Akkutechnologie E-Bike

Akkutechnologie

Der Akku

Das Herzstück eines jeden Elektroradantriebes ist der Akku. Der Akku stellt dem Antrieb die Energie zur Verfügung, die er braucht, um das Rad zu bewegen. Der optimale Akkumulator oder Akku für ein E-Bike ist leistungsfähig, haltbar und leicht. Die Preise für solche Akkus liegen bei etwa einem Viertel des Anschaffungspreises des E-Bikes. Der Akku sollte sich daher diebstahlsicher am Rad abschließen oder verriegeln lassen.

Welche Akkutypen unterscheidet man?

Für hochwertige E-Bikes werden hauptsächlich NickelCadmium-Akkus (NiCd), NickelMetallhydrid-Akkus (NiMH) und Lithium-Ionen-Akkus (Li-Ion) verwendet. Inzwischen werden NiCd-Akkus und NiMH-Akkus immer seltener verbaut. NiCd-Akkus sind sehr robust und halten bis zu 1000 Ladezyklen, der Inhaltsstoff Cadmium ist jedoch giftig. Bei NiMH-Akkus sind nur 400-800 Ladezyklen möglich. Zudem entladen sie sich schneller selbst, haben aber bei gleichem Gewicht und gleicher Größe eine höhere Kapazität als NiCd-Akkus. Sie ermöglichen somit eine größere Reichweite. Bei einem deutlich geringeren Gewicht haben Li-Ion-Akkus eine ähnlich hohe Kapazität wie NiMh-Akkus. Aufgrund ihrer günstigen Eigenschaften kommen sie heute meist zum Einsatz. Sie haben fast keinen Memoryeffekt, sind umweltfreundlich, überstehen auch wochenlange Nutzungspausen unbeschadet, zeigen einen geringen Leistungsverlust bei niedrigen Temperaturen, lassen sich rasch laden und halten ca. 500-1000 Ladezyklen. Li-Ion-Akkus sollten nur mit den mitgelieferten Ladegeräten verwendet werden.

Überblick:

Nickel Cadmium-Akku (NiCd): Der Nickel Cadmium-Akku ist ein bei Elektrofahrzeugen weit verbreiteter Akkutyp. Er hat sich jahrelang bewährt und ist sehr robust. Ein Memoryeffekt tritt bei den aktuellen Modellen nicht mehr stark auf, d.h. man kann den Akku jederzeit problemlos nachladen. Bei guter Akkupflege sind bis zu 1000 Ladezyklen möglich.

Nickel Metallhydrid-Akku (Kompromiss zwischen Preis, Leistung und Gewicht): Nickel Metallhydrid-Akkus (NiMH) haben bei gleichem Gewicht und gleicher Größe eine deutlich höhere Kapazität (und damit auch Reichweite) als NiCd-Akkus. Sie sind sehr gut, wenn man gerne längere Strecken fährt oder öfter Steigungen bewältigen muss. Nachteilig sind der höhere Preis und die geringere Anzahl der möglichen Ladezyklen (ca. 500 Zyklen bei guter Pflege).

Lithium Ionen-Akku (Li-Ion) (hochwertiger, praxistauglicher Klassiker): Lithium Ionen-Akkus sind derzeit die technisch beste Wahl. Ihr um ca. 30 Prozent geringeres Gewicht gegenüber einem NiMH-Akku mit gleicher Kapazität bedeutet einen Entwicklungssprung, um den kein Anbieter herumkommt. Beim Gebrauch von Lithium Batterien ist besonders wichtig, dass die Spannung während der Ladung exakt eingehalten wird. Sonst kann die Zelle überhitzen. Lithium Ionen-Akkus unterscheiden sich wiederum untereinander in verschiedene Typen.

Blei-Gel-Akku (robust, preisgünstig, aber schwer): Blei-Gel-Akkus werden in Europa aufgrund ihres hohen Gewichts fast nur noch in vierrädrigen Fahrzeugen mit sehr hohem Kapazitätsbedarf eingesetzt. Dort spielt Gewicht nur eine untergeordnete Rolle, außerdem sind Blei-Gel-Akkus sehr preisgünstig.

