Warten auf das Strommobil

General Motors (GM) hat pünktlich zu seinem 100. Geburtstag das Produktionsdesign seines neuen Chevrolet Volt vorgestellt. Das Plugin-Hybridfahrzeug, das erstmals in Großserie über eine an der Steckdose aufladbare Batterie verfügen soll, hat nun ein offizielles Gesicht. Doch das heißt noch lange nicht, dass alle Probleme aus der Welt geräumt wären – das Akkupack, die wohl wichtigste Komponente, ist noch immer nicht gänzlich fertig entwickelt worden.

Die Energie für den Volt kommt entweder aus dem Stromnetz oder wird von einem kleinen Generator erzeugt, der mit Benzin, Ethanol oder Diesel befeuert werden soll. Die Lithium-Ionen-Batterie, die den Strom aufnimmt, fasst mit ihren 16 Kilowattstunden genügend Energie, um das Fahrzeug vollelektrisch knapp 65 Kilometer weit zu befördern – genug für 80 Prozent der täglichen Fahrten in den Vereinigten Staaten, wie GM sagt. Auf längeren Touren wird der zuvor betankte Generator genutzt, um die Batterie aufzuladen. Dadurch ergibt sich eine Reichweite wie bei einem gewöhnlichen Benziner. Seit mehr als einem Jahr zeigt GM den Volt schon in Anzeigen in einer Konzeptversion. Das Serienfahrzeug zieht deutlich anders aus und ist aerodynamischer, soll aber die gleichen Spezifikationen aufweisen wie bislang angekündigt.

Plugin-Hybridfahrzeuge wie der Volt gelten als umsetzbar, seit neue Technologien Lithium-Ionen-Batterien sicherer, haltbarer und kostengünstiger machen. Doch während individuelle Batteriezellen auf Grundlage dieser Ansätze bereits gut zu funktionieren scheinen, bleibt die Kombination in großen Batteriepacks schwierig. Beim Volt werden beispielsweise über 300 Zellen benötigt. Das wiederum zwingt GM nun offenbar, Systeme zu entwickeln, die das Fahrzeug teurer machen. "Auf dem Niveau der Zelle sieht alles gut aus", meint Mark Verbrugge, Direktor des Material- und Prozesslabors im Forschungszentrum von GM. "Es gibt aber noch immer Probleme im Bereich der Batteriepacks, die wir noch lösen müssen. Das macht uns insbesondere deshalb ziemlich nervös, weil wir uns langsam dem Produktionsstart nähern."

Ein Batteriepack für ein Elektrofahrzeug ist in der Tat eine komplexe Angelegenheit. Die Zellen müssen so miteinander verdrahten werden, dass sie auch dann noch verlässlich arbeiten, wenn es zu Vibrationen und Schlägen auf der Straße kommt. Selbst wenige defekte Zellen oder Verbindungselemente können dazu führen, dass die Gesamtleistung zurückgeht. Hinzu kommt, dass in dem Paket eine komplexe Elektronik sitzt, die die Ladezustände jeder Zelle kontrollieren muss und Bremsenergie zurückführt, um die Effizienz zu steigern. Damit die Batterie langlebig ist, braucht es außerdem ein gutes Kühlsystem. Das Problem hierbei: Testmethoden, ob ein solcher Akkupack tatsächlich ein Autoleben lang durchhält, werden erst jetzt entwickelt.

"Es fehlt uns noch an Erfahrungen, die uns helfen würden, die Testabläufe für die Batterien zu beschleunigen", sagt Greg Cesiel, Programmdirektor im "E-Flex Vehicle Team", das den Volt und andere Elektrofahrzeuge bei GM entwickelt. So seien noch Fragen unbeantwortet, wie man Fahr- und Ladesituationen ausreichend simulieren könne. Ähnliches gilt für Langlebigkeitstests in Sachen Vibrationen oder Temperaturveränderungen.

