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Interview mit Per-Ivar Sellergren, leitender Ingenieur bei Volvo und Erfinder einer Karosserie die Strom speichern kann

Interview mit Per-Ivar Sellergren, leitender Ingenieur bei Volvo und Erfinder einer Karosserie die Strom speichern kann
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Per-Ivar SellergrenEs besteht kein Zweiffel daran, dass die Automobilindustrie weltweit in den nächsten Jahren vor gewaltigen Herausforderungen stehen wird. Der bisherige Erfolg des Autos und damit auch der Hersteller basiert auf der Verfügbarkeit billigen Öls und ignoriert die Auswirkungen auf Umwelt und Klima. Verlässliche Alternativen müssen aber lange vor dem Zeitpunkt gefunden werden, bevor der Welt das Öl ausgeht oder die Folgen des Klimawandels völlig unbeherrschbar werden. Diese Herausforderungen betreffen dabei nicht nur das Antriebssystem, sondern auch die Karosserie von Autos. Auf der FutureCarBody 2011 Konferenz (22./23. Nov 2011) sprach Per-Ivar Sellergren, Senior Research & Development Engineer bei Volvo, über ein visionäres Projekt, an dem Volvo zusammen mit dem Imperial College London arbeitet.

Frage: Nach Jahrzehnten des Stillstands hat sich die Elektromobilität jetzt innerhalb kürzester Zeit zum bedeutendsten Trend der Automobilindustrie entwickelt. Allerdings sind die meisten Elektroautos immer noch reine Studien oder allerhöchstens in Planung. Wird den Elektroautos also auch im aktuellen Jahrzehnt noch kein Durchbruch gelingen?

Sellergren: Innerhalb der letzten 35 bis 40 Jahre wurde der Durchbruch von Elektrofahrzeugen immer wieder für die nächsten 5 bis 10 Jahre vorhergesagt. Die Aussicht auf einen Erfolg wurde aber immer wieder gestoppt, meistens von den Batterien. Entweder durch Leistung oder Kosten. Der anfänglich verwendete Bleiakku hatte ein zu hohes Gewicht, der Nickel-Cadmium-Akkum (NiCd-Akku) ist aufgrund des enthaltenen giftigen Schwermetalls Cadmium umweltschädlich. Der Nickel-Metallhydrid-Akku (NiMH) ist aufgrund der notwendigen seltenen Erden und Patentrechten zu teuer.

Moderne Lithium-Ionen-Batterien (Li-Ion-Akkus) scheinen bisher die beste Wahl zu sein. Vor dem Hintergrund steigender Ölpreise und der staatlichen Förderung von E-Autos haben viele Autohersteller die Arbeit an der Entwicklung von Elektroautos aufgenommen – und zwar nicht nur von Prototypen sondern auch von Serienmodellen. Volvo wird im nächsten Jahr mit dem Verkauf des V60 Plug in Hybrid beginnen und auch das rein batteriebetriebene Elektroauto Volvo C30 BEV steht kurz vor der Einführung.

Ich würde also sagen, dass der Durchbruch bereits begonnen hat, allerdings kann nicht alles über Nacht passieren.

Frage: Gewicht, Kapazität und Kosten scheinen heute noch die größten Herausforderungen bei der Batterie zu sein. Ihre patentierte Erfindung einer Karosserie, die auch wie eine Batterie Strom speichern kann, könnte die Lösung sein. Könnten Sie unseren Lesern kurz das Konzept erklären und einen kurzen Überblick zum Entwicklungsstand geben?

Sellergren: Stellen Sie sich vor, Sie hätten eine sehr große Batterie, die Sie zu einer sehr flachen Platte ausrollen könnten. Aus dieser Platte formen Sie dann die Karosserie oder eben ein internes oder externes Bauteil für das Auto. Das spezifische Plattenmaterial in diesem EU-Storage-Projekt besteht aus einer aktivierten Kohlefaser-Struktur, die mit Lithium und anderen „geheimen“ Materialien kombiniert wurde. In dieser geformten Nanostruktur gibt es nur sehr kurze Abstände zwischen den aktiven Bereichen, und das ist genau das was wir wollen. Denn eine kurze Entfernung ergibt einen geringen Widerstand, weniger Wärme und eine höhere Effizienz zwischen den elektrischen Polen. Und am Ende eine höhere Reichweite für das Fahrzeug.

