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Alt 05.07.2010, 11:14     #4
Martin   Martin ist offline
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MINI E – Pionierarbeit für die E-Mobilität.

Mit dem MINI E begann im Frühjahr 2008 die Erfolgsstory von project i. Gleichzeitig trat das Projekt damit erstmals in den Fokus der Öffentlichkeit. Als erstes Befähigungsprojekt der BMW Group setzte der MINI E mit einer Reichweite von durchschnittlich 150 Kilometern im Alltagsbetrieb und 204 PS nicht nur technische Maßstäbe. Er leistet darüber hinaus nach wie vor wichtige Pionierarbeit für die BMW Group im Rahmen der Entwicklung alternativer Antriebskonzepte auf dem Weg zur CO2-freien Mobilität.

Ziel bei der Entwicklung war es, den MINI E so schnell wie möglich in Kundenhand zu übergeben, um durch die Nutzer wertvolle Erfahrungen über den Alltagsgebrauch eines E-Fahrzeugs zu sammeln. In groß angelegten Feldversuchen testen daher ausgewählte Kunden seit Mitte 2009 die Fahrzeuge in Deutschland, in den USA und in Großbritannien. Über zwei intensive Erprobungsphasen hinweg liefert die gesamte Kleinserie wichtige Erkenntnisse über die Nutzung und das Betriebsverhalten von E-Fahrzeugen und unterstützt damit die Weiterentwicklung des MCV. Mit mehr als 600 MINI E Fahrzeugen betreibt die BMW Group damit eine der größten Flotten von Elektrofahrzeugen in Kundenhand weltweit.


Der MINI E auf der Straße.

In allen drei Erprobungsländern arbeitet die BMW Group zum Teil eng mit örtlichen Energieanbietern, Universitäten und den jeweiligen Regierungen zusammen. Denn im Rahmen des MINI E Projekts gibt die BMW Group den Nutzern nicht nur die Möglichkeit, individuelle Mobilität völlig neu zu erfahren, sondern gestaltet mit den Partnern auch einen Teil der Infrastruktur. Die Energieanbieter ermöglichen den Nutzern, falls gewünscht, den Zugang zu „grünem“, regenerativ erzeugtem Strom.


Nutzungsstudie MINI E Berlin – Elektromobilität ist alltagstauglich.

Obwohl die Erprobungen noch in vollem Gange sind, stimmen die ersten Ergebnisse aus Berlin bereits überaus positiv. Wie die Nutzer in einer Befragung im Vorfeld angaben, erwarteten sie Einschränkungen bezüglich der Reichweite und durch die Ladezeiten. Tatsächlich wurden diese aber in nur wenigen Anwendungsfällen als solche empfunden. So belegt die Berliner Studie, dass sich über 90 Prozent der Teilnehmer durch die durchschnittliche Reichweite von 150 Kilometern in ihrem gewohnten Mobilitätsverhalten nicht beeinträchtigt sehen. Auch die Ladezeiten stellen keine Einschränkung dar.

Wie sich zeigt, unterscheidet sich das Nutzungsverhalten der MINI E Fahrer nur marginal vom Verhalten vergleichbarer MINI Cooper und BMW 116i Benutzer. Die durchschnittliche Länge einer Einzelfahrt differiert zwischen BMW 116i, MINI Cooper und MINI E nur um zwei Kilometer. Und auch die tägliche Gesamtfahrstrecke ist bei den drei Fahrzeugen ähnlich. Beträgt sie beim MINI E 37,8 Kilometer, was etwas über dem gesamtdeutschen, innerstädtischen Durchschnitt liegt, wird ein BMW 116i im Durchschnitt 42 Kilometer pro Tag bewegt, ein MINI Cooper 43,5 Kilometer. Die bisher längste, von Kunden mit dem MINI E zurückgelegte Einzelstrecke liegt bei 158 Kilometern. Der Vergleich mit dem typischen Nutzungsverhalten eines BMW 5er zeigt aber auch, dass E-Mobilität nicht für alle Arten von Mobilitätsanforderungen gleichermaßen geeignet ist. Dies ist auch nicht ihr Anspruch. Dennoch bewerten 66 Prozent der Berliner Nutzer die Flexibilität des MINI E ebenso hoch wie die eines herkömmlichen Fahrzeugs.

