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Alt 06.04.2011, 14:29     #5
Martin   Martin ist offline
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Zukunftsweisende Effizienz durch gezielte Elektrifizierung: BMW ActiveHybrid Technologie und Elektromobilität.


Gezielte Elektrifizierung trägt bereits in den heute aktuellen Modellen von BMW und MINI zu dem in allen relevanten Fahrzeugsegmenten erzielten Effizienz-Vorsprung bei. Im Rahmen von Efficient Dynamics wurde der Umfang der elektrisch betriebenen Fahrzeugfunktionen konsequent erweitert. Beispiele dafür sind die in vielen Segmenten nach wie vor einzigartige elektromechanische Servolenkung sowie zahlreiche bedarfsgerecht elektrisch betriebene Nebenaggregate. Diese Systeme werden nicht mehr direkt vom Verbrennungsmotor mit Energie versorgt. Dadurch sinkt der Verbrauch, und die im Kraftstoff enthaltene Energie wird zu einem höheren Anteil zur Erzeugung von Fahrdynamik genutzt.

Der für die elektrisch betriebenen Aggregate benötigte Strom wird möglichst umfassend mithilfe von Bremsenergie-Rückgewinnung erzeugt. Diese bei allen aktuellen BMW und MINI Modellen serienmäßige Rekuperationstechnik konzentriert den Generatorbetrieb auf die Schub- und Bremsphasen des Fahrzeugs. Auf diese Weise kann Energie sinnvoll eingesetzt werden, die bei herkömmlichen Fahrzeugen ungenutzt an den Bremsscheiben in Form von Wärme entweicht.


BMW ActiveHybrid Technologie und Elektromobilität: Wichtige Säulen der Efficient Dynamics Strategie.

Die BMW Group treibt die Elektrifizierung durch die Weiterentwicklung von Hybridtechnologie und Elektroantrieben konsequent voran. Ebenso wie die BMW ActiveHybrid Technologie bildet auch die Elektromobilität eine tragende Säule innerhalb der Strategie Efficient Dynamics. Der Stellenwert dieser Antriebsformen in der Großserienproduktion von Automobilen hängt sowohl vom technologischen Fortschritt als auch von politischen und wirtschaftlichen Rahmenbedingungen ab. Auf dem Weg zu einer CO2-freien Mobilität spielt die Elektrifizierung eine zentrale Rolle. Die Etablierung der Elektromobilität als nachhaltige Lösung für den Individualverkehr setzt neben einer den Alltagsanforderungen entsprechenden Infrastruktur für die Energieversorgung langfristig auch eine Stromerzeugung aus regenerativen Quellen voraus.



Elektrifizierung des Antriebstrangs: BMW Group setzt auf Eigenentwicklung.

Mit der Elektrifizierung des Antriebsstrangs wird ein besonders großes Potenzial bei der Reduzierung der Verbrauchs- und Emissionswerte erschlossen. In den mit BMW ActiveHybrid Technologie ausgestatteten Serienmodellen BMW ActiveHybrid 7 und BMW ActiveHybrid X6 wird der für die elektrischen Antriebsfunktionen benötigte Strom in großem Umfang im Wege der Bremsenergie-Rückgewinnung erzeugt. Zusätzlich benötigte elektrische Energie wird über eine wirkungsgradoptimierende Betriebspunktverlagerung des Verbrennungsmotors gewonnen. Darüber hinaus wird durch die Abschaltung des Verbrennungsmotors im Leerlauf sowie durch die unterstützende Wirkung des Elektromotors bei der Erzeugung einer besonders dynamischen Beschleunigung ein signifikanter Effizienzfortschritt erzielt.

Plug-in-Hybrid-Konzepte schaffen zusätzlich die Möglichkeit, Energie aus dem Stromnetz ins Fahrzeug zu laden. In beiden Fällen hängt die im reinen Elektrobetrieb erzielbare Reichweite wesentlich von der Kapazität der Speichersysteme ab. Die Eigenschaften des Elektromotors beeinflussen die Fahrzeugcharakteristik hinsichtlich Agilität, Kraftentfaltung und Reichweite, während die Leistungselektronik das effiziente Zusammenwirken von Energiespeicher und E-Maschine sicherstellt. Die BMW Group setzt bei diesen Schlüsselkomponenten für Hybrid- und Elektrofahrzeuge konsequent auf Eigenentwicklungen und Inhouse-Fertigung. Dazu wird die weltweit einzigartige Technologiekompetenz im Bereich der Antriebssysteme auch auf das Gebiet der Elektromobilität ausgeweitet. Hochvoltspeicher, E-Maschine und Leistungselektronik können so präzise auf die Anforderungen des jeweiligen Modells abgestimmt werden.



Hochvoltspeicher: Flexibler Modulaufbau ermöglicht modellspezifische Anordnung im Fahrzeug.

Beim BMW ActiveHybrid 7 wird die Energieversorgung des Mild-Hybrid-Systems mithilfe einer besonders kompakten, in den Gepäckraum integrierten und aus 35 Einzelzellen bestehenden Lithium-Ionen-Batterie gewährleistet. Sie stellt eine Energiemenge von 0,8 Kilowattstunden (kWh) bereit und ermöglicht eine Leistungsanforderung seitens des Fahrzeugs von bis zu 19 kW.

