รถยนต์ไฟฟ้า
สัปดาห์ที่ 2 (แผนที่ 3–4)
อ่านเนื้อหา ดูคลิป ลองคำนวณค่าใช้จ่าย แล้วทำแบบฝึกหัดให้ได้ 80% ขึ้นไป
1เรียนจบแล้วนักเรียนจะ…
อธิบายรถยนต์ไฟฟ้าแต่ละประเภทได้
วิเคราะห์ความสัมพันธ์ของรถยนต์ไฟฟ้ากับศาสตร์อื่นและผลกระทบได้
มีความใฝ่เรียนรู้
📖 ตัวชี้วัด ว 4.1 ม.3/1
วิเคราะห์สาเหตุหรือปัจจัยที่ส่งผลต่อการเปลี่ยนแปลงของเทคโนโลยี และความสัมพันธ์ของเทคโนโลยีกับศาสตร์อื่น โดยเฉพาะวิทยาศาสตร์หรือคณิตศาสตร์ เพื่อเป็นแนวทางการแก้ปัญหาหรือพัฒนางาน
2ทำไมโลกต้องมีรถยนต์ไฟฟ้า?
🤔 ลองคิดก่อนอ่านต่อ
เหตุใดจึงมีการพัฒนาและสร้างรถยนต์ไฟฟ้าขึ้นมา และก่อนจะมาเป็นรถยนต์ไฟฟ้า รถยนต์เปลี่ยนแปลงมาอย่างไรบ้าง?
รถยนต์ที่ใช้น้ำมันเชื้อเพลิง (เครื่องยนต์สันดาปภายใน) ช่วยให้มนุษย์เดินทางได้สะดวก แต่ก็สร้างปัญหาตามมา
มลพิษทางอากาศ
ไอเสียมีแก๊สพิษและฝุ่นละอองขนาดเล็ก เช่น PM2.5
ภาวะโลกร้อน
การเผาไหม้น้ำมันปล่อยแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ ซึ่งเป็นแก๊สเรือนกระจก
น้ำมันมีจำกัด
น้ำมันเป็นทรัพยากรที่ใช้แล้วหมดไป และราคาผันผวน
ปัญหาเหล่านี้ประกอบกับ ความก้าวหน้าของวิทยาศาสตร์ด้านแบตเตอรี่และมอเตอร์ไฟฟ้า จึงทำให้รถยนต์ไฟฟ้าได้รับการพัฒนาอย่างรวดเร็ว
3การเปลี่ยนแปลงของรถยนต์
- ช่วงปลาย พ.ศ. 2400 (ค.ศ. 1800s)รถยนต์ไฟฟ้าคันแรก ๆ ถูกสร้างขึ้น ช่วงหนึ่งเคยได้รับความนิยมเพราะเงียบและไม่มีควัน
- ต้น พ.ศ. 2450 (ค.ศ. 1900s)รถยนต์น้ำมันผลิตจำนวนมากได้ ราคาถูกลง น้ำมันหาง่าย วิ่งได้ไกลกว่า รถยนต์ไฟฟ้าจึงหายไป
- ช่วง พ.ศ. 2540 (ค.ศ. 1997)รถยนต์ไฮบริดที่ผลิตขายจำนวนมากรุ่นแรก ๆ ออกสู่ตลาด ใช้ทั้งเครื่องยนต์และมอเตอร์ไฟฟ้า
- ปัจจุบันแบตเตอรี่ลิเทียมไอออนดีขึ้นมาก รถยนต์ไฟฟ้าแบตเตอรี่วิ่งได้ไกลหลายร้อยกิโลเมตร และมีสถานีชาร์จมากขึ้น
ประเภทของรถยนต์ไฟฟ้า
| ประเภท | ชื่อเต็ม | หลักการทำงาน | เสียบปลั๊กชาร์จได้? |
|---|---|---|---|
HEV | รถยนต์ไฟฟ้าไฮบริด Hybrid Electric Vehicle | มีทั้งเครื่องยนต์น้ำมันและมอเตอร์ไฟฟ้า แบตเตอรี่ชาร์จจากเครื่องยนต์และจากการเบรก | ❌ ไม่ได้ |
PHEV | รถยนต์ไฟฟ้าปลั๊กอินไฮบริด Plug-in Hybrid Electric Vehicle | เหมือนไฮบริดแต่แบตเตอรี่ใหญ่กว่า วิ่งด้วยไฟฟ้าล้วนได้ระยะหนึ่ง | ✅ ได้ |
