14.07.2020 Der erste BMW iX3. Der Antrieb: Mit überlegener Effizienz zu maximaler Reichweite.
Der neue BMW iX3 ist Wegbereiter der jüngsten Entwicklungsstufe für elektrifizierte Antriebssysteme. Die fünfte Generation der BMW eDrive Technologie zeichnet sich durch ein vollkommen neues, hochintegriertes Konstruktionsprinzip für die Antriebskomponenten aus. Erstmals werden Elektromotor, Leistungselektronik und Getriebe gemeinsam in einem zentralen Gehäuse angeordnet. Die hochintegrierte elektrische Antriebs-Topologie ermöglicht es, den Bauraum und das Gewicht der Komponenten in Relation zu der von ihnen bereitgestellten Leistung maßgeblich zu reduzieren. Im Vergleich zu der bisher in elektrifizierten Modellen eingesetzten BMW eDrive Technologie verbessert sich die Leistungsdichte auf diese Weise um rund 30 Prozent.
Die fünfte Generation des Elektroantriebs wird vom Jahr 2021 an auch in den Modellen BMW i4 und BMW iNEXT zum Einsatz kommen. Sie ist hochgradig skalierbar und kann je nach Fahrzeugkonzept, verfügbarem Bauraum und Leistungsbedarf an unterschiedliche Anforderungen angepasst werden.
Der für den neuen BMW iX3 entwickelte Elektromotor erzeugt eine Höchstleistung von 210 kW/286 PS. Das unmittelbar aus dem Stand heraus bereitgestellte maximale Drehmoment der Antriebseinheit beträgt 400 Nm. Damit verfügt der neue BMW iX3 über den mit Abstand stärksten jemals in einem elektrifizierten Modell der Marke eingesetzten E-Antrieb. Mit seiner spezifischen BMW Leistungscharakteristik bei souveräner Geräuschlosigkeit trägt er zudem zur Erzeugung von markentypischer Fahrfreude bei. Zudem weist die jüngste Ausführung des von der BMW Group in Eigenregie entwickelten Elektromotors einen herausragend günstigen Wirkungsgrad auf. Der Motorwirkungsgrad beträgt jetzt bis zu 93 Prozent, gegenüber heutigen Verbrennungsmotoren mit weniger als 40%. Ein weiterer Bestandteil der BMW eDrive Technologie der fünften Generation ist der Hochvoltspeicher mit nochmals weiterentwickelter Batteriezellen-Technologie. Mit konsequenter Forschungs- und Entwicklungsarbeit ist es der BMW Group gelungen, das Leistungsvermögen und die Energiedichte der Batterie abermals zu erhöhen. Gegenüber den bisher in den elektrisch angetriebenen Modellen von BMW eingesetzten Batteriezellen wurde die gravimetrische Energiedichte des Speichersystems um weitere 20 Prozent gesteigert. In der Summe aller relevanten Eigenschaften einschließlich Langlebigkeit und Sicherheit repräsentiert die im neuen BMW iX3 eingesetzte Hochvoltbatterie das Optimum des derzeit im Bereich der Speichertechnik für elektrische Energie Darstellbaren. Die flach im Fahrzeugboden des neuen BMW iX3 positionierte Batterie weist einen Brutto-Energiegehalt von 80 kWh auf. In Verbindung mit dem hohen Wirkungsgrad des Elektromotors ermöglicht die neue Generation der Batteriezellen-Technologie eine in Relation zu Größe und Gewicht des Hochvoltspeichers außergewöhnlich hohe Reichweite. Der neue BMW iX3 kommt auf eine im Testzyklus WLTP ermittelte Reichweite von bis zu 460 Kilometern. Zurückgerechnet auf Werte im alten Testzyklus NEFZ entspricht dies einer Reichweite von bis zu 520 Kilometern.
