BMW i3 - Reines Elektroauto

Mit der Markteinführung des BMW i3 beginnt für die Elektromobilität eine neue Ära. Das erste Serienfahrzeug der Marke BMW i ist zugleich das weltweit erste Premium-Automobil mit einem rein elektrischen Antrieb.

Der Charakter des BMW i3 resultiert aus einer Fahrzeugarchitektur in Kombination mit einer eigenständig von der BMW Group und exklusiv für BMW i Automobile entwickelten Antriebstechnologie. LifeDrive-Architektur und BMW eDrive Technologie bilden die Basis für Elektromobilität auf Premium-Niveau und ebnen den Weg zu purer Fahrfreude.

Für rein elektrische Mobilität konzipiert

Das Fahrzeugkonzept des BMW i3 wurde von Beginn an auf den Einsatz eines rein elektrischen Antriebssystems ausgelegt. Gegenüber sogenannten Conversion-Fahrzeugen, bei denen der ursprüngliche Verbrennungsmotor nachträglich gegen einen E-Antrieb ausgetauscht wird, ergeben sich daraus zahlreiche Vorteile. Bauart, Dimensionierung und Anordnung aller Komponenten des E-Antriebs können frei gewählt werden. So lassen sich bei einem Conversion-Fahrzeug beispielsweise die für den Kraftstofftank oder die Abgasanlage reservierten Bauräume nach der Umrüstung kaum sinnvoll nutzen. Beim BMW i3 waren derartige Kompromisse nicht erForderlich.

Mehr Reichweite lässt sich durch größere Batterien erzielen, dabei steigt allerdings das Gewicht und die Fahrleistungen verschlechtern sich. Ein besonders starker Motor erFordert mehr Energie, was ebenfalls zu schweren Batterien oder eingeschränkter Reichweite führt. Alternativ kann eine Leichtbaukarosserie für bessere Fahrleistungen sorgen, das eingesparte Gewicht kann auch in größere Batterien "investiert" werden, die wiederum die Reichweite steigern. Der BMW i3 verfügt in dieser Hinsicht über das perfekte Package für sportliche Fahrfreude im Stadtverkehr. Mit einem DIN-Leergewicht von 1.195 kg ist er leichter als die meisten Fahrzeuge des Kompaktsegments und bietet zugleich deutlich mehr Platz für bis zu vier Insassen.

Beim Spurt von 0 auf 100 km/h in 7,2 Sekunden sowie von 0 auf 60 km/h in 3,7 Sekunden hält er herkömmlich angetriebene Modelle vergleichbarer Größe und Leistung auf Distanz. Und die Reichweite von 130 bis 160 Kilometern im Alltagsbetrieb genügt – wie umfangreiche Praxistests im Rahmen des project i ergaben –, um die Mobilitätsbedürfnisse der Kundenzielgruppe im Alltag komfortabel abzudecken.

Leichtbau konsequent umgesetzt

Mit der speziell für BMW i Automobile entwickelten LifeDrive-Architektur wurden ideale Voraussetzungen für maßgeschneiderte Elektrofahrzeugkonzepte geschaffen. Eine zentrale Rolle spielt dabei die Verwendung von kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK) für die Fahrgastzelle (Life-Modul). Der Einsatz des leichten und crashsicheren Hightech-Werkstoffs in dieser Größenordnung ist für die Großserienproduktion eines Fahrzeugs einzigartig.

Auch das aus AluMINIum gefertigte Drive-Modul und die Verbindung zwischen beiden Elementen orientieren sich konsequent am Leichtbau-Prinzip: Die von der LifeDrive-Architektur geprägte Karosseriestruktur ermöglicht die Verwendung eines Heckabschluss-Elements aus glasfaserverstärktem Kunststoff-Spritzguss. Im Vergleich zur herkömmlichen Stahlblech-Lösung führt die Variante zu einer Gewichtsreduzierung um 30%. Der direkte Anschluss der Leistungselektronik an den Elektromotor im Heck des BMW i3 reduziert die Länge der Kabelverbindungen und senkt das Gesamtgewicht des Antriebsstrangs um rund 1,5 kg.