Um die Leistungs- und Energieanforderungen zukünftiger Hybrid- und Elektrofahrzeuge optimal zu erfüllen, hat sich die BMW Group durch einen modularen Entwicklungsansatz eine einzigartige Flexibilität bei der modellspezifischen Konfiguration von Hochvoltspeichern gesichert. Jede Speichereinheit eines Hybrid- oder Elektrofahrzeugtyps besteht aus einer unterschiedlichen Anzahl von Modulen, die ihrerseits aus einer jeweils spezifischen Zahl von Batteriezellen zusammengesetzt sind. Diese werden seriell verschaltet, um den Leistungs- und Energiekapazitätsanforderungen des jeweiligen Fahrzeugs zu entsprechen.

Die Integration des neuen BMW Hochvoltspeichers im BMW ActiveE erforderte aufgrund des vorgegebenen Bauraums dieses Conversion-Konzepts drei Speichereinheiten unterschiedlicher Größe und Ausformung. Sie sind im Bereich des Mitteltunnels, im Vorderwagen sowie im Heckbereich des Fahrzeugs angeordnet. In den Speichern sind mehrere Module mit drei verschiedenen Größen verbaut, die im Aufbau identische Zellgrößen, Strukturen und Subkomponenten aufweisen und sich somit vor allem in ihrer Zellenzahl voneinander unterscheiden. Die drei Speichereinheiten stellen dem 125 kW starken Elektromotor des BMW ActiveE eine Energiemenge von 30 kWh zur Verfügung.

Die in beiden Modellen eingesetzten Lithium-Ionen-Zellen zeichnen sich durch eine hohe Energiedichte und Zyklusfestigkeit aus. Um die Möglichkeiten eines Baukastensystems noch effektiver nutzen zu können, arbeitet die BMW Group in Kooperation mit anderen Automobilherstellern an gemeinsamen Standards für die Größe der einzelnen Batteriezellen. Durch diese Vereinheitlichung und eine Produktion in großen Stückzahlen kann eine erhebliche Kostenreduzierung bewirkt werden. Bislang entfallen bei einem Hybrid-Modell rund 60 und bei einem Elektrofahrzeug bis zu 75 Prozent der Kosten für das elektrische Antriebssystem allein auf die Batteriezellen.



Mehr Leistung und Reichweite durch BMW Group Innovationen für Elektrik, Batteriemanagement, Gehäuse und Kühlung.

Für eine umfassende Optimierung des Hochvoltspeichers nutzt die BMW Group ihre Technologiekompetenz auch bei der Entwicklung weiterer Komponenten des Batteriesystems. Dazu gehören spezifische Komponenten, die die Verbindung der Zellen untereinander sowie des Batteriesystems mit dem Fahrzeug sicherstellen ebenso wie das integrierte Steuergerät und zellnahe Elektronikbauteile einschließlich Sensoren für das Batteriemanagement. Mit einem besonders leistungsfähigen Batteriemanagement werden neben der Sicherheitsüberwachung auch die Betriebssteuerung sowie eine präzise Zustandserkennung und verschiedene Diagnosefunktionen gewährleistet.

Für einen umfassenden Schutz des Hochvoltspeichers vor Umwelteinflüssen und eine strukturfeste Integration in das Fahrzeug sorgt das von der BMW Group entwickelte Batteriegehäuse einschließlich der modellspezifischen Befestigungselemente. Ebenso werden die Hochvoltspeichersysteme mit einer gezielt an den Anforderungen der Fahrpraxis orientierten Kühlung ausgestattet. Die Temperatur eines Batteriesystems erhöht sich sowohl durch die Verlustleistung im Betrieb als auch durch einen äußeren Wärmeeintrag infolge von hohen Außentemperaturen. Daher werden Lithium-Ionen-Speicher beim Einsatz in Fahrzeugen in der Regel mit einem Kühlsystem für die Batteriezellen ausgestattet.

Das Konzept der Eigenentwicklung und die Steigerung der Fertigungskompetenz im Bereich der Hochvoltspeichersysteme ermöglichen es der BMW Group, ihre Technologiekompetenz in besonderem Maße dafür einzusetzen, durch effektives Batteriemanagement, intelligente Betriebsstrategien und ein optimales Wärmemanagement sowohl die Leistungsausbeute als auch die Reichweite und Lebensdauer der Batterie zu maximieren. Darüber hinaus wird das hohe Qualitätsniveau der Speichersysteme auch durch die enge Abstimmung zwischen Komponentenentwicklung und Fertigung gewährleistet.


BMW Group entwickelt Leistungselektronik nach Maß.