Bei der öffentlich zugänglichen Ladeinfrastruktur zeichnet sich ab, dass die Nutzer in erster Linie Ladesäulen in der Nähe ihres Arbeitsplatzes, in öffentlichen Parkgaragen, an Verkehrsknotenpunkten wie Bahnhöfen und Flughäfen beziehungsweise in Einkaufszentren aufsuchen. Der Großteil des Stroms wird aber zu Hause geladen und ermöglicht den Testnutzern schon jetzt eine alltagstaugliche Mobilität. Großen Zuspruch fand die Möglichkeit durch den Kooperationspartner Vattenfall Europe, das Fahrzeug mit regenerativ gewonnener Energie zu laden. Dies zeigt, dass die Nutzer elektrisches Fahren als Gesamtsystem aus Fahrzeug, Infrastruktur und Energieerzeugung wahrnehmen und einen verantwortungsvollen Part dabei übernehmen wollen.



MINI E in den USA – mehr Fahrfreude bei null Emissionen.

Auch in den USA sind Testkunden im MINI E unterwegs. Hinsichtlich der großen Flotte von 450 MINI E Fahrzeugen in den USA startete die BMW Group eine spezielle Forschungskooperation mit der University of California in Davis (UC Davis). Hier wurde der MINI E konsequent auf seine Alltagstauglichkeit getestet, um noch tiefere Erkenntnisse und Einsichten in das Nutzungsverhalten zu liefern.

Die Ergebnisse bestätigen die positive Resonanz aus Berlin: Der MINI E ermöglicht auch den amerikanischen Testkunden, ihre Mobilitätsbedürfnisse komplett zu erfüllen. Die Reichweite von 100 Meilen (ca. 160 km) ist im Alltag völlig ausreichend. So gaben die MINI E Fahrer in den USA eine durchschnittliche Streckenlänge von ungefähr 30 Meilen (ca. 48 km) pro Tag an, während der US-Bürger pro Tag durchschnittlich 40 Meilen (ca. 64 km) mit dem Auto zurücklegt.

Auch das Laden zu Hause stellt für die US-amerikanischen Nutzer keine Beeinträchtigung dar. Die Hälfte der Nutzer lud das Fahrzeug aus Routine sogar täglich, auch wenn dies gar nicht erforderlich war. Zusätzliches Laden außerhalb der eigenen Garage wurde daher fast gar nicht in Anspruch genommen.

Auch der Fahrspaß kam nicht zu kurz: Alle Nutzer waren sich einig, dass Fahren mit dem MINI E Spaß macht und keineswegs mit Verzicht einhergeht. Die Testkunden gewöhnten sich schnell an das neue Fahrgefühl und viele Nutzer erklärten sogar, dass sie nach einem Wechsel vom MINI E in ihr eigenes Auto weniger Freude am Fahren hatten. Das zeigte sich auch in der Nutzungshäufigkeit. Ein Drittel der Nutzer gab an, den MINI E sogar mehr zu fahren als das ersetzte Fahrzeug.


Schlussfolgerungen aus den Studien.

Die Ergebnisse aus Berlin und Kalifornien zeigen, dass die BMW Group auf dem richtigen Weg ist. Nur eine geringe Anzahl an Fahrten konnte mit dem MINI E nicht durchgeführt werden. Die meist genannten Gründe hierfür waren in den USA wie in Deutschland der fehlende Stauraum und die limitierte Passagieranzahl. Aus den erfassten Daten lässt sich ableiten, dass ein Megacity Vehicle mit etwas größerer Reichweite und einem erweiterten Platzangebot die Mobilitätsbedürfnisse von Großstädtern fast zu 100 Prozent abdeckt. Die BMW Group arbeitet bereits intensiv an der Umsetzung.


