През 2007 година бе дадено началото на проекта на BMW, наречен просто Project i...
Очертават се интересни времена. Да вярваме ли на теориите, че след десетина години двигателят с вътрешно горене ще играе маргинална роля в задвижването на автомобилите? Не мисля. Спомням си, че през 2008 година, когато цената на барел петрол достигна 148 долара, фирмите за анализи предричаха стойности от 250 долара около 2017 година. Нищо подобно не се случи – за да ни убеди отново, че често сложните аналитични модели почиват на също толкова сложна съвкупност от мъгляви фактори. Какъв ще е делът на електромобилите след десет години? Един господ знае. Научните открития са плод на много труд, работа и понякога случайност, така че не е ясно с каква скорост ще се развиват технологиите в областта на батериите и системите за очистване на газовете на двигателя с вътрешно горене. Безспорен е фактът обаче, че автомобилните фирми трябва да инвестират сериозни средства за развитието на електрическата мобилност и по възможност да участват в съвместни предприятия с химически концерни, които произвеждат литиево-йонни клетки. Защото именно в тази технология е разковничето на развитието на електрическата мобилност. Ярък пример в тази насока е компанията Samsung SDI, която изпревари всички конкуренти предлагайки литиево-йонна клетка с капацитет от 37 Ач с размера на досегашните 25 амперчасови клетки. Това например накара VW веднага да смени доставчика си и от Sanyo/Panasonic премина към 37 амперчасови клетки на Samsung осигурявайки по този начин значително увеличаване на капацитета и пробега на модели като e-Golf. За разлика от VW обаче който използва както за plug-in хибридните си, така и за електрическите модели въпросните, компромисни по отношение на плътността на енергията и мощността батерийни клетки, то от BMW смятат за по-рационално да оборудват с различни клетки електрическите и plug-in хибридните модели. За първите по-подходящи са клетките с голяма енергийна плътност, а за вторите – с голяма плътност на мощността. BMW отдавна работи със Samsung и може да остане лоялна към компанията-доставчик, защото, както споменахме, корейската фирма се превръща в лидер в тази област.
Литиево-йонната революция
В младата електрифицирана моделна линия на BMW, която вече включва широка гама от plug-in версии на X5, Серия 2 Active Tourer, Серия 3, а отскоро и на Петицата и Седмицата, както и i моделите i3 и i8, очевидно също предстоят актуализации свързани с новите технологични решения на Samsung в областта на литиево-йонните клетки. Пример за това е новата версия на i3, която премина от батерия с клетки с капацитет от 60 Ач, към батерия с клетки с 90 Ач – така при същия брой клетки общият капацитет на батерията нарасна от 22 на 33 кВтч, а пробегът се увеличи с 50 процента – от 190 на 300 км по цикъла NEDC и 200 в реални условия на експлоатация. Така, 3,5 години след представянето си на пазара моделът, който вече е най-продаваният компактен електромобил в луксозния компактен сегмент се сдоби със сериозен ъпгрейд (засега остава хипотеза версията i3S с батерия с капацитет от 50 кВтч, захранвана с много по-мощни клетки, които не са призматични, а от новия цилиндричен тип 21 700). Дали и срещу какви суми BMW ще предлага смяна на акумулаторния пакет, все още не е ясно. Почти сигурно е обаче че и plug-in моделите постепенно ще получат актуализации на акумулаторите на фона на значително ускорения процес на развитие на литиево-йонните клетки. Във версиите за plug-in хибриди само замяната на досегашните клетки от 20 Ач на i8 биха донесли прираст от 7,1 кВт на 13 кВтч в капацитета. Значителен би бил ръстът и при X5 xDrive 40i ако клетките бъдат заменени от сегашните с капацитет от 26 Ач с такива с 37 Ач. Засега Tesla и доставчика им Sanyo/Panasonic, както и GM с техния LG Chem водят лидерството по отношение на себестойността на елементите, но това вероятно ще се промени когато Samsung SDI построи своя завод в Европа.
От BMW обаче все още не търсят най-ниската цена. Подобно нещо никога не е било най-важния елемент от маркетинговото уравнение на компанията, макар че като всяка и тя търси намаляване на себестойността. Независимо какво точно продава, компанията иска до да бъде на нивото на най-добрите технологични решения. Илън Мъск и Tesla безспорно са новатори и заслужават огромни адмирации за упоритостта с която налагат електрическата си философия. Да стартираш автомобилна компания, по която всички да се мерят през 21 век е наистина уникално постижение. Но медалът има и друга страна. BMW не биха си позволили проблеми с качеството, каквито например имат алуминиевите каросерии на Tesla Model S и Model X.
Синхронният електрически мотор на BMW използван в модела i3, конструиран и произвеждан от BMW и създаден по така наречената хибридна технология е много по-ефективен от машините използвани от Tesla. Очевидно е че стратегията на компанията за разработване на електрически машини от нулата (които отделът по маркетинг сполучливо нарече Born Electric) работи.
Всъщност всичко започва точно преди десет години, а срещата ни с електрическата моделна гама на BMW край Виена е един добър повод да си припомним за историята, която седи зад всичко това.