BEV | รถยนต์ไฟฟ้าแบตเตอรี่ Battery Electric Vehicle | ใช้มอเตอร์ไฟฟ้าอย่างเดียว พลังงานจากแบตเตอรี่ ไม่มีท่อไอเสีย | ✅ ได้ |
FCEV | รถยนต์ไฟฟ้าเซลล์เชื้อเพลิง Fuel Cell Electric Vehicle | เติมแก๊สไฮโดรเจน เซลล์เชื้อเพลิงเปลี่ยนไฮโดรเจนเป็นไฟฟ้า ปล่อยออกมาเป็นน้ำ | เติมไฮโดรเจน |
💡 จำง่าย ๆ
Hybrid = ผสม · Plug-in = เสียบปลั๊ก · Battery = แบตล้วน · Fuel Cell = ไฮโดรเจน
4แบตเตอรี่และการชาร์จไฟ
แบตเตอรี่คือ "ถังน้ำมัน" ของรถยนต์ไฟฟ้า ทำหน้าที่ เก็บพลังงานไฟฟ้าในรูปพลังงานเคมี แล้วจ่ายไฟให้มอเตอร์
| ชนิดแบตเตอรี่ | จุดเด่น | ข้อจำกัด | มักใช้ใน |
|---|---|---|---|
ตะกั่ว-กรด | ราคาถูก ทนทาน | หนัก เก็บพลังงานได้น้อย | รถยนต์ทั่วไป (ใช้สตาร์ตเครื่อง) |
นิกเกิล-เมทัลไฮไดรด์ (NiMH) | ทนทาน ปลอดภัย | เก็บพลังงานได้ปานกลาง | รถยนต์ไฮบริด |
ลิเทียมไอออน (Li-ion) | น้ำหนักเบา เก็บพลังงานได้มาก ชาร์จเร็ว | ราคาสูง ต้องควบคุมความร้อน | รถยนต์ไฟฟ้า BEV, PHEV, โทรศัพท์มือถือ |
🤔 คำถามชวนคิด: ทำไมต้องพัฒนาแบตเตอรี่อยู่ตลอดเวลา?
เพื่อให้ วิ่งได้ไกลขึ้น ชาร์จเร็วขึ้น น้ำหนักเบาลง ราคาถูกลง ปลอดภัยขึ้น และใช้งานได้นานขึ้น ซึ่งเป็นปัญหาหลักที่ทำให้คนยังลังเลจะใช้รถยนต์ไฟฟ้า
การชาร์จไฟรถยนต์ไฟฟ้า
🔌 ชาร์จปกติ (Normal Charge)
ใช้ไฟฟ้ากระแสสลับ (AC) ชาร์จที่บ้านด้วยเครื่องชาร์จติดผนัง ใช้เวลาหลายชั่วโมง เหมาะชาร์จข้ามคืน
⚡ ชาร์จเร็ว (Quick Charge)
ใช้ไฟฟ้ากระแสตรง (DC) กำลังสูงที่สถานีชาร์จ ชาร์จได้ราว 80% ในเวลาประมาณ 30–60 นาที
⚠️ ความปลอดภัย
ไม่ควรชาร์จรถยนต์ไฟฟ้าผ่านปลั๊กพ่วงหรือสายไฟที่ไม่ได้มาตรฐาน เพราะกระแสไฟสูงอาจทำให้สายไหม้และเกิดไฟไหม้ได้
🧮 ลองคำนวณ: รถไฟฟ้า vs รถน้ำมัน ค่าใช้จ่ายต่อเดือน
ตัวเลขเริ่มต้นเป็นค่าประมาณเพื่อฝึกคำนวณ ลองเปลี่ยนตัวเลขดู · สูตร: ค่าไฟ = (ระยะทาง ÷ 100) × kWh ต่อ 100 กม. × ค่าไฟ · ค่าน้ำมัน = (ระยะทาง ÷ กม.ต่อลิตร) × ราคาน้ำมัน
5รถยนต์ไฟฟ้ากับศาสตร์อื่น ผลกระทบ และการประยุกต์ใช้
ความสัมพันธ์กับศาสตร์อื่น
ปฏิกิริยาเคมีในแบตเตอรี่ เปลี่ยนพลังงานเคมีเป็นพลังงานไฟฟ้า การพัฒนาวัสดุทำแบตเตอรี่