Ebenso sind die Fahrwerkskomponenten des BMW i3 durch eine gewichtsoptimierte Konstruktionsweise geprägt. So beträgt die Gewichtsersparnis der AluMINIum-Schmiedelenker etwa 15% im Vergleich zur herkömmlichen Bauart. Die hohle Abtriebswelle ist um 18 Prozent leichter als ein konventionelles Pendant. Und die serienmäßigen 19 Zoll großen AluMINIum-Schmiederäder des BMW i3 weisen ein um 36% geringeres Gewicht auf als vergleichbare Stahl-Felgen dieser Größe. Gleich in zweifacher Hinsicht wird durch die Verwendung einer Magnesium-Tragstruktur für die Instrumententafel Gewicht reduziert. Aufgrund ihrer dem herkömmlichen Stahlblech überlegenen Materialeigenschaften können die Bauteile in einer optimierten Geometrie gefertigt werden, die zu einer rund 20%-igen Gewichtsminderung führt. Zusätzlich erzielt die Magnesium-Tragstruktur dank ihrer hohen Verbundsteifigkeit eine stabilisierende Wirkung, die eine Reduzierung der Bauteile und eine damit verbundene nochmalige Gewichtsreduzierung um 10% ermöglicht.

Die aus nachwachsenden Rohstoffen hergestellten Türverkleidungen sind um rund 10% leichter als konventionelle Bauteile. Die konsequente Umsetzung der Leichtbaustrategie reicht darüber hinaus bis hin zu Schrauben und Bolzen, die aus AluMINIum gefertigt sind. Sichtbar ist die bis ins Detail gehende Orientierung am Leichtbau-Prinzip an der Wabenstruktur der Wischerblätter. Speziell für den BMW i3 wurde außerdem ein Aluguss-Halter für den Scheibenwischer entwickelt, dessen kraftflussoptimierte Geometrie ebenfalls zu einer Gewichtsreduzierung führt.

Hinterradantrieb, tiefer Schwerpunkt, harmonische Achslastverteilung, spezifische Fahrwerksabstimmung

Die tiefe und mittige Position des Energiespeichers begünstigt die Agilität des Fahrzeugs ebenso wie die durch die Anordnung aller Komponenten im Drive-Modul erzielte Achslastverteilung im Verhältnis 50 : 50. Auch hinsichtlich der Crash-Sicherheit ist die von AluMINIumprofilen ummantelte Batterie in einer besonders günstigen Lage platziert. Elektromotor und Getriebeeinheit sind in unmittelbarer Nähe zur angetriebenen Hinterachse untergebracht. Ihre platzsparende Integration in das Drive-Modul erForderte eine kompakte und aufeinander abgestimmte Bauart, die sich durch die eigenständige Entwicklung der Antriebskomponenten bei der BMW Group realisieren ließ. Aufgrund der klaren Unterteilung zwischen Life- und Drive-Modul ist kein Mitteltunnel erForderlich – eine konstruktive Besonderheit, die der Bewegungsfreiheit und dem Raumkomfort im Interieur des BMW i3 spürbar zugutekommt. Dank des Hinterradantriebs bleibt die Vorderachse frei von Antriebseinflüssen und kann ihre Lenkfunktion optimal wahrnehmen.

Ähnlich wie bei aktuellen Modellen der Marken BMW und MINI gewährleistet die elektrische Lenkkraftunterstützung auch beim BMW i3 eine komfortable und zugleich präzise Übertragung der Lenkbefehle des Fahrers. Der außergewöhnlich kleine Wendekreis von 9,86 m und die Lenkungsauslegung mit 2,5 Umdrehungen von Anschlag zu Anschlag unterstützen das agile Handling, das vor allem im Stadtverkehr, dem bevorzugten Einsatzgebiet des BMW i3, das Fahrverhalten bestimmt. Zugleich sind mit dem langen Radstand von 2.570 mm, dem steifen AluMINIumrahmen des Drive-Moduls und einer hochwertigen Fahrwerkstechnik ideale Voraussetzungen für souveränen, entspannten Fahrkomfort gegeben.

