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17.09.2013 | Automobil + Motoren | Nachricht | Onlineartikel

BMW C Evolution mit flüssigkeitsgekühlter E-Maschine und luftgekühlter Hochvolt-Batterie

Autor:
Katrin Pudenz
7 Min. Lesedauer

Der BMW C Evolution ist mit einer Nennleistung von 11 kW (15 PS) (homologiert nach ECE R85 zur Ermittlung von Motorleistungen) und einer Maximalleistung von 35 kW (47,5 PS) recht kraftvoll motorisiert. Das maximale Drehmoment beträgt 72 Nm und steht über den Drehzahlbereich bis circa 4500/min zur Verfügung. Von 0 auf 50 km/h beschleunigt er in 2,7 s, nennt Hersteller BMW technische Zahlen zu seiner Entwicklung. Präsentiert wird das elektrifizierte Kraftrad derzeit auf der IAA 2013 in Frankfurt am Main. Auf den Markt kommen soll das Zweirad im Jahr 2014.

Die Höchstgeschwindigkeit, die mit dem C Evolution gefahren werden kann, wird bei 120 km/h elektronisch abgeregelt. Eine großzügig bemessene Batteriekapazität ermöglicht laut Hersteller eine Reichweite von bis zu 100 Kilometer. Die 8-kWh-Speicherkapazität der Batterie soll für eine Reichweite von bis zu 100 Kilometer sorgen können. Als Energiespeicher kommen die gleichen Lithium-Ionen-Speichermodule wie im BMW i3 zum Einsatz. Die Architektur der Batterie umfasst drei Speichermodule zu je zwölf Zellen mit einer Kapazität von 60 Ah und einer Nennspannung von 3,7 Volt. Bei den Zellen handelt es sich um Lithium-Ionen-Elemente prismatischer Bauart.

Luftkühlung der Hochvolt-Batterie

Bezüglich der Entwicklung der Kühlung der Hochvoltbatterie galt es, wie beschrieben wird, auf der einen Seite, zu tiefe Temperaturen, einen dadurch ansteigenden Innenwiderstand der Zellen und damit eine Leistungsabnahme zu verhindern. Im Sinne einer höchstmöglichen Lebensdauer der Zellen mussten auf der anderen Seite zu hohe Temperaturen unterbunden werden. Entgegen den bei elektrisch angetriebenen Pkw eingesetzten Speicher-Kühlsystemen mit Kältemittel, kommt beim C Evolution aufgrund der günstigeren Platz- und Gewichtsbilanz eine Luftkühlung zum Einsatz. Die Abfuhr der Wärme des Hochvoltspeichers erfolgt dabei vom Fahrtwind über einen in der Mitte des Batteriegehäuses platzierten, in Fahrtrichtung angeordneten Kühlluftschacht. Für eine möglichst effiziente Kühlung wurde der Boden des Speichergehäuses zudem mit in Fahrtrichtung angeordneten Kühlrippen versehen. Das aus Aluminium-Druckguss gefertigte Speichergehäuse beinhaltet jedoch nicht nur die Batteriezellen, sondern auch die zur Zellenüberwachung erforderliche Elektronik. Darüber hinaus fungiert das Gehäuse als tragendes Fahrwerkselement und macht einen Rahmen im klassischen Sinne damit überflüssig. Die für den Elektroantrieb erforderliche Antriebselektronik ist hinter dem Speichergehäuse installiert und sorgt für die Ansteuerung der E-Maschine im Spannungsbereich von 100 bis 150 Volt. Die Nennspannung beträgt 133 Volt.

Die Antriebselektronik verarbeitet auch Fahrerwünsche, wie etwa die Gasgriffstellung, Informationen von der Bremsanlage und steuert den Rekuperationsprozess. Sie entscheidet, ob und wie viel Rekuperationsmoment abhängig von Fahrerwunsch und Fahrmodus am Hinterrad aufgebracht wird.

