BMW Group เผยกลยุทธ์ Powertrain Electrification พัฒนาระบบขับเคลื่อนไฟฟ้า โดยแบ่งออกเป็น 3 ส่วนหลัก คือ (1) ระบบแบตเตอรี่ (2) ระบบ Power electronics หรือ ระบบอิเล็กทรอนิกส์ควบคุมการส่งกำลัง และ (3) ระบบมอเตอร์ไฟฟ้า โดย BMW Group ตัดสินใจที่จะพัฒนาและผลิตทั้ง 3 ส่วนนี้ด้วยทีมวิศวกรชั้นหัวกระทิของบริษัท...

กลยุทธ์ Powertrain Electrification เป็นการต่อยอดปรัชญา EfficientDynamics ด้วยจุดประสงค์ในการพัฒนาระบบขับเคลื่อนที่ให้ประสิทธิภาพการประหยัดพลังงานสูงขึ้น คายไอเสียน้อยลง และในเวลาเดียวกันเพิ่มสมรรถนะการขับขี่ เพียงแต่ใช้พลังงานไฟฟ้าเป็นพื้นฐาน ในแง่ของผลิตภัณฑ์ การประยุกต์ใช้เทคโนโลยี Powertrain Electrification จะแตกแขนงออกเป็น 2 ส่วน คือ เทคโนโลยี BMW ActiveHybrid ที่นำระบบขับเคลื่อนไฟฟ้าผสมผสานกับระบบเครื่องยนต์ และเทคโนโลยี Electro-Mobility หรือยานยนต์พลังงานไฟฟ้า

ระบบแบตเตอรี่ High Voltage เป็นแหล่งพลังงานหลักสำหรับรถยนต์ไฮบริดและรถยนต์พลังงานไฟฟ้า ซึ่งจะทำหน้าที่จ่ายพลังงานให้กับระบบมอเตอร์ขับเคลื่อน ยกตัวอย่างเช่น ในรถ BMW ActiveHybrid 7 วิศวกรของบีเอ็มดับเบิลยูได้ออกแบบให้ระบบแบตเตอรี่ high voltage เป็นแบตเตอรี่แบบลิเธียมไอออน ขนาด 35 เซลล์ ซึ่งมีขนาดกะทัดรัดจัดวางตำแหน่งอยู่ในห้องเก็บสัมภาระท้ายรถ มันมีความสามารถในการให้พลังงาน 0.8 กิโลวัตต์-ชั่วโมง (kWh, kilowatt hours: หน่วยของพลังงาน) และสามารถให้กำลังสูงสุด 19 กิโลวัตต์ (kW, kilowatt: หน่วยของกำลัง)

...


BMW Group วางคอนเซ็ปต์การพัฒนาระบบแบตเตอรี่ High Voltage ให้มีโครงสร้างแบบ Module เพื่อให้สามารถตอบสนองความต้องการกำลังและพลังงานที่แตกต่างกันของรถแต่ละรุ่นได้อย่างยืดหยุ่นและมีประสิทธิภาพในอนาคต ด้วยคอนเซ็ปต์โครงสร้างแบบ module นอกจากวิศวกรจะสามารถออกแบบระบบแบตเตอรี่ High Voltage ให้มีศักยภาพความจุพลังงานแปรผันตามความต้องการของรถแต่ละรุ่นแล้ว ยังสามารถให้ความยืดหยุ่นกับวิศวกรในการออกแบบตำแหน่งการจัดวางตัวแบตเตอรี่ด้วย ยกตัวอย่างเช่น BMW ActiveE มีแบตเตอรี่ High Voltage อยู่ 3 ส่วน แต่ละส่วนมีขนาด รูปร่าง และจำนวนเซลล์แตกต่างกัน ส่วนหนึ่งจัดเก็บอยู่ในตำแหน่งอุโมงค์เกียร์ อีกส่วนอยู่ด้านหน้า ในขณะที่อีกส่วนอยู่ด้านท้ายรถ ทั้ง 3 ส่วนเชื่อมต่อกันเพื่อให้ได้ศักยภาพความจุพลังงานที่ต้องการสำหรับป้อนพลังงานระดับ 30 กิโลวัตต์-ชั่วโมงให้กับระบบมอเตอร์ไฟฟ้าขับเคลื่อนขนาด 125 กิโลวัตต์


