40 lat samochodów elektrycznych BMW

Opuszczenie linii montażowej w Lipsku pod koniec 2013 r. przez pierwszą wersję produkcyjną BMW i3 będzie stanowić symboliczne zwieńczenie 40 lat prac rozwojowych w BMW. Wszystko rozpoczęło się podczas Igrzysk Olimpijskich w 1972 r. w Monachium, na których w skład "obsady" BMW weszły dwa zasilane elektrycznie samochody testowe.

Zmodyfikowane modele BMW 1602 służyły za środek transportu członkom komitetu organizacyjnego; zostały również wykorzystane jako samochody techniczne oraz telewizyjne podczas różnych długodystansowych wydarzeń. Mało prawdopodobne było jednak, aby akumulatory ołowiowe ważące 350 kilogramów oraz zasięg około 60 kilometrów stanowiły atut przemawiający za seryjną produkcją tego pojazdu. Z tego względu BMW rozpoczęło serię projektów rozwojowo-badawczych, których celem było opracowanie udoskonalonej oraz, przede wszystkim, wydajnej technologii elektrycznych układów napędowych.

Pod koniec 1975 r. eksperymentalny pojazd zbudowany w oparciu o BMW LS oraz wyposażony w nowe akumulatory oraz nowy silnik elektryczny zaczął przynosić pierwsze rezultaty. Następnie, w roku 1980, zapoczątkowany został projekt badawczy zatytułowany "Samochód elektryczny z wysokoenergetycznym akumulatorem", który stanowił cenne doświadczenie z zakresu korzystania z akumulatorów sodowo-siarkowych. Ponadto BMW opracowało specjalne urządzenie testowe do napędów elektrycznych z wbudowanym kalkulatorem mocy. Oprócz akumulatorów testy skoncentrowane były głównie na układzie napędowym oraz kontroli napędu. W celu przetestowania tego pomysłu osiem samochodów opartych na BMW 325iX zostało przebudowanych, a później dowiodło swoich zalet podczas jazdy w trybie miejskim, np. jako pojazdy dostawcze niemieckiej poczty.

Obiecujące rezultaty projektu badawczego nakłoniły BMW do rozpoczęcia prac nad zaprojektowaniem pojazdu zasilanego całkowicie elektrycznie. Podczas gdy poprzednie pojazdy eksperymentalne były głównie zmodyfikowanymi wersjami standardowych modeli produkcyjnych, w niewielkim zakresie dostosowanymi do szczególnych wymagań napędu elektrycznego, teraz miało to ulec zmianie. Prace BMW wzmacniała świadomość, że ograniczony zasięg pojazdów elektrycznych predestynuje je przede wszystkim do użytku miejskiego. Pierwsze specjalnie przystosowane rozwiązanie miało swoją premierę w 1991 r. podczas targów samochodowych we Frankfurcie: BMW E1 - napędzany elektrycznie "citymobile" (pojazd miejski) do użytku w miastach i aglomeracjach miejskich. Nawet wtedy ten prototyp wyróżniał się swoją niską masą oraz wysokim poziomem bezpieczeństwa, dzięki jednolitej lekkiej budowie oraz wytrzymałej karoserii.

Jego możliwości związane z osiągami robiły wrażenie: moc 32 kW, maksymalny moment obrotowy równy 150 Nm oraz zasięg około 160 kilometrów to kluczowe liczby, które sprawiały, że pojazd ten był rentowny również podczas codziennego użytku.

Oprócz pięciu pojazdów prototypowych E1 projekt objął również 25 przebudowanych modeli seryjnych BMW serii 3. Pomiędzy 1992 a 1996 rokiem osiem modeli BMW 325 było użytkowanych na wyspie Rugii, położonej na niemieckim wybrzeżu Morza Bałtyckiego, w celu sprawdzenia różnych silników, skrzyń biegów oraz akumulatorów podczas codziennych warunków pracy. Testy terenowe zapewniły ogromną ilość szczegółowych danych, stanowiących cenne podstawy do przyszłego rozwoju mobilności elektrycznej. Projekt zakończył się wraz z BMW electric w 1997 r.

Zobacz, gdzie kupisz wybrany model BMW najtaniej!

W 2008 r. na podbój dróg wyruszyła flota licząca około 600 w pełni elektrycznych modeli Mini E zaprojektowanych do codziennego użytku prywatnego. Wnioski zebrane przez BMW Group z tego pilotażowego projektu zostały przeniesione bezpośrednio na proces rozwoju samochodów produkcyjnych. Wykorzystano potencjał akumulatorów litowo-jonowych. Zaledwie rok później, na początku 2010 roku, światowa premiera BMW Concept ActiveE potwierdziła zaawansowanie prac badawczo-rozwojowych BMW Group. Testy praktyczne ponad 1000 egzemplarzy tego modelu zostały przeprowadzone w 2011 roku. Wraz z Mini E nadrzędnym celem stało się stworzenie pojazdu Megacity Vehicle (MCV), którego premiera ma mieć wkrótce miejsce w postaci BMW i3. Elektryczny układ napędowy w BMW i3 Concept jest doskonałym przykładem na to, co można osiągnąć dzięki nieustannemu, systematycznemu rozwojowi: zajmuje on około 40 proc. mniej miejsca niż napęd w
Mini E przy jednoczesnym wytwarzaniu takiej samej mocy.