BMW Concept ActiveE – der nächste Schritt.

Mit dem BMW Concept ActiveE werden die Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten der BMW Group zur Elektromobilität im Rahmen von project i konsequent fortgesetzt. Auf Grundlage dieser Konzeptstudie, die im Dezember 2009 vorgestellt wurde, wird die BMW Group im Jahr 2011 eine weitere Erprobungsflotte von Elektrofahrzeugen in Kundenhand geben. Diese Erprobung dient dazu, das bereits gewonnene Wissen über die alltagsgerechte Nutzung von Fahrzeugen mit Elektroantrieb zu vertiefen und weitere Erkenntnisse über die Kundenwünsche zu liefern.

War beim MINI E der Platz im Innenraum eher eingeschränkt, stellt das BMW Concept ActiveE durch die verbesserte Integration der elektrischen Antriebskomponenten vier vollwertige Sitzplätze und einen rund 200 Liter fassenden Gepäckraum zur Verfügung. Der speziell für den rein elektrisch angetriebenen BMW entwickelte Motor leistet 125 kW/170 PS und stellt ein maximales Drehmoment von 250 Newtonmetern zur Verfügung. Seine Energie bezieht der Elektroantrieb aus ebenfalls völlig neu konzipierten Lithium-Ionen-Akkus. Sie ermöglichen eine Reichweite von rund 160 Kilometern (100 Meilen) im Alltagsbetrieb. Die Komponenten des elektrischen Antriebsstrangs wurden mit Blick auf die Anforderungen des MCV konzipiert und werden hier in einem Vorserienstadium erprobt.

Im BMW Concept ActiveE werden außerdem neue, exklusiv für die Anwendung in einem Elektrofahrzeug entwickelte Services von BMW Connected Drive präsentiert. Dazu gehören Funktionen, die es ermöglichen, per Mobiltelefon den Ladezustand des Akkus abzufragen, nach öffentlichen Ladestationen zu suchen oder die Standheizungs- beziehungsweise Standklimatisierungsfunktion des Fahrzeugs zu aktivieren.


Das Megacity Vehicle – das erste Serienfahrzeug der BMW Group mit E-Antrieb.

Mit dem Megacity Vehicle (MCV) wird die BMW Group eine neuartige Lösung für nachhaltige Mobilität im urbanen Umfeld anbieten, die noch im Jahr 2013 unter einer Submarke von BMW auf den Markt kommen wird. Wie die Entwicklungsarbeit von MINI E und BMW Concept ActiveE zeigen, schöpft die Umrüstung eines Fahrzeugs, das ursprünglich auf den Betrieb mit einem Verbrennungsmotor (Conversion Car) ausgelegt war, noch nicht das volle Potenzial der E-Mobilität aus. Entsprechend ist das MCV konstruktionsseitig kompromisslos auf die Bedürfnisse und Anforderungen der E-Mobilität ausgerichtet. Das MCV verfügt über einen neu entwickelten Antrieb (Kap. 3) sowie eine revolutionäre Fahrzeugarchitektur (LifeDrive) (Kap. 4), die konsequenten Leichtbau, optimale Raumfunktionalität und höchste Crashsicherheit miteinander verbindet. Damit wird es auch ein neues Kundenfeld ansprechen, denn der kompakt bauende elektrische Antriebsstrang ermöglicht neue Innenraumkonzepte mit neuen Funktionalitäten sowie neue Freiheitsgrade im Design.