ด้วยปรัชญา EfficientDynamics ที่นอกจากจะมุ่งเน้นการเพิ่มสมรรถนะด้วยการเพิ่มประสิทธิภาพ วิศวกรของ BMW Group  จึงให้ความเอาใจใส่ในการออกแบบระบบของระบบแบตเตอรี่ High Voltage เป็นพิเศษ คำว่า ระบบ ในที่นี้หมายรวมถึง เทคนิคการเชื่อมต่อเซลล์ของแบตเตอรี่ ระบบเซ็นเซอร์และคอมพิวเตอร์บริหารแบตเตอรี่ รวมถึง Housing ของตัวแบตเตอรี่และระบบทำความเย็น ซึ่งแต่ละส่วนดังกล่าวจะเป็นตัวแปรสำคัญในการเพิ่มสมรรถนะและประสิทธิภาพให้อยู่ในระดับสูงสุด


Power electronics System หรือ ระบบอิเล็กทรอนิกส์ควบคุมการส่งกำลัง ทำหน้าที่เป็นตัวกลางระหว่างระบบแบตเตอรี่และระบบมอเตอร์ไฟฟ้า โดยมีหน้าที่ทั้งเป็น Inverter แปลงไฟฟ้ากระแสตรง (DC: Direct Current) ให้เป็นไฟฟ้ากระแสสลับ (AC: Alternate Current) เพื่อป้อนพลังงานให้กับระบบมอเตอร์ไฟฟ้า และเป็น Voltage transducer เพื่อปรับกำลังไฟฟ้าจากระบบแบตเตอรี่ high voltage เพื่อป้อนพลังงานให้กับระบบ on-board แบตเตอรี่แบบ 12-โวลต์ หนึ่งในหัวใจหลักของระบบ Power electronics คือ ซอฟแวร์บริหารและควบคุมระบบ ซึ่งสามารถทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพและสามารถสร้างสมรรถนะในการขับเคลื่อนได้สูงสุด หนึ่งในตัวอย่างของความซับซ้อนของการทำงานของระบบ Power electronics คือ การบริหารจัดการวัฏจักรพลังงานของระบบมอเตอร์ไฟฟ้าที่ทำหน้าที่เป็นทั้งระบบขับเคลื่อนและระบบกำเนิดกระแสไฟฟ้าในตัว นอกจากนั้นสำหรับระบบ Plug-in hybrid หรือระบบชาร์จไฟของรถพลังงานไฟฟ้า ระบบ Power electronics จะรับหน้าที่บริหารการชาร์จแบตเตอรี่ด้วย

...


วิศวกรของ BMW Group ออกแบบระบบ Power electronics โดยเน้นประสิทธิภาพในการแปลงกระแสไฟฟ้าและการจ่ายพลังงานเป็นพิเศษ เพื่อให้สมรรถนะการขับขี่มีความปราดเปรียวคล่องตัวและตอบสนองสภาพการขับขี่ได้สูงสุด พร้อมทั้งยังมีประสิทธิภาพการประหยัดพลังงานดีที่สุดด้วย ระบบ Power electronics จะต้องสามารถจ่ายพลังงานไฟฟ้าให้กับระบบขับเคลื่อนและระบบ on-board ไปพร้อมๆ กัน ที่ระดับความต้องการพลังงานแตกต่างกันภายใต้สภาวะการขับขี่ต่างๆ ระบบ on-board มีความต้องการพลังงานอยู่ในระดับไม่กี่ร้อยวัตต์ไปถึง 3 กิโลวัตต์ภายใต้สภาวะการขับขี่ที่แตกต่างกัน ในขณะเดียวกัน ระบบมอเตอร์ไฟฟ้าของรถพลังงานไฟฟ้าต้องการพลังงานในระดับ 20-60 กิโลวัตต์อย่างต่อเนื่อง และอาจจะต้องการพลังงาน "บู๊ส" ในจังหวะเร่งแซง ในทางกลับกัน เมื่ออยู่ในโหมดการชาร์จไฟ ระบบ Power electronics จะรับหน้าที่แปลงพลังงานในระดับที่แตกต่างกันจาก 3-20 กิโลวัตต์ ขึ้นอยู่กับจังหวะการชาร์จ ทั้งนี้ประสิทธิภาพของระบบ Power electronics ไม่ว่าจะอยู่ในโหมด Inverter, Voltage transducer หรือ โหมดชาร์จไฟ จะขึ้นกับตัวแปรสำคัญ คือ อุณหภูมิ นั่นหมายความว่า ระบบ cooling หรือ ระบบทำความเย็น ก็จะต้องมีประสิทธิภาพในการควบคุมอุณหภูมิเพื่อให้อยู่ในสภาพที่เหมาะสมในการทำงานแต่ละโหมด

