รุ่นที่หกของระบบไฮบริด Toyota เปิดตัวยิ่งทรงพลังหลังจากการใช้เซมิคอนดัคเตอร์ SiC

【PCauto】พร้อมกับการเปิดตัว RAV4 รุ่นปี 2026 โตโยต้ายังได้เปิดตัวระบบไฮบริด THS เจเนอเรชันที่ 6 ซึ่งนับตั้งแต่เปิดตัวครั้งแรกใน Prius เมื่อปี 1997 จนถึงปัจจุบัน ระบบ THS ได้ถือกำเนิดมานานกว่า 20 ปี และมียอดขายสะสมของรถยนต์ที่ติดตั้งระบบนี้ทั่วโลกมากกว่า 20 ล้านคัน

ตอนนี้ ระบบ THS เจเนอเรชันที่ 6 ได้รับการปรับปรุงทางเทคนิคมากยิ่งขึ้น เมื่อเทียบกับการปรับตำแหน่งมอเตอร์ MG2 การเพิ่มความหนาแน่นของกำลังไฟ และการเปลี่ยนวัสดุแบตเตอรี่ในรุ่นก่อน ๆ ระบบใหม่นี้เริ่มนำเซมิคอนดักเตอร์ที่ทำจากวัสดุซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC) มาใช้งาน แม้ว่าฟังดูอาจไม่ใช่เทคโนโลยีล้ำหน้า เพราะวัสดุ SiC นี้พบได้บ่อยในรถยนต์ของผู้ผลิตจีน แต่สิ่งที่เราจะพูดถึงวันนี้คือ Toyota นั่นเอง

ในด้านไฟฟ้า เมื่อเทียบกับเซมิคอนดักเตอร์แบบซิลิคอน (Si) แบบดั้งเดิม วัสดุคาร์ไบด์ซิลิคอน (SiC) มีความสามารถทนความร้อนได้สูงกว่า (อุณหภูมิการทำงานสูงถึง 200℃ ขึ้นไป) และมีการสูญเสียพลังงานต่ำกว่าอย่างชัดเจน ส่งผลให้ PCU มีความหนาแน่นของกำลังและประสิทธิภาพการแปลงพลังงานสูงขึ้นอย่างเห็นได้ชัด ซึ่งช่วยให้ระยะทางขับขี่ของรถยนต์ไฟฟ้าเพิ่มขึ้นได้ 5-10%

นอกจากนี้ วัสดุ SiC ยังมีคุณสมบัติในการนำความร้อนสูง และทนต่อแรงดันไฟฟ้าสูง ทำให้สามารถลดขนาดของ PCU ให้เล็กลง เพิ่มประสิทธิภาพการระบายความร้อน เพิ่มความเร็วในการชาร์จไฟ และลดความเสี่ยงจากความร้อนสะสมในระบบ

เมื่อระบบ THS เจเนอเรชันที่ 6 นำ SiC มาใช้ในเซมิคอนดักเตอร์ ทำให้ขนาดของ PCU ลดลงถึง 80% มอเตอร์ไฟฟ้าด้านหน้าของ RAV4 PHEV รุ่นใหม่ที่ใช้ SiC ได้รับการออกแบบให้มีขนาดกะทัดรัดมากขึ้น แต่สามารถเพิ่มกำลังขับสูงสุดได้ถึง 150kW (รุ่นเดิมอยู่ที่ 134kW) เพิ่มขึ้นถึง 16kW พร้อมทั้งมีประสิทธิภาพการใช้พลังงานที่ดีขึ้นอย่างเห็นได้ชัด โดยรวมแล้ว SiC ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพระบบได้ประมาณ 10%

นอกจากนี้ ความจุแบตเตอรี่ของรุ่น PHEV ได้เพิ่มจาก 17.5kWh เป็น 22.7kWh ทำให้ RAV4 รุ่นปี 2026 มีระยะทางขับขี่ด้วยโหมดไฟฟ้าล้วนเพิ่มขึ้นเป็น 100 กิโลเมตร จากเดิมที่รองรับเฉพาะการชาร์จไฟแบบ AC รุ่นใหม่นี้ยังรองรับการชาร์จเร็วแบบ DC สูงสุดถึง 50kW สามารถชาร์จไฟจาก 10% ถึง 80% ได้ภายในเวลาเพียง 30 นาที