Elektroantrieb mit Triebsatzschwinge, Zahnriemen, Hohlradgetriebe und Rückfahrhilfe

Der Antrieb des C evolution ist als kompakte Einheit in Form einer Triebsatzschwinge ausgelegt, bei der die hinter dem Batteriegehäuse positionierte E-Maschine, ein permanenterregter Synchronmotor, als integrierter Teil der Schwinge fungiert, erläutern die Experten. Aufgrund der räumlich nahen Anordnung von Schwingenachse und Ausgangswelle der E-Maschine konnte das Trägheitsmoment um den Schwingendrehpunkt gering gehalten und so eine bestmögliche Feder-/Dämpferabstimmung sowie ein sensibles Ansprechverhalten realisiert werden. Ein wartungsfreier Zahnriemenantrieb übernimmt die Kraftübertragung von der E-Maschine zum hinteren Riemenrad. Die weitere Übertragung des Drehmoments zum Hinterrad erfolgt über ein Planetengetriebe mit einer Gesamtuntersetzung von 1 : 8,28. Die Höchstdrehzahl der E-Maschine beträgt 9200/min. Die E-Maschine und deren Leistungselektronik sind flüssigkeitsgekühlt. Der Kühler befindet sich vorne rechts im Verkleidungsbug. Die Zirkulation des Kühlmittels übernimmt eine elektrische Flüssigkeitspumpe.

Energie-Rückgewinnung im Schiebebetrieb und beim Bremsen

Die Rekuperation sprich Energierückgewinnung erfolgt abhängig vom gewählten Fahrmodus automatisch. Der Fahrer muss also nicht selbst aktiv rekuperieren, sondern fährt den C Evolution im Grunde genau wie einen Maxi-Scooter mit Verbrennungsantrieb. Eine Möglichkeit der Rekuperation wird beim Gaswegnehmen im Schiebebetrieb ermöglicht. Und so funktioniert es laut Unternehmen: Wird der Gasgriff geschlossen, erfolgt abhängig vom gewählten Fahrmodus die Rekuperation. Wie bei einem Verbrennungsmotor entsteht durch die Generatorfunktion der E-Maschine ein Motorschleppmoment - die sogenannte Motorbremse. Deren Stärke ist abhängig vom Grad der Rekuperation, der vom Fahrer über den Fahrmodus gewählt werden kann. Eine weitere Möglichkeit Energier zurück zu gewinnen besteht laut Hersteller beim Bremsen: Bei Bremsvorgängen werden über Sensoren die Bremsdrücke an Vorder- und Hinterradbremse abgegriffen. Wird von der Antriebselektronik ein Bremsvorgang erkannt, baut die E-Maschine automatisch ein Schleppmoment auf, unterstützt so den Bremsvorgang und rekuperiert.

Schlupfkontrolle mittels Torque Control Assist

Ähnlich der Automatic Stability Control bei BMW Motorrädern mit Verbrennungsmotor steht beim neuen C Evolution der Torque Control Assist (TCA) zur Verfügung. TCA begrenzt das Motormoment abhängig vom Hinterradschlupf. Für eine optimale Beherrschbarkeit des Antriebsmoments überwacht die Steuerelektronik der E-Maschine die Hinterraddrehzahl und reduziert ähnlich der Automatic Stability Control bei BMW Motorrädern mit Verbrennungsmotor bei Überschreitung einer Plausibilitätsgrenze das Antriebsmoment. TCA unterstützt den Fahrer damit insbesondere beim Anfahren und verhindert ein unkontrolliertes Durchdrehen des Hinterrads auf Fahrbahnen mit reduziertem Reibwert, etwa auf nassem Kopfsteinpflaster. Zusätzlich dient der Torque Control Assist dazu, bei starker Rekuperation und entsprechendem Schleppmoment ein Rutschen des Hinterrads, besonders auf glatten Fahrbahnen, zu unterbinden.