Ein Auto zu fahren, hieß bisher immer auch, mit einem Verbrennungsmotor zu fahren. Doch die aktuellen Entwicklungen von Umwelt und Gesellschaft zeigen, dass die Nutzung der fossilen Brennstoffe in allen Bereichen des täglichen Lebens mit ökologischen Nachteilen einhergeht und die Brennstoffe selbst nur noch eine begrenzte Zeit verfügbar sein werden. Eine Möglichkeit, dem zu begegnen, sieht die BMW Group darin, die technische Entwicklung der Elektromobilität intensiv voranzutreiben. Doch was verbirgt sich hinter dem Begriff E-Mobilität, was sind die Unterschiede zu einem Verbrennungsmotor, welche Potenziale liegen darin und welche Herausforderungen liegen noch vor den Entwicklern?



Emissionsfrei und dynamisch – die neue Generation der Fortbewegung.

Die Möglichkeit, Fahrzeuge ausschließlich mit elektrischer Energie anzutreiben, eröffnet völlig neue Mobilitätsperspektiven. Da während des Betriebs eines E-Motors keine klimaschädlichen Gase entstehen, ermöglicht die Verwendung von elektrischer Energie eine lokale emissionsfreie und damit umweltschonende Mobilität. Bei Einsatz von regenerativen Energien ist die Stromerzeugung sogar komplett emissionsfrei. Darüber hinaus geht E-Mobilität mit einem völlig neuen, sehr agilen Fahrgefühl einher. Die Leistungscharakteristik eines modernen E-Motors der BMW Group ist beeindruckend und lässt Assoziationen zu bisherigen Nischen-E-Fahrzeugen schnell vergessen. Höchstens das geringe Motorgeräusch erinnert daran, dass man elektrisch unterwegs ist.

„Die Leistungsentfaltung bei einem E-Fahrzeug ist fast wie bei einem Lichtschalter: einfach anknipsen/einschalten und die volle Leistung ist da.“ (Hans-Jürgen Branz)

Ein moderner E-Antrieb der BMW Group, wie der für das Megacity Vehicle beispielsweise, leistet deutlich über 100 kW. Die Besonderheit daran ist jedoch, dass hier die volle Motorleistung bereits zum Anfahren zur Verfügung steht und nicht erst wie bei Verbrennungsmotoren über die Motordrehzahl aufgebaut werden muss. Differenziale, Schlupfregelungen und eine Getriebestufe sorgen dafür, dass das gesamte Drehmoment auch auf die Straße übertragen wird. Das bereits im Stillstand verfügbare maximale Drehmoment verleiht E-Fahrzeugen eine besonders hohe Agilität und sorgt für beeindruckende Beschleunigungswerte. Der Heckantrieb ergänzt beim Megacity Vehicle das Leistungsverhalten der E-Motoren perfekt: Aufgrund der dynamischen Radlastverlagerung lastet beim Anfahren mehr Gewicht auf den Antriebsrädern und ermöglicht dadurch eine bessere Traktion und Kraftübertragung. So sorgt das hohe Drehmoment der E-Motoren in Kombination mit dem Heckantrieb für eine BMW Group typische Fahrdynamik.

Auch in Zukunft hat die BMW Group den Anspruch, die besten Antriebe zu bauen. Antriebe, die sich durch Effizienz, Leistungsentfaltung und Laufruhe vom Wettbewerb absetzen – auch wenn Strom statt Kraftstoff in Bewegung umgesetzt wird. Entsprechend intensiv treibt die BMW Group die technische Entwicklung der Elektromobilität voran: Im „e-Werk“, dem Kompetenzzentrum der BMW Group für elektrische Antriebe, versammeln sich daher die Experten für Entwicklung, Fertigung und Einkauf unter einem Dach. Sie alle arbeiten an der Entwicklung und Umsetzung der neuen Antriebsgeneration.


Beschleunigen, ohne zu schalten.