Die daraus resultierende Alltags- und Langstreckentauglichkeit des neuen BMW iX3 basiert auf einem ganzheitlichen Konzept zur Steigerung der Nachhaltigkeit. Er unterscheidet sich daher wesentlich von anderen Elektrofahrzeugen im Wettbewerbsumfeld, deren Reichweite vor allem durch den Einsatz immer größerer Hochvoltbatterien gesteigert wird – mit entsprechend negativen Auswirkungen auf das Gewicht und damit auch auf die Gesamteffizienz des Fahrzeugs. Der BMW iX3 zeichnet sich stattdessen durch seine einzigartige Kombination aus einem hocheffizienten Antrieb, adaptiver Rekuperation während der Fahrt, verlustarmen Ladevorgängen mit einer Leistung von bis zu 150 kW und umfassenden Maßnahmen zur Reduzierung des Luftwiderstands einschließlich innovativer Aerodynamik-Räder aus. Dadurch wird neben der Alltags- vor allem auch die Langstreckentauglichkeit des rein elektrisch angetriebenen SAV maßgeblich optimiert.
Elektromotor: Stromerregte Synchronmaschine mit sportlicher Leistungscharakteristik und herausragender Effizienz.
Auch auf dem Gebiet der Elektromobilität kommt die traditionelle Entwicklungskompetenz der BMW Group für Antriebstechnologie zum Tragen. Die jüngsten Fortschritte in dieser Disziplin verhelfen dem im neuen BMW iX3 erstmals eingesetzten Elektromotor zu seinen spezifischen Qualitäten. Dank einer neuen Konstruktionsweise und einer Vielzahl von innovativen Detaillösungen weist er eine besonders faszinierende Leistungscharakteristik und eine herausragende Effizienz auf.
Der Elektromotor des neuen BMW iX3 arbeitet nach dem Prinzip einer stromerregten Synchronmaschine und unterscheidet sich damit wesentlich von anderen Lösungen im Markt. Dabei erfolgt die Anregung des Rotors nicht durch fest installierte Permanentmagnete, sondern durch die Zufuhr von elektrischem Strom. Diese Bauweise ermöglicht es, in der Herstellung des Elektromotors vollständig auf die für die magnetischen Komponenten erforderlichen und zu den sogenannten Seltenen Erden gehörenden Rohstoffe zu verzichten. Damit macht sich die BMW Group unabhängig von deren Verfügbarkeit.
Darüber hinaus führt die Weiterentwicklung der Motorentechnologie zu einer deutlichen Optimierung der Kraftentfaltung sowie des Wirkungsgrads. Die maximale Drehzahl des Antriebs wurde auf 17 000 min-1 gesteigert. Dabei steht die Höchstleistung von 210 kW/286 PS bereits frühzeitig und anschließend über ein breites Drehzahlband hinweg bis in den Bereich der Maximaldrehzahl des Motors beziehungsweise der Höchstgeschwindigkeit des Fahrzeugs zur Verfügung. Mit einem Wert von 400 Nm erzeugt der Motor des neuen BMW iX3 außerdem ein in Relation zu seiner Größe außergewöhnlich hohes maximales Drehmoment. Es steht aufgrund der gezielt gesteuerten Anregung des Rotors bereits unmittelbar aus dem Stand heraus in vollem Umfang zur Verfügung und bleibt – im Gegensatz zu anderen Elektromotoren – ebenfalls über ein breites Drehzahlband hinweg stabil. Das Fahrerlebnis wird dadurch nicht nur von einer extrem spontanen, sondern auch von einer besonders konstanten Leistungsentfaltung geprägt, die den sportlichen Charakter des Fahrzeugs unterstreicht. Die Beschleunigung von null auf 100 km/h absolviert der neue BMW iX3 in 6,8 Sekunden. Damit liegt er auf Augenhöhe mit dem konventionell angetriebenen BMW X3 xDrive30i. Seine Höchstgeschwindigkeit wird elektronisch auf 180 km/h limitiert.
Das Konstruktionsprinzip der stromerregten Synchronmaschine bietet darüber hinaus einzigartige Freiheitsgrade bei der Dosierung der über elektrisch erzeugte Impulse bewirkten Anregung. Dadurch lässt sich eine deutlich wahrnehmbare Differenzierung der Leistungscharakteristik in unterschiedlichen Fahrmodi realisieren. Die stärkste Anregung erfolgt dabei im Modus SPORT des Fahrerlebnisschalters. Die besonders spontane Kraftentfaltung unterstützt eine sportliche Fahrweise mit maximaler Beschleunigung. Durch eine reduzierte Anregung wird dagegen im COMFORT sowie im ECO PRO Modus die Effizienz des Antriebs gesteigert. Für ein besonders effizientes Dahingleiten des Fahrzeugs im Segelbetrieb, wenn keine Schubrekuperation gewünscht ist, kann außerdem vollständig auf die Anregung des Motors verzichtet werden.