"Das Problem liegt darin, dass wir das Fahrzeug auf die Straße setzen und es zuvor nicht im Alterungsprozess testen können. Auf dem Niveau einzelner Batteriezellen wurde das schon getan, was uns genügend Vertrauen schenkte, dass wir das Projekt überhaupt umsetzen können. Es bleibt jedoch noch immer ein großes Risiko."

Die Technik müsse auch in Extremsituationen funktionieren, meint Verbrugge, und denkt dabei an Klimazonen wie die Wüsten von Arizona. Bereits gewöhnliche Autobatterien machten in derart heißen Regionen Probleme, sagt er. Im Südwesten der USA sei die Batterie noch immer die Hauptkomponente bei Fahrzeugen, die regelmäßig ausgetauscht werden müsste. "Akkus mögen es nicht heiß. Doch wir können den Leuten in Arizona nicht sagen, dass wir ihnen das Auto nicht verkaufen wollen oder dass sie es nur ohne Garantie bekommen. Diese Option haben wir nicht."

Um diese Unsicherheiten bei der Lebensdauer der Batteriepacks möglichst auszuschließen, will GM es stets äußerst pfleglich behandeln: Die Batterien sollen in einer Isolierung stecken und über komplexe Wärme- und Kühlsysteme verfügen, die stets die optimale Temperatur garantieren. Fraglich bleibt allerdings, wie dieses System arbeiten soll, schließlich würde es ebenfalls Energie verbrauchen. "Sagen wir einmal, Sie laden Ihr Auto. Lassen Sie Ihr Kühlsystem jetzt laufen, damit die Batterie über schwarzem Asphalt kühl bleibt? Dann sieht es mit der Energieeffizienz nicht besonders gut aus. Macht man das also nur in Arizona? Das sind kritische Ingenieursentscheidungen."

GM wird die Batteriepacks außerdem in Übergröße ins Auto einbauen, also mehrere Kilowattstunden an Zusatzzellen integrieren, um potenzielle Ausfälle über das Autoleben hinweg auszugleichen. Das macht den Akku und das gesamte Fahrzeug deutlich teurer. "Die Kosten sind für uns ein großes Problem. Wir wissen nicht, ob die Leute das bezahlen wollen."

Tatsächlich sieht es derzeit ganz danach aus, dass der Volt und andere geplante Elektroautos Tausende Dollar mehr als konventionelle Fahrzeuge kosten werden, was ihre Anziehungskraft verringern könnte, meint Paul Werbos, Programmdirektor bei der National Science Foundation (NSF), die bessere, billigere Batterietechnik erforschen lässt. "Ich erwarte nicht, dass die meisten Normalbürger das bezahlen werden."

Werbos und Verbrugge sprachen kürzlich auf einem von der NSF ausgerichteten Workshop, bei dem es um die Verbesserung von Batterien der nächsten Generation für Hybrid- und Elektrofahrzeuge ging. Die an dem Treffen teilnehmenden Experten betonten, dass bessere Tests zur Batterielebensdauer kombiniert mit Neuerungen beim Design diese erhöhen könne. Dann bräuchten die Autohersteller auch weniger Zellen und würden Kosten sparen.

Trotz der verbliebenen Herausforderungen ist Programmdirektor Cesiel optimistisch gestimmt. Die GM-Ingenieure hätten wichtige Fortschritte gemacht, der Volt sei im Zeitplan. Die bislang gewonnenen Laborerkenntnisse hätten die Erwartungen, was die Kapazität und Leistungsfähigkeit der Batterien anbetrifft, erfüllt. GM weiß auch bereits, wie das Kühlsystem aussehen wird und wie die Batterien physisch im Auto platziert werden können. Das gesamte Antriebssystem inklusive Akku, Elektromotor und Generator wurde bereits in ein Testfahrzeug eingebaut und kam Ende August auf dem Testgelände in Milford, Michigan, an. Das geschah nur zwei Tage hinter dem im letzten Jahr festgelegten Zeitplan. "Ich würde nicht sagen, dass die Batterie schon bereit ist. Wir sind aber trotzdem auf der richtigen Spur", meint Cesiel. (bsc)