Die Fahrwerkskomponenten des BMW i3 zeichnen sich durch eine gewichtsoptimierte und zugleich besonders steife Bauweise aus. Der BMW i3 ist mit einer Mc Pherson-Eingelenk-Federbeinachse vorn und einer direkt an das Drive-Modul angebundenen Fünflenker-Hinterachse ausgestattet. Die Fahrwerkskonstruktion begünstigt eine funktionale Trennung von Radführung und Federung. So lassen sich sportliche, von hoher Längs- und Querdynamik geprägte Fahreigenschaften mit souveränem Federungskomfort kombinieren. Die konsequente Leichtbauweise führt zu einer Reduzierung der ungefederten Massen zugunsten des Aufbau- und Fahrkomforts in allen Geschwindigkeitsbereichen. Die AluMINIum-Schmiederäder des BMW i3 weisen ebenfalls eine hohe Steifigkeit sowie ein besonders geringes Gewicht von jeweils weniger als 7 kg auf.

Die Reifendimension von 155 / 70 R19 in der Serienausstattung wurde speziell für den BMW i3 konzipiert. Mit den großen und vergleichsweise schmalen Reifen wird ein optimiertes Verhältnis zwischen Fahrdynamik und Luftwiderstand erzielt. Die Aerodynamikeigenschaften und der Rollwiderstand der Reifen sind auf besonders effizientes Fahren ausgerichtet. Ihre Aufstandsfläche unterscheidet sich dennoch kaum von der Serienbereifung herkömmlicher Automobile, auch bei betont sportlicher Fahrweise ist daher stets eine souveräne Übertragung der längs- und querdynamischen Kräfte gewährleistet.

Eingriffe der Fahrstabilitätsregelung DSC (Dynamische Stabilitäts Control) sind auch beim BMW i3 nur in extremen Fahrsituationen erForderlich. Die Aufbaubewegungen bleiben MINImal. Das serienmäßige DSC System bietet den aus aktuellen BMW Modellen bekannten Funktionsumfang einschließlich Antiblockiersystem (ABS), Kurvenbremsunterstützung Cornering Brake Control (CBC), Dynamischer Bremsen Control (DBC), Bremsassistent, Bremsbereitschaft, Anfahrassistent, Fading-Ausgleich und Trockenbremsfunktion. Der per Tastendruck aktivierbare Modus DTC (Dynamische Traktions Control) hebt die Ansprechschwellen der Stabilitätsregelung an und ermöglicht es dem Fahrer eines BMW i3, kontrollierbaren Schlupf an den Antriebsrädern zum Anfahren auf Schnee oder lockerem Sand beziehungsweise für besonders dynamische Kurvenfahrten zu nutzen.

BMW eDrive: Leistungsdichte und Wirkungsgrad

Der von der BMW Group speziell für den Einsatz im BMW i3 entwickelte und produzierte Hybrid-Synchron-Elektromotor erzeugt eine Leistung von 125 kW/170 PS sowie ein maximales Drehmoment von 250 Nm, das unmittelbar aus dem Stand heraus zur Verfügung steht. Den Spurt von null auf 100 km/h absolviert der BMW i3 in 7,2 Sekunden, innerhalb von nur 3,7 Sekunden erreicht das Fahrzeug aus dem Stand heraus eine Geschwindigkeit von 60 km/h. 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.

Über die für Elektromotoren typische Spontaneität beim Anfahren hinaus bleibt die Leistungsentwicklung auch in höheren Lastbereichen jederzeit präsent. Die Kraftübertragung an die Hinterräder erfolgt über ein einstufig ausgelegtes Getriebe. Damit beschleunigt der BMW i3 ohne Zugkraftunterbrechung bis zu seiner aus Effizienzgründen auf 150 km/h limitierten Höchstgeschwindigkeit.

