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BMW i3 - rein elektrisch fahren

Die Welt, und mit ihr das Umfeld für individuelle Mobilität, befinden sich ökologisch, wirtschaftlich und gesellschaftlich im Umbruch. Globale Entwicklungen wie Klimawandel, Ressourcenverknappung und die zunehmende Urbanisierung erfordern neue Lösungen.

Darauf möchte der Premium Herstellers BMW auch eine eindeutige Antwort geben: Der BMW i3, das erste rein elektrisch angetriebene Serienfahrzeug der BMW Group, wurde am 29.07.13 der Weltöffentlichkeit vorgestellt und ab November auch zu kaufen sein. Der i3 wurde von Grund auf für diese Antriebsform konzipiert.

BMW i3

BMW i3 - erstes rein elektrisches angetriebenes Serienfahrzeug der BMW Group (Quelle: BMW)

Innovativ ist auf jeden Fall schon einmal die Fahrgastzelle aus carbonfaserverstärktem Kunststoff. Der Einsatz des leichten, langlebigen und crashsicheren Hightech-Werkstoffs CFK kompensiert das Gewicht der Lithium-Ionen-Batterie. Antrieb, Energiespeicher und Fahrwerk bestehen aus einem Aluminium-Modul. Dank der so erzielten Gewichtsoptimierung ist der BMW i3 nicht schwerer als ein vergleichbares Fahrzeug mit herkömmlichem Antrieb und gefülltem Kraftstofftank. Sein Leergewicht nach DIN beträgt 1195 Kilogramm, einschließlich einer Hochleistungsbatterie, die sowohl sportliche Fahrleistungen als auch eine alltagsgerechte Reichweite ermöglicht.

Und mit den speziell für BMW i entwickelten Fahrerassistenzsystemen und Mobilitätsdiensten von BMW ConnectedDrive, sowie den Services von 360° ELECTRIC soll die emissionsfreie Mobilität im städtischen Umfeld auch zu einer faszinierend alltagstauglichen Erfahrung werden.

Kfztech.de beschreibt im Folgenden die einzelnen Komponenten dieses Elektroantriebs.

E-Motor und Fahrleistungen

Der Elektromotor des BMW i3 erzeugt eine Höchstleistung von 125 kW/170 PS sowie ein maximales Drehmoment von 250 Newtonmetern, das auch unmittelbar aus dem Stand heraus zur Verfügung steht. Die 50 Kilogramm schwere E-Maschine überträgt seine spontan einsetzende Kraft über ein einstufig ausgelegtes Getriebe an die Hinterräder. Damit beschleunigt der BMW i3 ohne Zugkraftunterbrechung bis zu seiner aus Effizienzgründen auf 150 km/h limitierten Höchstgeschwindigkeit.

BMW i3 Elektromotor

BMW i3 - Elektromotor als Hecktriebler (Quelle: BMW)

Der Hybrid-Synchron-Elektromotor sorgt beim BMW i3 für einen Spurt von null auf 100 km/h in 7,2 Sekunden. Eine Geschwindigkeit von 60 km/h wird aus dem Stand heraus bereits nach 3,7 Sekunden erreicht. Auch mit einem Elastizitätswert von 4,9 Sekunden für die Beschleunigung von 80 auf 120 km/h wird Sportlichkeit in einem Maß erzeugt, das bei von Verbrennungsmotoren angetriebenen Automobilen vergleichbarer Größe nur mit deutlich höherer Leistung realisierbar ist.

Im Rahmen der BMW eDrive Technologie wurde das Prinzip der permanenterregten Synchronmaschine detailliert optimiert. Eine spezifische Anordnung und Dimensionierung der für die Entstehung des Antriebsmoments zuständigen Bauteile bewirkt einen ansonsten nur bei sogenannten Reluktanzmotoren auftretenden Selbstmagnetisierungseffekt. Aufgrund dieser zusätzlichen Anregung bleibt das durch die Stromzufuhr aufgebaute elektromechanische Feld auch bei hohen Motordrehzahlen stabil. Die Höchstdrehzahl des für den BMW i3 entwickelten und aufgrund seiner gezielt kombinierten Eigenschaften als Hybrid-Synchron-Maschine bezeichneten Motors beträgt 11 400 min--1.

Das innovative Konstruktionsprinzip verhilft dem Elektromotor des BMW i3 über einen breiten Lastbereich hinweg zu einem herausragend günstigen Wirkungsgrad. Der vor allem in Relation zur Höchstleistung und zum maximalen Drehmoment außergewöhnlich geringe Stromverbrauch von durchschnittlich rund 0,13 Kilowattstunden pro Kilometer im Neuen Europäischen Fahrzyklus (NEFZ) trägt wesentlich zur Optimierung der Reichweite bei. Der BMW i3 ist damit das verbrauchsgünstigste Elektrofahrzeug seiner Größe und Leistungsklasse.