2007: Началото на новата ера
Ако разлистим архивите с технологичните разработки на BMW ще установим че разработките в тази област не са чужди на компанията. Както повечето високотехнологични компании и BMW не пропускат да създадат по някой и друг електрически модел в името на науката и чиято стойност е по-скоро показателна за това колко неконкурентноспособен си остава този вид превоз на фона на конвенционалния. Още през 1969 година е създадена електрическа версия на модела 1602, която е използвана на олимпийските игри през 1972 година. Към серията от проекти можем да причислим и последователния хибрид създаден на базата на трета серия Е36 и пета серия Е34 от 1994 година или създаденият през 1991 година от Technik Gmbh модел BMW Е1, както и на хибридните X5 от 2001 година и Х3 със суперкондензатори от 2004 година.
Но…времената се менят. Цените на нефта започват стремително да растат след 2003 година, нормите за емисии се стягат все повече и в края на първото десетилетие на ХХ век в баварската компания вече тече интензивна и не спорадична, а последователна аналитична работа в електрическата област. Тя включва анализ на данните от шестстотинте електромобила Mini E (имах щастието да шофирам един от тях тогава) които се намират в ръцете на избрани клиенти в Европа и САЩ. Именно резултатите от тези полеви тестове окончателно карат инженерите да вземат някои важни решения относно концепцията на бъдещия електрически автомобил на компанията. Така се ражда базираният на Серия 1 BMW Active E, който за разлика от Mini E е с разположен в задната част задвижващ агрегат, пълноценни задни места и багажник. Но и той е само междинно стъпало затвърдило убеждението че конструкторите на BMW трябва да поемат в различна посока от тази която вървят колегите им от GM, Renault и Mitsubishi например.
Всъщност всичко започва през 2007 година когато, анализирайки икономическите и техническите тенденции, отговорните фактори за развитието на BMW Group начертават нова „пътна карта” за бъдещето на компания. Като начало стратегията Number One включва запазване на независимостта, сериозни инвестиции във високи технологии и разбира се ефективност и доходност. Целта е компанията да „запази лидерската си позиция като производител на висококачествени премиум продукти”. В хода на развитието на тази стратегия постепенно изкристализира изцяло ново направление което е наречено Project i - инициатива за създаване на напълно нови концепции за мобилност. Този проект трябва да е фокусна точка на разработки които впоследствие могат да бъдат пренесени във всички звена на компанията. При това тук не става дума само за нови процеси и технологии, а изцяло нов прочит на представата за мобилност. Дори за компания като BMW, разполагаща с невероятен развоен потенциал, подобна мащабна идея изисква неконвенционален подход, поради което е създадена напълно нова проектна организация. От всички технологични и проектантски звена на фирмата са изтеглени висококвалифицирани конструктори и инженери с изключителни възможности и най вече – с развинтена фантазия. Новият екип разполага с пълна свобода и не е ангажиран пряко с някоя от марките на групата. Напълно независим той трябва да търси не само високотехнологичен, но и различен подход към нещата, има правото да комуникира и обменя информация с всеки друг отдел на компанията и разполага със солиден бюджет. Той съществува извън звената FIZ (Центърът на развойна дейност и иновации) и Technik Gmbh (звено за фундаментални научни изследвания).
Хора с развинтено мислене
Естествено конструкторите не започват проектите си от нулата – все пак компанията вече разполага с множество разработки на различни отдели и центрове които могат да бъдат задействани и развити чрез Project i. Той трябва обедини и роди широк спектър от идеи – както по отношение на въпросните проекти и цели технологични процеси, така и на връзки с други компании.
Още първият от тях се оказва нещо наистина уникално – концепция за революционен електрически градски автомобил е наречен от конструкторите му Megacity Vehicle. Формулата за реализацията му е изненада дори за идейните генератори на Project i - това е автомобил с изцяло електрическо задвижване, но конструкторите му не изключват и създаването на версия оборудвана с маломощен двигател, който да удължава пробега подобно на първоначалната версия на Chevrolet Volt. Разбира се дотук нищо не изглежда революционно, но пътят по който поемат конструкторите за реализацията му се оказва уникален. За партньор е избрано съвместното предприятие на Samsung и Bosch SB LiMotive. Създадената през 2008 година компания трябва да има отговорност за доставката на клетките на батериите (впоследствие, след прекратяването на съществуването и, доставчик ще стане Samsung SDI). Към нея се добавя американската SGL Automotive Carbon Fibers (за производство на въглеродни влакна и тъкани на тяхна база). Именно тук – в композитните материали се крие и едно от разковничетата новия проект.
Въпросът е в това, че един от основните изводи от изследванията и анализите на действащите електрическите модели под форматга на Mini Е и BMW Active E е че създаването на чисто електрически модел на базата на вече съществуващ автомобил с ДВГ не е оптимално решение, тъй като задвижващите компоненти и акумулаторната батерия имат специфични експлоатационни изисквания и конструкция и използването на конвенционални платформи не дават възможност за оптимизиране на архитектурата при изцяло електрическо задвижване. Специфичните им характеристики изискват специфичен подход при създаването на компановката и проектът за MCV поема именно в тази посока – към създаване на автомобил с изцяло адаптирана компановка, която конструкторите обикновено наричат purpose build vehicle.
