อะไรต่อไป; ไฟฟ้าแรงสูงสำหรับรถยนต์ไฮเทค

ระบบไฟฟ้าในรถยนต์กำลังจะถึงขีดจำกัด หากเบรกไฟฟ้า พวงมาลัยเพาเวอร์ และเครื่องปรับอากาศไม่ระบายออก การเพิ่มเติมเช่น โทรศัพท์เคลื่อนที่ การเชื่อมต่ออินเทอร์เน็ต กระจกและเบาะนั่งแบบปรับความร้อนได้ พัดลมปรับอากาศด้านหลัง และระบบนำทางอิเล็กทรอนิกส์จะดูดพลังงานที่เหลืออยู่ออกไปอย่างแน่นอน

และนั่นเป็นเพียงจุดเริ่มต้น รถยนต์รุ่นต่อไปจะมีคุณสมบัติเพิ่มเติม เช่น ระบบกันสะเทือนที่ควบคุมด้วยแม่เหล็กไฟฟ้าที่ออกแบบมาเพื่อให้ผู้ขับขี่ลอยตัวเหนือการกระแทกและการกระแทก รวมถึงระบบควบคุมมอเตอร์แบบอิเล็กทรอนิกส์ที่จะช่วยลดการใช้น้ำมันเบนซินและการปล่อยมลพิษ

ระบบไฟฟ้าในปัจจุบันไม่สามารถรับมือได้ ดังนั้น เบื้องหลังผู้ผลิตรถยนต์และซัพพลายเออร์จึงใช้เวลาสองสามปีที่ผ่านมาในการวางแผนเปลี่ยนระบบ: ระบบ 42 โวลต์ โรงไฟฟ้าขนาดเล็กเหล่านี้จะเข้าใช้ทันทีในปี 2547 แม้ว่าระบบปัจจุบันจะจ่ายไฟได้มากถึง 3 กิโลวัตต์หรือ 3,000 วัตต์ แต่ระบบไฟฟ้าแรงสูงใหม่จะให้พลังงานตั้งแต่ 8 กิโลวัตต์ขึ้นไป

การเปลี่ยนแปลงครั้งนี้จะเป็นเรื่องใหญ่ เพราะคอนเนคเตอร์ สายไฟ แบตเตอรี่ ไดอัลเทอร์เนเตอร์ สายเคเบิล สวิตชิ่ง และส่วนประกอบอื่นๆ จะต้องได้รับการออกแบบใหม่

Cary Wilson ผู้อำนวยการฝ่ายระบบไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์ของ Ford Motor Company กล่าวว่า 'แทบทุกระบบในรถได้รับผลกระทบ แม้จะมีความซับซ้อนของงาน นายวิลสันกล่าว เป็นที่ชัดเจนว่าพลังเพิ่มเติมเพียงเล็กน้อยสามารถบิดออกจากระบบปัจจุบันได้ และการเปลี่ยนแปลงอย่างเต็มรูปแบบก็ใกล้เข้ามาแล้ว ''มันไม่สำคัญหรอกว่าถ้า'' เขาพูด ''แต่เรื่องเมื่อไร''

BMW อาจเป็นคนแรกที่แนะนำระบบไฟฟ้าแรงสูงรุ่นใหม่ ปีเตอร์ โธมา ผู้จัดการระบบไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์ของบีเอ็มดับเบิลยู กรุ๊ป ในเมืองมิวนิก กล่าวว่า 'เราวางแผนที่จะมีระบบ 42 โวลต์ให้ใช้งานได้ในช่วงต้นปี 2547' ''รถยนต์ในอนาคตจะยังคงใช้เครื่องยนต์สันดาป แต่นอกเหนือจากนั้น มันสมเหตุสมผลที่จะใช้พลังงานไฟฟ้าล้วนๆ''

ระบบ 42 โวลต์ใหม่อย่าง BMW น่าจะมีอุปกรณ์ในตัวที่ทรงพลังเพียงตัวเดียวที่เป็นทั้งสตาร์ทเตอร์และเจนเนอเรเตอร์

