BMW a dezvăluit detalii inginereşti curioase ale modelelor electrice Neue Klasse, care arată o eficienţă fascinantă şi o pregătire pentru o lume instabilă

BMW are pregătită toată ingineria pentru noua familie de modele Neue Klasse, care va contura o întreagă nouă epocă în istoria BMW, iar acum această inginerie e testată prin producţii de test la scară mică şi testarea adiţională a maşinilor pre-serie la fabrica din Debrecen, Ungaria, prima care a asambla modelele din noua epocă. Azi germanii de la BMW au dezvăluit detalii inginereşti curioase ale acestor modele Neue Klasse, care arată, pe de o parte, un progres tehnologic admirabil şi o eficienţă fascinantă, iar de cealaltă parte arată o pregătire clară pentru o lume marcată de instabilitate, în care germanii îşi asigură de pe acum şi multiple căi de a opera şi-şi reduc la maxim dependenţa de orice factori de risc.

În primul rând, BMW a confirmat azi încă o dată un lucru pe care noi îl tratam ca unul sigur de când germanii au anunţat parteneriatul lor cu Rimac în tehnologie şi viitoare baterii, şi anume cel că noile modele Neue Klasse vor opera pe arhitectură de 800V. Astfel, BMW se alătură unor producători cu inginerie de top în lume, precum Lucid Motors, Porsche, Hyundai şi Kia, care operează cu tensiune de 800V. O tensiune mai mare permite asigurarea unei puteri mai mari la o valoare mai mică sau egală a amperilor, iar tensiunea mai mare are nevoie de cablaje mai subţiri şi adeseori determină pierderi mai mici.

Asta înseamnă că e mai uşor să se atingă puteri de 1.300 CP, cum sugerează că va avea viitorul BMW M3 electric. Şi în acelaşi timp, toate modelele vor beneficia de o putere mai mare de încărcare de la staţii. BMW nu promite însă cifre de 350 kW, cum o face Hyundai, ci doar de 30% mai mult decât valorile actuale, care ajung la 205 kW. Deci, 30% mai mult de atât ar însemna cam 265-270 kW.

Foto: Baterie pe modele din gama Neue Klasse

O modificare majoră a modelelor Neue Klasse vine la bateria acestora, care nu va mai folosi celule prismatice, încadrate în module, ca la modelele BMW prezent. Noile modele vor trece la celule cilindrice, utilizate în prezent de producători precum Tesla şi Rimac, iar în cazul modelelor BMW Neue Klasse aceste celule vor fi amplasate direct în carcasa bateriei, fără a avea module, şi apoi module integrate în carcasă. Un asemenea aranjament e folosit la Tesla Cybertruck, spre exemplu. Rimac Nevera, însă, are celulele cilindrice integrate în module. Aranjamentul de celule. În carcasă, fără module, sporeşte densitate energetică, dar face repararea mai dificilă şi poate da dificultăţi în răcirea bateriei. Totuşi, BMW ne asigură că pe partea de management termic, noul său tip de baterie e asigurat cu un sistem performant.

Foto: Aranjament de celule cilindrice amplasate direct în carcasa bateriei la Tesla Cybertruck

Noul aranjament cell-to-pack al modelelor BMW Neue Klasse va reduce înălţimea bateriei şi ba permite amplasarea bateriilor şi pe modelele cu înălţime redusă, fără a le afecta garda la sol confortul interior. Germanii anunţă că densitatea energetică a celulelor cilindrice e cu 20% mai mare decât cea a bateriilor prismatice. Astfel, noile baterii ar trebui să fie mai uşoare şi mai compacte, aducând beneficii de autonomie. Iar noile modele vor avea şi capacitate de încărcare bidirecţională, spre casă spre reţeaua electrică centralizată. Deci, în condiţiile în care o casă va rămâne fără electricitate, maşina îi va putea asigura sursa de rezervă de energie. Sau maşina va putea funcţiona ca o mică baterie de reţea, fapt care are sens în unele regiuni ce folosesc la scară mare bateriile conectate în casele oamenilor.

Un prim simptom clar că BMW se pregăteşte de o lume instabilă e faptul că producţia celulelor de baterii a fost distribuită în mai multe locaţii din lume, în apropiere de fabricile BMW unde vor fi produse modelele Neue Klasse — Irlbach-Strasskirchen în Bavaria, Germania, Debrecen în Ungaria, Shenyang în China, San Luis Potosi în Mexic şi Woodruff lângă fabrica din Spartanburg în SUA. Germanii spun clar că au luat această decizie de a avea bateriile produse foarte aproape de locul asamblării maşinilor pentru a se proteja de orice evoluţii imprevizibile politice şi economice, de la taxe neaşteptate aplicate de unele ţări sau regiuni pentru la tot soiul de evoluţii geopolitice. BMW spune, însă, că tehnologia celulelor de baterii vine şi de la unii furnizori parteneri, aici putând fi vorba şi de Rimac. Totuşi, fabrica Rimac de lângă Croaţia nu a fost menţionată deocamdată în lista celor de vor produce aceste baterii, deşi Rimac anunţase anterior acest contract.

