40 años de movilidad eléctrica en BMW Group

México D.F. a 12 de diciembre de 2012. – Cuando salga la fabricación de la primera versión del BMW i3 de la cadena de montaje en Leipzig a finales de 2013, se realizará la culminación provisional de 40 años de trabajo de desarrollo en BMW.

Todo comenzó en los Juegos Olímpicos de 1972 en Múnich, en donde la formación inicial constaba de dos vehículos eléctricos de prueba. Los modelos transformados de BMW 1602 sirvieron como medio de transporte para los miembros del comité de organización, y se utilizaron como autos de cámara y apoyo en diversos eventos de largas distancias. No existía duda alguna de que las baterías de plomo de 350 kilogramos con un alcance de aproximadamente 60 kilómetros, eran apenas ideales para un automóvil de fabricación en serie. Por lo tanto, BMW lanzó una serie de proyectos de investigación y desarrollo con el objetivo de brindar una tecnología mejorada y, sobre todo, más eficiente para los sistemas de propulsión eléctrica utilizados en las calles.

A finales de 1975, un vehículo experimental construido en la plataforma de BMW LS y armado con baterías nuevas y con un motor eléctrico comenzó a mostrar los primeros resultados. Posteriormente, en la década de 1980, se lanzó un programa de investigación llamado “Auto eléctrico con fuentes de energía de larga duración”, el cual proporcionó una valiosa experiencia en el uso de los dispositivos de acumulación de energía de sodio-azufre. Además, BMW construyó una plataforma de prueba especial para motores eléctricos, incorporando una calculadora de rendimiento. Además de las baterías, las pruebas se centraron en el sistema y control de manejo. Para probar el concepto, se convirtieron ocho vehículos basados en el BMW 325iX y posteriormente se probaron sus cualidades en cuanto al uso dentro de la ciudad, por ejemplo vehículos de reparto del servicio postal de Alemania.

Los resultados del proyecto de investigación motivaron a BMW para comenzar a trabajar en el diseño de un vehículo eléctrico puro. Los automóviles experimentales anteriores se trataban de versiones convertidas de modelos de fabricación estándar, con muy pocas posibilidades de adaptarlos a los requerimientos específicos de un motor eléctrico; pero todo esto estaba a punto de cambiar. El trabajo de BMW estaba respaldado por el hecho de que el número limitado de autos eléctricos hacía que los usuarios quisieran utilizarlos principalmente en la ciudad. La primera solución diseñada de forma específica se reveló en el Autoshow de Frankfurt de 1991: el BMW E1, un “auto de ciudad” de propulsión eléctrica ideal para su uso en metrópolis y áreas conurbadas. Incluso en ese momento, este prototipo se destacó por su bajo peso y por sus altos niveles de seguridad gracias a su ligero diseño y a su fuerte estructura.

Las capacidades de su desempeño también le dieron un balance impresionante: con una potencia de 32 kW, un par máximo de 150 Nm (111 lb-ft) y un alcance de aproximadamente 160 kilómetros (100 millas), sus atractivas figuras clave lo hicieron una posibilidad viable también para su uso diario.

Además de los cinco vehículos prototipo E1, el proyecto también presentó 25 modelos convertidos de fabricación basados en el BMW Serie 3. Entre 1992 y 1996, ocho modelos BMW 325 estaban en circulación en la isla de Rügen en la costa báltica de Alemania, con el objetivo de probar varios modelos, transmisiones y baterías bajo condiciones de uso diario. La prueba de campo produjo grandes cantidades de datos detallados, de los cuales se obtuvieron valiosas percepciones acerca del futuro desarrollo de la movilidad eléctrica. El proyecto concluyó con el BMW eléctrico en 1997.

En 2008, se puso en circulación una flotilla de aproximadamente 600 modelos MINI E, totalmente eléctricos diseñados para uso diario. Los resultados que BMW Group obtuvo de su proyecto piloto se encaminaron directamente al proceso de desarrollo de un auto de producción en serie. El potencial de los acumuladores de iones de litio condujo a nuevas fases del MINI E. Tan sólo un año después, el estreno mundial del BMW Concept ActiveE propició que BMW Group fuera más lejos con sus actividades de investigación y desarrollo. En 2011, se llevaron a cabo aplicaciones prácticas de más de 1,000 unidades de este modelo. Al igual que con el MINI E, el objetivo más importante era la creación del Megacity Vehicle (MCV, por sus siglas en inglés), mismo que está a punto de ser lanzado bajo el nombre de BMW i3. El sistema eléctrico en el BMW i3 Concept es un ejemplo perfecto del desarrollo sistemático y actual que se puede alcanzar: ocupa aproximadamente el 40 por ciento menos de espacio que el motor del MINI E y genera el mismo rendimiento.