''สตาร์ทเตอร์อย่างที่เรารู้จักในวันนี้ ซึ่งหมุนได้เฉพาะเมื่อคุณพยายามสตาร์ทรถเท่านั้น จะถูกลบออก'' โธมัส เคม ผู้อำนวยการร่วมของสมาคมซึ่งตั้งอยู่ที่สถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์ ด้านไฟฟ้าขั้นสูง และชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์และระบบ ''และเครื่องปั่นไฟหรือเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับที่อยู่นอกเครื่องยนต์ด้านหน้ารถก็เช่นกัน ซึ่งขับเคลื่อนด้วยสายพานยาง''

การเปลี่ยนชิ้นส่วนเหล่านี้เป็นเครื่องใหม่ที่จะทำหน้าที่เป็นสตาร์ทเตอร์ จากนั้นเมื่อเครื่องยนต์ทำงาน จะเป็นเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับ ดร. คีมกล่าวว่าสตาร์ทเตอร์และอัลเทอร์เนเตอร์แบบบูรณาการบนเพลาข้อเหวี่ยงระหว่างเกียร์และเครื่องยนต์

ฟอร์ดกำลังพิจารณาการตั้งค่าแบบนั้น ''เรากำลังพิจารณาสตาร์ทเตอร์และอัลเทอร์เนเตอร์ในตัวเครื่องเดียวที่เชื่อมต่อระหว่างเครื่องยนต์กับเกียร์'' นายวิลสันกล่าว ด้วยอุปกรณ์ดังกล่าว เครื่องยนต์ของรถยนต์จะดับลงที่สัญญาณไฟจราจร จากนั้นด้วยพลังที่ระเบิดออกมา ก็สตาร์ทเครื่องอีกครั้งในทันที (อันที่จริงจะใช้เวลาประมาณหนึ่งในห้าของวินาที)

Mr. Cary คาดการณ์ว่าผู้ผลิตรถยนต์จะค่อยๆ แปลงเป็นระบบ 42 โวลต์ โดยเริ่มจากระบบไฮบริดคู่ที่มีทั้งแรงดันไฟฟ้ารุ่นเก่าและระบบ 42 โวลต์ใหม่ ''การประหยัดน้ำมัน การสตาร์ท-ดับเครื่องทันที และบางทีพวงมาลัยเพาเวอร์และเบรกแบบไฟฟ้าอาจใช้ประโยชน์จากระบบ 42 โวลต์ได้' เขากล่าว ในขณะที่ระบบไฟ สเตอริโอ และแอพพลิเคชั่นอื่นๆ สามารถจัดการได้โดยระบบรุ่นเก่า

Dr. Thoma จาก BMW ชอบแนวคิดที่จะเปลี่ยนไปใช้ระบบ 42 โวลต์แบบเต็มโดยตรง 'เราสนใจที่จะกระโดดโดยตรงไปที่ 42 โวลต์มากขึ้น' เขากล่าว ''ถ้าคุณมีแรงดันไฟฟ้า 2 แบบ ก็หมายถึงต้นทุนที่มากขึ้นและน้ำหนักที่มากขึ้น''

กลุ่มที่ได้รับการสนับสนุนจากสมาคมวิศวกรยานยนต์ในเมืองวอร์เรนเดล รัฐเพนซิลเวเนีย กำลังมองหามาตรฐานสำหรับระบบ 42 โวลต์ เช่นเดียวกับกลุ่มประเทศอื่นๆ อีกหลายกลุ่ม

'เราทุกคนต่างกระตือรือร้นที่จะร้องเพลงในกระดาษแผ่นเดียวกัน' ดร.เคม ซึ่งเป็นกลุ่มพันธมิตรที่ M.I.T. รวมถึงผู้ผลิตรถยนต์และซัพพลายเออร์ 44 ราย กลุ่มพบปะกันเป็นประจำเพื่อขจัดปัญหามาตรฐานพื้นฐานสำหรับระบบใหม่ ''มีปัญหามากมายที่ต้องแก้ไขเมื่อคุณรวมแรงดันไฟฟ้าเข้าด้วยกัน'' ดร.เคมกล่าว ''ตัวอย่างเช่น มาตรฐานสำหรับการสตาร์ทรถแบบกระโดดคืออะไร'' เขาถาม โดยชี้ไปที่ความเป็นไปได้ของความเสียหายเมื่อแรงดันไฟฟ้าที่ต่างกันชนกัน