Lithium Eisen Phosphat-Akku (Li-Fe-PO4): Sehr gut geeigneter Akku für E-Bikes aufgrund der hohen Anzahl möglicher Ladezyklen.

Lithium Ion Mangan-Akku (Li-Mn): Sehr gut geeigneter Akku für E-Bikes dank besonders robuster Zellen und da keine Balancer-Elektronik erforderlich ist.

Lithium Polymer -Akku (Li-Po): Oberbegriff für alle Arten von Lithium-Akkus .mit Gel-Elektrolyt

Lithium Titanat-Akku (Li-Ti): Sehr gut geeigneter Akku für E-Bikes, da er besonders robust und langlebig ist.

Memory-Effekt

Hersteller, die ihre E-Bikes mit NiCd-Akkus bestücken, liefern meist ein Netzteil mit, welches den NiCd-Akku vor dem eigentlichen Ladevorgang vollständig entlädt, um den Memory-Effekt zu verringern. NiMH-Akkus haben einen wesentlich geringeren Memory-Effekt. Bei Lithium-Ionen-Akkus fehlt dieser nahezu ganz. Sie benötigen meist eine spezielle Ladeelektronik, um Brandgefahr durch Überhitzung auszuschließen. Das Ladegerät ist also genau so wichtig wie der Akku selbst. Unterschiedliche Stecker, Ladegeräte, Betriebsspannungen und Kontaktbelegungen können bei Fehlgebrauch zu Schäden bis hin zur Unbrauchbarkeit führen. Daher sollte der Akku nur mit dem jeweiligen passenden Ladegerät nach Bedienungsanleitung geladen werden.

Winterpause

Sie nutzen Ihr E-Bike mehr als zwei Monate nicht wie zum Beispiel im Winter? Dann sollten sie Ihren Akku in einem frostfreien Raum bei kühleren Temperaturen deutlich unter Zimmertemperatur lagern. Dabei sollte der Akku zu circa 50 bis 80 Prozent geladen sein. Der Akku verliert in der Ruhezeit nur sehr langsam Strom. Laden sie ihn aber alle zwei bis drei Monate nach. Das vermeidet die sogenannte Tiefentladung. Diese vollständige Entladung (sie tritt nur in Ruhezeiten, nicht durch Gebrauch auf) würde die Speicherfähigkeit des Akkus stark beeinträchtigen und könnte den Akku im schlimmsten Fall sogar unbrauchbar machen.

Lebensdauer

Akkus haben eine begrenzte Lebensdauer und müssen nach einer gewissen Zeit ausgewechselt werden. Deshalb ist neben dem Preis die Lebensdauer der entscheidende Faktor. Gebräuchliche Akkus können bei sorgfältiger Handhabung (Pflege, Ladung etc.) ca. 500 – 700 Mal aufgeladen werden, was einer Lebensdauer von ca. 4-5 Jahren entspricht.

Die Lebensdauer hängt jedoch von verschiedenen, einflussnehmenden Faktoren wie der Bauart als auch von der Art des Gebrauchs ab. Die hochmodernen Lithium-Akkus laden 4 bis 8 Stunden, was von der Restladung, Art des Akkus und dem Ladegerät abhängig ist. Sie können den Akku jederzeit zwischendurch nachladen. Dabei ist zu beachten, dass jedes Nachladen (auch von nur wenig Strom) als ein Teil-Ladezyklus zählt. Gegen Ende der Lebensdauer verringert sich die Reichweite und die Batterien müssen häufiger geladen werden. Denn nach 500 Voll-Ladezyklen ist der Akku nicht unbrauchbar, sondern nur seine Ladekapazität nimmt ab. Für die meisten Pedelecs werden moderne leichte Lithium-Ionen-Akkus verwendet. Diese Akkus können bei sorgfältiger Handhabung sicher ca. 500 Mal vollständig geladen werden.