BMW 1602 Eléctrico (1972)

En 1969, BMW comenzó a construir dos vehículos experimentales basados en el BMW Serie 02 con el objetivo de investigar la adecuación de una unidad con motor eléctrico para una conducción práctica. El lugar de la caja de velocidades manual, fue tomado por una derivación de los motores DC, de propulsión independiente, con un rendimiento máximo de 32 kW desarrollado por Bosch, cuya energía se dirigía a las llantas traseras mediante las transmisiones intermedias y el eje de la hélice. El enfriamiento corría a cargo de un ventilador radial de 140 W controlado por el termostato. El motor eléctrico de 85 kilogramos aumentó su poder de 12 baterías de plomo-ácido estándar 12 V a Varta, que se colocaron en un soporte en el compartimiento del motor.

Las baterías de 350 kilogramos podían removerse como una unidad simple y reemplazarse con otras recientemente recargadas. El BMW 1602 Eléctrico alcanzaba una aceleración de cero a 50 km/h (31 mph) en ocho segundos y alcanzaba una velocidad máxima de 100 km/h (32 mph). Tenía una cobertura de aproximadamente 30 kilómetros (19 millas) en su uso en la ciudad y lo doble cuando se manejaba de manera constante a 50 km/h (31 mph). Con propósitos de prueba, BMW decidió utilizar los vehículos prototipo en los Juegos Olímpicos de 1972 en Múnich, en donde se utilizaron como vehículos de apoyo para el maratón, entre otras tareas. Incluso en ese entonces, el motor eléctrico se duplicó como generador, permitiendo que se almacenara en el acumulador la energía producida durante el frenado (frenos de recuperación). Sin embargo, pronto se hizo evidente que las desventajas específicas del motor eléctrico, solo podían resolverse mediante los progresos en el campo de la tecnología de baterías. En vista de esto, el BMW 1602 Eléctrico se consideró solo como un primer intento para el desarrollo, más que como una solución viable.

BMW LS Eléctrico (1975)

En junio de 1975, BMW lanzó un nuevo proyecto que en ese entonces se mantuvo en secreto. Un BMW LS que fue descartado, sirvió como base para un vehículo experimental, del que comenzaron las pruebas de manejo en diciembre de 1976. El motor DC de propulsión independiente utilizado en el BMW 1602, ahora le abría paso a una nueva serie de motor DC de Bosch, mientras que las 10 baterías de plomo-ácido Varta con Aquamatic (desgasificación y rellenado central de agua) también proporcionaron nuevos resultados.

Ésta fue la primera vez que el vehículo incluyó un cargador completo con un mecanismo de apagado automático, lo que permitía que la fuente de energía se conectara a una toma de alimentación estándar y se recargara en 14 horas. Aunque se conservaron los frenos de tambor del vehículo de fabricación, la prioridad siempre fue utilizar primero el freno regenerativo eléctrico. Los motores de reducción y diferenciales se combinaron en un bloque compacto y se unieron con el motor eléctrico. Los parabrisas térmicos y la ventanilla trasera, junto con un calefactor de almacenamiento eléctrico de Bau-knecht cumplieron la función del control climático interior.

BMW 325iX (1987–1990)

El proyecto de investigación del “Auto eléctrico con batería de larga duración” lanzado por primera vez en 1981 dio como resultado que ocho modelos BMW 325iX se convirtieran de tracción integral a tracción delantera para que en 1987 estuvieran listos para utilizarse. Sirvieron como vehículos experimentales para probar una nueva batería, libre de mantenimiento de sodio-azufre (NaS), desarrollada por Asea Brown Boveri (ABB), cuyo propósito era utilizarla en un vehículo eléctrico. Gracias a su densidad de energía, tres veces mayor que la de las baterías de plomo-ácido, representó un gran salto hacia adelante: por primera vez había un prospecto realista para mitigar las desventajas específicas de los sistemas de motor eléctrico, como el peso de la batería y el espacio que necesita la misma. Además de esto, todos los componentes del sistema eléctrico se probaron y más adelante se mejoraron. BMW creó una prueba especial para este propósito con una calculadora de rendimiento integrada. Otra nueva característica fue la administración del motor eléctrico, que regulaba y monitoreaba la carga que se realizaba en la toma de alimentación, el flujo de energía entre el motor y la batería, así como el circuito térmico del sistema.

