสดงให้เห็นว่าเทคโนโลยีนี้มีประสิทธิภาพเพียงใดเมื่อใช้อย่างถูกต้อง: เมื่อ PHEV ที่มีแบตเตอรี่ 15 kWh ได้รับการชาร์จทุกวัน การใช้พลังงานจะลดลง 69% เทียบกับไฮบริดเต็มรูปแบบ รถคันเดียวกันนี้จะคืนข้อได้เปรียบนี้ทั้งหมดและมากกว่านั้นเล็กน้อย เมื่อวินัยการชาร์จเสียหาย

นิสัยการชาร์จกลับตัวเลขได้อย่างไร?

ประหยัดเชื้อเพลิงของปลักอินไฮบริดขึ้นอยู่กับว่าพลังงานในแบตเตอรี่ถูกใช้ไปในระยะทางกี่กิโลเมตร การรับรองตามปกติของ PHEV ส่วนใหญ่มีระยะทางไฟฟ้าระหว่าง 30-60 กม. และด้วยการชาร์จสม่ำเสมอ รถเหล่านี้จะวิ่งด้วยไฟฟ้าได้ 5,000-10,000 กม. ต่อปี ในรุ่นที่มีระยะทางเกิน 80 กม. ตัวเลขนี้จะสูงถึงระดับ 12,000-20,000 กม./ปี ปัจจุบันรถหลายรุ่นเสนอระยะทางไฟฟ้าประมาณ 100 กม. นั่นคือรถคันเดียวกันจะแตกต่างกันอย่างน่าทึ่งในบิลเชื้อเพลิงรายปี ระหว่างเจ้าของบ้านที่มีเต้ารับชาร์จกับผู้ใช้ที่ไม่มี

ทำไมจึงมีช่วงกว้าง? เพราะสัดส่วนการขับขี่ไฟฟ้าขึ้นอยู่กับตัวแปรสี่ตัว: ระยะทางรายวัน ความถี่ในการชาร์จ ความจุแบตเตอรี่ และโปรไฟล์การขับขี่ การเปรียบเทียบระหว่างประเทศชี้ให้เห็นเรื่องนี้อย่างชัดเจน - สัดส่วนการใช้ไฟฟ้าจริงที่สูงที่สุดอยู่ในช่วง 53-54% ที่สหรัฐอเมริกาและนอร์เวย์ ขณะที่ตัวอย่างที่มีโครงสร้างพื้นฐานและนิสัยการชาร์จอ่อนแอลดลงเหลือเพียง 24-26% ในยานพาหนะของบริษัท สัดส่วนนี้ลดลงเหลือราว 18% แรงจูงใจในการชาร์จของผู้ขับขี่รถยนต์ของบริษัทที่ต่ำ หมายความว่าผู้ที่ไม่ต้องจ่ายค่าเชื้อเพลิงจากกระเป๋าตัวเองต้องแบกรับค่าใช้จ่ายของเทคโนโลยีนี้ และผลลัพธ์ที่แย่ที่สุดในโลกจริงเราพบในกลุ่มนี้

การชาร์จสัปดาห์ละหนึ่งถึงสองครั้งไม่ได้ไร้ประโยชน์โดยสิ้นเชิง แบตเตอรี่ขนาดใหญ่ทำหน้าที่เป็นเสบียงระหว่างการชาร์จ plug-in บางรุ่นอาจให้เศรษฐภาพที่ดีกว่ารถไฮบริดมาตรฐานได้ด้วยเสบียงนี้ แต่เพื่อให้ข้อได้เปรียบบรรลุขนาดที่แท้จริง การชาร์จรายวันต้องเป็นหลัก - นั่นคือจุดประสงค์การออกแบบของ plug-in

การปล่อยให้แบตเตอรี่หมดส่งผลแค่การใช้พลังงานหรือไม่?

ไม่ ยังมีต้นทุนในระยะยาวอีกด้วย ผู้ผลิตระบุชัดเจนว่าแบตเตอรี่ PHEV อาจเสื่อมสภาพเร็วขึ้นในสภาวะการชาร์จต่ำและการใช้งานน้อย การใช้งานที่เหมาะสมคือการรักษาระดับการชาร์จไว้ที่ ช่วง 20-80% plug-in ที่ใช้งานโดยไม่ชาร์จเป็นเวลาหลายเดือน ทั้งเผาผลาญน้ำมันทุกลิตรในราคาที่แพงขึ้นและย่นอายุการใช้งานของชิ้นส่วนที่แพงที่สุดของมัน

ระบบเบรกสร้างพลังงานไฟฟ้าคืนให้ภาพรวมนี้ได้จริงแต่มีข้อจำกัด ในการจราจรแบบหยุด-ขับ การกู้คืนพลังงานชาร์จแบตเตอรี่เพิ่มขึ้นเล็กน้อย การวัดจากผู้ใช้ชี้ให้เห็นถึงส่วนช่วยด้านเศรษฐภาพเชื้อเพลิงราว สูงถึง 4% สิ่งนี้ไม่ได้ทดแทนปลั๊กชาร์จ - มันเพียงกู้คืนพลังงานจากการเบรกเพียงบางส่วนเท่านั้น นอกจากนี้ เมื่อแบตเตอรี่มีประจุต่ำ ระบบป้องกันทางอิเล็กทรอนิกส์ของระบบจะผลักดันการใช้พลังงานให้สูงขึ้น เมื่อแบตเตอรี่หมด การที่รถต้องพึ่งพาเครื่องยนต์เบนซินเป็นสิ่งที่หลีกเลี่ยงไม่ได้

plug-in ไฮบริดเหมาะสำหรับผู้ใช้แบบไหน และกับดักเมื่อไหร่?

