ตัวขยายระยะทาง (Range extender) คือ หน่วยพลังงานเสริม (APU) ที่ใช้เชื้อเพลิง ซึ่งติดตั้งใน รถยนต์ไฟฟ้าเพื่อขับเคลื่อนเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเพื่อชาร์จแบตเตอรี่ขับเคลื่อนเมื่อแบตเตอรี่หมด ทำให้ระยะทางของรถยนต์เพิ่มขึ้นเกินกว่าที่แบตเตอรี่เพียงอย่างเดียวจะให้ได้ การกำหนดค่าแบบอนุกรมนี้เรียกว่า ระบบขับเคลื่อน ไฮบริดแบบอนุกรมซึ่งแหล่งกำเนิดการเผาไหม้จะสร้างกระแสไฟฟ้าแทนที่จะขับเคลื่อนล้อโดยตรง ตัวขยายระยะทางที่ใช้กันทั่วไปมากที่สุดคือเครื่องยนต์สันดาปภายในแต่ ก็มีการพัฒนา เซลล์เชื้อเพลิงไมโครเทอร์ไบน์เครื่องยนต์ลูกสูบอิสระและเครื่องกำเนิดไฟฟ้าประเภทอื่นๆ ด้วยเช่นกัน^{[ 1 ]}

รถยนต์ที่ติดตั้งอุปกรณ์เพิ่มระยะทางเรียกว่ารถยนต์ไฟฟ้าขยายระยะทาง (REEV หรือ EREV)

ระบบขยายระยะทางส่วนใหญ่ที่ใช้งานอยู่จะใช้เครื่องยนต์สันดาปภายใน แบบลูกสูบ ขับเคลื่อนเครื่องกำเนิดไฟฟ้า เนื่องจากเครื่องยนต์ในรูปแบบไฮบริดอนุกรมไม่จำเป็นต้องปรับกำลังเอาต์พุตให้สอดคล้องกับความเร็วหรือภาระของยานพาหนะ เนื่องจากงานนั้นถูกจัดการโดยมอเตอร์ไฟฟ้าและแบตเตอรี่ ดังนั้นเครื่องยนต์จึงสามารถมีขนาดตามความต้องการกำลังเฉลี่ยของยานพาหนะแทนที่จะเป็นความต้องการสูงสุด และสามารถทำงานที่ความเร็วรอบที่ มีประสิทธิภาพทางความร้อนสูงสุดหรือใกล้เคียงกับความเร็วรอบนั้น ได้ ซึ่งจะช่วยลดการสิ้นเปลืองเชื้อเพลิงในระหว่างการใช้งานระบบขยายระยะทาง และเมื่อเทียบกับเครื่องยนต์ขับเคลื่อนแบบดั้งเดิมที่ต้องรับภาระที่เปลี่ยนแปลงไป จะช่วยลดการสึกหรอ^{[ 2 ]}

โดยทั่วไปแล้ว ขนาดความจุเครื่องยนต์ในรถยนต์เสริมระยะทางจะมีขนาด 0.6–1.5 ลิตรสำหรับรถยนต์นั่งส่วนบุคคลมาสด้า ใช้ เครื่องยนต์ Wankel ขนาด กะทัดรัด830 ซีซี ในMX-30 R-EVโดยใช้ประโยชน์จากความกะทัดรัดของเครื่องยนต์โรตารี่เมื่อเทียบกับกำลังขับ ส่วนรถยนต์สำหรับงานหนัก เช่น รถกระบะ จะใช้เครื่องยนต์ขนาดใหญ่กว่า ตัวอย่างเช่นRam 1500 REV ใช้เครื่องยนต์เบนซิน V6ขนาด 3.6 ลิตรเป็นเครื่องกำเนิดไฟฟ้า

เครื่องยนต์Wankelได้รับความสนใจในฐานะเครื่องขยายระยะทางเนื่องจากมีอัตราส่วนกำลังต่อน้ำหนัก สูง และขนาดกะทัดรัดเมื่อเทียบกับปริมาตรกระบอกสูบ ทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพสูงสุดที่ความเร็วคงที่ ทำให้การใช้งานเฉพาะเครื่องกำเนิดไฟฟ้าในรถยนต์ไฟฟ้าขยายระยะทางเหมาะสมกว่าในระบบขับเคลื่อนแบบดั้งเดิมที่ความเร็วที่เปลี่ยนแปลงจะลดประสิทธิภาพของเครื่องยนต์โรตารี่ Mazda ได้นำเครื่องขยายระยะทาง Wankel ที่ผลิตจริงมาใช้ในMX-30 R-EVและได้ทำการวิจัยเกี่ยวกับเครื่องขยายระยะทางโรตารี่ที่ใช้เชื้อเพลิงไฮโดรเจน^{[ 3 ]}