BMW Group เลือกใช้กลยุทธ์เทคโนโลยีระบบวิศวกรรมมอเตอร์ไฟฟ้าที่มีความยืดหยุ่นสูง สามารถปรับเปลี่ยนคาแรกเตอร์ของการส่งกำลังให้เหมาะสมกับรถรุ่นต่างๆ ได้ โดยที่ยังคงประสิทธิภาพการประหยัดพลังงานสูงสุด ด้วยศักยภาพความสามารถและความเชี่ยวชาญด้านวิศวกรรมและการผลิตระบบขับเคลื่อนที่อยู่ในระดับแนวหน้า BMW Group ตัดสินใจที่จะทำการวิจัยและพัฒนาในส่วนนี้เอง หลักการสำคัญในการพัฒนาระบบมอเตอร์ไฟฟ้าของทีมวิศวกรของ BMW Group  คือ ระบบมอเตอร์ไฟฟ้าจะต้องมีประสิทธิภาพการประหยัดพลังงานสูงสุด อีกทั้งยังมี Scalability สูง สามารถปรับเปลี่ยนคาแรกเตอร์ของการส่งกำลังเพื่อให้เหมาะสมกับความต้องการของขนาดและรุ่นต่างๆ ทั้งในไลน์ผลิตภัณฑ์ไฮบริดและผลิตภัณฑ์รถยนต์พลังงานไฟฟ้า

...


ทีมวิศวกรของ BMW Group เลือกใช้หลักการมอเตอร์แบบ HSM Hybrid Synchronous Motor ซึ่งนอกจากจะมีอัตราส่วน power-to-weight หรือ กำลังต่อน้ำหนักที่สูงกว่าระบบมอเตอร์แบบ Asynchronous และระบบมอเตอร์ Permanent-magnet Synchronous Motor แล้ว ยังมีประสิทธิภาพการประหยัดพลังงานที่ดีกว่าถึง 5 เปอร์เซ็นต์ด้วย โดยทีมวิศวกรของ BMW Group ได้ออกแบบให้มอเตอร์ HSM มีประสิทธิภาพสูงถึง 95 เปอร์เซ็นต์ตลอดช่วงการทำงานที่กว้าง ซึ่งจะเป็นปัจจัยสำคัญทำให้รถยนต์มีสมรรถนะการขับเคลื่อนที่ปราดเปรียวคล่องตัวในสภาวะการขับขี่ต่างๆ นอกจากนั้นประสิทธิภาพการประหยัดพลังงานที่สูงกว่าสำหรับมอเตอร์แบบ HSM ยังช่วยให้มีระยะทำการไกลขึ้น ด้วยสมรรถนะ ประสิทธิภาพ และศักยภาพความสามารถในการปรับเปลี่ยนคาแรกเตอร์ของการส่งกำลังของระบบมอเตอร์ไฟฟ้าที่พัฒนาขึ้นโดยทีมวิศวกรของ BMW Group จึงทำให้สามารถตอบสนองความต้องการของทั้งแบรนด์ BMW และ MINI มีคาแรกเตอร์ในการขับขี่ที่แตกต่างกันออกไป แต่วัตถุประสงค์ที่แท้จริงในการสร้างยานพาหนะสำหรับมนุษย์จากทั้งสองบริษัทคือประสิทธิภาพ สมรรถนะ บนความสง่างามในรูปแบบของการอนุรักษ์พลังงานนั่นเอง.

...