BMW 1602 Electric (1972)
Począwszy od 1969 r. BMW skonstruowało dwa eksperymentalne pojazdy na podstawie BMW serii 02 w celu przetestowania właściwości napędu elektrycznego w praktyce. Funkcję manualnej skrzyni biegów przejął silnik bocznikowy prądu stałego o maksymalnej mocy 32 kW, opracowany przez firmę Bosch. Wytwarzana przez niego moc była kierowana na tylne koła poprzez koło zębate pośredniczące oraz wał napędowy. Za chłodzenie odpowiadał sterowany za pomocą termostatu wentylator promieniowy o mocy 140 W. 85-kilogramowy silnik elektryczny czerpał swoją moc z 12 standardowych 12-woltowych akumulatorów kwasowo-ołowiowych firmy Varta, znajdujących się na palecie w komorze silnika.

Mimo że akumulatory ważyły 350 kilogramów, można je było wyjąć jako jeden moduł i zastąpić świeżo naładowanymi. BMW 1602 Electric przyspieszało od zera do 50 km/h w osiem sekund i osiągało prędkość maksymalną 100 km/h. Jego zasięg wynosił około 30 kilometrów w trybie jazdy miejskiej i był dwukrotnie dłuższy podczas jazdy ze stałą prędkością 50 km/h. W celach testowych BMW zdecydowało się wykorzystać prototypowe pojazdy podczas Igrzysk Olimpijskich w Monachium w 1972 r., gdzie były stosowane między innymi jako pojazdy techniczne podczas maratonu. Wówczas silnik elektryczny pełnił również funkcję generatora, umożliwiając przechowywanie w akumulatorze energii powstałej podczas hamowania. Jednak wkrótce stało się jasne, że specyficzne wady napędu elektrycznego można rozwiązać jedynie poprzez rozwój w dziedzinie technologii akumulatorów. Dlatego BMW 1602 Electric jest postrzegane jako pierwsza próba na etapie rozwoju, a nie realne rozwiązanie.

BMW LS Electric (1975)
W czerwcu 1975 r. BMW zapoczątkowało nowy projekt, trzymany wtedy w tajemnicy. Odrzucony model BMW LS posłużył jako podstawa samochodu eksperymentalnego, którego testy rozpoczęły się w grudniu 1976 r. Silnik bocznikowy prądu stałego stosowany w BMW 1602 otworzył drogę nowej serii silników prądu stałego firmy Bosch, podczas gdy 10 akumulatorów kwasowo-ołowiowych firmy Varta z systemem Aquamatic (scentralizowane wyrównywanie poziomu wody oraz odgazowywanie) również posłużyło jako baza dla nowych rozwiązań.

Po raz pierwszy samochód został wyposażony w zespół do ładowania akumulatorów wraz z przewodami ładującymi oraz z mechanizmem automatycznego odcięcia, które umożliwiły podłączenie akumulatorów do standardowego gniazda sieci zasilającej i ponowne naładowanie w ciągu 14 godzin. Pomimo zachowania seryjnych hamulców bębnowych, priorytet miało zawsze elektryczne hamowanie odzyskowe. Przekładania redukcyjna oraz różnicowa zostały połączone w kompaktowy blok i przykręcone do silnika elektrycznego. Ogrzewana szyba przednia i tylna wraz z grzejnikiem akumulacyjnym firmy Bauknecht przejęły zadanie klimatyzacji wewnętrznej.

BMW 325iX (1987-1990)
Projekt badawczy "Samochód elektryczny z wysokoenergetycznym akumulatorem" po raz pierwszy zapoczątkowany w 1981 roku doprowadził ostatecznie w 1987 roku do przekształcenia ośmiu modeli BMW 325iX z napędem na cztery koła na napęd na przednie koła, dzięki czemu były one gotowe do przeprowadzenia testów. Posłużyły one jako samochody eksperymentalne podczas testów zupełnie nowego bezobsługowego akumulatora sodowo-siarkowego (NaS), opracowanego specjalnie w tym celu przez Asea Brown Boveri (ABB) do użytku w pojazdach elektrycznych. Posiadając gęstość energii o trzy razy większą niż w konwencjonalnych akumulatorach kwasowo-ołowiowych, stanowił on ogromny krok naprzód: po raz pierwszy zaistniała realna szansa na zmniejszenie specyficznych wad elektrycznych układów napędowych, takich jak masa akumulatora oraz wymagana ilość miejsca. Oprócz tego wszystkie podzespoły napędu elektrycznego zostały przetestowane i udoskonalone. BMW opracowało do tego celu specjalne urządzenie testowe z wbudowanym kalkulatorem mocy.
Kolejną nową funkcją było sterowanie napędem elektrycznym, które regulowało i monitorowało zarządzanie z gniazda sieci zasilającej, przepływ energii pomiędzy silnikiem a akumulatorem, a także obwód termiczny układu.