Das Antriebsmoment des Motors wird auf kürzestem Weg an das im gleichen Gehäuse untergebrachte einstufige, ebenfalls von der BMW Group entwickelte und produzierte Getriebe übertragen. Im neuen BMW iX3 nimmt die gesamte elektrische Antriebseinheit, die Elektromotor, Leistungselektronik und Getriebe in sich vereint, den im modellspezifischen Hinterachsträger verfügbaren Bauraum ein. Von dort gelangt die Kraft direkt an die Hinterräder des neuen BMW iX3. Dies führt zu einer zusätzlichen Steigerung der Gesamteffizienz des Antriebssystems und begünstigt durch die Reduzierung des Stromverbrauchs auch die Reichweite des neuen BMW iX3, der damit zudem das traditionelle BMW Fahrerlebnis des Hinterradantriebs vermittelt. Darüber hinaus zeichnet er sich auch auf Schnee und Eis sowie auf unbefestigtem Terrain durch hervorragende Traktionseigenschaften und eine hohe Fahrstabilität aus. Seine fortschrittliche Fahrstabilitätsregelung mit Aktornaher Radschlupfbegrenzung (ARB) verhilft ihm auch bei widrigen Fahrbahn- und Witterungsverhältnissen zu souveränem Vorwärtsdrang.
Adaptive Rekuperation: Intelligente Vernetzung steigert Effizienz und Fahrkomfort.
Während der Fahrt mit dem neuen BMW iX3 trägt auch die adaptive Rekuperation zur Effizienzsteigerung bei. Diese innovative Funktion optimiert mithilfe von intelligenter Vernetzung neben der Reichweite auch den Fahrkomfort. Dabei wird die Intensität der Bremsenergie-Rückgewinnung an die mithilfe von Navigationsdaten und den Sensoren der Fahrerassistenzsysteme ermittelte Verkehrssituation angepasst. So wird etwa bei der Annäherung an eine Kreuzung, einen tempolimitierten Streckenabschnitt oder ein vorausfahrendes Fahrzeug die Rekuperation in möglichst hohem Umfang genutzt, was zu einer verstärkten Verzögerungswirkung und gleichzeitig zu einer gesteigerten Rückspeisung von Energie in den Hochvoltspeicher führt. Die Anpassung an die jeweilige Verkehrssituation erfolgt auch bei nicht aktivierter Routenführung des Navigationssystems.
Auf freier Strecke wird dagegen zugunsten von Effizienz und Komfort die Segel-Funktion aktiviert, sobald der Fahrer den Fuß vom Fahrpedal nimmt. Die präzise Steuerung der adaptiven Rekuperation ermöglicht auch spontane Reaktionen auf Änderungen der Fahrsituationen. Wird beispielsweise während des Segelns der Blinker betätigt, setzt umgehend die Rekuperation ein. Vor Kreuzungen wird dagegen die Bremsenergie-Rückgewinnung beendet, sobald eine dort platzierte Ampel von Rot- auf Grünlicht umschaltet.
Die adaptive Rekuperation ist Bestandteil der Standard-Einstellungen, die zur Verfügung stehen, sobald mit dem Wählhebel auf der Mittelkonsole die Fahrstufe D aktiviert wird. Alternativ dazu kann der Fahrer im Menü des Bediensystems iDrive eine hohe, mittlere oder niedrige Bremsenergie-Rückgewinnung als Dauereinstellung für alle Verkehrssituationen auswählen. Zur Steigerung des Komforts beim Rangieren und im Stop-and-Go-Verkehr fährt der neue BMW iX3 in der Fahrstufe D mit minimaler Geschwindigkeit an, sobald das Bremspedal entlastet wird. Darüber hinaus lässt sich mit dem Wählhebel auch die Fahrstufe B aktivieren, in dem durch eine besonders hohe Rekuperationsleistung das für Elektrofahrzeuge der BMW Group charakteristische One-Pedal-Feeling erzeugt wird.