แผนผังการตัดสินใจจริงๆ แล้วลดลงเหลือคำถามเดียว: การขับขี่รายวันของคุณอยู่ในระดับที่แบตเตอรี่ที่สามารถชาร์จได้ก่อนออกจากบ้านหรือไม่?

• หากระยะทางรายวันอยู่ในระยะวิ่งไฟฟ้าและมีที่ชาร์จที่บ้าน: เทคโนโลยีนี้ทำงานตามจุดประสงค์การออกแบบ ข้อได้เปรียบด้านการใช้พลังงานสูงถึง 69% เทียบกับ HEV และระยะทางไฟฟ้าหลายหมื่นกิโลเมตรต่อปีเป็นไปได้
• หากโอกาสในการชาร์จมีเพียงบางส่วน: สัดส่วนไฟฟ้าลดลงสู่ระดับ 48% ยังมีข้อได้เปรียบ แต่อยู่ห่างไกลจากคำสัญญาในแคตตาล็อกมาก รุ่นที่มีแบตเตอรี่ใหญ่อาจยังคงเป็นตัวเลือกที่สมเหตุสมผลในกรณีนี้
• หากไม่สามารถชาร์จได้เลย (เช่น ไม่สามารถติดตั้งที่ชาร์จที่บ้านได้): plug-in จะสิ้นเปลืองกว่ารถไฮบริดเต็มรูปแบบขนาดใกล้เคียงกัน ในสถานการณ์นี้ ไฮบริดเต็มรูปแบบเป็นตัวเลือกที่ถูกต้องกว่า

ด้านต้นทุนก็ควรอ่านอย่างตรงไปตรงมา: การวิเคราะห์การเป็นเจ้าของล่าสุดสรุปว่า PHEV อาจไม่สร้างผลกำไรทางการเงินในช่วงปีแรกๆ - อาจไม่เลย - สำหรับผู้ขับขี่ส่วนใหญ่ การประหยัดไม่ได้ขึ้นอยู่กับราคาเชื้อเพลิงและระยะทาง แต่ขึ้นอยู่กับนิสัยการชาร์จเป็นอันดับแรก

สรุป: สามตัวเลข ข้อสรุปเดียว

แคตตาล็อกระบุ 1.57 L/100 km ผู้ใช้ที่ไม่ชาร์จเห็น 6 L/100 km ผู้ใช้ที่ชาร์จอย่างถูกต้องลดลงต่ำกว่า HEV มาก ตัวแปรเดียวที่เชื่อมโยงตัวเลขสามตัวนี้เข้าด้วยกันคือวินัยในการชาร์จ ปลั๊กอินไฮบริดคือรถยนต์ที่ถังไฟฟ้าต้องถูกเก็บไว้ให้เต็มอยู่เสมอ เมื่อถังนั้นว่างลง สิ่งที่เหลืออยู่คือรถที่ถูกตอกย้ำด้วยโทษน้ำหนัก 8% และกำลังมอเตอร์ที่มากเกินไป ซึ่งต้องพึ่งพาเครื่องยนต์เบนซินเพียงอย่างเดียว หากคุณไม่มีโอกาสชาร์จได้ ปัญหาไม่ได้อยู่ที่ตัวรถ แต่อยู่ที่การเลือกรถ

แหล่งอ้างอิง

• การใช้งานจริงของรถยนต์ปลั๊กอินไฮบริด - ICCT
• PHEVs เคยสัญญาเรื่องประสิทธิภาพ แต่คนขับกลับใช้เชื้อเพลิงมากเป็นสามเท่า - Carscoops
• รถไฮบริดจำเป็นต้องชาร์จหรือไม่? - Mazda USA
• รถยนต์ปลั๊กอินไฮบริด - Alternative Fuels Data Center (DOE)
• ข้อมูลรถยนต์ไฮบริด - Green Vehicle Guide
• การประเมินรถยนต์ปลั๊กอินไฮบริดในสภาพการใช้งานจริง - Dauphin et al., ScienceDirect
• รถยนต์ปลั๊กอินไฮบริดในยุโรป - การวิเคราะห์เชิงประจักษ์, IOP Science
• ผลกระทบของน้ำหนักแบตเตอรี่และรูปแบบการชาร์จ - Shiau et al., CMU
• ทำไมการสิ้นเปลืองเชื้อเพลิงจริงของรถปลั๊กอินไฮบริดจึงมักสูงกว่า - Newswise
• รถปลั๊กอินไฮบริดจะช่วยให้คุณประหยัดเงินได้หรือไม่? - Consumer Reports