Auch die für das Zusammenwirken von Batterie und Elektromotor zuständige Leistungselektronik wird von der BMW Group für jedes Fahrzeug nach Maß entwickelt. Die 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. Eine leistungsfähige Software regelt zudem den möglichst effizienten Stromfluss zwischen der Batterie und der in Schubphasen auch als Generator wirkenden E-Maschine. Bei Plug-in-Hybrid-und bei reinen Elektro-Fahrzeugen wird darüber hinaus die Funktion des Ladegeräts in die Leistungselektronik integriert.

Bei allen Aufgaben muss die Leistungselektronik die erforderlichen Stromflüsse variabel und situationsgerecht regeln. So schwanken die aus dem Bordnetz gestellten Leistungsanforderungen je nach Fahrsituation zwischen mehreren Hundert Watt und zwei bis drei Kilowatt. Die E-Maschine eines rein elektrisch angetriebenen Fahrzeugs beansprucht Energie für Dauerleistungen zwischen 20 und 60 kW, in besonders dynamischen Fahrsituationen werden kurzzeitig deutlich höhere Werte erreicht. In ihrer Funktion als Ladegerät für die Batterie agiert die Leistungselektronik je nach dem Angebot aus der Steckdose in einer Bandbreite zwischen drei und bis zu 20 kW. Inverter, Spannungswandler und Ladeelektronik benötigen ein speziell auf die Anforderungen abgestimmtes Kühlsystem, um dauerhaft und effizient mit optimaler Betriebstemperatur arbeiten zu können.



Elektromotor: Mit führender Technologiekompetenz zum optimalen Wirkungsgrad.

Auch bei der Entwicklung von Elektromotoren setzt die BMW Group auf unternehmensspezifische Lösungen und bringt dabei die weltweit führende Technologiekompetenz auf dem Gebiet der Antriebssysteme auch bei der Erzeugung von Fahrfreude aus Strom zur Geltung. Ähnlich wie die Benzin-und Dieselmotoren zeichnen sich auch die von der BMW Group konzipierten E-Maschinen durch einen herausragend hohen Wirkungsgrad aus. Darüber hinaus bietet die Entwicklungsstrategie die Möglichkeit, für jedes Hybrid- und Elektromodell eine auf den individuellen Fahrzeugcharakter abgestimmte Ausführung des E-Antriebs zu realisieren. Unabhängig davon setzt jede Variante im Portfolio der Elektroantriebe nicht nur mit ihrem Wirkungsgrad und ihrer Leistungsentfaltung Maßstäbe, sondern bietet auch hinsichtlich ihres Akustik- und Schwingungsverhaltens überlegene Qualitäten, die dem Premium-Niveau der Marken der BMW Group entsprechen.

Bei der Auswahl eines Konstruktionsprinzips, mit dem sich die höchsten Anforderungen an ein Antriebssystem im Premium-Segment erfüllen lassen, hat sich die BMW Group für die Entwicklung einer sogenannten Hybrid Synchron Maschine (HSM) entschieden. Elektromotoren dieser Bauart bieten durch ihr besonders günstiges Verhältnis zwischen Leistung und Gewicht ideale Grundvoraussetzungen für effiziente Mobilität. Ein weiterer Vorteil neben der überlegenen Leistungsdichte ist der hohe Wirkungsgrad im Fahrbetrieb. In ihrem Gesamtwirkungsgrad übertrifft die Hybrid Synchron Maschine die bei anderen Herstellern üblichen Asynchron- und durch Oberflächenmagneten permanent erregten Synchron-Maschinen um bis zu fünf Prozent. Darüber hinaus zeichnet sich ein Elektromotor nach dem HSM-Prinzip dadurch aus, dass er über einen besonders breiten Lastbereich hinweg einen Wirkungsgrad von mehr als 95 Prozent erreicht. Dadurch kann im direkten Vergleich mit Elektromotoren anderer Bauart mit gleicher Batterietechnik eine deutlich erhöhte Reichweite erzielt werden.

Ein charakteristisches Merkmal für Elektromotoren ist ihr aus dem Stand heraus verfügbares hohes Drehmoment. Trotz dieser prinzipbedingten Eigenschaft ergeben sich auch bei E-Maschinen Unterschiede im Ansprechverhalten. Um dem sowohl BMW als auch MINI typischen Charakter in der Leistungsentfaltung auch bei Elektrofahrzeugen gerecht zu werden, messen die E-Maschinen-Entwickler sowohl einem spontanen Ansprechverhalten als auch einem bis in hohe Lastbereiche hinein stabilen Drehmoment eine besondere Bedeutung bei. Die Hybrid Synchron Maschine weist auch bei diesen Kriterien deutliche Vorteile gegenüber Elektroantrieben anderer Bauart auf. Darüber hinaus zeichnet sich der von der BMW Group entwickelte Elektromotor durch einen besonders ruhigen und vibrationsarmen Lauf aus. Auf diesem Gebiet nutzt BMW konsequent Synergien aus der Entwicklung und Produktion von besonders laufruhigen Verbrennungsmotoren. Damit erfüllt die Hybrid Synchron Maschine auch hinsichtlich ihres Akustik- und Schwingungsverhaltens die Ansprüche an ein Antriebssystem für Premium-Automobile.
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Geändert von Martin (07.04.2011 um 14:45 Uhr)
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