Die sich bis in hohe Drehzahlbereiche hinein linear fortsetzende Kraftentfaltung ist auf eine spezifische, exklusiv für den BMW i3 entwickelte Bauart des Elektromotors zurückzuführen. 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. Auch die Leistungsdichte der nur rund 50 kg schweren E-Maschine erreicht ein auf dem Gebiet der Elektromobilität bislang unerreichtes Niveau. Zusätzlich zeichnet sich der Motor des BMW i3 durch einen ruhigen und vibrationsarmen Lauf aus. Damit entspricht er auch hinsichtlich des Akustik- und Schwingungskomforts den hohen AnForderungen, die an ein Premium-Automobil gestellt werden.

Fahrfreude im Stil von BMW i

Die lokal auf 0 reduzierten CO₂-Emissionen liefern das überzeugendste Argument für Elektromobilität im urbanen Umfeld. Zusätzliche Attraktivität gewinnen rein elektrisch angetriebene Fahrzeuge durch die spontane Kraftentfaltung, die auch dem BMW i3 zu begeisterndem Spurtvermögen im Stadtverkehr verhilft und durch die Geräuscharmut, die wesentlich zum entspannten und komfortablen Fahrgefühl im BMW i3 beiträgt.

Zum intensiven Fahrerlebnis trägt auch das von den Antriebsentwicklern der BMW Group sorgsam konfigurierte One-Pedal-Feeling im BMW i3 bei. Nimmt der Fahrer den Fuß vom Fahrpedal, setzt der sogenannte 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. 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% 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%. 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.

Optimierte Leistung und Reichweite

Für die Energieversorgung des Antriebs sorgen speziell entwickelte Lithium-Ionen-Speicherzellen. Für eine umfassende Optimierung des Hochvoltspeichers nutzt die BMW Group ihre Technologiekompetenz bei der Entwicklung zahlreicher Bestandteile 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 Ausnahme der von einem Spezialhersteller bezogenen Speicherzellen erfolgen alle Entwicklungs- und Fertigungsschritte bei der BMW Group. Produziert wird der Hochvoltspeicher auf einer hochmodernen Montagelinie im BMW Werk Dingolfing.

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. 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% weniger Energie als eine konventionelle elektrische Heizung. Das Gewicht des flach im Drive-Modul angeordneten Energiespeichers beträgt etwa 230 kg. 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.

Auch die für das Zusammenwirken von Batterie und Elektromotor zuständige Leistungselektronik wurde von der BMW Group 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. 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.

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 6 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% der Batteriekapazität zur Verfügung. Selbst im seltenen Fall einer fast komplett ausgereizten Reichweite genügt so bereits eine Mittagspause zum Aufladen.

Optionaler Range Extender als "Reservekanister"

Der BMW i3 kann auf Wunsch 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 cm³ großer 2-Zylinder-Benzinmotor, der unmittelbar neben dem E-Antrieb über der Hinterachse untergebracht wird. Die zusätzliche Ausstattung des Fahrzeugs mit dem Range Extender bleibt ohne Einfluss auf das Gepäckraumvolumen: Der 9 Liter umfassende Tank ist im Frontbereich untergebracht.

Der Verbrennungsmotor erzeugt eine Höchstleistung von 25 kW/ 34 PS und treibt einen Generator zur Stromerzeugung an. Sein Betrieb wird bedarfsgerecht gesteuert und erfolgt lastoptimiert und mit hoher Effizienz. Ergänzend zu der Möglichkeit, durch das Fahren im ECO PRO Modus beziehungsweise im ECO PRO+ Modus die Reichweite um jeweils rund 20 Kilometer zu steigern, lassen sich durch den Einsatz des Range Extenders nochmals mehr als 100 Kilometer hinzufügen. Die maximale Reichweite beträgt damit rund 300 Kilometer. Der BMW i3 ist das weltweit erste Elektrofahrzeug mit einem ausschließlich für die Stromerzeugung eingesetzten Range Extender.