Masa własna: 1195 kilogramów. Już sama ta liczba pokazuje, że opłacało się zainwestować 3 miliardy euro w nowe technologie, poswięcić 10 lat na prace badawcze oraz wprowadzić automatyzację produkcji, która do tej pory była manualna. W ramach tego przedsięwzięcia powstały nowe fabryki materiałów i półproduktów wykorzystywanych w produkcji tego samochodu.

„Odchudzona” wersja

Nowy model BMW i3 to samochód klasy kompaktowej, ale napędzany elektrycznie i posiadający na pokładzie komplet akumulatorów zasilających. Dzięki zastosowanym rozwiązaniom nie waży więcej niż analogiczny model napędzany silnikiem spalinowym, a nawet znacznie mniej niż jego elektryczna konkurencja. Dla przykładu, Renault Zoe – porównywalny pojazd o napędzie elektrycznym – jest o 233 kilogramy cięższy. To odpowiada masie akumulatorów, jaką ma na pokładzie nowy model BMW. Producent z Monachium postanowił jednak tę masę zrównoważyć, odpowiednio „odchudzając” samochód. Cel – jak widać – został osiągnięty.

Kolejna liczba także robi wrażenie. Przy cenie sprzedaży w Niemczech na poziomie 34 950 euro dopłata za najnowsze technologie jest nieduża. Dla porównania model 120d z pięcioma drzwiami i automatyczną skrzynią biegów kosztuje niewiele mniej, bo 31 500 euro. Jeśli BMW jest w stanie produkować w ten sposób samochody, to dlaczego nie robią tego inne koncerny?

Elementy z włókna węglowego

Kluczem do sukcesu jest materiał, z jakiego wyprodukowany został model BMW i3. Dzięki wysokiej sztywności i relatywnie małej gęstości możliwe jest budowanie elementów z włókien węglowych, które przy tym samym kształcie i wytrzymałości będą nawet o 50% lżejsze od stali. Problemem jest jednak to, że włókno węglowe jest trudne do obróbki. Z tego powodu nadwozie modelu i3 nie jest wykonane w całości z tego materiału. Włókna węglowe zastosowano tylko tam, gdzie są one najbardziej przydatne. Samochód przy tym podzielono na 3 podstawowe przestrzenie różniące się funkcjonalnością:

1) pasażerską wykonaną z włókien węglowych, tzw. life-modul, czyli obszar przeżycia w razie wypadku,
2) przestrzeń napędu wykonaną z aluminium, tzw. drive-modul,
3) poszycie zewnętrzne wykonane z tradycyjnego tworzywa sztucznego.

Modułowa budowa samochodu pozwoliła projektantom na trochę więcej swobody niż w przypadku projektowania konstrukcji standardowych. Dzięki swojej szerokości (180 cm) auto prezentuje się okazale. Długość wynosząca dokładnie 4 metry pozwala natomiast na sprawne poruszanie się po zatłoczonych centrach miast. Duża sztywność włókien węglowych pozwoliła na rezygnację ze słupka „B”, co bardzo ułatwiło dostęp do tylnego rzędu siedzeń. Drzwi tylne są przymocowane do słupka „C” i otwierają się w przeciwną stronę, tak jak w Oplu Meriva lub Toyocie FJ Cruiser. Przeszklone powierzchnie stwarzają dodatkowo wrażenie dużej przestrzeni wewnątrz pojazdu. Cechą charakterystyczną wnętrza jest brak tunelu środkowego, ponieważ silnik elektryczny znajduje się z tyłu pojazdu. Cały pojazd jest skonstruowany od nowa, a nie jest adaptacją istniejącej już płyty podłogowej.

Na desce rozdzielczej dość mocno zaznaczono podziały między jej strefami, co trochę przypomina wczesne modele Citroëna. Także w innych modelach BMW na próżno szukać materiałów, z jakich ją wykonano.

Właściwości jezdne

Bardziej konserwatywny w wyborze materiałów i technologii jest moduł jezdny z silnikiem elektrycznym. Tutaj podzespoły napędu i zawieszenia są ze sobą połączone w strukturę rozpraszającą energię w trakcie ewentualnego wypadku. Jest to konieczne w celu ochrony umieszczonej w środkowej części pojazdu baterii akumulatorów, która waży 230 kg. Pakiet akumulatorów zamontowany jest pod podłogą pojazdu w środkowej jego części, co także przyczynia się do bardzo niskiego położenia środka ciężkości pojazdu, a co za tym idzie – do bardzo dobrego prowadzenia się na zakrętach.

