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Alt 25.04.2006, 19:01     #10
Hermann   Hermann ist offline
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Energieströme effizienter nutzen: Intelligente Generatorregelung und Bremsenergie-Rückgewinnung.

Die Verbrennungsmotoren, die in den aktuellen Fahrzeugen von BMW zum Einsatz kommen, bieten eine deutlich höhere Effizienz als die Antriebseinheiten früherer Modellgenerationen. Sie verbrauchen weniger und leisten mehr. Dennoch werden auch heute nur rund 25 bis 30 Prozent der im Kraftstoff enthaltenen Energie tatsächlich in Fortbewegung umgesetzt. Der weitaus größere Anteil wird in Wärme umgewandelt – und keineswegs im vollen Umfang genutzt. Darüber hinaus beansprucht die Erzeugung von Strom für das Fahrzeugbordnetz einen immer größeren Anteil der vom Motor bereitgestellten Leistung. Aus diesem Grund gewinnt ein gezieltes Energiemanagement innerhalb des Fahrzeugs an Bedeutung. BMW hat mit der Entwicklung einer intelligenten Generatorregelung (IGR) die Voraussetzungen geschaffen, die Gewinnung und Nutzung der elektrischen Energie im Fahrzeug noch effizienter zu erzeugen und noch umfassender zu gestalten. Die innovative Bordnetz-Technik schließt auch ein System zur Rückgewinnung von Bremsenergie (Brake Energy Regeneration) ein.

Effiziente Dynamik wird nicht allein durch eine möglichst wirksame Verbrennung erzielt. Erst die Betrachtung aller Energieflüsse und ihrer Wirkungszusammenhänge führt zu neuen Lösungsansätzen. Denn zwischen Zündimpuls und Kraftübertragung auf die Straße passiert in modernen Automobilen erheblich mehr als die bloße Verbrennung von Kraftstoff im Motor. Dieser Vorgang erzeugt Wärme, die beim Einsatz von Turboladern aus dem Abgas zur Leistungssteigerung und mithilfe von Wärmetauschern für die Innenraumheizung aus dem Kühlmittel zurückgewonnen wird, ansonsten aber verloren geht. Darüber hinaus hat in modernen Fahrzeugen der Bedarf an elektrischer Energie zugenommen, die über das Generator- und Batteriesystem ebenfalls aus dem Kraftstoff gewonnen, gespeichert und nutzbar gemacht wird. Dieser Mehrbedarf resultiert aus einer steigenden Zahl von Komfortfunktionen, aber auch aus immer neuen sicherheits- und dynamikrelevanten Komponenten wie Fahrwerkregelung, Aktivlenkung, Motorsteuerung und ABS. Im Rahmen eines intelligenten Energiemanagements arbeitet BMW daran, sowohl die Erzeugung als auch die Inanspruchnahme dieser Energieform so effizient wie möglich zu gestalten.

Schon heute Realität: Intelligentes Energiemanagement.

Dabei werden zwei Ziele verfolgt. Zum einen soll der Gesamtenergiebedarf ohne Einbußen bei der Funktionalität begrenzt werden. Zum anderen soll die Umwandlung der im Kraftstoff enthaltenen Energie in Strom so gezielt gesteuert werden, dass die Verluste in der Gesamtbilanz minimiert werden. Für beide Ansätze sind in den aktuellen Modellen von BMW bereits wichtige Voraussetzungen erfüllt. Intelligentes Energiemanagement wird schon heute in der Serienproduktion verwirklicht. So arbeiten die neuen elektrischen Kühlmittelpumpen der Reihensechszylinder-Motoren von BMW bedarfsorientiert. Das bedeutet, dass sie nur in Hoch- und Höchstgeschwindigkeitsphasen ihre Maximalleistung erreichen. Unmittelbar nach dem Start etwa bleibt die Pumpe passiv. So wird die Motorerwärmung beschleunigt. Da die Kühlmittelpumpe elektrisch betrieben wird und damit nicht an den Motor gekoppelt ist, zweigt sie keinerlei Energie direkt von der Antriebseinheit ab. Insgesamt ermöglicht die bedarfsorientierte Arbeitsweise eine im EU-Zulassungstest ermittelte Verbrauchseinsparung von etwa 2 Prozent.

Darüber hinaus hat BMW ein weiteres Energiemanagement-System entwickelt, das sukzessive in immer mehr Baureihen für die permanente Überwachung des Batteriezustands sorgt. Der intelligente Batteriesensor (IBS) stellt sicher, dass jederzeit genügend elektrische Energie für einen weiteren Startvorgang zur Verfügung steht. Eine Überbeanspruchung der Stromversorgung und die daraus resultierende Entladung der Batterie werden frühzeitig verhindert. Mit einer klar definierten Prioritätssteuerung kann zu diesem Zweck die Stromzufuhr für allein dem Komfort dienende Funktionen wie Sitzheizung oder Klimatisierung reduziert werden, damit jederzeit genügend Energie für sicherheitsrelevante Funktionen und darüber hinaus eine Reserve für den nächsten Motorstart zur Verfügung steht.

Gesteuerte Stromerzeugung verhindert Energieverluste.