แม้ว่าจะต้องแก้ไขข้อบกพร่องหลายอย่าง แต่ Dr. Keim กล่าวว่าระบบ 42 โวลต์จะช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ในขณะที่ลดการปล่อยมลพิษ ที่จะเกิดขึ้นไม่เพียงแค่ผ่านการหยุดและสตาร์ทเครื่องยนต์เท่านั้น แต่ยังรวมถึงการปรับปรุงต่างๆ เช่น วาล์วเครื่องยนต์ที่ขับเคลื่อนด้วยระบบอิเล็กทรอนิกส์ ซึ่งจะควบคุมการเข้าและออกของอากาศและเชื้อเพลิงอย่างระมัดระวัง ผู้เชี่ยวชาญยังคาดหวังด้วยว่าคลัตช์อิเล็กทรอนิกส์ เครื่องฟอกไอเสียเชิงเร่งปฏิกิริยาจะลดการปล่อยมลพิษ และระบบบังคับเลี้ยวและเบรกที่จะขจัดระบบไฮดรอลิกส์

ระบบ 42 โวลต์ใหม่มีแนวโน้มที่จะปรากฏครั้งแรกในรถยนต์หรูหรา

Richard T. Johnson ผู้อำนวยการฝ่ายวิศวกรรมของ Bolder Technologies ใน Golden, Colo. ผู้ผลิตแบตเตอรี่กล่าวว่า 'มีประโยชน์มากมายเหลือเกิน' ''อุปกรณ์เสริมทั้งหมดที่อยู่ในสายพานไดรฟ์จะเป็นแบบไฟฟ้า ดังนั้นจึงไม่ต้องทำงานตลอดเวลา'' อุปกรณ์เสริมอย่างเครื่องปรับอากาศจะกินไฟไม่ว่าจะใช้งานหรือไม่ก็ตาม ''คุณกำลังขับสายพานอยู่ไม่ว่าจะเปิดหรือปิดเครื่องปรับอากาศ โดยเปลี่ยนพลังงานเป็นความร้อน'' เขากล่าว ด้วยระบบ 42 โวลต์ อุปกรณ์เสริมต่างๆ เช่น คอมเพรสเซอร์เครื่องปรับอากาศและมอเตอร์พวงมาลัยพาวเวอร์ จะไม่ขับเคลื่อนด้วยสายพาน แต่ขับเคลื่อนด้วยระบบอิเล็กทรอนิกส์

แม้ว่าผู้ผลิตรถยนต์และซัพพลายเออร์จะไม่แน่ใจว่าระบบ 42 โวลต์จะมาถึงเมื่อใด แต่ก็มีความเห็นเป็นเอกฉันท์เกี่ยวกับสิ่งหนึ่ง: ประชาชนจะเรียกมันว่าระบบ 36 โวลต์ เช่นเดียวกับที่พวกเขาอธิบายระบบปัจจุบันว่าเป็น 12 โวลต์

''จริงๆ แล้วมันคือระบบ 14 โวลต์ ซึ่งเป็นแรงดันไฟฟ้าของรถยนต์ 12 โวลต์ในปัจจุบันเมื่อวิ่ง'' ดร. คีมกล่าว ''แต่ผู้คนตัดสินด้วยแบตเตอรี่'' แบตเตอรี่ขนาด 12 โวลต์ที่เจ้าของรถคุ้นเคย โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อแบตเตอรี่หมดในวันที่อากาศหนาว จริงๆ แล้วจะมีแรงดันไฟฟ้าทำงานอยู่ที่ 14 โวลต์เมื่อเครื่องยนต์ทำงาน

''ผู้บริโภคคงจะนึกถึงแรงดันไฟฟ้าเป็นสามเท่าของ 12 หรือ 36'' เขากล่าว ''แม้ว่าจะเป็นสามเท่าของ 14 หรือ 42''