40 anni di mobilità elettrica BMW: dalla 1602 alla i3

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Quando, verso la fine del 2013, uscirà dalla linea di montaggio di Lipsia la prima versione di serie della BMW i3, vettura segnerà il culmine provvisorio di 40 anni di lavori di sviluppo alla BMW. Tutto cominciò nel 1972 ai Giochi Olimpici di Monaco, dove lo schieramento di partenza della BMW comprendeva due veicoli di prova con propulsione elettrica. I modelli BMW 1602 modificati servivano come mezzi di trasporto per i membri del comitato organizzativo e venivano anche utilizzati come vetture di appoggio e per le telecamere in diverse gare sulla lunga distanza. Tuttavia, non vi erano dubbi che le batterie al piombo che pesavano 350 chilogrammi e che avevano un’autonomia di circa 60 chilometri erano ben lontane dall’essere l’ideale per un’automobile di serie. La BMW quindi lanciò una serie di progetti di ricerca e di sviluppo allo scopo di portare su strada una tecnologia per sistemi di propulsione elettrica migliore e, soprattutto, più efficiente.

BMW 1602 Electric (1972)

A partire dal 1969, la BMW costruì due veicoli sperimentali sulla base della BMW Serie 02
con l’obiettivo di studiare l’idoneità di un’unità a propulsione elettrica per la guida pratica.
Lo spazio prima occupato dalla scatola degli ingranaggi era ora dedicato ad un motore
“shunt-wound” a corrente continua con una potenza massima di 32 kW sviluppato dalla
Bosch e la cui potenza veniva indirizzata alle ruote posteriori mediante gli ingranaggi
intermedi e l’albero di trasmissione. Una ventola radiale da 140 W controllata da un
termostato provvedeva al raffreddamento. Il motore elettrico dal peso di 85 chilogrammi
era alimentato da 12 batterie standard piombo-acido da 12 V della Varta, posizionate su un
bancale nel vano motore.
Il gruppo batterie pesava ben 350 chilogrammi; tuttavia era possibile rimuoverlo come
unità singola e sostituirlo con un gruppo ricaricato. La BMW 1602 Electric accelerava da
fermo a 50 km/h in otto secondi e raggiungeva una velocità massima di 100 km/h. La sua
autonomia era di circa 30 chilometri durante la guida in città, distanza che raddoppiava
quando si guidava costantemente a 50 km/h. Per provarli, la BMW decise di mettere questi
prototipi su strada nel 1972 durante i Giochi Olimpici di Monaco, dove venivano utilizzati,
tra l’altro, come veicoli di appoggio per la maratona. Già allora il motore elettrico serviva
anche come generatore, permettendo all’energia prodotta duranta le frenate di essere
accumulata nella batteria (freno rigenerativo). Tuttavia, divenne ben presto evidente che gli
svantaggi specifici di questa propulsione elettrica sarebbero potuti essere risolti soltanto
mediante progressi nell’ambito della tecnologia relativa alle batterie. Di conseguenza, la
BMW 1602 Electric veniva vista soltanto come un primo tentativo di sviluppo invece che
una soluzione fattibile.

BMW LS Electric (1975)

Nel giugno del 1975, la BMW lanciò un nuovo progetto che veniva tenuto nascosto
all’epoca. Una BMW LS messa in disuso servì come base per un veicolo sperimentale, sul
quale iniziarono le prove di guida nel dicembre 1976. Il motore “shunt-wound” a corrente
continua utilizzato nella BMW 1602 cedette il posto ad un nuovo motore di serie a
corrente continua della Bosch, mentre 10 batterie a piombo-acido della Varta con
Aquamatic (funzione centralizzata per il rimbocco d’acqua e la degassificazione) dovevano
consentire di acquisire nuove conoscenze.
Questa era la prima volta che il veicolo comprendeva un caricatore completo di cavi di
ricarica ed un meccanismo di interruzione automatica, che permetteva di collegare le
batterie ad una presa di corrente standard e quindi di ricaricarle in 14 ore. Sebbene i freni a
tamburo del veicolo di serie venissero mantenuti, la priorità veniva data sempre all’utilizzo
in primo luogo della frenata elettrica rigenerativa. Gli ingranaggi di riduzione e del
differenziale furono uniti in un blocco compatto ed imbullonati al motore elettrico. Il
parabrezza riscaldato e il lunotto posteriore, insieme ad un riscaldatore elettrico ad
accumulo della Bauknecht avevano il compito di controllare la climatizzazione degli interni.