เครื่องกำเนิดไฟฟ้าเชิงเส้นแบบลูกสูบอิสระ (FPLG) แทนที่ กลไก เพลาข้อเหวี่ยงและก้านสูบแบบดั้งเดิมด้วยลูกสูบที่แกว่งได้อย่างอิสระระหว่างห้องเผาไหม้และห้องรีบาวด์ ซึ่งขับเคลื่อนเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเชิงเส้นโดยตรง การไม่มีเพลาข้อเหวี่ยงช่วยขจัดการสูญเสียแรงเสียดทานที่เกี่ยวข้องกับการแปลงการเคลื่อนที่เชิงเส้นเป็นการเคลื่อนที่แบบหมุน และอุปกรณ์นี้สามารถรองรับเชื้อเพลิงได้หลากหลายมากขึ้น รวมถึงไฮโดรเจนและเชื้อเพลิงชีวภาพ การออกแบบลูกสูบอิสระแสดงให้เห็นถึงประสิทธิภาพที่สูงกว่าและเสียง การสั่นสะเทือน และความกระด้างที่ต่ำกว่าเครื่องยนต์เพลาข้อเหวี่ยงที่เทียบเท่ากันในสภาพห้องปฏิบัติการ แม้ว่า ณ ปี 2025 ยังไม่มีเครื่องขยายระยะแบบลูกสูบอิสระใดเข้าสู่การผลิต^{[ 4 ]}

ไมโครเทอร์ไบน์มีอัตราส่วนกำลังต่อน้ำหนักสูงและความสามารถในการทำงานด้วยเชื้อเพลิงหลายชนิด รวมถึงก๊าซธรรมชาติก๊าซชีวภาพและไฮโดรเจนในขณะที่ปล่อยมลพิษต่ำ มีการประมาณการว่าเครื่องขยายระยะทางแบบไมโครเทอร์ไบน์ขนาด 35 กิโลวัตต์มีน้ำหนักเบากว่าเครื่องยนต์ลูกสูบที่เทียบเท่ากันประมาณ 50% และมีขนาดเล็กกว่าประมาณ 40% โดยมีประสิทธิภาพเชิงความร้อน 30–35% ^{[ 5 ]}เทอร์ไบน์ทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพสูงสุดที่ความเร็วคงที่ ทำให้บทบาทของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเพียงอย่างเดียวในรถยนต์ที่ขยายระยะทางเหมาะสมกว่าการใช้งานในรถยนต์ที่มีความเร็วแปรผัน องค์กรด้านวิศวกรรม เช่นDelta Motorsport (ร่วมกับCosworth ) และWrightspeedได้พัฒนาเครื่องขยายระยะทางแบบไมโครเทอร์ไบน์สำหรับยานยนต์ อย่างไรก็ตาม ยังไม่มีเครื่องขยายระยะทางแบบไมโครเทอร์ไบน์ใดเข้าสู่การผลิตรถยนต์นั่งส่วนบุคคลในปริมาณมาก ณ ปี 2025 แม้ว่าเทคโนโลยีนี้จะได้รับการพิสูจน์แล้วในการใช้งานรถบรรทุกเชิงพาณิชย์