Rekuperation und „Segeln“

Nimmt der Fahrer den Fuß vom Fahrpedal, setzt umgehend der Rekuperationsmodus ein. Die E-Maschine wechselt aus der Antriebs- in die Generatorfunktion, speist Strom in den Lithium-Ionen-Akku ein und erzielt dabei eine präzise kontrollierbare Bremswirkung. Dabei ist die Rekuperationsleistung geschwindigkeitsabhängig, sodass bei hohen Geschwindigkeiten ein möglichst effizientes „Segeln“ und bei niedrigem Tempo eine hohe Bremswirkung erzielt wird.

BMW i3 - Antrieb

BMW i3 - Leichtbau auch beim Antrieb (Quelle: kfztech.de)

Durch die Möglichkeit des Beschleunigens und Bremsens mit nur einem Pedal entsteht eine außergewöhnlich direkte Interaktion zwischen Fahrer und Fahrzeug. Im Stadtverkehr können bei vorausschauender Fahrweise rund 75 Prozent aller Verzögerungsvorgänge ohne Aktivierung des Bremspedals absolviert werden. Kommt dabei die Rekuperationsleistung einer tatsächlichen Bremsleistung gleich, leuchten auch die Bremslichter auf. Erst wenn der Fahrer durch einen Tritt auf das Bremspedal eine höhere Verzögerung anfordert, greift zusätzlich die konventionelle Bremsanlage ein. Eine intensive Nutzung dieser Form der Bremsenergierückgewinnung durch den Motor führt außerdem zu einer Erhöhung der Reichweite des BMW i3 um bis zu 20 Prozent gegenüber konventionellen Rekuperationskonzepten.

Zusätzlichen Komfort bei der Nutzung des One-Pedal-Feelings schafft die Möglichkeit des „Segelns“. Der BMW i3 verfügt über eine ausgeprägte Neutralstellung des Fahrpedals, in der die E-Maschine nicht sofort rekuperiert, wenn der Fahrer das Pedal entlastet, sondern über die Nullmomentenregelung den Motor vom Antriebsstrang entkoppelt und allein die bereits vorhandene Bewegungsenergie für den Vortrieb nutzt. In diesem Modus gleitet der BMW i3 nahezu ohne Energieverbrauch dahin. Auch dadurch kann eine vorausschauende Fahrweise die Energiereserven schonen und die elektrische Reichweite zusätzlich steigern.

Akkus

Ihre Energie bezieht die E-Maschine aus Lithium-Ionen-Speicherzellen, die in den Unterboden integriert sind. Der Hochvoltspeicher des BMW i3 setzt sich aus acht Modulen mit jeweils 12 Einzelzellen zusammen, die gemeinsam eine Nominalspannung von 360 Volt erzeugen und eine Energiemenge von etwa 22 Kilowattstunden zur Verfügung stellen.

BMW i3 - E-Maschine

BMW i3 - gut integrierte E-Maschine und Batterien (Quelle: BMW)

Die in der Batterie eingesetzten Lithium-Ionen-Zellen zeichnen sich durch eine hohe Energiedichte und eine hohe Zyklenfestigkeit aus. Sie sind daher darauf ausgerichtet, über den gesamten Lebenszyklus des Fahrzeugs hinweg ihre Aufgabe als Energiespeicher zu erfüllen. Um das Leistungs- und Speichervermögen auf Dauer zu erhalten, steuert das Batteriemanagement sowohl die Lade- und Entladeprozesse als auch die Betriebstemperatur der Zellen.

Im Fahrzeugbetrieb werden alle Zellen gleichmäßig zur Energieversorgung genutzt. Dennoch besteht die Möglichkeit, im Falle eines Defekts einzelne Module auszutauschen. Für eine besonders wirksame Kühlung des Hochvoltspeichers wird das Kältemittel der Klimaanlage genutzt. Mithilfe eines Wärmetauschers lässt sich die Flüssigkeit auch erwärmen. So wird auch bei niedrigen Außentemperaturen die optimale Betriebstemperatur von etwa 20 Grad Celsius vor Fahrtantritt erreicht. Diese Vorkonditionierung stellt den für Leistungsfähigkeit, Reichweite und Langlebigkeit der Batterie optimalen Betrieb sicher.