Cała elektronika sterująca została zamknięta w kompaktowej skrzyni na komponenty obok silnika. Zespół kierowniczy projektu zdecydował się na przeprowadzenie pierwszych w historii zewnętrznych testów w codziennych warunkach na zasilanych elektrycznie BMW serii 3. BMW 3 serii Touring dowiodło swojej przydatności do codziennego użytku jako pojazd dostawczy niemieckiej poczty, podczas gdy inne prototypowe modele potwierdziły swoje zalety jako pojazdy miejskie obsługiwane przez władze państwowe i lokalne. Na tym nie koniec. Pojazdy testowe były wyposażone w napędzany olejem napędowym układ gorącej wody do ogrzewania wnętrza pojazdu. Samochody miały zasięg około 100 km.

BMW E1 i E2 (1991-1993)
Zachęcona pozytywnymi wynikami osiągniętymi przez akumulator NaS firma BMW Technik otrzymała zamówienie na opracowanie pojazdu elektrycznego od zera, przy założeniu zbadania zalet i wad napędu elektrycznego w praktycznym działaniu. Specyfikacje docelowe objęły osiągi dopasowane do codziennej jazdy, rozsądny zasięg jazdy, wystarczającą ilość miejsca dla czterech dorosłych osób wraz z bagażem oraz osiągnięcie wysokich standardów bezpieczeństwa przy jednoczesnym zminimalizowaniu masy. Zaledwie po 10 miesiącach prac badawczo-rozwojowych ich wynik miał swoją publiczną premierę podczas targów motoryzacyjnych we Frankfurcie w 1991 roku w postaci BMW E1 - samochodu miejskiego o kompaktowej budowie mierzącego 3460 x 1648 x 1500 mm i długim rozstawie osi (2325 mm).

Samochód został wyposażony w lekką i wytrzymałą karoserię zbudowaną z elementów z tłoczonego aluminium, a także zewnętrzne "blachy" w przeważającej mierze wykonane z recyklingowanego tworzywa sztucznego. Do wykonania maski oraz pokrywy bagażnika wykorzystano aluminium. Ważący 200 kg wysokoenergetyczny akumulator został zamocowany za pomocą ramy zabezpieczającej pod tylnymi siedzeniami, a skonstruowany przez BMW silnik elektryczny został wbudowany w oś tylną wraz ze skrzynią biegów. Nowa koncepcja elektroniki obejmująca dwa moduły główne zapewniała sterowanie wszystkimi podzespołami elektrycznymi, a uzyskane z nich ciepło było wykorzystywane do ogrzewania wnętrza. Akumulatory ładowały się ponownie do pełna w ciągu sześciu godzin po podłączenia do sieci zasilającej i zaledwie dwóch godzin po podłączeniu do specjalnej stacji ładującej. Zasięg wyniósł do 160 km w trybie jazdy miejskiej.

Druga, bardziej zaawansowana wersja BMW E1 została zaprezentowana podczas targów motoryzacyjnych we Frankfurcie w 1993 roku. Została ona wyposażona w nowe akumulatory sodowo-niklowo-chlorkowe (NaNiCl2). Akumulator "ZEBRA", jak został nazwany, był kolejnym znaczącym krokiem, pomagając udoskonalić nie tylko żywotność, lecz także zasięg jazdy oraz osiągi. W dodatku układ napędu w BMW E1 został opracowany tak wydajnie, że energia wytwarzana podczas zwalniania pojazdu była automatycznie przekazywana z powrotem do akumulatora. Rok wcześniej podczas targów samochodowych w Los Angeles BMW przedstawiło E2. Wywodzące się z pierwszej generacji BMW E1, wymiary oraz moc tego modelu studyjnego zostały specjalnie dostosowane do rynku USA.

BMW 325/BMW electric (1992-1997)
Począwszy od 1990 roku trzecia generacja BMW serii 3 stała się podstawą dla 25 samochodów eksperymentalnych, stosowanych podczas testów, oraz optymalizowania nowych podzespołów w celu stopniowego przeniesienia technologii napędu elektrycznego do produkcji seryjnej. Pierwsza generacja tych prototypowych pojazdów obejmowała osiem modeli, które wzięły udział w największych na świecie testach odbywających się na niemieckiej wyspie Rugii.