BMW 325iX (1987-1990)

Il progetto di ricerca “Auto elettrica con batterie ad alta potenza” lanciato inizialmente nel
1981 portò a otto modelli BMW 325iX trasformati da auto a trazione integrale ad auto a
trazione anteriore dal 1987 in poi pronti per essere collaudati. Servivano come veicoli
sperimentali per provare una nuovissima batteria a sodio-zolfo (NaS) che non richiedeva
manutenzione e che era stata sviluppata appositamente dalla Asea Brown Boveri (ABB)
per l’utilizzo in un veicolo elettrico. Con una densità energetica tre volte maggiore rispetto
alle batterie a sodio-zolfo tradizionali, essa rappresentava un importante passo in avanti:
per la prima volta c’era la prospettiva realistica di poter mitigare gli svantaggi specifici dei
sistemi di propulsione elettrica, come il peso delle batterie e lo spazio che esse
richiedevano. Oltre a questo, tutte le componenti della propulsione elettrica andavano
collaudate ed ulteriormente migliorate. La BMW costruì un impianto speciale per queste
prove con un calcolatore di potenza incorporato. Un’altra nuova caratteristica era costituita
dalla gestione elettronica della propulsione, che regolava e monitorava la ricarica dalla
presa di corrente, il flusso dell’energia tra motore e batteria, nonché il circuito termico del
sistema.
Tutta l’elettronica di controllo veniva raccolta in un contenitore compatto in prossimità del
motore. Il team di gestione del progetto decise di effettuare le prima prove esterne in
condizioni normali con la BMW Serie 3 a propulsione elettrica. Un BMW Serie 3 Touring
dimostrava la sua idoneità per l’utilizzo quotidiano come veicolo di consegna per il servizio
postale tedesco, per esempio, mentre altri modelli prototipo dimostravano la loro idoneità
come city car al servizio delle autorità locali e dello stato. Era anche in buona parte per
questo motivo che i veicoli di prova venivano equipaggiati con un sistema ad acqua calda
alimentato da gasolio per il riscaldamento degli interni.

BMW E1 e E2 (1991-1993)

Incoraggiata dai risultati positivi ottenuti con la nuova batteria a NaS, la BMW Technik
GmbH fu incaricata di sviluppare da zero un veicolo elettrico, con l’obiettivo di studiare i
vantaggi e gli svantaggi della propulsione elettrica nell’utilizzo pratico. Le specifiche target
comprendevano una prestazione idonea per la guida quotidiana, un’autonomia
ragionevole, abbastanza spazio per quattro adulti più baggaglio, nonché un alto livello di
sicurezza pur con il mantenimento dei pesi al minimo. Dopo appena dieci mesi di sviluppo,
il risultato fu presentato per la prima volta al pubblico in occasione del Motor Show di
Francoforte 1991: la BMW E1, una citycar dalle dimensioni esterne compatte (3.460 mm x
1.648 mm x 1.500 mm), un passo di 2.325 mm ed un interno versatile. Ancora oggi, dopo
20 anni, molte delle sue soluzioni tecniche appaiono sofisticate.
La carrozzeria, per esempio, era progettata sistematicamente per mantenere basso il peso
e presentava una scocca ad alta resistenza realizzata in sezioni di alluminio estruso con una
pannellatura esterna costituita principalmente di plastica riciclabile. L’alluminio era usato
principalmente per le coperture sia del vano motore che del bagagliaio. Con il peso di 200
chilogrammi, la batteria ad alta potenza era assicurata in un telaio di sicurezza posto sotto i
sedili posteriori, mentre il motore elettrico sviluppato in azienda era integrato nell’assale
posteriore insieme alla trasmissione. Un nuovo concetto per l’elettronica che presentava
due moduli principali assicurava un controllo intelligente di tutte le componenti elettriche, il
cui calore di dissipazione veniva ulteriormente utilizzato per il riscaldamento degli interni.
Le batterie erano pienamente ricaricabili in soltanto sei ore nel caso si utilizzasse una presa
di corrente standard ed in sole due ora quando collegate ad una stazione di ricarica
speciale. Inoltre, con un’autonomia che arrivava anche a 160 chilometri nella guida
cittadina, la BMW E1 era in grado di essere utilizzata anche nelle zone limitrofe delle grandi
aree metropolitane.
Una seconda e più avanzata versione della BMW E1 fu presentata al Motor Show di
Francoforte 1993. Era equipaggiata con un nuovo accumulatore di energia basato su
cloruro di sodio-nickel (NaNiCl2). La batteria “ZEBRA”, come veniva chiamata,
rappresentava un ulteriore importante passo in avanti, in quanto aiutava a migliorare non
soltanto la durata dell’accumulatore ma anche l’autonomia e le prestazioni. Il sistema di
propulsione della BMW E1 era progettato in modo che l’energia generata durante la
decelerazione del veicolo veniva automaticamente rinviata alla batteria. Un anno prima, la
BMW aveva già presentato la E2 al Salone automobilistico di Los Angeles. Le dimensioni e
la potenza di questo modello, derivato dalla prima generazione BMW E1, erano state
adattate appositamente per il mercato statunitense.