Die BMW Group hat diese Batterie so konzipiert und entwickelt, dass sie ein Fahrzeugleben lang hält. Kunden erhalten auf die Batterie eine auf acht Jahre oder 100.000 Kilometer geltende Garantie.

Ebenso wie die Antriebseinheit sind alle weiteren elektrischen Verbraucher des BMW i3 auf einen möglichst effizienten Betrieb ausgelegt. Für die Beleuchtung innen und außen kommen stromsparende Leuchtdioden zum Einsatz. Eine optionale, nach dem Prinzip einer Wärmepumpe arbeitende Innenraumheizung beansprucht im Stadtverkehr bis zu 30 Prozent weniger Energie als eine konventionelle elektrische Heizung.

Das Gewicht des flach im Drive-Modul angeordneten Energiespeichers beträgt etwa 230 Kilogramm. Für einen umfassenden Schutz des Hochvoltspeichers vor Umwelteinflüssen sowie im Crashfall sorgt das von der BMW Group entwickelte Batteriegehäuse einschließlich der fahrzeugspezifischen Befestigungssysteme. Drei Sicherheitsebenen inklusive Abschaltmechanismus sowohl auf Software- als auch auf Hardware-Seite sichern das gesamte elektrische System zuverlässig ab.

Leistungselektronik

Die für das Zusammenwirken von Batterie und Elektromotor zuständige Leistungselektronik dient sowohl als Inverter bei der Versorgung des Elektromotors mit Strom aus der Batterie als auch als Spannungswandler im Wechselspiel zwischen dem Hochvoltspeicher und dem 12-Volt-Bordnetz. Ihre leistungsfähige Software regelt zudem den möglichst effizienten Stromfluss bei der Rekuperation von Energie im Schubbetrieb. Darüber hinaus ist auch die Funktion des Ladegeräts in die Leistungselektronik integriert. Beim Aufladen der Batterie regelt sie je nach Stromquelle Leistungen zwischen drei und 50 kW.

Reichweite

Der Lithium-Ionen-Akku verhilft dem BMW i3 im Alltagsbetrieb zu einer Reichweite von 130 bis 160 Kilometern. Im ECO PRO Mode lässt sich die Reichweite um rund 20 Kilometer und im ECO PRO+ Mode um nochmals den gleichen Wert erhöhen.

Auf Wunsch kann der BMW i3 außerdem mit einem Reichweitenverlängerer (Range Extender) ausgestattet werden, der das Ladeniveau des Lithium-Ionen-Akkus während der Fahrt konstant hält, sobald dieses auf einen bestimmten Wert gesunken ist. Diese Funktion übernimmt ein 650 Kubikzentimeter großer und 25 kW/34 PS starker Zweizylinder-Benzinmotor, der unmittelbar neben dem E-Antrieb über der Hinterachse untergebracht wird. Die maximal erzielbare Reichweite im Alltagsbetrieb erhöht sich damit auf rund 300 Kilometer.

Aufladen per Anschluss an das Stromnetz

Um das Auffrischen des Energievorrats für den Fahrer so einfach und komfortabel wie möglich zu gestalten, verfügt der BMW i3 über ein ebenso flexibles wie leistungsfähiges Aufladesystem.

 Alternativ zu einer herkömmlichen Haushaltssteckdose kann der Kunde eine BMW i Wallbox installieren lassen, die für das Aufladen die maximale im Haushalt zur Verfügung stehende Stromstärke nutzt und damit bereits in der Basiskonfiguration nach etwa sechs Stunden für eine aufgeladene Batterie sorgt. Länderspezifisch werden unterschiedliche Ausführungen der BMW i Wallbox angeboten, die auf die jeweiligen Gegebenheiten hinsichtlich Stromstärke und Spannung abgestimmt sind. Je nach Stromnetz und Wallbox-Ausführung ergeben sich dadurch unterschiedliche Ladezeiten. Mit einer modernen öffentlichen Schnellladevorrichtung (50 kW) stehen bereits nach etwa 30 Minuten rund 80 Prozent der Batteriekapazität zur Verfügung. Selbst im seltenen Fall einer fast komplett ausgereizten Reichweite genügt so bereits eine Mittagspause zum Aufladen.

BMW i3 -i Wallbox
BMW i3 - i Wallbox  (Quelle: Kfztech.de)

Video Animation zum BMW i3

Quelle Pressetext BMW, 3 Bilder BMW, 2 Bilder kfztech.de (Aufnahmeort BMW-Welt München), Video BMW

Ende Teil 1

vor zu Teil 2: BMW i3 - innovativ elektrisch | vor zu Teil 3: BMW i3 - gut gerüstet


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Johannes Wiesinger

bearbeitet: 16.11.2016

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