Elektromotoren nutzen einen deutlich größeren Drehzahlbereich als Verbrennungsmotoren. Drehzahlen über 12.000 U/min sind ohne Weiteres möglich. Entsprechend anders gestaltet sich auch das Erreichen der Höchstgeschwindigkeit. Durch das hohe Drehmoment beschleunigt ein E-Fahrzeug nicht nur schneller als ein Verbrenner mit vergleichbarer Leistung. Die hohe Nutzdrehzahl erlaubt außerdem die unterbrechungsfreie Drehmomentabgabe über den vollen Geschwindigkeitsbereich. Die Motorleistung wird nur durch eine Übersetzungsstufe geführt und dann direkt an die Räder weitergegeben, ein mehrgängiges Getriebe entfällt. Das bedeutet, dass ein E-Fahrzeug mit nur einem Gang aus dem Stand bis zur Höchstgeschwindigkeit beschleunigt. Der zugkraftunterbrechungsfreie Vortrieb mit kontinuierlich steigender Drehzahl ist ein besonderes Erlebnis, das bei einem Verbrennungsmotor bisher nur mit großem konstruktionsseitigen Aufwand wie z. B. Doppelkupplungsgetrieben zu „erfahren“ war.

„Elektromobilität ist bei Weitem keine rollende Verzichtserklärung. E-Fahrzeuge machen richtig Spaß.“ (Patrick Müller)

Lediglich die theoretische Höchstgeschwindigkeit reizt man im Hinblick auf das Megacity Vehicle (MCV) bewusst nicht komplett aus. Da das MCV hauptsächlich im Stadtbereich und Umland eingesetzt wird, gelten derzeit rund 150 km/h Spitzengeschwindigkeit als vollkommen ausreichend. Höhere Geschwindigkeiten wären zwar möglich, sind jedoch nicht unbedingt sinnvoll. Zum einen aufgrund des sehr hohen Energiebedarfs beim Hochgeschwindigkeitsfahren: Mit steigender Geschwindigkeit erhöht sich auch der Luftwiderstand – und zwar exponentiell. Entsprechend erhöht sich damit auch der Energieverbrauch. Da durch die Speicherkapazität der Batterie aber nur begrenzt Energie zur Verfügung steht, würden zu hohe Geschwindigkeiten die Reichweite stark einschränken. Zum anderen wäre zur Erreichung der höheren Endgeschwindigkeit eine andere Übersetzung nötig, die jedoch die Agilität des Fahrzeugs im Stadtverkehr deutlich reduziert. Eine weitere Möglichkeit, die Höchstgeschwindigkeit zu erhöhen, wäre ein mehrgängiges Getriebe, das jedoch deutlich mehr Konstruktionsaufwand, Bauraum und Gewicht bedeuten würde.


Bremsen mit dem Gaspedal.

Ein weiterer Unterschied, der dem E-Fahrzeug zu einem eigenständigen Fahrerlebnis verhilft, ist die Möglichkeit, über das Gaspedal auch zu bremsen. So wird aus dem Gaspedal ein „Fahrpedal“. Nimmt man den Fuß vom Pedal, rollt das Fahrzeug nicht im Leerlauf weiter, sondern verzögert aktiv. Dieses Verzögerungsmoment wird zur Energierückgewinnung genutzt, der so genannten Rekuperation. Beim Abbremsen wird aus dem Elektromotor damit ein Generator, der Energie erzeugt und die Batterie lädt. Im Grundprinzip ähnlich der Bremsenergierückgewinnung aus dem Maßnahmenpaket von EfficientDynamics, kann die zurückgewonnene Energie hier jedoch direkt wieder in Vortrieb umgesetzt werden. Eine intensive Nutzung der Rekuperation von Energie durch den Motor führt zu einer Erhöhung der Reichweite um bis zu 20 Prozent. Das Fahren über das Fahrpedal ermöglicht zudem ein entspannteres Fahren mit weniger Fußwechseln, erlaubt schnelles Reagieren und eignet sich daher besonders gut für das „Mitschwimmen“ im Stadtverkehr. Bis zu 75 % der Verzögerungsvorgänge lassen sich hier ohne den zusätzlichen Einsatz des Bremspedals durchführen.


Leistungsstark und kompakt – die Antriebskomponenten.

