จาก "เครื่องยนต์เป็นหลัก" สู่ "ไฟฟ้าเป็นหลัก": ตรรกะเบื้องหลังวิวัฒนาการไฮบริดของ Toyota THS กับ BYD DM-i

I. ยุค THS: แบตเตอรี่อ่อนแอ เครื่องยนต์เป็นตัวเอกเสมอ

Toyota Hybrid System (THS) คือผู้บุกเบิกเทคโนโลยีไฮบริดในเชิงพาณิชย์ ตั้งแต่ Prius รุ่นแรกในปี 1997 จนถึงปัจจุบันมีการพัฒนาครบห้ารุ่นแล้ว ระบบนี้ใช้ชุดเฟืองดาวเคราะห์ (planetary gear) เป็นหัวใจในการเชื่อมต่อกำลังระหว่างเครื่องยนต์และมอเตอร์ไฟฟ้า สะท้อนข้อจำกัดทางวิศวกรรมในยุคที่เทคโนโลยีแบตเตอรี่ยังไม่ก้าวหน้า

Camry Hybrid มีแบตเตอรี่ขนาด 1.6 kWh แต่ THS อนุญาตให้ใช้เพียงประมาณ 40% (~650 Wh) โดยควบคุม SOC อย่างเข้มงวดระหว่าง 38%-75% รุ่นที่สี่ใช้แบตเตอรี่นิกเกิล-โลหะไฮดรไรด์ 201.6V / 6.5Ah แม้รุ่นที่ห้าจะเปลี่ยนเป็นลิเธียมไอออน แต่ Camry Hybrid ก็ยังมีแบตเตอรี่เพียง 1.12 kWh

กลยุทธ์ "ชาร์จ-คายประจุตื้น" ช่วยยืดอายุการใช้งานแบตเตอรี่ได้ แต่ก็หมายความว่าแบตเตอรี่ไม่เคยถูกมองว่าเป็นแหล่งพลังงานหลัก ทดสอบจริงพบว่า Camry Hybrid วิ่งในโหมดไฟฟ้าล้วนได้เพียงประมาณ 4 กม. ที่ความเร็วเฉลี่ย 37 กม./ชม. ใช้พลังงาน ~500 Wh การชาร์จด้วยเครื่องยนต์เดินเบา 26 วินาที เพิ่มพลังงานเพียง ~25 Wh

ในโครงสร้าง THS เครื่องยนต์ยังคงเป็นผู้ขับเคลื่อนล้ออย่างต่อเนื่อง มอเตอร์และแบตเตอรี่มีหน้าที่ "ปรับความเร็วและแรงบิด" เพื่อให้เครื่องยนต์ทำงานในช่วงที่มีประสิทธิภาพสูงสุด ไม่ใช่ว่าโตโยต้าไม่ต้องการขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้า แต่ขีดจำกัดของเทคโนโลยีแบตเตอรี่ในยุคนั้นทิ้งทางเลือกอื่นไม่ได้

II. BYD DM-i: การสลับบทบาทหลังจากก้าวกระโดดของเทคโนโลยีแบตเตอรี่

ตระกูล DM-i ของ BYD เปิดตัวยุค plug-in hybrid "ไฟฟ้าเป็นหลัก"

DM รุ่นที่ห้าของ BYD ใช้ Blade Battery สำหรับ plug-in hybrid โดยเฉพาะ มีความหนาแน่นพลังงาน 115 Wh/kg (เพิ่มขึ้น 15.9%) อัตราการคายประจุ 16C และอัตราการฟื้นฟูพลังงาน 5C ตัวอย่างเช่น Sealion 05 DM-i รุ่น 220 กม. มีแบตเตอรี่ 26.628 kWh รองรับชาร์จเร็ว DC 57 kW และชาร์จ 30%-80% ใช้เวลาเพียง 16.2 นาที ช่องว่างระหว่างนี้กับ THS ที่มีแบตเตอรี่ 1.12 kWh และไม่มีชาร์จเร็ว คือความแตกต่างระดับรุ่น

การก้าวกระโดดนี้สลับบทบาทภายในระบบขับเคลื่อน:

• มอเตอร์ P3 กลายเป็นแหล่งกำลังหลัก
• เครื่องยนต์ถอยไปอยู่บทบาทรอง ใช้เวลาส่วนใหญ่ในการทำงานในช่วงประสิทธิภาพสูงสุดและผลิตไฟฟ้าผ่านมอเตอร์ P1
• แบตเตอรี่ความจุใหญ่ + อัตราการคายประจุสูงช่วยให้โหมด EV ครอบคลุมการใช้งานในชีวิตประจำวัน ลดความถี่ที่เครื่องยนต์ต้องเข้ามาแทรกแซง