Tot pentru a-şi securiza mai multe resurse pentru baterii, BMW a implementat cu un partener reciclarea aproape completă a bateriilor, fapt care-i permite să cumpere mai puţine materiale noi şi să folosească o economie circulară. Materialele provenite din reciclare au un cost clar şi predictibil, în timp ce cele de pe piaţă pot avea preţuri mai volatile.

O altă evoluţie majoră vine şi la tipul motoarelor pe care le vor folosi noile modele Neue Klasse. Spre deosebire de mulţi alţi producători, care folosesc motoare cu magneţi permanenţi (PSM), BMW a păstrat principiul de a avea motoare sincrone cu excitaţie electrică independentă (EESM). BMW are şi în prezent asemenea tipuri de motoare, iar Neue Klasse vor trece la o generaţie nouă de electromotoare, însă vor păstra acelaşi principiu, BMW evitând astfel să meargă pe tendinţa generală din industrie pentru maşinile electrice performante, de a avea motoare cu magneţi permanenţi. Mai mult ca atât, pe puntea faţă pe modelele xDrive noile modele Neue Klasse vor folosi motoare şi mai simple, asincron, cu curent alternativ (ASM). E ceva contraintuitiv aici la mijloc şi tocmai aici se ascund detaliile acestei pregătiri de o lume plină de instabilităţi.

Foto: Electromotor EESM din generaţia Gen6, pentru puntea spate la modelele Neue Klasse

Motoarele PSM cu magneţi permanenţi sunt mai eficiente în consumul de energie, pentru că rotorul are integraţi magneţi permanenţi pe el şi nu are nevoie de un circuit electric integrat acolo pentru a produce câmp magnetic. Asemenea motoare primesc electricitate doar la stator şi datorită câmpului magnetic foarte stabil al rotorului cu magneţi permanenţi sunt foarte eficiente. Un alt avantaj e că pot fi foarte compacte în dimensiuni la o putere mare, dacă aplică materiale de un magnetism foarte mare în stator. Iar aici vine şi problema. Or, aceste materiale sunt reprezentate de pământuri rare de obicei, precum neodimul sau disprosiul. Acestea se găsesc doar în câteva regiuni din lume, iar lupta pentru pământul rare e tot mai intensă în lume, cu implicaţii geopolitice uriaşe şi cu preţuri volatile. Iar BMW n-a vrut să se supună acestor riscuri, chiar dacă ele ar fi adus un plus de eficienţă în consumul de electricitate al maşinilor.

Foto: Unitate de propulsie de pe un model Lucid, cu electromotor PSM integrat în ea

În schimb, BMW a ales motoarele sincrone EESM, care sunt în principiu foarte asemănătoare ca principiu general de funcţionare cu cele PSM, cu o mare diferenţă: faptul că rotorul nu are magneţi permanenţi integraţi în el, ci un circuit electric care generează câmp magnetic. Fiind o parte în continuă mişcare, acel rotor are de obicei fluxul de electricitate asigurat prin inele circulare sau perii, iar curentul livrat spre rotor e unul continuu, deci DC. Statorul, însă, primeşte curent alternativ AC, iar fluctuaţiile acestuia generează mişcarea. Astfel, motorul devine mai complex din cauza necesităţii de a integra un circuit electric şi pe rotor, dar şi dirijarea lui devine mai complexă, întrucât are nevoie de două surse de curent, una cu curent alternativ şi alta cu continuu.

Foto: Unitate de propulsie pentru puntea spate de pe BMW Neue Klasse, cu electromotor EESM integrat în ea

Asemenea motoare sunt mai ieftine în fabricare, însă, chiar dacă sunt relativ complexe, şi datorită lipsei de magneţi permanenţi, nu folosesc pământuri rare deloc, cel mai rar material de acolo fiind de obicei cuprul. Eficienţa lor e foarte bună la turaţii constante, de obicei, dar un pic mai mică la variaţii de sarcină. Însă cu noile module avansate de controlare a acestora, acest dezavantaj e tot mai mult eliminat. Un avantaj foarte important, însă, e posibilitatea de a controla cu mare precizie turaţiile exacte în orice clipă, iar aici ne putem aminti despre menţionarea unui asemenea control pentru cele 4 motoare de pe BMW M3 electric. Şi cu avansarea ingineriei, şi aceste motoare pot fi compacte, apropiate de cele PSM. Deci, BMW n-a pierdut prea mult în eficienţă păstrând această soluţie, însă şi-a protejat viitorul de dependenţa de pământuri rare şi datorită inginerilor săi a reuşit să-şi atingă parametri excepţionali de control cu aceste electromotoare EESM.