Ein Fahrzeug mit E-Antrieb bietet nicht nur ein attraktives Fahrverhalten. Die Elektromaschine verfügt außerdem über eine höhere Leistungsdichte als ein Verbrennungsmotor. Das bedeutet, dass bei einem E-Motor die gleiche Motorleistung auf kleinerem Raum darstellbar und umsetzbar ist. Der gesamte Antrieb beim BMW Concept ActiveE (und später beim MCV) beispielsweise ist ohne Energiespeicher gerade mal so groß wie zwei Getränkekästen. Das kompakte Antriebsaggregat kann daher gut in die Fahrzeugarchitektur eingebunden werden, außerdem entfallen ein zusätzlich zu integrierender Abgasstrang und die komplexe Ansaugluftführung. Die geringeren Abmessungen und die deutlich geringere Masse des E-Antriebs ermöglichen eine Bauraumeinsparung von bis zu 50 % gegenüber einem Verbrennungsmotor inklusive Getriebe, die in zukünftigen Fahrzeugkonzepten vor allem den Passagieren im Innenraum zugutekommt.

Insgesamt besteht ein E-Antrieb aus mehreren Komponenten, die erst im Zusammenspiel das Fahrzeug bewegen: der Elektromotor, die Leistungselektronik, eine Getriebestufe sowie der elektrische Energiespeicher.


Das elektrische Herz – der E-Motor.

Herzstück des elektrischen Antriebs ist der Elektromotor. Vereinfacht dargestellt besteht die neueste Generation eines E-Motors der BMW Group aus dem gehäusefesten, rohrförmigen Stator und einem drehbaren Zylinder innerhalb des Stators, dem Rotor. Der Rotor ist mit der Getriebestufe und dadurch mit den Antriebsrädern verbunden. Im Stator sind Spulen angebracht, in denen durch Stromfluss ein Magnetfeld erzeugt werden kann. Auf dem Rotor dagegen befinden sich ein oder mehrere Magneten mit fester Polung. Um den Elektromotor in Bewegung zu versetzen, wird über ein wanderndes Magnetfeld (Drehfeld) eine gezielte Anziehung und Abstoßung zwischen Rotor und Stator erzeugt. Man macht sich hier zunutze, dass sich die unterschiedlichen Pole eines Magneten anziehen bzw. zwei gleiche Pole abstoßen – Nord- und Südpol ziehen sich an, zwei Süd- oder Nordpole stoßen sich jeweils ab.

Schaltet man nun den Strom ein, zieht der Südpol des im Stator erzeugten Magnetfelds den Nordpol des Rotormagneten an. Doch bevor der Nordpol des Rotors den Südpol des Stators erreicht, schaltet man den Südpol auf die nächste Phase weiter. Als Folge dreht sich auch der Rotor weiter und „läuft“ den wechselnden Magnetfeldern auf dem Stator nach. Durch seine Drehbewegung überträgt der Rotor die mechanische Energie für den Vortrieb. Entsprechend der Geschwindigkeit, mit der man das Drehfeld den Stator umlaufen lässt, ändert sich auch die Fahrgeschwindigkeit. Das Drehmoment dagegen wird durch die Anzahl der Magneten und die Stromstärke beeinflusst: Je mehr Magneten auf dem Rotor sind und je höher der fließende Strom, desto mehr Drehmoment kann der E-Antrieb erzeugen.

Das hier beschriebene Funktionsprinzip zeigt eine permanent erregte, dreiphasige Synchronmaschine, wie sie im Concept ActiveE und auch im MCV zu finden sein wird. „Synchronmaschine“ bedeutet, dass der Rotor dem umlaufenden Erregerfeld auf dem Stator synchron folgt. Darüber hinaus ist das Magnetfeld des Rotors durch Magnete permanent erregt und muss nicht erst induziert (fremderregt) werden. Die Fremderregung wäre deutlich aufwändiger, da sie noch eine zweite Regelungsinstanz erfordern würde, um das Magnetfeld im Rotor zu erzeugen. Permanent erregte Maschinen stellen momentan das Optimum aus Anforderung, Komplexität und Funktion dar.