Dopełnieniem dobrych właściwości jezdnych jest technika zastosowana w zawieszeniu pojazdu. Z przodu umieszczono znane już kolumny McPhersona, natomiast z tyłu zawieszenie pięciowahaczowe. Silnik elektryczny umieszczony na tylnej osi ma moc 125 kW (170 KM) i generuje 250 Nm momentu obrotowego, z tym że - w odróżnieniu do silnika spalinowego – tu moment obrotowy jest dostarczany już od najniższych zakresów prędkości obrotowej. Silnik ten pozwala modelowi i3 przyspieszać od 0 do 100 km/h w czasie 7,2 sekundy, co jest najlepszym wynikiem wśród całej gamy pojazdów „i” BMW. Prędkość maksymalna, podobnie jak w innych pojazdach elektrycznych, jest ograniczona elektronicznie do 150 km/h, co mimo wszystko pozwala na sprawne przejechanie odcinka autostrady.

Wykorzystanie energii

Zużycie energii przez BMW i3 obliczane według nowego europejskiego cyklu jazdy (NEDC – New European Driving Cycle) wynosi 12,9 kW/h na każde 100 km, co oznacza, że możliwy zasięg tego samochodu wynosi 130–160 km. Wielostopniowy tryb efektywnego wykorzystania energii może zwiększyć zasięg samochodu nawet o 40 km. Są to wartości sprawdzone w warunkach laboratoryjnych i z pewnością zostaną zrewidowane w praktyce. Za dopłatą BMW oferuje doposażenie samochodu w tzw. range extender, czyli moduł zwiększający zasięg. Jest on zbudowany
z dwucylindrowego silnika motocyklowego połączonego z generatorem prądu zasilającym akumulatory. Zapas paliwa zasilającego silnik spalinowy pozwala na przejechanie dodatkowych 100 km.

W zwiększeniu zasięgu pomaga także rekuperacja, czyli odzyskiwanie energii podczas hamowania. W takim przypadku hamowanie odbywa się za pomocą silnika elektrycznego, który staje się prądnicą napędzaną od kół pojazdu. W tym czasie ładowane są akumulatory samochodu. Od sposobu funkcjonowania rekuperacji zależy także sprawność całego napędu elektrycznego. Powolny odzysk energii powoduje łagodne (mniej skuteczne) hamowanie, mniejszy odzysk, ale i mniejszy pobór, ponieważ uzyskuje się w tym samym czasie mniejszą różnicę prędkości. Przy dużym odzysku energii natomiast auto hamuje skuteczniej. Niebagatelne znaczenie ma dopasowanie tego procesu do dynamiki ruchu miejskiego. Model i3 wyposażono w dodatkową funkcję „żeglowania” (sailing mode) pozwalającą na toczenie się samochodu bez hamowania silnikiem. Po zwolnieniu pedału przyspieszenia ten osiąga swoją pozycję neutralną i przełącza samochód właśnie w ten tryb. W tym momencie do gry wkraczają nowo skonstruowane energooszczędne opony o wymiarze 155/70 R19, które mają zapewnić toczenie się niemal bez utraty energii. Jeśli kierowca całkowicie zwolni pedał przyspieszenia, to sterownik przełączy napęd w tryb regeneracji i pojazd zacznie zwalniać. Ważnym punktem podczas konstruowania samochodu było właśnie osiągnięcie możliwie najdłuższego toczenia się pojazdu w trybie „żeglowania”.

Kompozyt z włókna węglowego zastosowany w nadwoziu gwarantuje nie tylko niską wagę, ale też wysoką wytrzymałość przestrzeni pasażerskiej. W trakcie testów zderzeniowych okazało się, że dzięki temu materiałowi nawet po poważnym wypadku możliwe jest otwieranie drzwi. W przedniej i tylnej części nadwozia zastosowano pochłaniające energię zderzenia elementy aluminiowe. Lekkie uderzenia są absorbowane przez tworzywa sztuczne użyte w karoserii oraz materiał zderzaków. Ciekawe jest jednak, jak takie nadwozie będzie się zachowywało podczas opadów dużego gradu?

Pożar akumulatora

Gorącym tematem w przypadku samochodów elektrycznych są pożary akumulatorów. Może do nich dojść w wyniku zwarcia, np. w trakcie wypadku. W nowym BMW i3 zasobniki wysokiego napięcia w momencie aktywacji którejkolwiek z poduszek powietrznych są odłączane od reszty instalacji elektrycznej, która zostaje tym samym rozładowana. Dodatkowo w zestawie akumulatorów zastosowano system odprowadzania gazów powstających podczas ładowania. Jak wynika z badań prowadzonych przez niemiecki oddział DEKRA pojazd elektryczny wcale nie stwarza większego zagrożenia pożarowego niż pojazd spalinowy.