เซลล์เชื้อเพลิงแปลงไฮโดรเจนหรือเชื้อเพลิงอื่น ๆ เป็นไฟฟ้าโดยตรงผ่าน ปฏิกิริยา ทางเคมีไฟฟ้าโดยไม่มีการเผาไหม้ เซลล์เชื้อเพลิงมีประสิทธิภาพมากกว่าเครื่องยนต์สันดาปในการผลิตแบบคงที่และไม่ก่อให้เกิดมลพิษในพื้นที่เมื่อใช้ไฮโดรเจน เซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจนถูกใช้เป็นตัวขยายระยะทางในรถโดยสารไฟฟ้าแบตเตอรี่ — ตัวอย่างเช่นMercedes-Benz eCitaroรุ่นเซลล์เชื้อเพลิงมีระยะทางประมาณ 400 กม. (250 ไมล์) เมื่อเทียบกับ 280 กม. (170 ไมล์) สำหรับรุ่นแบตเตอรี่อย่างเดียว โดยใช้เซลล์เชื้อเพลิง Toyota ขนาด 60 กิโลวัตต์ในการชาร์จแบตเตอรี่^{[ 6 ]}อุปสรรคในทางปฏิบัติสำหรับตัวขยายระยะทางเซลล์เชื้อเพลิงในรถยนต์โดยสาร ได้แก่ โครงสร้างพื้นฐานการเติมไฮโดรเจนที่จำกัด ต้นทุนของชุดเซลล์เชื้อเพลิง และความท้าทายของการจัดเก็บไฮโดรเจนบนรถ

การพัฒนาเทคโนโลยีขยายระยะการใช้งานโดยทั่วไปแบ่งออกเป็น 3 รุ่นตามประเภทของเครื่องยนต์หลัก: ^{[ 7 ]}

• รุ่นแรก : เครื่องยนต์สันดาปภายในแบบลูกสูบสำเร็จรูป ที่ดัดแปลงเพื่อใช้ในงานเครื่องกำเนิดไฟฟ้า
• รุ่นที่สอง : เครื่องยนต์ที่ออกแบบมาโดยเฉพาะเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในการทำหน้าที่เป็นเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่โหลดคงที่และความเร็วคงที่ในระบบไฮบริดแบบอนุกรม ซึ่งรวมถึงเครื่องยนต์แวนเคลเครื่องยนต์สันดาปแบบโรตารี่และเครื่องยนต์ลูกสูบอิสระที่มีการผลิตกระแสไฟฟ้าในตัว
• รุ่นที่สาม : ไมโครเทอร์ไบน์และเซลล์เชื้อเพลิงที่ทำงานที่ภาระคงที่ ให้ประสิทธิภาพสูงกว่าและปล่อยมลพิษน้อยกว่าวิธีการแบบใช้ลูกสูบ แต่มีความซับซ้อนและต้นทุนสูงกว่า

ภายใต้การแก้ไขเพิ่มเติมในปี 2012 ของ ระเบียบข้อบังคับเกี่ยวกับ ยานพาหนะที่ปล่อยมลพิษเป็นศูนย์ซึ่งได้รับการรับรองโดยคณะกรรมการทรัพยากรทางอากาศแห่งแคลิฟอร์เนีย (CARB) ยานพาหนะไฟฟ้าแบตเตอรี่แบบขยายระยะทางที่กำหนดเป็นBEVxจะต้องเป็นไปตามเกณฑ์ต่อไปนี้: ^{[ 8 ]}

• ยานพาหนะดังกล่าวต้องมีระยะการวิ่งด้วยไฟฟ้า ล้วน อย่างน้อย 120 กิโลเมตร (75 ไมล์) ซึ่งสูงกว่า 50 ไมล์ (80 กิโลเมตร) ที่กำหนดไว้สำหรับยานพาหนะที่ปล่อยมลพิษเป็นศูนย์
• APU ต้องให้ระยะการใช้งานเพิ่มเติมที่น้อยกว่าหรือเท่ากับระยะการใช้งานของแบตเตอรี่
• ห้ามใช้งาน APU จนกว่าแบตเตอรี่จะหมด
• ยานพาหนะดังกล่าวต้องเป็นไปตาม ข้อกำหนด ของยานพาหนะที่มีการปล่อยมลพิษต่ำมากเป็นพิเศษ (SULEV) และ
• APU และระบบเชื้อเพลิงที่เกี่ยวข้องทั้งหมดต้องเป็นไปตามข้อกำหนดการปล่อยไอระเหย เป็นศูนย์

รถยนต์ BMW i3ปี 2014 ที่มีชุดขยายระยะทางเสริมเป็นรถยนต์คันแรกที่ได้รับการรับรอง BEVx ^{[ 8 ]}

