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Bei Plant Landshut, wo einige der fortschrittlichsten elektrischen Komponenten von BMW entwickelt werden, haben wir an einem Workshop teilgenommen, der einen Einblick in den elektrischen Antriebsstrang der Neue Klasse gewährt hat. Nach Diskussionen über die Batterietechnologie der sechsten Generation (Gen6) von BMW richtete sich unsere Aufmerksamkeit auf die zweite Hälfte der Gleichung: die Elektromotoren, die für den Antrieb sorgen.
Während Batteriefortschritte oft die Diskussionen über Elektrofahrzeuge dominieren, sind Motoren und Leistungselektronik ebenso entscheidend dafür, wie ein Elektroauto fährt, wie effizient es Energie nutzt und—am wichtigsten für BMW—wie es sich fährt. Und nicht überraschend folgt das Unternehmen nicht dem Branchenstandard.
Mehr Leistung, Mehr Flexibilität
Im Gegensatz zu vielen Automobilherstellern, die ausschließlich auf permanenterregte Synchronmotoren (PSM)—die seltene Erdmaterialien verwenden—setzen, geht BMW einen anderen Weg, indem es externe erregte Synchronmotoren (EESM) an der Hinterachse und Asynchronmotoren (ASM) an der Vorderachse kombiniert.
Das elektrische Antriebssystem von BMW der Gen5, das in Modellen wie dem iX und i4 verwendet wird, hat sich seit seiner Einführung im Jahr 2018 weiterentwickelt. Aber Gen6 verbessert sich in nahezu jeder Hinsicht. Eine der größten Veränderungen? Mehr Motoren, mehr Leistung und eine flexiblere Plattform.
Statt der Dualmotor-Setups, die in den meisten heutigen leistungsstarken Elektrofahrzeugen verwendet werden, kann die Neue Klasse Plattform bis zu vier Elektromotoren aufnehmen. Das ist ein großer Sprung in der Flexibilität. Diese Motoren sind leichter, effizienter und günstiger in der Produktion, dank Verbesserungen in ihrem Design und Materialien.
BMW-Ingenieur Michael Salmansberger gab uns einen genaueren Blick auf die neuen Motoren und erklärte, dass vier Varianten der EESM-Einheiten geplant sind, von denen jede etwa 125 kg wiegt und zwischen 268 PS (200 kW) und 402 PS (300 kW) produziert. Der ASM wird mit zwei Varianten an der Vorderachse und 120 bzw. 180 Kilowatt an der Hinterachse geliefert.
Das Leistungspotenzial ist offensichtlich—BMW könnte von einer Einzelmotor-Neue Klasse Limousine zu einem Viermotor-Hochleistungs-M-Fahrzeug mit über 1 Megawatt (1341 PS) mit derselben Basistechnologie skalieren. Wir haben bereits gesehen, was der BMW Vision Driving Experience Prototyp kann.
Es gibt auch eine Änderung darin, wie diese Leistung auf die Räder übertragen wird. Anstelle eines traditionellen Zweiganggetriebes verwendet BMW ein einstufiges Getriebe, das jedoch dank einer Zwischenwelle als zweistufiges Getriebe funktioniert, das das Übersetzungsverhältnis bei Bedarf anpasst. Es handelt sich im Grunde um ein Hochleistungs-Ein-Gang-System, das für beide Motoren ausgelegt ist.
Warum BMW sich von Permanentmagneten entfernt
Die meisten Premium-EVs von heute, einschließlich der von Tesla, Lucid und Mercedes-Benz, setzen auf Permanentmagnetmotoren aufgrund ihrer hohen Effizienz und kompakten Größe. Der Haken? Sie benötigen seltene Erdmaterialien, die teuer sind, Umweltprobleme bei der Gewinnung verursachen und geopolitischen Lieferkettenproblemen unterliegen.
Der von BMW verwendete externe erregte Synchronmotor (EESM) beseitigt diese Abhängigkeit, indem er sein eigenes magnetisches Feld erzeugt, indem er einen elektrisch erregten Rotor anstelle eines Permanentmagneten verwendet. Dies hat einige wesentliche Vorteile:
Keine Abhängigkeit von seltenen Erdmaterialien, was Beschaffung und Produktion nachhaltiger macht.Genauere Steuerung der Drehmomentabgabe, da das magnetische Feld dynamisch angepasst werden kann.Reduzierte Energieverluste bei geringeren Lasten, was die Gesamteffizienz verbessert.
Allerdings gibt es einen Grund, warum EESM-Motoren nicht üblich sind—sie benötigen elektrische Eingaben, um das magnetische Feld zu erzeugen, was unter konstanten Hochlastbedingungen die Effizienz leicht verringern kann. BMW erkennt dies an, argumentiert jedoch, dass in realen Fahrsituationen die Fähigkeit, die Leistung dynamisch zu optimieren, die Nachteile aufwiegt. Durch die Anpassung der Erregungsstufen können die Gen6-Motoren von BMW die Effizienz basierend auf den Fahrbedingungen feinabstimmen, etwas, was Permanentmagnetmotoren nicht so effektiv können.