Zdaniem niemieckich ubezpieczycieli aż 90% wypadków drogowych kończy się tylko powierzchownymi uszkodzeniami pojazdu. Poszycie i3 jest w związku z tym łatwe do wymiany, ponieważ jest mocowane za pomocą śrub lub klipsów. Tym samym koszt naprawy powypadkowej tego modelu jest taki sam, jak w przypadku naprawy BMW serii 1. Struktura aluminium wykorzystanego do budowy modułu napędowego nie stawia żadnych nowych wymagań. Części są naprawiane z użyciem technologii klejenia i nitowania.

W razie wypadku

Podczas projektowania samochodu i jego wprowadzania do sprzedaży zaczęto zadawać pytania, jak będzie wyglądać wycena i naprawa uszkodzeń wypadkowych w przypadku tego modelu. Przebieg diagnozy uszkodzeń w BMW serii „i” powinien być następujący: jeśli specjalista stwierdzi optycznie, że w strukturze włókna węglowego występują uszkodzenia, to powinien wypełnić on szczegółowy protokół ISTA znajdujący się w elektronicznej książce naprawczej BMW. W przypadku uszkodzenia ramy bocznej producent przewidział kilka procesów naprawczych. Jeśli konieczna jest wymiana progu, to może on zostać odcięty od elementów nadwozia za pomocą odpowiedniego frezu. Dla elementu, jakim jest life module, czyli bezpieczna przestrzeń pasażerska, producent nie przewidział tradycyjnie rozumianych części zamiennych, tylko całe elementy składowe. Jako część zamienną BMW dostarcza np. ścianę boczną, z której może być wycięty np. próg. Tego typu naprawy mogą jednak być wykonywane tylko w sieci BMW.

Producent przewidział partnerów serwisowych do obsługi pojazdów serii „i”, którzy mogą mieć różne zakresy napraw. Pakiet podstawowy obejmuje naprawy mechaniczne, diagnostykę oraz punkty ładowania. Dla punktów w zakresie wysokich napięć i elektroniki mocy przewidziany jest pakiet o nazwie „wysokie napięcie”. Najbardziej rozbudowane możliwości mają przedstawiciele w zakresie włókien węglowych i aluminium. Na razie w samych Niemczech funkcjonują tylko 4 punkty o tak rozbudowanym statusie (Monachium-Garching, Düsseldorf-Rath, Lipsk i Hamburg).

Podsumowując, model i3 jest inny nie tylko pod względem technicznym, ale i optycznym. Jest to całkowicie przekonstruowany samochód elektryczny. Czy jednak taki poziom innowacji sprosta codziennym zadaniom?

Jan Rosenow
Autor jest redaktorem czasopisma „kfz-betrieb”

Czy wiesz, że...
BMW samo produkuje elementy z włóknem węglowym

Z samego procesu produkcyjnego byłby dumny Henry Ford, który w swojej produkcji masowej kupował rudę żelaza i węgiel. We własnych hutach produkował stal do produkcji pierwszych Fordów. BMW także wkroczyło
w świat produkcji własnych elementów z włókien węglowych.

Wygląda ona następująco:

• z poliakrylonitrylowych włókien tekstylnych pod wysokim ciśnieniem oddzielane są cieńsze włókna, 
• przy udziale wysokiej temperatury włókna te przetwarzane są we włókna węglowe o średnicy 7 mikrometrów (0,007 mm), 
• do wykonania elementu nadwozia potrzebne jest połączenie ze sobą około 50 tysięcy takich pojedynczych mikrowłókien,
• włókna te nie są ze sobą skręcane na wzór nitek, tylko poukładane obok siebie,
• pocięte wiązki włókien są wstępnie formowane na prasach, a kilka pojedynczych wyprasek jest składanych w jeden element, 
• następnie do włókien wstrzykiwana jest żywica, po sprasowaniu pod wysokim ciśnieniem i utwardzeniu żywic materiał otrzymuje żądaną sztywność.

BMW opracowało proces w takim stopniu, aby produkcja elementów z włókien węglowych była powtarzalna i pewna. Po utwardzeniu żywicy element nie potrzebuje zabezpieczeń antykorozyjnych ani lakierowania – jest on odporny na działanie czynników atmosferycznych.