Kategoriat
BMW:n viime vuonna lanseeraama Neue Klasse (Uusi luokka) edustaa yhtiön uutta teknologiaa lähtien akkukennojen kemiasta edeten sähkömoottoreihin, auton elektroniikka-arkkitehtuuriin ja lopulta tuotantoprosesseihin.
BMW käytti termiä Neue Klasse jo 1960-luvun alussa. Tuolloin se tuli merkitsemään yhtiölle käytännössä uutta alkua. Nyt eletään aikoja, jolloin sähköautot vaikuttavat kehittyvän varsin nopeasti.
Neue Klasse
BMW:n Neue Klasse rakentuu useiden teknisten ratkaisujen ympärille, joista voi esimerkiksi mainita 800 voltin järjestelmän, joka mahdollistaa suuren lataustehon vähäisemmillä virroilla.
Uudet sylinterimäiset litiumionikennot, jotka korvaavat BMW:n aiemmin käyttämät prismaattiset akkukennot.
Lisäksi käytössä on kuudennen sukupolven eDrive-voimalinja, jossa yhdistyvät uudet sähkömoottorit, tehoelektroniikka ja voimalaitteiden keventynyt massa.
Käytössä on myös Cell-to-pack-rakenne, jolla vähennetään akun sisäisten rakenneosien määrää.
Korkeajänniteakku integroidaan korirakenteeseen. Tämä parantaa tilankäyttöä ja lisää rakenteellista tukevuutta.
Uutta on myös keskitetty elektroniikka-arkkitehtuuri, jossa neljä suuritehoista laskentayksikköä ohjaa auton keskeisiä toimintoja.
Merkittävää on, ettei BMW ole pelkästään päivittänyt moottoreita, vaan on suunnitellut auton keskeiset rakenteet uudelleen sähkökäytön vaatimusten perusteella.
Ajoakun kennorakenne ja kemia
BMW siirtyy Gen6-sukupolvessaan prismaattisista akkukennoista sylinterimäisiin kennoihin. Ratkaisussa on samoja periaatteita kuin muidenkin valmistajien suurikokoisissa sylinterikennoissa, mutta BMW on määritellyt kennot omien spesifikaatioidensa mukaisesti.
BMW Gen6-kennoratkaisu on sylinterimäinen litiumionikenno, jonka halkaisija 46 mm korkeuden ollessa akun kapasiteetista riippuen joko 95 tai 120 mm.
Pelkistettynä kennokemia on nikkelipitoinen katodi ja piitä sisältävä grafiittianodi. Kennotason tilavuusenergiatiheyden ilmoitetaan kohentuneen yli 20 % tilavuusyksikköä kohden verrattuna edellissukupolven Gen5-kennoon.
BMW:n mukaan uuden kennon katodissa on aikaisempaa enemmän nikkeliä, mutta vähemmän kobolttia. Anodin piipitoisuutta on puolestaan kasvatettu.
Piillä on merkittävä etu grafiittiin verrattuna: se pystyy varastoimaan huomattavasti enemmän litiumia massayksikköä kohden. Haittapuolena on piin merkittävä tilavuuden muutos lataus- ja purkausjaksojen aikana.
Näin muodoin kyse ei ole puhtaasta piianodista, vaan pikemminkin piin ja grafiitin yhdistelmästä. Todettakoon, että BMW ei ole julkistanut kennon tarkkaa rakennetietoa.
Kennomoduulitasosta luovuttu
BMW:n ratkaisussa erillinen kennomoduulitasosta on luovuttu. Kennot asennetaan suoraan akkupaketin koteloon. Kotelo puolestaan integroidaan osaksi auton korirakennetta.
Tästä on useita etuja: rakenteeseen tarvitaan vähemmän materiaalia, akku voidaan tehdä matalammaksi. Samalla käytettävissä oleva tila saadaan tehokkaammin energiavaraston käyttöön.
Ratkaisu tuo myös teknisiä haasteita. Lämmönhallinnan, kennojen sähköisen eristämisen, kolariturvallisuuden ja mahdollisen yksittäisen kennovian hallinnan on toimittava ilman perinteisten moduulien tarjoamaa rakenteellista erottelua.
Huomionarvoinen kysymys on myös korjattavuus. Moduulittomassa akussa yksittäisten kennojen vaihtaminen voi olla hankalampaa kuin moduulirakenteisessa akussa. Toteutuksen käytännön korjausmenetelmistä tarvitaan kuitenkin tarkempaa tietoa ennen syvällisempiä johtopäätöksiä.