Der Stand der Forschung folgt bisher der Planung: Im ersten Jahr haben wir einen Prototyp gebaut, der gerade einmal eine LED-Lampe mit Strom versorgen konnte. Im zweiten Jahr haben wir aus dem Material einen Modellhubschrauber mit vier Rotorblättern konstruiert, der fliegen konnte. Im Jahr Nummer 3 hoffen wir auf ein funktionierendes Fahrzeug, in dem das Material als Speicher für die Start/Stop Energie dient.

Frage: Wieviel elektrische Energie könnten bereits heute in einer solchen Karosserie gespeichert werden und was wäre die damit geschätzte Reichweite von einem Fahrzeug wie dem Volvo C30?

Sellergren: Das EU Konsortium arbeitet an der Entwicklung von zwei Varianten von Energiespeichern. Eines ist ein leistungsoptimierter Supercapacitator, der vor allem in Hybridfahrzeugen zum Einsatz kommen soll, da diese Speicher für eine sehr häufige sowie schnelle Ladung und Entladung benötigen. Die Speicherkapazität muss bei dieser Antriebsart aber nicht so hoch sein. Das Imperial College in London hat hierfür die ideale Personalstärke und arbeitet daran. Ein perfektes Auto für einen solchen „Supercap“ wäre ein Fahrzeug wie der Volvo V60 Plug in Hybrid.

Wir arbeiten aber auch an einer neuen Batterie für reine Elektrofahrzeuge, bei denen die Energie- vor der Leistungsoptimierung kommt. Diese Batterie ist aber noch nicht so ausgereift wie der Supercapacitator wir wissen heute noch nicht, wieviel Strom eine solche Karosserie-Batterie speichern könnte. Wir rechnen allerdings damit, dass alleine das Dach, die Türen und die Motorhaube eines Volvo C30 ausreichen würden, um elektrische Energie für eine Reichweite von 130 Kilometern zu speichern. Diese Batterie wird hauptsächlich von Swerea Sicomp in Schweden entwickelt.

Wichtig ist aber vor allem herauszustellen, dass alle Teilnehmer an diesem EU-Projekt mit ihren eigenen speziellen Kenntnissen und Fähigkeiten zum Erfolg beitragen. Dies gibt dem gesamten Konsortium eine sehr breite, kompetente und komplette Plattform.

Frage: Eine weitere Hürde bzw. Herausforderung für den Erfolg von Elektroautos ist die Tatsache, dass nicht jeder Autofahrer über eine Garage oder einen Parkplatz mit Stromanschluß verfügt, an dem er sein Elektroauto komfortabel über Nacht aufladen kann. Wenn es einem also nicht möglich ist, sein Auto über 8 Stunden zu laden, wird es dann bei Ihrem Konzept auch andere Möglichkeiten wie etwa die Schnellladung geben?

Sellergren: Der Supercapacitator kann extrem schnell aufgeladen werden, keine oder nur sehr wenige chemische Reaktionen erforderlich sind. Das Aufladen funktioniert daher in einer so kurzen Zeitspanne wie das heutige Auffüllen des Tanks an der Tankstelle. Das Problem liegt hier eher an der Technologie der Ladestation bzw. der Ladestationen, da man sehr dicke Kabel benötigen würde, um an ihr oder ihnen mehrere Fahrzeuge zur selben Zeit aufzuladen. Auch wenn die Batterie deutlich schneller lädt als heutige Akkus, da sie größere aber dünnere Bereich besitzt.

