Auto 16.04.2010, 19:46 Uhr

BMW-Hybrid mit Brennstoffzellen

Wer kolportierte, BMW sei aus der Entwicklung der Wasserstofftechnologie ausgestiegen, den belehrten die Münchner dieser Tage eines Besseren. Ihre Tochter BMW Forschung und Technik GmbH stellte anlässlich ihres 25-jährigen Bestehens erstmals ein 1er-Modell mit neuartiger Hybridtechnik für 60 km elektrischer Stadtfahrt vor: Antrieb vorn Benziner, hinten E-Maschine, Supercaps als Energiespeicher – Strom liefern H2-Brennstoffzellen.

„Efficient Dynamics“ steht bei der BMW Group für innovative Wege zur Reduzierung von Energieverbrauch und Emission. Anlässlich ihres 25-jährigen Bestehens präsentierte die BMW Forschung und Technik GmbH, München, dieser Tage erstmals einen Prototyp mit einer neuartigen Brennstoffzellen-Hybridtechnologie, die im Rahmen der Strategie „Efficient Dynamics“ entwickelt wird.

Das Brennstoffzellen-Hybridfahrzeug sei mit dem Ziel einer emissionsfreien Mobilität im Stadtverkehr konzipiert worden und orientiere sich eng an den Erfordernissen des Alltagsverkehrs, so BMW. Zugleich könne der Prototyp als innovativer Ansatz für die Nutzung von Wasserstoff (H2) als Energieträger gelten.

Top Stellenangebote

Zur Jobbörse
Airbus Helicopters-Firmenlogo
#ET7A Electrical System Engineer - Airplane Doors (d/f/m) Airbus Helicopters
Donauwörth Zum Job 
IMS Messsysteme GmbH-Firmenlogo
Entwicklungsingenieur (m/w/i) optische und radiometrische Messsysteme IMS Messsysteme GmbH
Heiligenhaus Zum Job 
Propan Rheingas GmbH & Co. KG-Firmenlogo
Ingenieur Sicherheitstechnik (m/w/d) Propan Rheingas GmbH & Co. KG
Jungheinrich-Firmenlogo
Head of Development Automated Driving (m/w/d) Jungheinrich
Lüneburg Zum Job 
G + S Planungsgesellschaft mbH-Firmenlogo
Bauingenieur (m/w/d) für die Bereiche Tragwerksplanung und bautechnische Prüfung G + S Planungsgesellschaft mbH
Hamburg Zum Job 
Kromberg & Schubert Automotive GmbH & Co. KG-Firmenlogo
Ingenieur als Supplier Quality Manager (m/w/d) Kromberg & Schubert Automotive GmbH & Co. KG
Abensberg bei Regensburg Zum Job 
Munich Consulting Group-Firmenlogo
Senior Consultant Industrial Engineering (m/w/d) Munich Consulting Group
München Zum Job 
LEONHARD WEISS GmbH & Co. KG-Firmenlogo
Bauingenieur / Bautechniker Digitalisierung (m/w/d) LEONHARD WEISS GmbH & Co. KG
Satteldorf Zum Job 
Munich Consulting Group-Firmenlogo
Junior Consultant Industrial Engineering (m/w/d) Munich Consulting Group
München Zum Job 
Saale Energie GmbH-Firmenlogo
Elektroingenieur / Ingenieur Elektrotechnik (w/d/m) Saale Energie GmbH
Schkopau Zum Job 
Munich Consulting Group-Firmenlogo
Consultant Industrial Engineering (m/w/d) Munich Consulting Group
München Zum Job 
NewTec-Firmenlogo
Software-Entwickler (m/w/d) Embedded Applikationen NewTec
Freiburg im Breisgau Zum Job 
Berliner Wasserbetriebe-Firmenlogo
Bauingenieur:in Bebauungsplan (w/m/d) Berliner Wasserbetriebe
SWM Services GmbH-Firmenlogo
CAE Administrator*in (m/w/d) SWM Services GmbH
München Zum Job 
Die Autobahn GmbH des Bundes-Firmenlogo
Bauingenieur Bauwerkserhaltung (w/m/d) Die Autobahn GmbH des Bundes
Berliner Wasserbetriebe-Firmenlogo
Ingenieur:in Elektrotechnik - Betriebsführung (VEFK) und Planung (w/m/d) Berliner Wasserbetriebe
Berliner Wasserbetriebe-Firmenlogo
Projektleitung Starkregenrisikomanagement (w/m/d) Berliner Wasserbetriebe
Berliner Wasserbetriebe-Firmenlogo
Ingenieur:in Wartungsplanung (w/m/d) Berliner Wasserbetriebe
Berliner Wasserbetriebe-Firmenlogo
Projektleiter:in für kleine und mittelgroße Investitionsprojekte in Wasserwerken (Werke) (w/m/d) Berliner Wasserbetriebe
Berliner Wasserbetriebe-Firmenlogo
Ingenieur:in Instandhaltungsmanagement / Werke (w/m/d) Berliner Wasserbetriebe

Das Forschungsfahrzeug hat als Frontantrieb einen 88-kW-Vierzylinder-Benziner und einen 82-kW-Elektromotor, der die Hinterachse antreibt. Die kleine H2-Brennstoffzelleneinheit als Stromlieferant, die BMW Auxiliary Power Unit (APU) nennt, wurde in den Motorraum integriert. Zur Batterieeinheit gehören 148 Doppelschichtkondensatoren, „Supercaps“, die anstelle des Getriebes und des konventionellen Antriebstrangs im Mitteltunnel untergebracht sind. Ein spezieller H2-Druckgastank (200 bar) ist unterhalb der Fondsitze angeordnet. Die Kombination des Verbrennungsmotors mit Brennstoffzellen schafft laut BMW die Möglichkeit, beide Antriebstechnologien mit einem jeweils optimalen Wirkungsgrad zu nutzen.

