Charging Station : The Future is coming (1)
เมื่อสัปดาห์ก่อน ได้มีโอกาสอ่านเรื่องราวเทคโนโลยีด้านยานยนต์ เกี่ยวกับรถยนต์ไฟฟ้าที่กำลังจะเปิดตัวในปีหน้านี้ พบว่ามีหลายผู้ผลิตในตลาดมากๆ (เจ้าตลาดแทบทุกเจ้า) ที่มีแผนเปิดตัวยานยนต์ไฟฟ้าของตน ผมจึงมีคำถามเกิดขึ้นทันทีว่า จะเข็นรถยนต์ไฟฟ้าออกมากันขนาดนี้ สถานีชาร์จนั้น พร้อมใช้งานได้อย่างจริงจังกันแล้วหรอ?
จึงเริ่มหาข้อมูลจากการ Googling ดู โดยมีเป้าหมาย อยู่ 2 ที่คือ 1.รถยนต์ไฟฟ้าของค่ายต่างๆ และ 2.ผู้ผลิตสถานีชาร์จ
ในส่วนของผู้ผลิตรถยนต์นั้น พบว่ามีหลายๆผู้ผลิต มีรุ่นที่จะวางแผนเปิดตัวในปี 2017 อยู่แล้ว เรียกได้ว่าพร้อมส่งลงตลาดกันหมดเลยก็ว่าได้ และจากข้อมูลของรถหลายรุ่นนั้นพบว่าระบบชาร์จไฟนั้น มีเป็นมาตรฐานแล้ว แต่… ยังแบ่งเป็น 2-3 มาตรฐานอยู่ ตามความร่วมมือของแต่ละเจ้า และหลายเจ้าก็ผลิตตัวแปลงสำหรับชาร์จบนมาตรฐานอีกแบบด้วย
และส่วนของผู้ผลิตสถานีชาร์จไฟนั้น ก็ทำตามมาตรฐานกันแล้ว แถมยังรองรับหลายมาตรฐานอีกด้วย เรียกว่าพร้อมสำหรับทุกภูมิภาคเลยทีเดียว
อันดับแรกเราจะมาเริ่มทำความรู้จักมาตรฐานการชาร์จไฟจากระบบไฟที่ชาร์จกันก่อนนะครับ ระบบไฟที่ใช้ชาร์จในรถยนต์ไฟฟ้าตามมาตรฐาน IEC-62196 นั้นมี 2 ระบบ แต่ 4 แบบ (4 Mode) ครับ
โดยแบ่งเป็นระบบไฟกระแสสลับ และกระแสตรง (Mode 4) โดยในตอนนี้ไฟกระแสสลับ จะมี 3 แบบคือแบบกระแสสูงสุด 16A (Mode 1) , กระแสสูงสุด 32A (Mode 2) และมากกว่านั้นแต่ต้องการระบบป้องกันที่มากกว่าสองแบบแรก(Mode 3)
ใน Mode 1 นั้นจะเป็นระบบที่ใช้ไฟฟ้ากระแสสลับ ที่กระแสสูงสุด 16A สามารถรองรับการจ่ายพลังงานในการชาร์จได้ 3.7 kW/h สำหรับ 1 เฟส และ 11 kW/h สำหรับ 3 เฟส ซึ่งเหมาะสมที่จะใช้ในบ้านเรือนทั่วไป แต่ต้องแลกมาด้วยเวลาในการชาร์จที่นานมาก เช่นถ้าต้องการชาร์จไฟ Ford Focus EV ที่มีแบตเตอรี่ขนาด 33.5kWh สำหรับการชาร์จที่ 3.7 kW/h นั้นอาจจะต้องใช้เวลาเกือบ 10 ชม.จึงจะเต็ม แต่หากชาร์จที่ 11 kW/h นั้นเวลาจะลดลงเหลือประมาณ 3 ชั่วโมงเท่านั้น
ถัดมาคือ Mode 2 นี้จะเพิ่มปริมาณกระแสสูงสุดที่ระบบสามารถจ่ายได้เป็น 32A หากเป็น 1 เฟส ก็ได้พลังงาน 7.4 kWh และ 22 kWh สำหรับ 3 เฟส ดังนั้นมันจึงใช้เวลาชาร์จเพียง ครึ่งหนึ่งของ Level 1 เท่านั้น ดังนั้นหากชาร์จที่ 7.4 kWh สำหรับแบตเตอรี่ขนาด 33.5kWh ของ Ford Focus EV จะใช้เวลาประมาณ 5 ชม. และหากชาร์จที่ 22kWh จะใช้เวลาชาร์จเพียง 90 นาทีเท่านั้น ก็จะเต็ม
