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„Es braucht noch Pioniergeist“

06.12.2016

Helmut Oberguggenberger leitet den Bereich Electric Drive Technologies am Austrian Institute of Technology (AIT). Mit der KFZ Wirtschaft sprach er über den Stand der Batterieforschung und wie der Reichweitenproblematik von E-Fahrzeugen beizukommen sein wird. 

KFZ Wirtschaft: Herr Oberguggenberger, besitzen Sie selbst ein Elektroauto?
Helmut Oberguggenberger: Derzeit noch nicht, doch ich gebe zu, dass ich gerne einen Tesla hätte. Im Augenblick ist mir aber die Wertentwicklung eines Elektroautos noch zu unsicher, sodass ich lieber abwarte und noch eine Zeit lang meinem Diesel treu bleibe.
 
Als Leiter des Forschungsbereichs Electric Drive Technologies am AIT wissen Sie auch, wie schnell die Entwicklung der Batterietechnologie fortschreitet. Wann wird die aktuelle Reichweiten­problematik gelöst sein?

Tatsächlich braucht man für die Anschaffung eines Elektroautos derzeit noch eine gute Portion Pioniergeist. Die Hersteller garantieren zwar eine gewisse Lebensdauer ihrer Batterien, doch wie lange diese tatsächlich halten, hängt von vielen Faktoren ab. Dazu gehört zum Beispiel, wie oft eine Batterie an eine Schnellladestation kommt, wie oft sie ganz oder nur teilweise aufgeladen wird, in welchem Temperaturbereich das Auto eingesetzt wird, wie intensiv die Klimaanlage verwendet wird et cetera. Die Hersteller müssen den Spagat zwischen Leistungsabgabe und Dauerhaltbarkeit schaffen und schöpfen daher das Leistungspotenzial der Batterien nur zum Teil aus. Das erklärt auch die relativ geringe Reichweite der meisten heute erhältlichen Elektroautos.

2017 sollen neue Elektroautomodelle mit Reichweiten von bis zu 400 Kilometern auf den Markt kommen. Welche Technik steckt dahinter?

Solange sich die Reichweitenangaben noch auf den NEFZ-Labortest beziehen (Neuer Europäischer Fahr­zyklus, Anm.), werden sie vermutlich ebenso weit von der Realität entfernt sein wie die aktuellen Verbrauchsangaben bei Benzin- und Dieselautos. Doch keine Frage, die Reichweiten der nächsten Elektroautogeneration werden deutlich zulegen. Einerseits kommen verbesserte Zellen zum Einsatz, andererseits wird das Thermomanagement der Batteriepacks verbessert, was zu einer geringeren Belastung der Batterie bei hohen Leistungsanforderungen sowie beim Schnellladen führt. Denn das Schlimms­te für eine Batterie sind lange Bergauf-Fahrten und häufiges Schnellladen an Starkstrom-Tankstellen, da sich die Zellen dabei sehr stark erwärmen. Hier haben Kühlsysteme, die ein flüssiges Medium verwenden, eindeutig Vorteile gegenüber einer Luftkühlung, da sie die Wärme wesentlich effizienter ableiten. 

Welche Fortschritte macht das AIT in der Erforschung von besseren Batterien?

Wir arbeiten unter anderem an neuen Materialien für die Kathode und experimentieren mit einer Mischung aus Nickel, Mangan und Kobalt. Ziel ist es, die Zellenspannung von derzeit rund 4,2 Volt auf 5 Volt zu erhöhen. Das hätte den Vorteil, dass sich die gleiche Batterieleistung mit weniger Zellen, ­geringerem Gewicht und niedrigeren Kosten erreichen lässt. Die Herausforderung dabei ist, ein ­Material zu finden, das rund 3.000 volle Ladezyklen aushält. Auf der Anodenseite forschen wir an nano­strukturierten porösen Materialien auf Silizium­basis, die in ein Gel eingebettet sind, um den hohen ­mechanischen Stress beim Einlagern der Lithium-Ionen auszuhalten. Vielversprechend sind auch ­unsere Experimente mit sogenannten Phase-change-Materialien wie Paraffin, welche die Abwärme der Zellen speichern und bei Bedarf, wie beispielsweise beim Anstarten nach einer längeren Standzeit des Autos, wieder abgeben. 

Wie lange dauert es, bis die Forschungsergebnisse zur Produktion verbesserter Batterien führen?

Heutige Batterien haben eine Energiedichte von rund 200 Wattstunden pro Kilogramm. In ein bis drei Jahren wird dieser Wert auf 250 Wh/kg angestiegen sein, in fünf bis sechs Jahren auf rund 350 Wh/kg. Eine höhere Reichweite kann aber auch ­erzielt werden, wenn Energiefresser wie die Klimaanlage deutlich effizienter betrieben werden. Derzeit benötigt eine Klimaanlage in vollem Betrieb eine Leistung von rund fünf Kilowatt und damit dieselbe Leistung, die ich brauche, um das Auto mit 50 bis 60 Kilometern pro Stunde in Konstantfahrt zu bewegen. 
 
Eine Frage, die die Werkstätten besonders interessiert: Welchen Wartungsaufwand wird ein Elektroauto haben?
Im Vergleich zu einem Auto mit Verbrennungsmotor wird der Wartungsaufwand sicher deutlich geringer ausfallen. Sowohl die Batterien als auch die Leistungselektronik und der Elektromotor sind grundsätzlich wartungsfrei. Die Batterie wird vom Batteriemanagementsystem überwacht, und sollte tatsächlich einmal ein Modul kaputtgehen, kann es in der Werkstatt ausgetauscht werden. Den geringeren Wartungskosten steht aber momentan noch der höhere Wertverlust gegenüber. Schließlich geht es mit dem Thema Elektromobilität jetzt erst so richtig los, und in drei bis vier Jahren wird es Elektrofahrzeuge mit doppelter Reichweite zum gleichen Preis wie heute geben.

Autor:
Peter Seipel
Original erschienen am 06.12.2016: KFZ Wirtschaft.
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