Fahrmodi

Der C Evolution verfügt über vier Fahrmodi. Im Road-Modus beispielsweise steht die volle Beschleunigung zur Verfügung, und beim Gaswegnehmen wird im Schiebebetrieb mit einem Grad von circa 50 Prozent rekuperiert. Ebenso wird bei Bremsvorgängen Energie zurück gewonnen. In diesem Modus wird die Standardreichweite erzielt. Im Eco Pro-Modus wiederum ist das Schleppmoment im Schiebebetrieb deutlich erhöht, ein maximaler Rekuperationsgrad sowie die limitierte Beschleunigung und damit Energieentnahme ermöglichen eine Ausdehnung der Reichweite um 10 bis 20 Prozent. Für den Fahrer ist das gesteigerte Schleppmoment durch ein erhöhtes Abbremsmoment beim Gaswegnehmen spürbar. In diesem Fahrmodus wird die höchste Reichweite erzielt. Modus Nummer drei ist der Sail-Modus, in dem von der E-Maschine kein Schleppmoment aufgebaut wird, eine Rekuperation erfolgt ausschließlich bei Bremsvorgängen. Für den Fahrer äußert sich das Segeln dahingehend, dass beim Gaswegnehmen so gut wie keine Bremsmomente aufgebaut werden und das Fahrzeug nahezu frei von Bremsmomenten rollt. Im Dynamic-Modus, der für dynamisches Fahren ausgelegt ist, wird die volle Beschleunigung mit starker Rekuperation und damit einem hohen Schleppmoment kombiniert.

Geladen wird der C Evolution über ein integriertes Ladegerät entweder an einer Steckdose des Haushaltsstromnetzes oder an einer geeigneten Ladesäule. Das serienmäßig mitgelieferte Ladekabel verfügt über den länderspezifischen Anschluss an das Haushaltsstromnetz. Der maximale Ladestrom wird nach Ländervarianten codiert auf das richtige Maß eingestellt. Bei Bedarf kann dieser Ladestrom vom Fahrer über das Setup-Menü in Stufen reduziert werden. Die Ladesteckdose ist im Beinraum vorne links hinter einer Abdeckung angebracht. Bei völlig entleerter Batterie beträgt die Ladedauer an einer haushaltsüblichen 220 V Steckdose mit einem Ladestrom von 12 A circa 4 Stunden (bei 220 V / 16 A = 3 h).

Hybrid-Fahrwerk mit tiefem Schwerpunkt

Kernziel bei der Fahrwerkentwicklung des C Evolution war es, einen stabilen Geradeauslauf bei hohen Geschwindigkeiten, etwa auf der Autobahn oder auf Schnellstraßen, mit spielerischem Handling, leichter Manövrierbarkeit und hervorragenden Langsam-Fahreigenschaften im Stadtverkehr zu kombinieren, heißt es aus München. Hierfür wurden die Vorteile des tief angebrachten Batteriekastens in vollem Umfang ausgeschöpft. Einen Rahmen besitzt der C Evolution nicht. Stattdessen setzt das Fahrwerkkonzept auf eine verwindungssteife Hybrid-Konstruktion mit dem tragenden, torsionssteifen Batteriekasten aus Aluminium-Druckguss mit integrierter Lagerung für die Einarm-Triebsatzschwinge als Hauptelement. Über Schraubverbindungen nimmt er vorne beziehungsweise hinten die Stahlrohrkonstruktionen für Lenkkopfträger und Heckrahmen auf. Diese Bauweise schlägt sich auch in der Gewichtsbilanz positiv nieder.

Vorne übernimmt die Radführung eine Upside-down-Gabel mit 40 Millimeter Standrohrdurchmesser und 120 Millimeter Federweg, während das Hinterrad von der Einarm-Triebsatzschwinge geführt wird. Die Aufgaben von Federung und Dämpfung übernimmt dabei ein auf der linken Seite platziertes, direkt angelenktes Federbein mit einstellbarer Federbasis. Der Federweg beträgt hier 115 Millimeter. Vorn rollt der C evolution auf einem Fünfspeichen-Leichtmetall-Druckguss-Rad der Dimension 3,5 x 15 Zoll, hinten auf einem Rad im Format 4,5 x 15 Zoll.

Tipp der Redaktion Aurtomobil- und Motorentechnik:

Lesen Sie zu diesem Thema auch unsere Berichterstattung über die kürzlich vorgesteller Serienversion des BMW i3: "Born electric": BMW i3 Weltpremiere in New York, London und Peking, Weltpremiere des BMW i3: stabil, sicher und ohne B-Säulen und Weltpremiere des BMW i3: Vernetzt für nachhaltige Mobilität. Über das Batteriepackage des E-Scooters lesen Sie in ATZ.

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