Akun kapasiteetti
Ensimmäisessä sarjatuotantomallissa, BMW iX3 50 xDrivessa, ajoakun käytettävissä oleva energiamäärä on 108,7 kWh.
Kyseessä on varsin suuri kapasiteetti. Lisäksi BMW on onnistunut yhdistämään sen varsin kohtuulliseen energiantarpeeseen, jolla on suotuisa vaikutus sähköauton toimintamatkaan.
Mallin viime vuotisen ensiesittelyn jälkeen iX3:en on tullut nettokapasiteetiltaan 82,6 kWh ajoakku asennettuna pienitehoisempaan ix3 40 xDrive -malliin.
Voimalinja ja sähkömoottorit
Useat sähköautovalmistajat suosivat kestomagneettitahtimoottoreita. BMW puolestaan on jatkanut kehitystyötä sähköisesti magnetoidun tahtimoottorin kanssa yhdistäen sen nelivetoisen iX3:n 4WD-voimalinjassa oikosulkumoottoriin kanssa.
Auton takavedossa käytetään moottoria, jossa roottorin magneettikenttä tuotetaan sähkövirralla kestomagnetoinnin sijaan.
Ratkaisun eduiksi mainitaan vähäistä tarvetta roottorin harvinaisten maametallien kestomagneeteilla. Magnetointia voidaan säätää kuormituksen ja pyörintänopeuden mukaan. Tämä tarjoaa hyvän mahdollisuuden hyötysuhteen optimointiin laajalla toiminta-alueella. Haittapuolena on magnetoinnin vaatima energia sekä roottorin virransyötön tekninen monimutkaisuus.
Etupään moottori on puolestaan ASM-oikosulkumoottori eli ns. asynkronimoottori.
Sellaisen etuna nähdään yksinkertainen ja kestävä rakenne. Kun etuakselilta ei tarvita vetoa, moottorin sähkömagneettisia häviöitä voidaan vähentää tehokkaasti.
Oikosulkumoottorin haittapuolena ovat roottorin virtahäviöt silloin, kun moottori kehittää vääntömomenttia.
Gen6:n ilmoitetut parannukset
BMW vertaa uuden sähköisen voimansiirron ominaisuuksia aikaisempaan Gen5- eli viidennen sukupolven vastaavaan teknologiaan.
BMW:n mukaan voimalinjan energiahäviöt ovat kutistuneet 40 %. Samalla voimalinjan paino on keventynyt 10 %. Valmistuskustannusten ilmoitetaan olevan luokkaa 20 % edullisemmat.
Ilmoitetut prosentit eivät kuitenkaan kuvaa koko auton energiankulutuksen vähenemistä.
Erityisesti 40 prosentin vähennys energiahäviöissä on toki merkittävä. On kuitenkin syytä korostaa, että edellä kuvattu tarkoittaa voimalinjan häviöiden pienenemistä 40 prosentilla, ei koko auton energiankulutuksen vähennystä.
Gen6-sähkökäyttöjä valmistetaan BMW:n Steyrin tehtaalla Ylä-Itävallan osavaltiossa.
Keskitetty ajodynamiikan ohjaus
BMW:n uusi Heart of Joy -ohjausyksikkö yhdistää voimalinjan, jarrutuksen ja ajodynamiikan hallinnan ja prosessoi anturitietoja kymmenen kertaa nopeammin kuin aikaisemmin.
Perinteisessä järjestelmässä moottorinohjaus, ajonvakautus ja jarrujen ohjaus toimivat useiden erillisten ohjainlaitteiden kautta.
Heart of Joy pyrkii minimoimaan näiden järjestelmien välistä viivettä ja koordinoimaan sähkömoottorien vääntömomenttia ja hidastusta sekä voimanjakoa mahdollisimman analyyttisesti.
Tämä onkin hyödyllistä sähköautossa, sillä sähkömoottorin vääntömomenttia voidaan säätää hyvin nopeasti.
Kyse ei pelkästään ole suorituskyvyn kasvattamisesta, vaan myös ajettavuuden, pidon ja energian talteenoton parantamisesta.