Die Brennstoffzelleneinheit ist in ihrer Konzeption auf den Einsatz bei niedrigen Geschwindigkeiten abgestimmt. Auf Überlandfahrten mit höherem Tempo böte der Benzinmotor die Leistungsvorteile, die die BMW-typische Souveränität des Gesamtkonzepts sichere.

Die APU hat eine Leistung von max. 5 kW und liefert kontinuierlich Strom, der in den Supercaps gespeist wird, zusätzlich erhalten sie den in den Schub- und Bremsphasen vom Generator (Elektromotor) erzeugten Strom. Die zurückgewonnene Bremsenergie steht für die nächsten Beschleunigungsvorgänge wieder zur Verfügung und bewirkt eine weitere Verbrauchsreduzierung.

Die Supercaps vom US-Unternehmen Maxwell Technologies Inc. würden sich durch eine herausragend hohe Leistungsdichte und Zyklenfestigkeit auszeichnen. 148 Doppelschichtkondensatoren (jeweils 2000 F und 2,7 V DC) decken laut BMW die Leistungsspitzen für Beschleunigungsvorgänge und Ampelstarts ab.

Im Einsatz überzeugt der Brennstoffzellen-Hybrid, erklärte Wolfgang Strobl, Leiter Projekte Antriebstechnik der BMW Forschung und Technik GmbH, den VDI nachrichten. Der Elektromotor und das unmittelbar beim Anfahren wirkende hohe Drehmoment sorge für BMW-typische, sportliche Fahreigenschaften im rein elektrischen Betrieb und die im Stadtverkehr erzielten Reichweiten von 50 km bis 60 km stimmen zuversichtlich, so Strobl, der noch keinen Wert über den niedrigen Verbrauch sagen wollte. Als Ziel für die nächste Ausbaustufe gilt eine elektrische Reichweite von mehreren 100 km im Stadtverkehr.

Beim zweitürigen Prototyp aus der 1er-Baureihe resultieren im Innenraum keinerlei Einschränkungen gegenüber dem Serienmodell. Er bleibt uneingeschränkt ein Fünfsitzer. Ein etwas verkleinerter Benzintank macht Platz für den H2-Druckgastank. Selbst das Gewicht des Brennstoffzellen-Hybridfahrzeugs liegt nur wenig über dem Wert eines entsprechenden Serienmodells.

Die Brennstoffzellentechnologie wird bei BMW seit 1997 erforscht und weiterentwickelt. Entschieden hat man sich für die Niedertemperatur-Polymer-Elektrolyt-Membran(PEM)-Brennstoffzellen- technologie, weil von Beginn an die Nutzung in Form einer APU mit vergleichsweise kompakten Abmessungen und einem möglichst geringen Gewicht im Mittelpunkt stand. Schon das Wasserstoffkonzeptfahrzeug BMW 750hL von 2000 hatte eine Brennstoffzelleneinheit zur Stromerzeugung für das Bordnetz. Den Ansatz, die kleine Brennstoffzelle als Quelle für die Stromversorgung an Bord zu nutzen, sehen die Forscher bei BMW als das ökonomisch sinnvolle Einführungsszenario in Verbindung mit dem Verbrennungsmotor.

Die BMW Forschung und Technik GmbH stellt bereits die vierte Generation von APU-Einheiten zur Verfügung. Unter automobilen Lastzyklen wurde ihre Lebensdauer und der insgesamt 42 Brennstoffzellen auf mittlerweile 5000 h gesteigert. Die Systemkomplexität reduzierte man Schritt für Schritt, sodass heute eine robuste Brennstoffzelleneinheit bereit steht. Sie arbeitet laut BMW nahezu bei Umgebungsdruck, erzielt einen Systemwirkungsgrad von 58 % und das über eine große Leistungsbandbreite. Durch ihr spezielles Design können rasche Laständerungen, wie sie etwa bei der APU-Anwendung auftreten, von nahezu Leerlauf auf Volllast innerhalb von 5 ms bedient werden.

Einer der wichtigsten Punkte bei der Einführung der Niedertemperatur-PEM-Brennstoffzelle ist ihre Froststartfähigkeit nach längerer Stillstandszeit bei Temperaturen unter dem Gefrierpunkt. Durch eine geschickte Zellauslegung, so BMW, kann auf eine externe Befeuchtung der Gase verzichtet werden, sodass das System bereits nach 30 s das Fahrzeug mit Strom versorgen kann. Intensive Einsatztests, teils unter extremen Schräglagen, zeigten nach mehreren Hundert Froststarts keine sukzessive Verringerung ihrer technischen Leistungswerte, was die Technologiereife für den Autoeinsatz bestätige. W. PESTER

 

Ein Beitrag von:

  • Wolfgang Pester

    Ressortleiter Infrastruktur bei VDI nachrichten. Fachthemen: Automobile, Eisenbahn, Luft- und Raumfahrt.

Zu unseren Newslettern anmelden

Das Wichtigste immer im Blick: Mit unseren beiden Newslettern verpassen Sie keine News mehr aus der schönen neuen Technikwelt und erhalten Karrieretipps rund um Jobsuche & Bewerbung. Sie begeistert ein Thema mehr als das andere? Dann wählen Sie einfach Ihren kostenfreien Favoriten.