Hochvoltbatterie: Hohe Energiedichte, kontrollierter Rohstoffeinsatz.
Die Hochvoltbatterie des neuen BMW iX3 basiert auf der jüngsten Ausführung als NMC-811 Technologie in BMW typischer prismatischer Ausführung. Ihre spezifischen Eigenschaften sind das Ergebnis einer konsequenten Forschungs- und Entwicklungsarbeit der BMW Group. Das Unternehmen fertigt bereits seit 2013 Module und Batterien für Fahrzeuge mit elektrifiziertem Antrieb und verfügt sowohl im Bereich der Batteriezellen-Technologie als auch hinsichtlich der Fertigung von modellspezifischen Hochvoltspeichern über eine außergewöhnlich hohe Kompetenz. Ein eigenständig entwickeltes Baukastensystem mit einer flexiblen Anordnung der Module ermöglicht dabei die Integration selbstentwickelter Batterien in verschiedene Fahrzeugkonzepte. Grundlagenarbeit in den Bereichen Zellchemie und Zelldesign versetzt das Unternehmen außerdem in die Lage, Batteriezellen nach klaren Vorgaben produzieren zu lassen, die sich an den speziellen Anforderungen beim Einsatz in Fahrzeugen mit elektrifiziertem Antrieb orientieren.
Die für den neuen BMW iX3 entwickelte Hochvoltbatterie ist ebenfalls Bestandteil der BMW eDrive Technologie der fünften Generation. Außerdem ist die jüngste Ausführung der Lithium-Ionen-Batterie ein weiteres Beispiel für die ganzheitliche Nachhaltigkeits-Strategie der BMW Group. Der Anteil des in der Herstellung des neuen Hochvoltspeichers eingesetzten Rohstoffs Kobalt konnte im Vergleich zu der vorherigen Batterie-Generation auf rund ein Drittel reduziert werden. Die BMW Group hat einen eigenen Beschaffungsprozess für die Rohstoffe Kobalt und Lithium etabliert und leitet diese aus den von ihr hinsichtlich der Einhaltung von Umwelt- und Sozialstandards kontrollierten Quellen an die Produzenten der Batteriezellen weiter.
Die jüngsten Fortschritte auf dem Gebiet der Batterie-Technologie betreffen sowohl das Leistungsvermögen und die Energiedichte der Zellen als auch den Aufbau der Module und deren Anordnung in der für den BMW iX3 sowie für künftige E-Fahrzeuge jeweils modellspezifisch entwickelten Speichereinheit. So weist etwa die im neuen BMW iX3 eingesetzte Hochvoltbatterie eine höhere Zahl von Zellen je Modul, einen reduzierten Bauteileumfang und eine kompaktere, besonders flache Bauweise auf.
Der Hochvoltspeicher des neuen BMW iX3 setzt sich aus 188 einzeln steuerbaren, prismatischen Batteriezellen zusammen, die zu 10 Modulen gruppiert und jeweils einzeln von einem Aluminiumgehäuse eingefasst sind. Die Batterie ist als integraler Bestandteil der Karosserie tief im Fahrzeugboden angeordnet. Bei einem Gewicht von 518 Kilogramm und einem Brutto-Energiegehalt von 80 kWh, wovon 74 kWh genutzt werden, weist die neue Batteriegeneration ein im Wettbewerbsumfeld herausragend günstiges Verhältnis zwischen Masse und Speicherkapazität auf.