Liczni producenci współpracowali podczas tego wspólnego projektu badawczego, wspieranego przez niemieckie Federalne Ministerstwo Badań Naukowych i Technologii. Koleje sześć pojazdów testowych zostało włączonych do floty rządu Bawarii. Po problemach związanych z akumulatorami sodowo-siarkowymi w 1993 r. zastąpiono je akumulatorami sodowo-niklowo-chlorkowymi znanymi już z BMW E1. Jeden model BMW 325 z floty testowanej w Rugii został wyposażony w akumulator niklowo-kadmowy (NiCd). W trakcie prac rozwojowych stosowane były silniki elektryczne o mocy 45 kW, które ważą 65 kilogramów łącznie ze skrzynią biegów. Godny uwagi postęp poczyniono również w odniesieniu do technologii magazynowania energii dzięki szybkiemu ładowaniu umożliwiającemu akumulatorom osiągnięcie 75 proc. wydajności w ciągu zaledwie 40 minut. Ponadto inżynierom udało się również odzyskać 20 proc. energii elektrycznej podczas jazdy.

Testy różnych silników, skrzyń biegów oraz akumulatorów pomiędzy 1992 a 1996 rokiem dostarczyły szczegółowych danych, które stanowiły cenne wskazówki dla dalszego rozwoju. W ich następstwie w latach 1995-1997 utworzono drugą generację kolejnych 10 samochodów eksperymentalnych, poprawionych w kwestii zarówno osiągów, jak i zasięgu jazdy. Rzucające się w oczy żółtym kolorem lakieru modele "BMW electric" wykorzystywane były głównie przez działy techniczne w BMW.

Mini E (od 2008)
BMW Group po raz pierwszy zaprezentowała Mini E w 2008 roku, wprowadzając flotę ponad 600 zasilanych wyłącznie elektrycznie pojazdów do codziennego, prywatnego użytku. Zapoczątkowano szeroko zakrojony projekt pilotażowy, w ramach którego dostarczono samochody elektryczne do wybranych klientów prywatnych i korporacyjnych, najpierw na terenie USA, a później także w Europie. Ewolucja akumulatorów litowo-jonowych do zastosowań samochodowych osiągnęła zupełnie nowy poziom wraz z Mini E. Po raz pierwszy klienci mogli korzystać ze specjalnej stacji ładującej, umożliwiające pełne ponowne załadowanie urządzeń gromadzących energię w czasie dwóch i pół godziny. Osiągi, zakres oraz praktyczność Mini E pomogły zwiększyć zainteresowanie koncepcjami napędów elektrycznych oraz ich akceptację w nadchodzących latach.

Wnioski zgromadzone podczas codziennej jazdy zostały ocenione i przeniesione bezpośrednio na proces rozwoju samochodów produkcyjnych, w ramach którego BMW Group zobowiązała się d opracowania Megacity Vehicle (MCV) do użytku w metropoliach.

BMW ActiveE (od r. 2010)
Na początku 2010 r., BMW Group poczyniła kolejny wielki krok w kierunku opracowania pojazdów produkcyjnych o zerowym poziomie emisji spalin w postaci światowej premiery BMW Concept ActiveE. Stało się to możliwe, ponieważ przedprodukcyjne wersje podzespołów napędu oraz urządzeń gromadzących energię do przyszłego pojazdu Megacity Vehicle (MCV) były testowane w BMW ActiveE, zbudowanym w oparciu o BMW serii 1 Coupé. W tym celu flota testowa licząca ponad 1000 modeli została wprowadzona do użytku w 2011 roku.

Zapewniając moc równą 125 kW i maksymalny moment obrotowy 250 Nm, BMW ActiveE przyspiesza od zera do 100 km/h w dziewięć sekund, a nowo opracowany akumulator litowo-jonowy zapewnia zasięg około 160 kilometrów podczas codziennej jazdy. W międzyczasie BMW Group ogłosiła, że od 2013 roku będzie wprowadzać na rynek MCV w postaci nowej submarki BMW i. Elektryczne przedprodukcyjne podzespoły wbudowane w BMW ActiveE mają identyczną lub podobną budowę, co w kompaktowym BMW serii 1 Coupé, bez wpływu na ilość miejsca. Silnik elektryczny, skrzynia biegów oraz elektronika energetyczna zostały w opracowane przez BMW Group.

Porównanie z Mini E jasno obrazuje postęp techniczny poczyniony przez BMW Group w ciągu zaledwie kilku lat: układ napędu elektrycznego w zapowiadanym BMW i3 zajmuje o około 40 proc. mniej miejsca niż w samochodzie eksperymentalnym z 2008 roku przy wytwarzaniu tej samej ilości mocy.

Zobacz, gdzie kupisz wybrany model BMW najtaniej!