Pe puntea faţă la modelele xDrive, BMW spune că va folosi motoare asincrone ASM, care sunt mult mai simple, întrucât excitaţia rotorului are loc prin inducţie, fără un contact metalic direct spre rotor. Costul de fabricare a acestora e mult mai mic decât la cele EESM şi teoretic pot fi ceva mai ineficiente odată cu creşterea sarcinii, dar şi ele n-au nevoie de pământuri rare şi magneţi permanenţi. E foarte probabil, însă, că BMW va folosi aceste motoare puntea faţă la modelele obişnuite xDrive, unde un motor propulsează ambele roţi. Însă la M3, unde există 4 electromotoare în total, cel mai probabil toate vor fi EESM.

Foto: Unitate de propulsie cu motor ASM pe puntea faţă al BMW Neue Klasse

Teoretic, BMW a fost de acord să sacrifice câteva procente de eficienţă şi randament optând pentru motoare EESM şi ASM în locul celor cu magneţi permanenţi PSM. Însă s-a asigurat că nu va depinde de pământuri rare şi incertitudini politice şi economice. Iar pierderea de eficienţă datorată acestor decizii, BMW spune că a fost recuperată prin invertoare excepţional de eficiente, integrate în corpurile motoarelor şi printr-un nou modul excepţional de performant de gestionare a bateriei, electromotoarelor şi a sistemului de management termic pentru întreaga maşină, numit Energy Master.

Foto: Modul Energy Master

Acest sistem e creierul central al dirijării celor mai importante fluxuri energetice în maşină. BMW a dezvoltat de la zero componentele acestui model, până la nivelul plăcilor cu circuite integrate şi a semiconductorilor de pe ele, ba chiar şi a tuturor siguranţelor. Modulul poate fi actualizat de la distanţă şi e cheia principală prin care noile generaţii de modele BMW şi-au redus pierderile de energie cu 40%, datorită cărui fapt vor avea şi o autonomie cu 30% mai mare. Şi pentru că ascunde atâtea inovaţii tehnologice proprii în el, BMW nu-l va produce în China sau SUA, ci în Germania, la uzina sa de componente din Landshut. Acolo vor fi produse aceste module sigilate şi vor fi exportate spre fabricile din întreaga lume care vor asambla modele Neue Klasse. Se face simţită, deci, o altă abordare faţă de tehnologiile cele mai preţioase.

Foto: Producţia modulului Energy Master la fabrica din Landshut

Şi aceeaşi abordare va fi valabilă şi la electromotoare. Acestea vor fi fabricate la uzina BMW de componente din Steyr, Austria, împreună cu invertoarele ultra-eficiente pentru ele şi cu componentele de management termic. Fabrica are capacitatea de a asigura o producţie anuală de 600.000 de electromotoare integrate cu invertoare şi cu reductoare în ele. Astfel BMW va păstra aproape şi producţia acestor componente, cel puţin până când va atinge capacitatea maximă a acestei fabrici. Şi, apropo, atât invertoarele, cât şi electromotoarele, sunt o elaborare internă a acelor de la BMW, fără furnizori, după cum anunţă bavarezii.

Deci odată cu noile Neue Klasse, BMW şi-a pregătit o logistică asigurată la maxim de orice evoluţii incerte cu dispersarea regională a fabricărilor de baterii lângă fabricile sale din toate regiunile cheie, pe de o parte. Iar pe de altă parte s-a asigurat că toate componentele-cheie sunt elaborate pe intern şi produse la propriile fabrici de componente, fiind securizate de fluctuaţii în lanţurile globale de furnizare sau de probleme pe care le-ar putea avea furnizorii auto. BMW va produce maşini electrice fără a depinde de pământuri rare, implicate acum în jocuri geopolitice şi astfel va fi mai imun la evoluţii instabile. Şi, în fine, BMW şi-a dezvoltat propriile tehnologii ultra avansate până la nivel de semiconductoare şi a concentrat producţia celor mai hi-tech module în Germania sau Austria, fără a permite producţia lor pe alte continente. Aşa arată planurile unei companii care gândeşte cu mulţi paşi în avans, chiar şi într-o lume care pare s-o ia razna în ultimul timp. Aşa arată planurile unui producător german care a înţeles unde trebuie să fie independent de alţii şi ce trebuie să păstreze în ţara sa, sau maxim în ţările vecine.