Mehr Leistung durch Elektronik – die Leistungselektronik.

Grundvoraussetzung für einen funktionierenden Elektromotor und dessen optimale Leistungsfähigkeit ist der richtige Umlauf des Magnetfelds auf dem Stator. Um die hohen Drehzahlen von über 12.000 U/min realisieren zu können, müssen die Magnetfelder der Phasen sehr schnell und präzise geschaltet werden. Diese wichtige Aufgabe übernimmt eine spezielle Steuereinheit, die Leistungselektronik. Sie sorgt für die Weiterschaltung des Drehfelds in der gewünschten Geschwindigkeit und mit der dazu erforderlichen Feldstärke. Sie stellt damit sicher, dass der Rotor sich mit der benötigten Drehzahl dreht und das gewünschte Drehmoment abgibt.


Die Batterie – der Tank beim Elektrofahrzeug.

Um den Motor eines E-Fahrzeugs antreiben zu können, sind sehr hohe Ströme erforderlich. Pro Phase werden hier Stromstärken bis zu 400 Ampere geschaltet, was ungefähr dem 25-fachen einer Haushaltssteckdose entspricht. Auch die Spannungen sind mit bis zu 400 Volt fast doppelt so hoch wie bei der herkömmlichen Stromversorgung normaler Endgeräte. Um diese Energie zu speichern und bei Bedarf zur Verfügung zu stellen, kommt ein Verbund von neu entwickelten Lithium-Ionen-Speicherzellen zum Einsatz. Die Lithium-Ionen-Technologie hat bereits in vielen Anwendungsgebieten – so etwa in Mobiltelefonen und Laptops – ihre besonders hohe Speicherkapazität und Zyklenfestigkeit unter Beweis gestellt. Eine einzelne Lithium-Ionen-Zelle für den Automobilbereich ist ungefähr so groß wie ein Taschenbuch und besitzt eine Nennspannung von ca. 3,7 Volt. Der nutzbare Spannungsbereich einer Zelle liegt jedoch zwischen 2,7 und 4,1 Volt. Um einen Hochvoltspeicher mit der benötigten Spannung von 400 Volt zu erreichen, schaltet man ungefähr 100 dieser Zellen in Reihe.

Der Einsatz von Batteriezellen geht jedoch mit einigen Besonderheiten einher. So arbeiten Lithium-Ionen-Zellen nicht über den gesamten Temperaturverlauf gleich. Erst die optimale Betriebstemperatur von ungefähr 20 Grad Celsius stellt die maximale Reichweite sicher. Entsprechend wird der Energiespeicher durch Zusatzheizelemente beziehungsweise eine aktive Kühlung bedarfsgerecht temperiert. Der Nutztemperaturbereich der in der Automobilbranche eingesetzten Zellen ist jedoch deutlich toleranter, als man dies von anderen Batteriezellen kennt. Einige Laptopzellen beispielsweise sollte man ab einer Temperatur unter null Grad nicht mehr laden, auch die Leistung wäre dann sehr eingeschränkt. Bei den Zellen der BMW Group dagegen gibt es bei niedrigen Temperaturen zwar auch einen Leistungsabfall, durch die andere Zusammensetzung der Chemikalien im Inneren der Batterie ist dieser aber deutlich flacher. Durch die Vorkonditionierung der Batterie schon während des Ladevorgangs sowie der bedarfsoptimierten Temperierung während der Fahrt wird dieses potenzielle Manko beseitigt.



Sicherheit ist oberstes Gebot.