El sistema electrónico se almacenaba en un componente compacto localizado junto al motor. El equipo de gestión del proyecto decidió llevar a cabo las primeras pruebas externas bajo condiciones diarias con el BMW Serie 3 eléctrico. Un BMW Serie 3 Touring probó ser adecuado para su uso como vehículo de reparto para el servicio postal alemán, por ejemplo, mientras que otros modelos prototípicos demostraron ser útiles como autos de ciudad que manejaban las autoridades locales  estatales. También por este motivo, los vehículos de prueba estaban equipados con un sistema de calefacción de agua, que usaba diesel para calentar el interior del vehículo.

BMW E1 y E2 (1991–1993)

Animado por los resultados positivos de la nueva batería NaS, BMW Technik GmbH fue el encargado de desarrollar un vehículo eléctrico partiendo desde cero, con el objetivo de investigar las ventajas y desventajas del motor eléctrico en cuanto a su aplicación práctica. Las especificaciones constaron de un desempeño adecuado para su uso diario, un alcance de manejo razonable, espacio suficiente para cuatro adultos más equipaje y lograr altos estándares de seguridad manteniendo un peso mínimo. Después de 10 meses de desarrollo, el resultado fue presentado en el Autoshow de Frankfurt en 1991: el BMW E1, un auto de ciudad con un exterior compacto que mide 3,460x1,648x 1,500 mm, cuenta con una larga distancia entre ejes (2,325 mm) y posee un interior versátil. Incluso hoy en día, 20 años después, muchas de sus características técnicas continúan siendo sofisticadas.

Por ejemplo, la carrocería se creó de manera sistemática para mantener un peso bajo y presentó una estructura de alta resistencia, construida de secciones de aluminio extruido y una película exterior hecha principalmente de plástico reciclable. El aluminio se utilizó para la cajuela y la capota. La batería de larga duración, con un peso de 200 kilogramos, se aseguró en un marco bajo los asientos traseros, mientras que el motor desarrollado en casa, se integró en el eje trasero con la transmisión. Un nuevo concepto de electrónica con dos módulos principales aseguraba un control inteligente de todos los componentes eléctricos, cuyo calor disipado se utilizaba además para calentar el interior. Las baterías se recargaban por completo después de seis horas cuando se conectaban a la toma de corriente y después de únicamente dos horas cuando se conectaban a una estación especial de carga. Y con un alcance de hasta 160 kilómetros (100 millas) en su uso dentro de la ciudad, el BMW E1 cubría también los alrededores de las áreas metropolitanas principales.

Una segunda y más avanzada versión del BMW E1 se presentó en el Autoshow de Frankfurt de 1993. Este vehículo estaba equipado con nuevos medios de almacenamiento de energía a base de cloruro de sodio-níquel (NaNiCl2). La batería conocida como “ZEBRA”  era otro importante salto, ya que ayudó a mejorar no sólo la vida de servicio, sino también el alcance de manejo y el desempeño. El sistema del motor en el BMW E1 se diseñó en una forma tan eficiente que la energía generada durante la desaceleración del vehículo regresaba de manera automática a la batería. Un año previo a esto, BMW ya había revelado el secreto del E2 en el Autoshow de Los Ángeles. Derivadas del BMW E1, las dimensiones de este estudio y el rendimiento de energía se habían adaptado para el mercado de los Estados Unidos.

BMW 325 / BMW eléctrico (1992–1997)