ในด้านหลักการทำงาน เซมิคอนดักเตอร์กำลังแบบคาร์ไบด์ซิลิคอน (SiC) มีข้อได้เปรียบด้านทฤษฎีคือการสูญเสียพลังงานเพียงหนึ่งในสิบ และความถี่การทำงานสูงขึ้นถึง 10 เท่า จึงสามารถควบคุมกระแสและแรงดันไฟฟ้าในชุดควบคุมพลังงาน (PCU) ได้อย่างมีประสิทธิภาพ ลดการสูญเสียพลังงาน และเพิ่มประสิทธิภาพของระบบไฮบริดโดยรวม

อย่างไรก็ตาม เทคโนโลยี THS เจเนอเรชันที่ 6 จะถูกนำมาใช้ครั้งแรกกับ RAV4 PHEV รุ่นใหม่เท่านั้น ขณะที่รุ่น HEV ยังคงใช้ระบบ THS รุ่นที่ 5 ต่อไป

ตามข้อมูลที่ได้รับ ระบบไฮบริด THS เจเนอเรชันที่ 6 ซึ่งใช้เทคโนโลยีเซมิคอนดักเตอร์กำลังแบบคาร์ไบด์ซิลิคอน (SiC) ได้รับการพัฒนาร่วมกันโดย Toyota, Denso และศูนย์วิจัยกลางของ Toyota (CRDL) โดยย้อนกลับไปตั้งแต่ช่วงทศวรรษ 1980 CRDL ของ Toyota และ Denso ได้เริ่มต้นการวิจัยพื้นฐานที่เกี่ยวข้อง และในปี 2007 Toyota ก็ได้เข้าร่วมในการพัฒนานี้เช่นกัน จนกระทั่งในเดือนธันวาคม ปี 2013 Toyota ได้จัดตั้งห้องคลีนรูมเฉพาะสำหรับการวิจัยและพัฒนาเซมิคอนดักเตอร์ SiC ที่โรงงาน Hirose และได้ผลักดันการพัฒนาและประยุกต์ใช้อย่างต่อเนื่องนับแต่นั้นมา

หากคุณคุ้นเคยกับระบบ THS คุณอาจสงสัยว่าเหตุใด Toyota จึงยืนหยัดใช้เครื่องยนต์ความจุสูงควบคู่กับมอเตอร์ไฟฟ้ากำลังต่ำ (มอเตอร์ขับเคลื่อนล้อหน้าของ THS มีกำลังสูงสุดเพียง 88kW)

สาเหตุหลักคือในช่วงแรก ๆ (อาจก่อนปี 2015) วัสดุเซมิคอนดักเตอร์ในหน่วยควบคุมกำลัง (PCU) มีต้นทุนที่สูงมาก Toyota จึงจำเป็นต้องเลือกใช้ PCU กำลังต่ำและมอเตอร์กำลังต่ำเพื่อลดต้นทุนระบบไฟฟ้า แม้ว่าจะต้องแลกมากับต้นทุนด้านเทคนิคในการจูนระบบส่งกำลังให้เหมาะสมกับการขับขี่สูงขึ้นก็ตาม แต่ Toyota ก็ยังเลือกแบกรับต้นทุนด้านวิศวกรรมที่เพิ่มขึ้น แทนที่จะใช้อุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ราคาแพง ส่งผลให้แนวทางเทคโนโลยีนี้ยังคงดำเนินมาจนถึงปัจจุบัน

ภายใต้กลยุทธ์การส่งเสริมการใช้พลังงานไฟฟ้าในรถยนต์ของโตโยต้า และการลดลงของต้นทุนวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ แนวทางเทคโนโลยีเดิมของระบบ THS เริ่มมีการเปลี่ยนแปลง โดยเริ่มใช้มอเตอร์กำลังสูงขึ้น ใช้แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนแบบสามองค์ประกอบ และมีการนำวัสดุ SiC มาใช้ในระบบ เทคโนโลยีของ THS จะค่อยๆ ปรับเปลี่ยนไปสู่การใช้มอเตอร์กำลังสูงขึ้น แบตเตอรี่ความจุใหญ่ขึ้น และสมรรถนะที่แข็งแกร่งยิ่งขึ้น