Новата роля на карбона
От изследванията инженерите се убеждават че монтирането на акумулаторни батерии осигуряващи пробег по-голям от около 160 км при тогавашното ниво на технологиите изключително много повишава теглото и само по себе си увеличава неимоверно разхода на енергия. Тъй като подобен пробег се смята за оптимален за автомобил с изцяло електрическо задвижване, а за MCV е решено че ще бъде с размерите на компактен четириместен автомобил, за предел се приема капацитет на батериите от около 22 кВтч. Дори този акумулаторен пакет обаче при въпросното ниво на развитие на литиево-йонните технологии е доста тежък и би увеличил значително теглото. Това статукво е факт и дори от експертите в областта на литиево-йонните клетки не може да се очаква чудо. Затова конструкторите на Project i поемат в друга посока – към създаване на максимално олекотена конструкция, която да компенсира увеличеното тегло. Именно тук на помощ идват вече разработките на други отдели и така се ражда нова концепция, съставена от две основни части и наречена LifeDrive. Парадоксалното в случая е че инженерите избират като най-оптимална архитектура отдавна забравената от масовото производство на леки автомобили конструкция с носеща рама и монтирана върху нея отделна каросерия. По подобие на класическите компановки отпреди половин век надлъжните „греди” на рамата се издигат дъгообразно в задната част за да приютят елементите на окачването и задвижването – според инженерите опитът с Mini E е показал категорично че поради огромният въртящ момента на електрическите машини наличен още при нулеви обороти задното предаване е за предпочитане. Заради малките размери на електромотора, по-малкото съпротивление при пренос на въртящия момент и липсата на необходимост от насрещен поток за охлаждане е по-оптимално въпросният мотор (и силовата електроника) е разположен директно отзад. В решението за използване на носеща рама има изключително рационална идея тъй като именно тя ще приюти в централната си част целия акумулаторен пакет (с което се гарантира безопасността), изключително нисък център на тежестта и възможност за оптимално разпределение на теглото в най-добрите традиции на BMW. За разлика от тежките стоманени лонжеронни конструкции тук рамата е изработена от изключително лека и здрава алуминиева сплав, която има голямото предимство да може да може да бъде предварително програмирана по отношение на енергоабсорбиращи функции. Именно с подобна идея за проектирани предната (поради липсата на двигател тази задача е улеснена) и задната част. Върху задвижващата част наречена логично Drive е разположена каросерията изработена от високотехнологичния композитен материал Carbon Fibre Reinforced Polymer (Plastic) или CFRP. Тази „усилен с въглеродни нишки полимер” добре известен от болидите от Формула 1 има безспорни качества като структурен елемент за автомобилосторенето. Именно на този материал пилотите дължат безопасността на своите автомобили. Значително по-здрав от стоманата и алуминия, той е съответно с 50 и с 30 процента по-лек от тях, не кородира и не се влияе от климатичните условия.
BMW обаче няма намерение на създава електромобили с цената на болид от Формула 1 – решението за използване на тези композити всъщност се дължи на тогава вече над десетгодишна развойна дейност, която позволява на компанията да създаде технологични процеси за серийно производство на детайли от CFRP на ниска себестойност, различни от скъпият процес при който се изработват шаситата на болидите от Формула 1. Изключително здравата конструкция на каросерията и алуминиевата носеща рама поели на плещите си и най-тежките краш тестове, ниският център на тежестта и перфектното разпределение на теглото в типичното за BMW съотношение от 50:50 дават възможност за директно управление и бързи реакции при резки маневри. Същевременно с това CFRP дава възможност за създаване на високо нива на комфорт, тъй като изключително устойчивата на усукване каросерия ефективно поглъща силите породени от неравностите. Новата концепция дава възможност и оптимално оформление на интериора с повече пространство, а подът и е изцяло равен.
Подобна архитектура на електромобила дава възможност за гъвкавост при производствените процеси, тъй като всеки от компонентите може да бъде произвеждан отделно, в различни заводи и после всичко да бъде обединено.
Паралелно с това BMW ще развива и своята хибридна гама преминала от Two Mode хибрида X6 Active Hybrid, през философията на мощните хибридни версии на Серия 7, Серия 5 и Серия 3, за да еволюира в сегашната plug-in хибридна гама с много по-голям превес на електрическата компонента. А уроците научени при създавато на i3 ще родят високотехнологичния i8.
(следва)
Текст Георги Колев
Естребовски
Колев,защо триете?Как ще има въртящ момент при нулеви обороти.Ти знаеш ли формулата? Излагаш се човек.Честно ти казвам.Само Чък Норис може да дели на нула.Като превеждаш,спазвай законите на физиката.Иначе мога и по рязко да се изкажа. M=9550.N/n ,Nm (където М – въртящ момент, n – обороти на двигателя, N – мощност при обороти n).