มอเตอร์ไฟฟ้าใช้หลักแม่เหล็กไฟฟ้า การเปลี่ยนพลังงานจลน์ตอนเบรกกลับเป็นไฟฟ้า แรงต้านอากาศ
คำนวณระยะทางที่วิ่งได้ ความจุแบตเตอรี่ เวลาชาร์จ และค่าใช้จ่าย
ออกแบบโครงสร้างรถ ระบบควบคุมแบตเตอรี่ (BMS) ซอฟต์แวร์ในรถ เซนเซอร์
ผลกระทบของการใช้รถยนต์ไฟฟ้าแบตเตอรี่
👍 ด้านบวก
- ไม่ปล่อยไอเสียขณะวิ่ง ช่วยลดมลพิษในเมือง
- เสียงเงียบ ลดมลพิษทางเสียง
- ค่าพลังงานต่อกิโลเมตรถูกกว่า ดูแลรักษาง่าย (ชิ้นส่วนเคลื่อนไหวน้อย)
👎 ด้านลบ / สิ่งที่ต้องระวัง
- แบตเตอรี่เสื่อมแล้วต้องกำจัดอย่างถูกวิธี ไม่เช่นนั้นเป็นขยะอันตราย
- ถ้าไฟฟ้าผลิตจากถ่านหินหรือน้ำมัน ก็ยังปล่อยมลพิษที่โรงไฟฟ้า
- ราคารถสูง สถานีชาร์จยังไม่ทั่วถึง ใช้เวลาชาร์จนานกว่าเติมน้ำมัน
- อาชีพเดิมบางอย่าง เช่น ช่างซ่อมเครื่องยนต์ ต้องปรับตัว
การประยุกต์ใช้
รถโดยสารไฟฟ้า
รถเมล์และรถรับส่งไฟฟ้าในเมือง ลดควันดำ
จักรยานยนต์ไฟฟ้า
ใช้ในการส่งของ ส่งอาหาร ประหยัดค่าน้ำมัน
บ้านเก็บพลังงาน
ใช้รถยนต์ไฟฟ้าเป็นแหล่งจ่ายไฟสำรองให้บ้านได้ในบางรุ่น
รถยนต์ไร้คนขับ
ใช้กล้อง เซนเซอร์ GPS และปัญญาประดิษฐ์ (AI) ขับเคลื่อนเอง
6สรุปบทเรียน
- รถยนต์ไฟฟ้าถูกพัฒนาขึ้นเพื่อแก้ปัญหา มลภาวะทางอากาศและภาวะโลกร้อน จากรถยนต์ที่ใช้น้ำมันเชื้อเพลิง และน้ำมันที่มีจำกัด
- มี 4 ประเภท: HEV ไฮบริด · PHEV ปลั๊กอินไฮบริด · BEV แบตเตอรี่ล้วน · FCEV เซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจน
- แบตเตอรี่ลิเทียมไอออนเบาและเก็บพลังงานได้มาก แต่ยังต้องพัฒนาเรื่องระยะทาง เวลาชาร์จ ราคา และความปลอดภัย
- การพัฒนารถยนต์ไฟฟ้าใช้ความรู้จาก เคมี ฟิสิกส์ คณิตศาสตร์ และวิศวกรรม และมีทั้งผลกระทบด้านบวกและด้านลบ
- รถยนต์ไร้คนขับกำลังได้รับการพัฒนาให้มีประสิทธิภาพดีขึ้น
7แบบฝึกหัดท้ายบท
เกณฑ์ผ่าน 80% ขึ้นไปตอนที่ 1 · กิจกรรมที่ 1.2 ยากแค่ไหนกว่าจะได้ใช้รถยนต์
วิเคราะห์ว่าการสร้างรถยนต์แต่ละแบบต้องใช้ความรู้เรื่องใด และนำมาใช้อย่างไร
ตอนที่ 2 · จับคู่ประเภทรถยนต์ไฟฟ้ากับลักษณะ
ตอนที่ 3 · เลือกคำตอบที่ถูกต้องที่สุด
ตอนที่ 4 · คิดวิเคราะห์
ส่งงานครู: กด คัดลอกคำตอบ แล้ววางส่งตามช่องทางที่ครูกำหนด หรือกด บันทึกเป็น PDF / พิมพ์