Ein Intelligenterer Frontmotor für Effizienz
Die Entscheidung von BMW, einen Asynchronmotor (ASM) an der Vorderachse zu verwenden, ist ebenso strategisch. Im Gegensatz zu synchronen Motoren benötigt ein ASM keine kontinuierliche elektrische Eingabe, was bedeutet, dass er inaktiv bleiben kann, wenn keine Traktion auf der Vorderachse benötigt wird. Das bedeutet weniger Energieverbrauch während normaler Fahrten, während er dennoch eine sofortige Aktivierung ermöglicht, wenn zusätzlicher Grip oder Leistung erforderlich ist.
Obwohl ASMs tendenziell etwas weniger effizient sind, wenn sie aktiviert sind im Vergleich zu Permanentmagnetmotoren, ist der entscheidende Vorteil hier ihre Fähigkeit, ohne Widerstand zu arbeiten, wenn sie nicht in Gebrauch sind. Diese Konfiguration ermöglicht es BMW, die Effizienz und die xDrive-Performance dynamisch auszubalancieren, anstatt alle vier Räder dauerhaft anzutreiben.
Das Ergebnis? Ein System, das die Reichweite bei normalen Fahrten maximiert, während die AWD-Fähigkeit bereitsteht, wenn sie benötigt wird.
Siliciumkarbid: Der Geheime Effizienz-Booster
Auch mit besseren Motoren sind Leistungselektronik entscheidend für den Erfolg eines EV-Antriebsstrangs. Deshalb wechselt BMW zu Siliciumkarbid (SiC) Halbleitern (bereits im überarbeiteten BMW iX gesehen), die Energieverluste bei der Leistungsumwandlung reduzieren, was Folgendes ermöglicht:
Effizienteres Betreiben bei 800Vgeringere Wärmeentwicklung, was kleinere Kühlsysteme und verbesserte Haltbarkeit bedeutetschnellere und präzisere Leistungsverwaltung, was sowohl die Effizienz als auch die Reaktionsfähigkeit verbessert
BMW behauptet, dass diese Änderungen zu einem 20%igen Effizienzgewinn im gesamten Antriebsstrang beitragen, obwohl letztendlich die Ergebnisse in der realen Welt bestimmen werden, wie viel davon sich in eine verbesserte Reichweite und Leistung übersetzt.
Skalierbarkeit: Von Effizienz bis M-Performance
Eine der größten Erkenntnisse aus dem Workshop in Landshut war, wie modular und skalierbar das neue elektrische Antriebssystem von BMW ist.
Ein Einzelmotor-Heckantrieb der Neue Klasse wird die effizienteste Konfiguration sein, aber für Hochleistungsmodelle kann BMW zusätzliche EESM-Motoren für mehr Leistung und AWD-Fähigkeit hinzufügen. Zukünftige M-Fahrzeuge könnten eine Viermotor-Konfiguration verwenden, die fortschrittliches Drehmomentaufteilung, heckbetonte AWD-Handhabung und extreme Leistung ermöglicht.
Das System wurde von Anfang an so konzipiert, dass eine präzise Leistungsverteilung zwischen den Achsen und einzelnen Rädern ermöglicht wird.
Ein Anderer Ansatz als bei der Konkurrenz
Die Strategie von BMW unterscheidet sich in einigen wichtigen Punkten von der der Konkurrenten.
Tesla und Lucid verfeinern weiterhin die Permanentmagnetmotorentechnologie, wobei sie die absolute Effizienz und Leistungsdichte priorisieren.Porsche und Audi verfolgen einen hybriden Ansatz, bei dem PSM- und ASM-Motoren für die Leistungsoptimierung kombiniert werden.Mercedes-Benz bleibt den auf seltenen Erdmaterialien basierenden PSM-Setups treu, aufgrund ihrer hohen Effizienz und vorhersehbaren Leistungsausbeute.
BMW setzt darauf, dass sein Ansatz ohne seltene Erdmaterialien sich in Bezug auf Kosten, Effizienz und langfristige Nachhaltigkeit auszahlen wird, auch wenn er eine anspruchsvollere Leistungsverwaltung erfordert.
Ingenieurskunst über Hype?
Die Teilnahme am Landshut-Workshop von BMW hat eines deutlich gemacht: Das Unternehmen drängt nicht nur in Eile in den Bereich der Elektrofahrzeuge, um Vorschriften zu erfüllen oder Trends zu folgen. Es möchte den gleichen ingenieurgeführten Ansatz anwenden, der seine Verbrennungsmotoren seit Jahrzehnten definiert hat. Werden sie an die Spitze gelangen? Das werden wir bald herausfinden, aber bis dahin klingt die Theorie großartig.
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