และสุดท้ายคือ Mode 3 ที่สามารถรองรับกระแสในการชาร์จได้มากถึง 250A และใช้งานร่วมกันกับระบบของ Mode 2 ได้ แต่ดูเหมือนว่าระบบนี้จะไปไม่ได้ไกลเสียแล้ว เนื่องจากเดิมที Mode 3 นี้ถูกออกแบบมาเพื่อใช้กับสถานีชาร์จข้างนอก เนื่องจากใช้กระแสที่สูงมาก และใช้เวลาชาร์จน้อยที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ (น้อยกว่า 30 นาที สำหรับแบตเตอรี่ขนาด 33kWh) ดังนั้นมันจึงต้องการระบบป้องกันที่ยุ่งยากกว่าใน Mode 2 มาก ผู้ผลิตหลายรายจึงเริ่มมองหาทางออกอื่นที่น่าจะซับซ้อนน้อยกว่านี้ ทำให้เกิดระบบชาร์จไฟแบบกระแสตรง (Mode 4) ขึ้น ทำให้ Mode 3 นั้นแม้จะถูกรองรับอยู่เพราะความร่วมกันได้กับใน Mode 2 ที่ใช้ตามบ้านได้ แต่ก็อาจไม่ได้ถูกพัฒนาต่อ
ซึ่งแบตเตอรี่ขนาด 33.5kWh ของ Ford Focus EV ที่จะออกมาในปี 2017 นั้น ตามที่ได้ดูจากข้อมูลแล้วระบุว่า Ford Focus EV นี้สามารถวิ่งได้ประมาณ 100 ไมล์ ด้วยการชาร์จเต็มแบตเตอรี่เพียง 1 ครั้ง หรือประมาณ 160 กิโลเมตรเลยทีเดียว หากวิ่งเฉพาะในเมือง ก็นับว่าเหลือเฟือในการใช้งาน แต่สำหรับการวิ่งข้ามจังหวัด คงจะลำบากมากทีเดียวครับ
และแน่นอนว่า สำหรับระบบไฟกระแสสลับใน Mode 1 และ Mode 2 นี้ เหมาะสมมากกับการติดตั้งแท่นชาร์จไฟไว้ที่บ้าน หรือที่ทำงาน เพราะสามารถใช้ระบบไฟมาตรฐานได้ แต่ก็ต้องแลกมาด้วยระยะเวลาในการชาร์จที่ค่อนข้างนาน แต่ระยะเวลาในการชาร์จนี้มีผลกระทบน้อยมาก เนื่องจากเป็นช่วงเวลาที่ไม่มีความต้องการใช้รถอย่างเร่งรีบอยู่แล้ว และการชาร์จด้วยระบบไฟกระแสสลับที่ให้พลังงานมากกว่านี้ ก็ไม่มีแนวโน้มที่จะถูกพัฒนาออกมา
สำหรับมาตรฐานคอนเน็กเตอร์ที่ใช้เชื่อมต่อเพื่อชาร์จไฟนั้น ก็ถูกกำหนดไว้แล้วเช่นกัน โดยที่ใช้กันจนแพร่หลายมีอยู่ 2 แบบ
คือ แบบ SAE J1772-2009 (Yazaki) และ VDE-AR-E 2623-2-2 (Mennekes)
SAE-J1772-2009 ถูกพัฒนาโดย บริษัท Yazaki ต่อจากมาตรฐานเดิม SAE J1772-2001 ที่พัฒนาโดย Avcon ในรุ่นมาตรฐาน SAE J1772-2009 นี้ ถูกพิจารณาบรรจุเป็นมาตรฐาน IEC 62196-2 ในปี 2011 ใช้ระบบไฟเป็นแบบ 1 เฟส รองรับกระแสได้ 32A (7.4kWh) ตามมาตรฐาน AC Level 2 และสามารถรองรับไปได้ถึง 80A (19.2kWh) เลย มาตรฐานนี้ได้รับการสนับสนุน และใช้งานในรถยนต์หลายค่ายมากมาย ทั้งจากฝั่งญี่ปุ่น อเมริกา และยุโรป เรียกได้ว่าเป็นคอนเน็กเตอร์พื้นฐานเลยก็ว่าได้
ซึ่ง SAE-J1772-2009 ใช้ขาทั้งหมด 5 ขา
โดยมี
ขา AC Line 1
ขา AC Line 2 / Neutral
ขา Protective Ground / Earth – Chassis Case
ขา Proximity Protection / Proximity Detection ทำหน้าที่ตรวจสอบการเชื่อมต่อกับรถยนต์
ขา Control Pilot ใช้ในการสื่อสารสถานะการชาร์จไฟ ผ่านไฟ +/-12Vdc ความถี่ 1 kHz ที่ถูกสร้างจากสถานีชาร์จ (EVSE)
