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Alt 14.11.2004, 11:05     #10
Albert   Albert ist offline
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CE-
9. Alternativen: Weitere von der BMW Group untersuchte Antriebsarten.

Im Rahmen der Energiestrategie haben BMW Wissenschaftler und Ingenieure neben dem Wasserstoff-Verbrennungsmotor auch weitere alternative Antriebskonzepte untersucht und vielversprechende Ansätze bis ins Prototypenstadium entwickelt.

Hybridantrieb.

Ein Versuch, systemübergreifend Nachteile zu kompensieren und Vorteile zu addieren, ist der Hybridantrieb. BMW hat bereits 2003 einen Extremansatz durchgespielt: Dabei unterstützt ein Elektromotor, der in einem BMW X5 Experimentalfahrzeug zwischen Verbrennungsmotor und Getriebe integriert ist, den konventionellen Antrieb beim Beschleunigen. Als Energiespeicher dienen Hochleistungskondensatoren. Mit dem Forschungsfahrzeug wurden einerseits ein bis dahin unerreichtes Ansprechverhalten und eine Drehmomenterhöhung auf 1000 Nm im unteren Drehzahlbereich erreicht. Andererseits erzielt das Fahrzeug im Testfahrzyklus eine Verbrauchssenkung um bis zu 15 Prozent.

In Zukunft ist ein kompaktes „Aktivgetriebe“ vorstellbar, das in einem Block sowohl den Elektromotor als auch die Leistungselektronik in das Getriebe integriert und damit das Zusatzgewicht und den Bauraum für das System deutlich verringert. Hochleistungskondensatoren in den Türschwellern könnten zu einem weiteren Vorteil beitragen. Die Kondensatoren weisen im Vergleich zu Batteriesystemen deutlich höhere Lade- und Entladeraten auf. Elektrische Eingriffe in den Antriebsstrang können darüber hinaus Fahrsituationen wie Stop & Go-Verkehr oder Beschleunigungen optimieren.

Beim seriellen Hybrid sind Verbrennungsmotor, Generator, elektrischer Speicher und der mit dem Antriebsstrang verbundene Elektromotor im Energiefluss hintereinander geschaltet (seriell). Der Verbrennungsmotor kann auf den Bereich mit dem besten Wirkungsgrad optimiert werden und wird nur gestartet, wenn die Batterie den momentanen Energiebedarf nicht mehr decken kann.

Die Herausforderung für die Ingenieure besteht darin, den Bauraumbedarf und das Gewicht – beide steigen vor allem durch die zusätzliche Antriebsbatterie – in den Griff zu bekommen. Dazu kommen die beiden in ihrer Funktion teilweise doppelt ausgeführten Antriebsstränge. Das komplexe Zusammenwirken der beiden Teilsysteme führt schließlich auch zu höheren Aufwendungen für Management und Entwicklung des Gesamtfahrzeugs. Damit sprechen zwei entscheidende Argumente gegen den Hybridantrieb: Als „Add-On“-Lösung macht er das Fahrzeug nicht nur schwerer, sondern auch teurer. Alle Konzepte der intelligenten Elektrifizierung sind deswegen immer nur eine ergänzende Lösung zur Weiterentwicklung des Verbrennungsmotors.

Elektroantrieb.

Mit die älteste alternative Antriebsart ist der Elektroantrieb. Er ist frei von gasförmigen Abgasemissionen und gilt als umweltfreundlichste Antriebsart. Dies trifft allerdings nur dann zu, wenn der Strom vollständig „ökologisch“ gewonnen werden kann.

Die BMW Group hat bereits 1991 mit dem E1 ein innovatives Konzept für Elektrofahrzeuge realisiert. Es eignet sich in Größe und Reichweite vor allem für den Einsatz in Städten und Ballungsräumen. Dort spielen die prinzipbedingten Nachteile des Elektromotors eine untergeordnete Rolle: Im Gegensatz zum Verbrennungsmotor entwickelt der Elektromotor seine größte Kraft im unteren Drehzahlbereich. Bei typischen Autobahngeschwindigkeiten erreicht er aber nicht annähernd die Dynamik und Agilität eines Verbrennungsmotors.

Die Weiterentwicklung des Elektroautos ist im Übrigen untrennbar mit der Leistungsfähigkeit der Batterie verknüpft. Nach wie vor unzureichend erfüllen die Batteriesysteme die Anforderungen, die mit dem Einsatz in einem Straßenfahrzeug verbunden sind. Ungelöst blieb bisher beispielsweise der Zielkonflikt zwischen Energie- und Leistungsdichte. Hochtemperaturbatterien können bei gleichem Gewicht dreimal mehr Energie speichern als Bleibatterien, erlauben aber nicht die hohe Leistungsentnahme etwa einer Nickel-Metallhydrid-Batterie. Für eine Reichweite von 200 Kilometer müsste man ein Batteriegewicht von etwa 500 Kilogramm einkalkulieren. Auch die Schnellladefähigkeit ist unzureichend, so dass „Tankstops“ nur über Nacht sinnvoll möglich sind. Auch die Brennstoffzelle als chemische Batterie erfordert nach wie vor hohe Zugeständnisse bei Gewicht und Kosten.

Erdgasantrieb.

Erdgas besteht im Wesentlichen aus Methan (CH4) und ist in seinen fahrzeugrelevanten Eigenschaften dem Wasserstoff sehr ähnlich. Im Vergleich zum Benzinbetrieb entstehen bei der Verbrennung im Motor rund 20 Prozent weniger Kohlendioxid (CO2). Da die Aufbereitung und Bereitstellung des Erdgases vom Förderort zu den Tankstellen mit höheren CO2-Emissionen verbunden ist als die konventionelle Kraftstoffbereitstellung von Benzin oder Diesel, ergibt sich jedoch in Summe eine CO2-Einsparung von nur circa 10 bis 15 Prozent gegenüber benzinbetriebenen Fahrzeugen. Die BMW Group bot ab 1995 als erster europäischer Pkw-Hersteller Serienfahrzeuge mit Erdgasantrieb an, die bivalent, also wahlweise mit Erdgas oder Benzin betrieben werden können. Der mit komprimiertem Erdgas CNG fahrende 316 g war eines der saubersten Autos der Welt, er erfüllte von Anfang an die weltweit strengsten kalifornischen Abgas-Grenzwerte von 2003.

Die gewonnenen Erkenntnisse zeigen für den Erdgasantrieb langfristig jedoch keine zielführende Perspektive: Ein mit Erdgas betriebenes Fahrzeug emittiert noch immer in nennenswerter Menge Kohlendioxid. Zudem ist Erdgas ein fossiler und damit begrenzt verfügbarer Energieträger. Die Notwendigkeit, eine Erdgas-Infrastruktur mit Tankstellen aufzubauen, lässt den Zwischenschritt über Erdgas auf dem Weg zum Wasserstoff als unrentabel erscheinen. Auch hat sich die Marktakzeptanz von Ergasautos als begrenzt herausgestellt. Die BMW Group hat deshalb sein Angebot an Erdgasfahrzeugen wieder eingestellt. Sinnvoller ist der direkte Schritt in die Wasserstoffwelt.

Diesen Weg setzt die BMW Group mit der Serienentwicklung des Wasserstoffautos mit Verbrennungsmotor und dem konsequenten Bekenntnis zu Wasserstoff als nachhaltigem Energieträger der Zukunft weiter fort.
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