In Zukunft wird auch der Zeitpunkt der Energieumwandlung zur Stromerzeugung zugunsten einer möglichst hohen Effizienz beeinflusst. Zentrales Element dieser Steuerung ist die intelligente Generatorregelung, die das Energiemanagement in Abhängigkeit vom Fahrzustand koordiniert. Dies schließt die Rückgewinnung von Bremsenergie (Brake Energy Regeneration) und ihre Einspeisung in das heute übliche Bordnetz ein. Die IGR baut auf Elementen der Bordnetzsteuerung auf, die – wie der IBS – in der Praxis bereits bewährt sind und in der gesamten Modellpalette angeboten werden. BMW wird auch die weiteren Innovationen frühzeitig für alle Baureihen verfügbar machen, damit möglichst viele Kunden davon profitieren können und ein positiver Effekt für den Gesamtflottenverbrauch erzielt wird.

Bislang wird elektrische Energie konstant in jeder Fahrphase erzeugt. Der als Lichtmaschine bezeichnete Generator wird permanent über einen Riemen von der Kurbelwelle angetrieben. Künftig soll dieser Vorgang vorwiegend dann ablaufen, wenn keine Motorleistung abgerufen wird, also in Schub- und Bremsphasen. So steht etwa beim Beschleunigen ein größerer Teil der Kraftstoffenergie allein für die Umsetzung in Bewegung zur Verfügung. In dieser Zeit wird das Bordnetz ausschließlich von der Batterie versorgt. Der Generator wird erst dann wieder aktiv, wenn der Motor in den Schubbebetrieb übergeht oder der Batterieladezustand unzureichend sein sollte.

Brake Energy Regeneration: Die Bremsanlage wird zur Energiequelle.

Ziel der Entwicklung ist es, Strom zu erzeugen, ohne dafür auf die Motorleistung und damit auf die im Kraftstoff enthaltene Energie zuzugreifen. Der in diesem Sinne preiswerte Strom wird nicht nur in Schubphasen über den Generator, sondern auch beim Bremsen mit der so genannten Rekuperation der dabei freigesetzten Energie gewonnen. So wird die bislang als Wärme an den Bremsscheiben ungenutzt entweichende Energie ebenfalls ins Bordnetz des Fahrzeugs eingespeist. Damit wird die Notwendigkeit, im Zugbetrieb des Motors Strom zu erzeugen, erheblich reduziert. Zur direkten Umwandlung von Kraftstoff in elektrische Energie kommt es nur noch in Ausnahmefällen. Mit der intelligenten Generatorregelung und Brake Energy Regeneration werden daher die Effizienz des Motors und die Wirtschaftlichkeit des Fahrzeugs deutlich gesteigert.

Eine wichtige Voraussetzung für das vom Fahrzustand abhängige Energiemanagement ist die gezielte Regelung des Ladezustands der Batterie. Sie wird im Zugbetrieb des Motors abhängig von den Umweltbedingungen nur noch bis auf etwa 80 Prozent ihrer Kapazität geladen. Eine für Standverbrauch und Startfähigkeit ausreichende Reserve ist dabei in jedem Fall gewährleistet. Ein darüber hinaus gehender Wert wird ausschließlich während der energetisch günstigen Schub- und Bremsphasen erreicht. Die dabei gewonnene Energie kann dann auch während der Zugphasen genutzt werden, ohne dass der Generator aktiv sein muss. Weil mit der gezielten Steuerung die Zahl der Ladezyklen steigt, wird die intelligente Generatorregelung bei BMW mit modernen Batterien vom Typ AGM (Absorbent Glass Mat) kombiniert. Sie sind erheblich belastbarer als herkömmliche Blei-Säure-Batterien. Bei AGM-Batterien wird die Säure in Mikroglasfasermatten zwischen den Bleischichten gebunden. Ihre Energiespeicherfähigkeit bleibt auch bei häufigem Auf- und Entladen lange erhalten.

Beim Bremsen entsteht Strom, beim Gasgeben reine Dynamik.

Der Einsatz der intelligenten Generatorregelung mit Brake Energy Regeneration hat in der Fahrpraxis in zweierlei Hinsicht Vorteile. Zum einen bewirkt die gezielt gesteuerte Erzeugung elektrischer Energie eine im EU-Zulassungstest ermittelte Verbrauchsreduzierung um etwa 3 Prozent. Zum anderen profitiert der Fahrer unmittelbar von der Abkoppelung des Generators in Zugphasen. Beim Beschleunigen steht mehr Antriebskraft für dynamisches Fahren zur Verfügung. So werden im Sinne effizienter Dynamik auch hier sowohl die Wirtschaftlichkeit als auch der Fahrspaß gefördert.

Das intelligente Management elektrischer Energie birgt ein erhebliches Potenzial zur Steigerung der Wirtschaftlichkeit von modernen Automobilen. Dabei gilt es, Energieverluste zu minimieren, die Rückgewinnung zu steigern und den mechanischen Umwandlungsprozess so zu entlasten, dass ein möglichst hoher Anteil der Kraftstoffenergie in Dynamik umgesetzt wird. Jede Einzelmaßnahme ist geeignet, signifikante Verbrauchsreduzierungen herbeizuführen. In der Kombination führen sie darüber hinaus zu höherer Fahrdynamik. Die von BMW verfolgte Strategie eines Gesamtkonzepts für das Energiemanagement lässt deshalb erwarten, dass mit künftigen Fahrzeuggenerationen ein ganz erheblicher Fortschritt auf dem Gebiet der effizienten Dynamik erreicht wird. Die intelligente Generatorregelung mit Brake Energy Regeneration lässt sich zudem in der gesamten Modellpalette von BMW einsetzen. Ihre sowohl ökonomischen als auch ökologischen Vorteile werden daher auf Anhieb einer großen Zahl von Kunden zugänglich sein.
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Viele Grüße Hermann

"Nur wer für den Augenblick lebt, lebt für die Zukunft"Heinrich von Kleist
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