เพื่อตรวจสอบสถานะต่างๆในการชาร์จ
ช่วงเวลาต่อมา ฝั่งยุโรปได้พัฒนาคอนเน็กเตอร์ขึ้นใช้งานเอง โดยบริษัท Mennekes และได้รับการรองรับเป็นมาตรฐานของสมาคมอุตสาหกรรมยานยนต์แห่งเยอรมัน (German Association of the Automotive Industry – VDA) ในชื่อVDE-AR-E 2623-2-2 ซึ่ง VDE-AR-E 2623-2-2 สามารถรองรับกับระบบไฟกระแสสลับ 3 เฟส กระแส 63A ต่อ 1 เฟส (43kWh) ได้ และยังสามารถใช้กับระบบไฟ 1 เฟส ที่กระแสสูงสุด 70A (16.8kWh) ได้เช่นกัน รวมถึงยังรองรับระบบไฟกระแสตรงได้ แต่เฉพาะกระแสระดับต่ำ ไปจนถึงปานกลางเท่านั้น และในปี 2013 มาตรฐานนี้ก็ถูกบรรจุเป็นหนึ่งในมาตรฐานหลักของ IEC 62196-2 และมีแนวโน้มจะเข้ามาทดแทน SAE-J1772-2009 ที่รองรับเพียงระบบไฟกระแสสลับ 1 เฟสเท่านั้น
VDE-AR-E 2623-2-2 ใช้ทั้งหมด 7 ขา
ขา Protective Ground / Earth – Chassis Case
ขา Proximity Protection / Proximity Detection ทำหน้าที่ตรวจสอบการเชื่อมต่อกับรถยนต์
ขา Control Pilot ใช้ในการสื่อสารสถานะการชาร์จไฟ ผ่านไฟ +/-12Vdc ความถี่ 1 kHz ที่ถูกสร้างจากสถานีชาร์จ (EVSE)
เพื่อตรวจสอบสถานะต่างๆในการชาร์จ
ส่วนอีก 4 ขานั้น จะถูกปรับเปลี่ยนตามการใช้งานเช่น
เมื่อใช้กับระบบไฟกระแสสลับ 3 เฟส ก็จะเป็น Neutral – AC Line 1 – AC Line 2 – AC Line 3 จะรองรับกระแสได้ 63A ต่อ 1 เฟส
แต่เมื่อใช้กับระบบไฟกระแสสลับ 1 เฟส ก็จะเป็น Neutral – AC Line 1 รองรับกระแสได้สูงสุด 70A
และเมื่อใช้กับระบบไฟกระแสตรงแบบกระแสปานกลางก็จะเป็น Negative(-) – Negative(-) – Positive(+) – Positive(+) รองรับกระแสสูงสุดได้ 140A
แต่หากเป็นระหว่างการเดินทางล่ะ? คงไม่มีใครอยากจะใช้เวลาในการรอชาร์จไฟนานถึง 60-90 นาที เพื่อเดินทางเพียง 160 กิโลเมตร อย่างแน่นอน ดังนั้นจึงเกิดมาตรฐานการชาร์จไฟขึ้นมาอีกแบบ ที่มีความสามารถในการจ่ายไฟได้มากกว่าเดิม และสามารถพัฒนาต่อไปได้ในอนาคต นั่นคือการชาร์จไฟ แบบกระแสตรง (Mode -4 ,DC Level 1 ในปัจจุบัน และจะมีเพิ่มเติมในอนาคต) ซึ่งจะมากล่าวถึงในตอนหน้าครับ
อ้างอิง
Ford Focus EV 2017 – http://www.ford.com/cars/focus/trim/electric/
Chevrolet Bolt EV – http://www.caranddriver.com/chevrolet/bolt-ev/specs
Schneider Electric EVlink – Charging stations for Electric Vehicles – http://www2.schneider-electric.com/sites/corporate/en/products-services/product-launch/electric-vehicle/evlink-ev-charging-station.page
IEC 62196 – https://en.wikipedia.org/wiki/IEC_62196
SAE J1772-2009 – https://en.wikipedia.org/wiki/SAE_J1772