Für eine jederzeit optimale Temperierung der Hochvoltbatterie sorgt ein aufwändiges Kühl- und Heizsystem. Sein speziell auf die BMW eDrive Technologie der fünften Generation ausgerichtetes Konstruktionsprinzip stellt ebenfalls einen wesentlichen Fortschritt gegenüber den bisher für elektrifizierte Fahrzeuge der BMW Group eingesetzten Systemen dar. Die gemeinsame Flüssigkeitskühlung beziehungsweise -heizung versorgt sowohl die Speichereinheit als auch die Leistungselektronik und den Elektromotor. Ein Kühlmodul mit zwei Ebenenund einer leistungsfähige Steuereinheit gewährleisten eine in jedem Betriebszustand und allen gängigen Witterungsbedingungen ideale Temperierung der BMW eDrive Komponenten. Mit einem separaten, elektrisch betriebenen Durchlauferhitzer wird sichergestellt, dass die Hochvoltbatterie auch bei extrem tiefen Außentemperaturen von bis zu minus 30 Grad Celsius eine konstante Leistungsfähigkeit beim Fahrzeugstart erreicht. Darüber hinaus erfolgt die Beheizung des Innenraums und der Batterie über ein Wärmepumpensystem. Die Wärmepumpe zeichnet sich durch einen besonders hohen Wirkungsgrad aus und beansprucht je nach Außentemperatur bei jeweils hohem Klimakomfort zwischen 40 und 80 Prozent weniger Energie als eine konventionelle elektrische Heizung. Sie nimmt Abwärme aus dem Motor, der Antriebssteuerung und der Hochvoltbatterie sowie aus der Außenluft auf und führt diese der Klimaanlage zu. Die integrierte Steuerung des Klimatisierungs- und Heizungssystems ermöglicht es, gleichzeitig für eine bedarfsgerechte Erwärmung des Innenraums und eine optimale Kühlung der Hochvoltbatterie zu sorgen. Gegenüber dem BMW i3 konnte der Energieeinsatz für gleiche Heizleistung um rund 30 % verringert werden.
Combined Charging Unit und Schnellladen mit bis zu 150 kW.
Zu den technologischen Neuerungen, die im Rahmen der BMW eDrive Technologie der fünften Generation erstmals genutzt werden, gehört auch eine innovative Ladeeinheit. Die im neuen BMW iX3 eingesetzte Combined Charging Unit (CCU) ermöglicht eine besonders hohe Flexibilität beim Anschluss an Ladestationen unterschiedlicher Art und ist daher auf allen internationalen Automobilmärkten für komfortables und schnelles Einspeisen von elektrischer Energie ins Fahrzeug geeignet. Bei der Nutzung von Wechselstromanschlüssen (AC) ermöglicht die CCU sowohl einphasiges Laden mit einer Leistung von bis zu 7,4 kW als auch dreiphasiges Laden mit bis zu 11 kW. Beim Anschluss an eine Gleichstrom-Schnellladestation (DC) lassen sich noch weitaus höhere Ladeleistungen erzielen. An sogenannten High-Power-Charging Stationen, die für ultraschnelles Laden entlang wichtiger Transitrouten zu finden sind, können erstmals bei einem elektrifizierten Modell der BMW Group Ladeleistungen von bis zu 150 kW realisiert werden.
Darüber hinaus übernimmt die CCU mit einem integrierten 4-kW-Spannungswandler auch die Versorgung der an das 12-Volt-Bordnetz angeschlossenen Verbraucher – von der Beleuchtung über die Fahrerassistenzsysteme und die Audioanlage bis zur Sitzheizung – mit elektrischer Energie aus dem Hochvoltspeicher des Fahrzeugs. Der neue BMW iX3 ist das weltweit erste Fahrzeug, bei dem die Funktionen des Spannungswandlers, der Ladeelektronik, der Stromverteilung und das Hochvolt-Management im Fahrzeug in einem Gerät integriert sind.
Die Hochvoltbatterie des neuen BMW iX3 lässt sich an herkömmlichen Haushalts- oder Industriesteckdosen mit dem Flexible Fast Cahrger ebenso aufladen wie an öffentlichen Ladestationen. An der Wallbox kann der Hochvoltspeicher bei einer Leistung von bis zu 11 kW in7,5 Stunden von null auf 100 Prozent aufgeladen werden. An einer Gleichstrom-Schnelladestation lässt sich die Batterie innerhalb von 34 Minuten von null auf 80 Prozent ihrer Gesamtkapazität aufladen. Dort kann außerdem innerhalb von 10 Minuten genügend Strom eingespeist werden, um die Reichweite um 100 Kilometer im Testzyklus WLTP zu erhöhen.
Der neue BMW iX3 verfügt über einen kombinierten CCS AC-/DC-Ladeanschluss, der oberhalb des rechten hinteren Radhauses platziert ist.
Der BMW Gen5 elektrische Antriebstrang. (Animation)
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