Bei der Entwicklung und Auslegung des Energiespeichers galt es vor allem auch, die Sicherheit der Passagiere zu gewährleisten. Der Energiespeicher birgt aufgrund der hohen Ströme und der verwendeten Chemikalien, die bei Kontakt miteinander reagieren und sich entzünden könnten, prinzipiell ein gewisses Risikopotenzial. Die Wahrscheinlichkeit eines elektrischen Schlags oder einer Entzündung wird durch zahlreiche Maßnahmen eliminiert. Zum einen werden in Batteriezellen für Fahrzeuge deutlich „gutmütigere“ Zusammensetzungen der Chemikalien verwendet als beispielsweise in Laptopbatterien. Des Weiteren sind die Batteriemodule durch die Karosserie zuverlässig geschützt, damit sie auch im Crashfall nicht beschädigt werden. Zudem sorgen Kühlmittel, aufwändige Überwachungsalgorithmen und -sensorik an Bord dafür, dass die Batterie im Betrieb und beim Laden nicht überhitzt. Abschaltmechanismen sichern den Energiespeicher gegen zu tiefes Entladen oder Überladen und sogar die Penetrierung des Energiespeichers mit Metallgegenständen konnte unkritisch gestaltet und abgesichert werden.


Ein Fahrzeugleben lang.

Momentan beschäftigen sich die Entwickler der BMW Group damit, die Kapazität des Energiespeichers möglichst lange zu gewährleisten. Dabei sind einige Faktoren zu berücksichtigen, die die Lebensdauer des Energiespeichers beeinflussen. Eine Batterie altert in zwei Dimensionen: zum einen kalendarisch, das bedeutet, mit zunehmendem Alter nimmt auch ihre Leistungsfähigkeit und der maximal nutzbare Energieinhalt ab. Aber auch andere Faktoren beeinflussen die Lebensdauer eine Zelle. Die Entladungstiefe (depth of discharge) oder die Temperatur, bei der die Batterie betrieben wird, stellen wichtige Kriterien für das Alterungsverhalten dar. Die Absicherungstests der BMW Group stellen sicher, dass die Zellen sowohl bezüglich Lebensdauer als auch bezüglich der so genannten Zyklisierbarkeit die Kundenanforderungen über die gesamte Fahrzeuglebensdauer erfüllen. Im Sinne der Nachhaltigkeit lassen sich für ein Fahrzeug nicht mehr verwendbare Batterien zudem weiterverwenden: Selbst wenn die Batteriekapazität irgendwann einmal nicht mehr für den Betrieb eines Fahrzeugs ausreichen sollte, besitzt sie noch genug Leistung, um als stationärer Energiespeicher für zahlreiche Anwendungen genutzt werden zu können.


Herausforderungen für die Zukunft.

Die Zukunft der Elektromobilität liegt in der Weiterentwicklung der Energiespeicher. Daher arbeiten die BMW Entwickler intensiv daran, den Energiespeicher kompakter, kostengünstiger und leichter bauen zu können. Vor allem aber gilt es, möglichst viel Energie für eine hohe Reichweite mitzuführen. Die Energiedichte des Energiespeichers beim E-Fahrzeug ist bisher noch nicht vergleichbar mit der eines vollen Kraftstofftanks. In einem Hochvoltspeicher mit 22 kWh befindet sich ein Energieäquivalent von ungefähr 2,5 Litern Superkraftstoff. Entsprechend geringer sind die momentan möglichen Reichweiten. Ein Elektromotor arbeitet jedoch effizienter: Aufgrund des erheblich höheren Wirkungsgrads von bis zu 96 Prozent – ein Verbrennungsmotor erreicht bestenfalls 40 Prozent – kommt dieser mit der wenigen Energie deutlich weiter als ein vergleichbar motorisiertes Fahrzeug mit Verbrennungsmotor. Aufgrund der außerordentlich hohen Effizienz ist die momentan mögliche Reichweite für viele bereits alltagstauglich. Wie die ersten Ergebnisse der Nutzungsstudien mit dem MINI E zeigen, konnten 90 Prozent der Testnutzer mit der bisher realisierten Reichweite 100 Prozent ihrer Mobilität beibehalten.
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There are three types of people in this world: those who make things happen, those who watch things happen and those who wonder what happened.

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Geändert von Martin (05.07.2010 um 11:38 Uhr)
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