ความแตกต่างเชิงสถาปัตยกรรมคือ THS ใช้เฟืองดาวเคราะห์เพื่อการเชื่อมต่อกำลังแบบกลศาสตร์ ส่วน DM-i พึ่งพาระบบควบคุมอิเล็กทรอนิกส์ในการจัดสรรพลังงาน อันแรกเป็นวิธีทดแทนความสามารถทางไฟฟ้าที่จำกัดด้วยโครงสร้างกล อันหลังแทนที่โครงสร้างกลที่ซับซ้อนด้วยซอฟต์แวร์และซิลิกอนเมื่อแบตเตอรี่แข็งแกร่งพอ

III. ทำไมค่ายรถญี่ปุ่นถึงตกรอบ: การสูญเสียความสามารถด้านแบตเตอรี่แบบค่อยเป็นค่อยไป

การตามหลังของอุตสาหกรรมแบตเตอรี่ญี่ปุ่นมีลักษณะโครงสร้างพื้นฐาน Toyota ยึดติดกับเซลล์ NiMH มากกว่าสองทศวรรษ และยังไม่เปลี่ยนเป็นลิเธียมไอออนจนกระทั่ง THS รุ่นที่ห้า ราวปี 2022 ในช่วงเวลาเดียวกัน อุตสาหกรรมเซลล์แบตเตอรี่ของจีนก้าวผ่าน LFP สู่ NCM และแนวคิดแบบกึ่งแข็งกึ่งของเหลว เมื่อโตโยต้าเปลี่ยนเป็นลิเธียมไอออนในที่สุด BYD ก็ผลิต Blade Battery ที่มีอัตราการคายประจุ 16C ในเชิงพาณิชย์แล้ว

"การพึ่งพาเส้นทางเครื่องยนต์" ของผู้ผลิตรถรุ่นเก่าก็เป็นปัจจัยสำคัญ Carmakers ญี่ปุ่นมีความได้เปรียบหลายสิบปีในด้านเครื่องยนต์ เกียร์ และระบบขับเคลื่อนกล Toyota ยังคงปรับแต่งเฟืองดาวเคราะห์และการควบคุมที่เน้นเครื่องยนต์ ในขณะที่ BYD เริ่มต้นด้วยสมมติฐานว่าแบตเตอรี่และมอเตอร์ไฟฟ้าควรรับภาระหนักกว่า

ผลลัพธ์ปรากฏชัดในรุ่นที่ห้า DM รุ่นที่ห้าของ BYD ที่เปิดตัวในเดือนพฤษภาคม 2024 ได้เปิด "ยุคการบริโภคน้ำมันต่ำกว่า 3 ลิตร/100 กม." ส่วนการอัปเกรด THS รุ่นที่ห้าของโตโยต้ายังคงอยู่ที่การเพิ่มความหนาแน่นของกำลังและลดน้ำหนัก 17% — เป็นการปรับปรุงที่มีประโยชน์ แต่ไม่ได้อยู่บนแกนของการเปลี่ยนแปลงที่กำลังเกิดขึ้นในจีน

IV. บทสรุป: แบตเตอรี่คือสมอของเทคโนโลยี

วิวัฒนาการจาก THS สู่ DM-i มีตรรกะที่ชัดเจนมาก

เมื่อแบตเตอรี่อ่อนแอ ระบบไฮบริดต้องเป็นเครื่องยนต์หลักและไฟฟ้ารอง เมื่อความจุและอัตราการคายประจุของแบตเตอรี่เพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ บทบาทก็สามารถกลับตาลปัตรได้: ไฟฟ้ากลายเป็นหลัก และเครื่องยนต์กลายเป็นตัวเสริม

โตโยต้าไม่ได้แพ้เพราะเฟืองดาวเคราะห์ออกแบบไม่ดี — มันยังคงเป็นผลงานกลศาสตร์ชั้นเลิศ แต่แพ้เพราะอุตสาหกรรมแบตเตอรี่ก้าวหน้าเร็วกว่าในจีน และความเชี่ยวชาญของญี่ปุ่นในเครื่องยนต์ทำให้การละทิ้งตรรกะ "เครื่องยนต์ก่อน" เป็นเรื่องยาก ในอนาคตเมื่อแบตเตอรี่แข็งตัวและมีอัตราการคายประจุสูงขึ้น การขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้าของไฮบริดจะลึกซึ้งยิ่งขึ้น และความเป็นผู้นำในการเปลี่ยนผ่านนี้จะอยู่ในมือของบริษัทที่ควบคุมเทคโนโลยีและห่วงโซ่อุปทานแบตเตอรี่ได้