GB 36980.1-2025 ใช้กับรถยนต์ไฟฟ้าและรถยนต์ไฮบริดทุกคันในประเทศจีน รวมถึงรุ่นขยายระยะทาง และกำหนดระยะทางไฟฟ้าขั้นต่ำที่ 100 กิโลเมตร (60 ไมล์) และจำกัดการใช้เชื้อเพลิงในโหมดรักษาแบตเตอรี่เป็นเปอร์เซ็นต์ของขีดจำกัดภายใต้ GB 19578-2024 โดยขึ้นอยู่กับน้ำหนักรถเปล่า^{[ 9 ]}

การประยุกต์ใช้ตัวขยายระยะทางในยานยนต์ที่สำคัญที่สุดคือรถยนต์ไฟฟ้าขยายระยะทางซึ่ง APU จะชาร์จแบตเตอรี่ขนาดใหญ่ที่ใช้ขับเคลื่อนมอเตอร์ขับเคลื่อนเพียงอย่างเดียว

มีการเสนออุปกรณ์ขยายระยะทางสำหรับรถยนต์ไฟฟ้าแบตเตอรี่ที่มีความต้องการระยะทางสูงซึ่งยากที่จะตอบสนองได้อย่างคุ้มค่าด้วยแบตเตอรี่เพียงอย่างเดียว รวมถึงรถกระบะขนาดใหญ่และรถ SUV ขนาดใหญ่ฟอร์ดถือสิทธิบัตรเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเบนซินแบบติดตั้งบนกระบะสำหรับรถบรรทุกไฟฟ้าของตน^{[ 10 ]}

ระบบเพิ่มระยะการขับเคลื่อนในรูปแบบของชุดเครื่องกำเนิดไฟฟ้าดีเซล-ไฟฟ้าถูกนำมาใช้ในเรือเดินทะเลดีเซล-ไฟฟ้ามานานแล้ว โดยที่เครื่องยนต์ดีเซลขับเคลื่อนเครื่องกำเนิดไฟฟ้าและมอเตอร์ไฟฟ้าขับเคลื่อนเรือ ซึ่งเป็นการกำหนดค่าที่เหมือนกับรถยนต์ไฮบริดแบบอนุกรมบนท้องถนนทุกประการ การจัดเรียงนี้ช่วยให้เครื่องยนต์ดีเซลทำงานที่ความเร็วที่มีประสิทธิภาพสูงสุดโดยไม่ขึ้นอยู่กับความต้องการของใบพัด

เซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจนถูกนำมาใช้เป็นตัวขยายระยะทางสำหรับรถโดยสารไฟฟ้าที่ใช้แบตเตอรี่ทำให้สามารถวิ่งเส้นทางระหว่างเมืองได้ไกลขึ้น ซึ่งไม่สามารถทำได้ด้วยพลังงานแบตเตอรี่เพียงอย่างเดียว รถ โดยสารไฟฟ้า Mercedes-Benz eCitaroรุ่นเซลล์เชื้อเพลิงใช้เซลล์เชื้อเพลิง Toyota ขนาด 60 kW เพื่อชาร์จแบตเตอรี่ ทำให้ระยะทางเพิ่มขึ้นจาก 280 กม. (170 ไมล์) เป็น 400 กม. (250 ไมล์) ^{[ 11 ]}ระบบไฮบริดแบบเสียบปลั๊กอนุกรมที่ใช้เครื่องยนต์สันดาปภายในเป็นตัวขยายระยะทางถูกนำมาใช้ในรถโดยสารไฮบริดเช่นGemini 2ของWrightbusและNew Routemaster ^{[ 12 ]}

ตัวขยายระยะการบินได้รับการประเมินสำหรับยานบินไร้คนขับ (UAV) ในกรณีที่น้ำหนักของแบตเตอรี่จำกัดระยะเวลาการบิน โครงการ Wolverine 3 ในปี 2010 ใช้ตัวขยายระยะการบินแบบ ICE เพื่อขยายเวลาการบินของ UAV ให้เกินกว่าที่แบตเตอรี่จะรองรับได้เพียงอย่างเดียว^{[ 13 ]}

• รถยนต์ไฟฟ้าระยะไกล
• รถยนต์ไฟฟ้าไฮบริดแบบเสียบปลั๊ก
• ไฮบริดแบบอนุกรม
• ระบบขับเคลื่อนรถยนต์ไฮบริด
• รถยนต์เซลล์เชื้อเพลิง
• ไมโครเทอร์ไบน์