A principios de la década de 1990, la tercera generación del BMW Serie 3 estableció la base para 25 vehículos experimentales, que eran utilizados para pruebas y afinar los nuevos componentes, con el objetivo de llevar de manera gradual la tecnología eléctrica al estándar de producción. La primera generación de estos vehículos prototipo incluyó ocho modelos que formaron parte de la prueba mundial de campo más grande de la historia en la isla alemana Rügen. Una gran cantidad de fabricantes colaboraron en este proyecto de investigación, mismo que tenía el apoyo del Ministerio Federal Alemán de Investigación y Tecnología. Se incorporaron otros seis vehículos a la flota del Gobierno Estatal de Baviera. Después de los problemas relacionados, en 1993 los dispositivos de almacenamiento de energía se cambiaron por baterías de cloruro de sodio-níquel que ya se utilizaban para el BMW E1. Se le instaló a un modelo BMW 325 de la flota de Rügen una batería de níquel-cadmio (NiCd). A lo largo del desarrollo, se utilizaron motores eléctricos con rendimiento de hasta 45 kW, que ahora pesaban sólo 65 kilogramos incluyendo la transmisión. También se realizó un importante progreso relacionado con la tecnología de almacenamiento de energía, con una carga rápida que permitía que las baterías alcanzaran el 75 por ciento de su capacidad en tan solo 40 minutos. Finalmente, los ingenieros también tuvieron éxito al recuperar hasta el 20 por ciento de la energía eléctrica durante la conducción del vehículo.

Las pruebas realizadas a los diversos motores, transmisiones y baterías entre 1992 y 1996 produjeron una gran cantidad de datos detallados que proporcionaron valiosas claves para el desarrollo futuro. Como consecuencia, se construyó una segunda generación de otros 10 vehículos experimentales entre 1995 y 1997 que dieron mayores mejoras en términos tanto de desempeño como de alcance de manejo. Con un terminado de pintura amarilla, los modelos “BMW eléctricos” se utilizaron principalmente en los departamentos técnicos de BMW.

MINI E (desde 2008)

Cuando BMW Group presentó por primera vez el MINI E en 2008, lanzó una flotilla de más de 600 autos completamente eléctricos diseñados para uso diario. Se lanzó un proyecto piloto de base amplia que suministró el auto eléctrico a clientes y corporativos privados, primero en los Estados Unidos y posteriormente en Europa. La evolución de las baterías de iones de litio para aplicaciones automotrices alcanzó un nuevo nivel en el MINI E, con capacidades de energía, capacidad de almacenamiento y dimensiones que lo hacían impresionante. Por primera vez, se les dio a los clientes una estación de carga especial conocida como Wall Box, que permitía que los dispositivos de almacenamiento de energía se recargaran por completo en un periodo de dos horas y media. El desarrollo, el alcance y la practicidad diaria del MINI E ayudó a incrementar el interés en los conceptos del motor eléctrico y en la aceptación de los mismos en los años siguientes.

Los resultados obtenidos a partir del uso diario se evaluaron y se canalizaron directamente en el proceso de desarrollo para los vehículos de producción en serie, con el compromiso de BMW Group de desarrollar el Megacity Vehicle (MCV, por sus siglas en inglés) que pudiera utilizarse en las áreas metropolitanas.

BMW ActiveE (desde 2010)

A principios del año 2010, aproximadamente un año después del debut del MINI E, BMW Group dio otro gran paso con un vehículo de producción en serie de emisión cero con la presentación mundial del BMW Concept ActiveE. Esto se debió a que las versiones de pre-producción de los componentes del motor y de los dispositivos de almacenamiento de energía para el futuro Megacity Vehicle estaban siendo probadas en el BMW ActiveE, el cual se construyó con base en el BMW Serie 1 Coupé. Para ello, se emitió una flota de prueba de más de 1,000 modelos en el año 2011. Con un rendimiento de 125 kW y un par máximo de 250 Newton metros (184 lb-ft), el BMW ActiveE alcanza una velocidad de 100 km/h (62 mph) en sólo nueve segundos, mientras que el nuevo diseño de la batería de iones de litio le da al vehículo un alcance de aproximadamente 160 kilómetros (100 millas) en su uso diario. Mientras tanto, BMW Group anunció que lanzará al mercado el MCV a través de su nueva sub-marca BMW i en el año 2013. Los componentes eléctricos de pre-producción incorporados en el BMW ActiveE tienen un diseño similar o idéntico, sin comprometer el espacio en el compacto BMW Serie 1 Coupé. El motor eléctrico, la transmisión y la electrónica de potencia se han desarrollado por completo dentro de BMW Group.

Una comparación con el MINI E ejemplifica de manera clara los progresos técnicos que ha desarrollado BMW Group en tan solo unos cuantos años: el sistema de motor eléctrico en el próximo BMW i3 ocupa aproximadamente el 40 por ciento menos de espacio que en el vehículo experimental de 2008, pero genera el mismo rendimiento.