BMW i3系列報導(二)─BMW全球首座量產碳纖車體廠參訪 | U-CAR

Bob

撰文

Bob、BMW 原廠協力

攝影

27,309

2013

7月

18

既然已經了解電池是電動車中最大的成本,要讓i3的計劃成真,這就是BMW所要解決最大的課題。各種基礎設施的廣泛布建,讓電動車所需具有基本里程得以縮短,自然可以減少電池的搭載量,有效降低成本;然而更積極的想法則是,如果能提高電力的使用效率,讓同樣容量的電池電力,可以推動車輛行駛更多的里程,亦是能有效降低電池成本的方法。

進一步探索電池使用效率的議題,其又可以再分為軟體面與硬體面。從軟體面來說,就是透過行車電腦與各種輔助系統精密的控制,讓電力的浪費降至最低,便能有效提高電池使用的效率。而這個方面的實作,BMW近10年所推動的EfficientDynamic高效動力系統,便已經累積了大量的知識與經驗。

而硬體面的解決方案,就是輕量化。

為了實現量產電動車的理想,BMW投入6億歐元,在德東的萊比錫建立了碳纖維車體生產線,打造出全世界首座大量生產的碳纖維工廠,且目前已開始運作i3電動車的製造。

一如傳統內燃機引擎車輛,只要能降低車重,自然就能減少阻力,改善油耗。因此,車體的輕量化,便成為BMW i系列產品開發所要處理最主要的議題。而BMW為其選擇的解決方案,便是現今最先進的輕量化科技材量─碳纖維。

輕量化的明星材料:碳纖維

碳纖維材料擁有輕量化及強韌的特性,隨著纖維編織、堆疊、膠合、烘烤等製程的不同,其強度最高可以達到鋼材的5倍之多,而重量卻只有對應功能鋼材的50%,是輕量化工程中的明星材料,大家所熟悉的F1一級方程式賽車與最新的波音787客機,都採用這種材料來達成兼顧高強度與輕量化的目標,也成為BMW工程團隊所屬意的選擇。

BMW i3的車體,僅需150個元件便可組成,且全部組件,都透過BMW獨家專利的全自動製程,以機械手臂精密地以1.5毫米間隙黏接在一起。

而與F1賽車及波音客機不同,BMW的i系列產品目標是能與現有產品一樣每年數以萬計地在全球進行銷售,因此不同於F1及波音787的小量手工生產,BMW必須為i系列打造系統化的生產線。為了實現電動車的理想,BMW投入了6億歐元的資金,在德東的萊比錫 (Leipzig) 建立了碳纖維車體生產線,打造出全世界首座大量生產的碳纖維工廠,而且不僅止於生產線的建置,BMW亦同時投資上游的碳纖維原料公司,以完整掌握碳纖維生產的產業鏈,強化市場地位。

BMW萊比錫工廠的碳纖維材料,是由0.0007公分直徑、只有頭髮1/7粗細而已的細小纖維組成,並將5萬條這樣的碳纖維絲絞纏在一起,成為所謂的碳纖維絲,製成i系列產品所需要的碳纖維組件。

BMW萊比錫工廠所使用的,是來自於所投資公司:SGL ACF在美國Moses Lake所生產的碳纖維材料。在SGL ACF,素材被氣化切割成僅0.0007公分直徑、幾乎由純碳組成,具有穩定石墨結構的細小纖維,只有頭髮1/7粗細而已,而該公司再將5萬條這樣的碳纖維絲絞纏在一起,成為所謂的碳纖維絲,這些碳纖維絲,再送過大西洋,來到BMW位於德國Wackersdorf的工廠進行編織,最後送至Landshut及萊比錫的工廠,製成i系列產品所需要的碳纖維組件。

由於未來i系列車款要能與BMW現有產品一樣、每年數以萬計地在全球銷售,因此原廠特別為它們打造了全自動化、系統化的生產線。
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完整掌握材料,強化市場優勢

一如控制系統實力的養成,這樣的製造流程亦不是一蹴而成的,過去M3、M6的碳纖維車頂及零件,便是這樣生產鏈下的產物。而BMW亦將其中累積的經驗集大成,成為如今這個全球最大的碳纖維生產鏈。

i3在最需要強度的底盤部分也使用了碳纖維材質,並以蜂巢狀的結構再次強化了剛性。

在2011年年底起便已經持續運作的這條生產鏈,在2條生產線的合作下,生產量已達到每年3,000噸的碳纖維組件,是目前全球碳纖維組件產能的10%。

碳纖維元件的組合,是以特殊樹脂膠合而成,所以沒有傳統鈑件組裝螺絲時的噪音,亦不會有點焊時四射的火花。

由於碳纖維組件生產方式與傳統金屬鈑件生產方式的差異,讓BMW得以生產體積及造型都超乎傳統金屬製造方式限制的元件。因此BMW i3的車體,僅需150個元件便可組成,較傳統鋼材打造的方式,減少1/3。而由於碳纖維元件的組合,是以特殊樹脂膠合而成,不但沒有傳統鈑件組裝螺絲組裝的噪音,亦不會有點焊時四射的火花。全部的組件,都透過BMW獨家專利的全自動製程,以機械手臂精密地以1.5毫米間隙黏接的方式,無接觸地組合在一起,所有的模組之間保持完美的間距,讓所有碳纖維組件之間的力學結構,可以完美地組合在一起,每一輛i3上這些2公分寬的膠合區域,總長達到160公尺。

i3的每片車門重量不到8公斤,可比同體積的鋁合金車門減輕30%的重量,車體總重量則僅有180公斤,其中黏著劑的重量高達12公斤。

碳纖維材質的優勢,可以從車門的例子中清楚看出,BMW表示:i3的單片車門,重量不到8公斤,不但可比同尺寸鋁合金打造的車門減輕30%重量,比起鋼板打造的車門更可減輕多達50%的重量;因此,BMW i3的車體部份,總重量僅有驚人的180公斤,其中黏著劑的重量就佔了12公斤,而量產版本的i3總車重更僅有1噸,相較於用以做為測試平臺、以前代1系列Coupe雙門車型改造而成ActiveE的1.7噸車重,輕量化成效十分明顯,也讓人更加期待BMW量產i系列車款的的效能表現。