Frage: Lithium-Ionen Batterien haben eine voraussochtliche Lebenszeit von fünf Jahren oder 150.000 Kilometer und danach muss man sie auswechseln. Wäre das Auswechseln der kompletten Baterie-Karosserie nach einer solchen Zeitspanne wirtschaftlich überhaupt sinnvoll oder wäre dies bei Ihrer Technologie gar nicht notwendig?

Sellergren: Die Zahlen, die Sie hier nennen gelten für die ersten Generationen von Lithium-Ionen Batterien, bei heutigen Akkus dieser Art werden deutlich längere Lebenszeiten erwartet. Heutige Batterien wurden so entwickelt, dass sie voraussichtlich ebenso lange halten wie das Fahrzeug. Die Speicher-Capacitators und Batterien werden wahrscheinlich noch viel länger halten, da die Arbeitstemperatur geringer ist und ihr Risiko zu altern deutlich kleiner ist, da keine oder nur sehr wenige chemische Reaktionen stattfinden, die wiederum die chemische Struktur ermüden können.

Frage: Was sind die aktuellen Probleme? Kapazität, Sicherheit, Wirtschaftlichkeit oder irgendetwas anderes?

Sellergren: Wir sind bereits sehr zufrieden mit dem Gewicht, dem benötigten Platz sowie der umwelt und mechanischen Leistung.

Bei der Entwicklung der elektrischen Leistung, der Sicherheit, dem Produktionsprozess und dem Service liegt aber noch eine Menge Arbeit vor uns. Die Kosten sine wieder eine andere Frage, durch die Kombinierung mehrerer Fahrzeugteile können wir aber einige herkömmliche Kosten eliminieren. Zum Beispiel: Die heutigen Kosten für eine Motorhaube aus Stahl und eine Lithium-Ionen Batterie könnten gesenkt werden, wenn sie durch eine Motorhaube aus integrierter Kohlefaser ersetzt würden, die gleichzeitig als Batterie fungiert.

Da wir uns aber erst in der Halbzeit des Projekts befinden, kann in alle Richtungen noch viel passieren.

Frage: Volvo arbeitet an Diesel-Hybridfahrzeugen und reinen Elektroautos. Glauben Sie daran, dass ein ernsthafter Teil der Bevölkerung elektrisch angetriebene Fahrzeuge bereits in der nahen zukunft nutzt? Und besitzen Sie bereits ein Elektroauto?

Sellergren: Absolut, denn viele Gründe sprechen dafür, dass die Menschheit nicht umhin kommt:

– Die Luftqualität wird immer schlechter
– Die Ölreserven, die mit vergleichsweise einfach zu fördern sind, gehen zur Neige
– Erdöl ist eigentlich zu kostbar um es zu verbrennen
– Die globale Erwärmung ist ein ernsthaftes Problem
– Konsumenten und damit Kunden nehmen die Umweltprobleme immer ernster
– etc, etc

Immer mehr Städte schränken den Verkehr von Diesel- oder Benzinfahrzeugen ein oder erheben Steuern auf Basis der Emissionen oder des Verbrauchs der Fahrzeuge. Zusammen mit dem Willen der Regierungen werden die Verkaufszahlen von erst Hybridfahreugen und später Elektroautos daher ohne Zweiffel deutlich ansteigen.

In meiner beruflichen Stellung in der Test-Abteilung von Volvo konnte ich im Laufe der letzten 35 Jahre die meisten Elektroautos von Volvo und Wettbewerbern testen. Mein Favorit ist ohne Frage der Volvo V60 Plug in Hybrid und ich warte bereits in der Schlange um mir einen zu kaufen. Das Auto ist wie ein „Kinderüberraschungsei“ – es erfüllt mehrere Wünsche auf einmal.

Herzlichen Dank für das Interview!

Christopher Tan

Weitere Informationen finden Sie im Artikel „Volvo: Bei Autos der Zukunft könnte die Karosserie als Batterie Energie speichern“ vom 24. September 2010.

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