Lataus enimmäisteholla 400 kW
Käyttöön otettu uusi 800 voltin järjestelmä mahdollistaa aiempaa suuremmat lataustehot. Tasavirralla (DC) suurin latausteho ylettyy 400 kilowattiin, ja tämän myötä 10–80 % varaustaso voidaan saavuttaa 21 minuutissa. Toisin ilmaistuna toimintamatkaa saadaan 10 minuutissa ladattua jopa 372 km.
Vaihtovirta- eli AC-lataus toimii 11 kW teholla, mutta lisävarusteena on saatavana 22 kW AC-lataus.
Lataustehon todelliseen suorituskykyyn vaikuttavat akun lämpötila, varaustila, kennokemia ja latausaseman käytettävissä oleva suorituskyky.
BMW Energy Master -ohjausjärjestelmä hallitsee akun keskeisiä sähköisiä toimintoja. Lisäksi auton kytkentäjärjestely mahdollistaa lataamisen myös 400 voltin latausasemilla.
Kaksisuuntainen lataus
Neue Klasse tuo mukanaan myös kaksisuuntaisen lataamisen, jonka myötä auto voi tarvittaessa toimia energiavarastona.
BMW:n suunnittelemia käyttötapoja ovat V2L (sähkölaitteiden syöttäminen autosta), V2H (kodin sähkönsyöttö) ja V2G (energian palauttaminen sähköverkkoon).
Näiden toimintojen käytettävyys riippuu markkina-alueesta, latauslaitteistosta ja tarvittavista yhteensopivuuksista.
Teknisissä erittelyissä BMW iX3 50 xDriven toimintamatkan vaihteluväli on WLTP:n mukaisesti ilmoitettuna 675–787 kilometriä yhdistetyn energiankulutuksen ollessa 16,1–17,7 kWh/100 km.
Tuotannon päästöistä
Vielä silmäys akkukennojen valmistuspäästöihin, auton valmistuksen ja toimitusketjun päästöihin sekä auton koko elinkaaren ilmastovaikutukseen.
Kennojen 60 prosentin vähennys perustuu BMW:n ilmoittamiin valmistus- ja materiaaliratkaisuihin.
Se ei tarkoita, että koko akkupaketin tai auton valmistuspäästöt olisivat vähentyneet saman verran.
Uuden iX3:n toimitusketjun hiilijalanjälki on pienentynyt 35 %, ja uuden iX3:n koko elinkaari verrattuna edeltäjään puolestaan 34 %
Unkarissa sijaitsevan Debrecenin uudessa autotehtaassa ei normaalissa tuotantotoiminnassa käytetä fossiilisia polttoaineita. Tämä ei kuitenkaan merkitse tehtaan tai sen käyttämän sähkön täydellistä nollapäästöisyyttä.
Luvut perustuvat BMW:n laskentaoletuksiin, eivät yksittäisen, esimerkiksi Suomessa käytettävän auton laskettuihin päästöihin.
Neue Klasse – paluu vuoteen 1961
BMW esitteli Frankfurtin autonäyttelyssä syyskuussa 1961 uuden BMW 1500 -mallin.
Tuohon aikaan BMW oli taloudellisesti hankalassa jamassa. Mallisto koostui etupäässä pienistä autoista ja vanhankantaisista pirsseistä, mutta ajanmukainen, kaupallisesti merkittävä keskiluokan automalli puuttui. Tuolloin esitelty BMW 1500 täytti tämän aukon.
Autossa oli moderni, itsekantava kori, uusi nelisylinterinen, sylinterikannen yläpuolisella nokka-akselilla varustettu M10-moottori ja aikakaudelleen edistyksellinen alustarakenne. Auton muotoiluun liittyivät myös myöhemmin BMW:n tunnusmerkeiksi muodostuneet piirteet, kuten ns. Hofmeisterin mutka takaikkunan alareunassa.
Myöhemmin Neue Klasse-autojen tarjonta laajeni 1800- ja 2000-malleilla. Pitkäikäistä M10-moottoria puolestaan valmistettiin aina vuoteen 1988 saakka.
BMW:n mukaan juuri alkuperäinen Neue Klasse loi perustan yrityksen taloudelliselle menestymiselle ja nykyaikaiselle, urheilulliseen ajettavuuteen perustuvalle merkki-imagolle.
Nimivalinta on tarkkaan harkittu. BMW haluaa rinnastaa nykyisen sähköistymisen murroksen siihen muutokseen, jonka Neue Klasse sai aikaan 1960-luvulla.
Juha Kiiskinen JK- Textservice
Kirjoittajan arkisto- juha@textservice.fi