BMW 325 / BMW electric (1992-1997)

A partire dai primi anni Novanta, la terza generazione della BMW Serie 3 fornì la base per
circa 25 veicoli sperimentali, che venivano utilizzati per la prova e per la valorizzazione di
nuove componenti allo scopo di portare, gradualmente, la tecnologia della propulsione
elettrica allo standard necessario per la produzione. La prima generazione di questi
prototipi comprendeva otto modelli che partecipavano alla prova pubblica sul campo più
grande mai allestita sull’isola tedesca di Rügen. Diversi costruttori collaboravano in questo
progetto di ricerca congiunto, che godeva del sostegno del Ministero federale tedesco
della ricerca e della tecnologia. Altri sei veicoli di prova furono inseriti nella flotta del
Governo dello Stato della Baviera. In seguito ai problemi sorti in relazione alle batterie a
sodio-zolfo, nel 1993 venivano adottate le batterie a cloruro di sodio-nickel già note poiché
utilizzate dalla BMW E1. Un modello BMW 325 della flotta di Rügen fu dotata di una
batteria a nickel-cadmio (NiCd). Nel corso dello sviluppo, vennero utilizzati motori elettrici
con potenze che arrivavano a 45 kW, motori che ormai pesavano appena 65 chilogrammi,
compresa la trasmissione. Un progresso notevole fu fatto anche per quanto riguarda la
tecnologia dell’accumulo di energia, con ricariche veloci che permettevano alle batterie di
raggiungere il 75 per cento della propria capacità in appena 40 minuti. Infine, gli ingegneri
riuscirono anche a recuperare fino al 20 per cento dell’energia elettrica durante la guida.
Le prove dei vari motori, trasmissioni e batterie tra il 1992 ed il 1996 produssero una
massa di dati dettagliati che offriva spunti preziosi per l’ulteriore sviluppo. Di conseguenza,
una seconda generazione di veicoli, ancora più sperimentali, fu costruita tra il 1995 ed il
1997, veicoli che vantavano importanti miglioramenti in termini sia di prestazioni sia di
autonomia. Verniciati in un color giallo che non passava inosservato, i modelli “BMW
electric” venivano utilizzati principalmente dai reparti tecnici della BMW.

MINI E (dal 2008)

Quando nel 2008 il BMW Group presentò per la prima volta la MINI E, mise su strada una
flotta di oltre 600 auto esclusivamente elettriche progettate per un utilizzo privato e
quotidiano. Fu lanciato un progetto pilota di ampio respiro che vide l’auto elettrica fornita a
selezionati clienti privati e aziendali, prima negli Stati Uniti e quindi anche in Europa.
L’evoluzione delle batterie a ioni di litio per applicazioni automobilistiche raggiunse un
livello del tutto nuovo con la MINI E, con potenza, capacità di carico e dimensioni di tutto
rispetto. Per la prima volta, i clienti venivano forniti di una speciale stazione di carico
conosciuta come “wall box”, che permetteva agli accumulatori di essere ricaricati nello
spazio di due ore e mezza. Le prestazioni, l’autonomia e la praticità dell’utilizzo quotidiano
della MINI E aiutò a spingere ulteriormente l’interesse verso concetti di propulsione
elettrica e ad accettarli negli anni successivi.
I risultati colti durante la guida quotidiana furono valutati e inviati direttamente nel processo
di sviluppo dei veicoli di serie, con il BMW Group già impegnato in prima persona nello
sviluppo di un Megacity Vehicle (MCV) per l’utilizzo nelle aree metropolitane.

BMW ActiveE (dal 2010)

Nella prima parte del 2010, soltanto un anno circa dal debutto della MINI E, il BMW Group
intraprese un altro grande passo verso un veicolo di serie a zero emissioni con la prima
mondiale della BMW Concept ActiveE. Questo perché le versioni pre-serie delle
componenti di propulsioni e dei dispositivi di accumulo di energia per il futuro Megacity
Vehicle (MCV) venivano provate nella BMW ActiveE, che era costruita sulle basi della
BMW Serie 1 Coupé. A tal fine, una flotta di prova di oltre mille unità fu messa in
circolazione nel 2011. Con una potenza di 125 kW ed una coppia massima di 250 Nm, la
BMW ActiveE accelera da 0 a 100 km/h in appena nove secondi, mentre la batteria a ioni
di litio di nuova progettazione consente al veicolo un’autonomia di circa 160 chilometri
nell’utilizzo normale. Nel frattempo, il BMW Group ha annunciato che commercializzerà Il
MCV mediante il suo nuovo sotto-marchio BMW i dal 2013. Le componenti elettriche preserie
incorporate nella BMW ActiveE hanno un design identico o simile, che non
compromette lo spazio nella compatta BMW Serie 1 Coupé. Il motore elettrico, la
trasmissione e l’elettronica sono stati tutti sviluppati in sede presso il BMW Group.

fonte: BMW Press

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