Technik

Reichweite

Die Reichweite eines E-Bikes ist ein viel und gerne diskutiertes Thema. Für wie viele Kilometer der Akku für Unterstützung sorgt, hat der Fahrer zum Teil selbst in der Hand. Denn je geringer er den Unterstützungsgrad des Motors wählt, desto länger kann dieser mit der in der Akkuladung enthaltenen Energie arbeiten. Aber desto mehr muss der Fahrer im Umkehrschluss noch selbst treten.

Selbstverständlich haben auch viele weitere Faktoren Einfluss auf die Reichweite wie verschiedene Fahrwiderstände (Luftwiderstand, Laufwiderstand oder Rollwiderstand, Beschleunigungswiderstand der Gesamtmasse mit Nutzlast, Steigung oder Gefälle des Geländes), der Energiezugewinn (eigener Krafteinsatz, ggf. Rekuperation oder Energie-Rückgewinnung bei entsprechender Ausstattung), die Akkukapazität (bei Nennspannung), die Umgebungsbedingungen (Betriebstemperatur, Akkutemperatur), die Effizienz (Motorwirkungsgrad, Getriebewirkungsgrad, Wirkungsgrad der Leistungselektronik) sowie die Betriebsweise (Strategie der Motorsteuerung, Fahrkurve). Dabei ist selbstverständlich mit entscheidend, für welche Anforderung der Motor ausgelegt ist. Realistisch sind bei optimalen Bedingungen in Anbetracht von den oben genannten Faktoren Reichweiten von ca. 40-80 Kilometern mit einer Akkuladung. Bei einigen Modellen sind standardmäßig zwei nacheinander zuschaltbare Akkus unauffällig in Gepäcktaschen untergebracht. Hier wird die Reichweite entsprechend der Akkuleistung pro Akku verdoppelt und kann sogar über 100 km betragen.

Was passiert wenn der Akku leer ist?

Viele Pedelecs haben im Display eine Anzeige über den aktuellen Ladestatus des Akkus. Die Verlegenheit, dass der Akku unterwegs leer ist, tritt in diesem Falle also nicht plötzlich ein, sondern ist absehbar. Außerdem fährt ein Pedelec ohne Motorunterstützung wie ein normales Fahrrad. Die Unterstützung kann komplett abschaltet werden. Deshalb ist es auch überhaupt nicht schlimm, wenn der Akku doch einmal leer sein sollte bevor man am Ziel ist. Oft bietet sich unterwegs bei der Rast oder am Arbeitsplatz die Möglichkeit, die Akkus sicherheitshalber zwischen zu laden. Eine Teilladung reicht oft schon aus, um die Reichweite erheblich zu verlängern. Sicherheit schafft die Anschaffung eines zusätzlichen Akkus, der als Ersatz mitgeführt wird. Antriebe, die im Tretlager integriert sind, sind die Ausnahme und haben den Nachteil, dass sie bei leerem Akku nicht mehr als reines Fahrrad benutzt werden können.

Entsorgung

Batterien für Zweiräder sind Industriebatterien und fallen somit unter das neue Batterie Gesetz (BattG). Das Umweltbundesamt (UBA) erklärte ausdrücklich, dass an E-Bikes verwendeten die Batterien Industriebatterien nach § 8 BattG sind. Sie unterliegen deshalb besonderen Entsorgungsvorschriften. Seit 1998 verpflichtet die Batterieverordnung die Hersteller und den Handel, alle Batterien und Akkus zurückzunehmen. Die Verbraucher sind im Gegenzug verpflichtet, alle anfallenden Batterien beim Handel oder den kommunalen Sammelstellen zurück zu geben. Nahezu alle Batterien und Akkus enthalten Stoffe, die die Umwelt belasten, darum sollte für jeden E-Biker die Bemühung um eine korrekte Entsorgung eine selbstverständliche Verpflichtung sein.