E-Bike Akku Grundlagen

Wann kommt endlich das E-Bike mit unbegrenzter Reichweite?

• Gewicht
• einfache Handhabung
• Laden je nach Bedarf am Rad / separat möglich
• Stärkerer (Zweit) Akku möglich und bezahlbar
• (Optische) Integration in das Rahmenkonzept
• Wird ein kompaktes Reiseladegerät benötigt
• Wie schnell lässt sich ein Akku wieder aufladen

Wie lange habe ich Garantie auf einen Akku?

• Dies ist von Hersteller zu Hersteller unterschiedlich. Nach allgemeinem Verständnis ist ein Akku nach wie vor ein Verschleißteil, so dass lediglich die gesetzliche Gewährleistungspflicht von 6 Monaten gilt. Viele Hersteller verlängern jedoch diesen Zeitraum freiwillig auf 24 Monate.

Wie lange hält ein Akku?

• Bei der Haltbarkeit moderner E-Bike Akkus kann man sich in etwa an der maximalen Anzahl von Ladezyklen orientieren, für welche diese ausgelegt sind. Diese Anzahl von sogenannten (Voll) Ladezyklen liegt derzeit bei etwa 500. In der Praxis bedeutet dies: Würde ein E-Bike Akku 500 mal von leer auf voll geladen und läge die Reichweite pro Ladung bei 100 km, so würde der Akku rechnerisch 50.000 km halten.

Wie lange dauert es, bis ein Akku vollständig geladen ist?

• Dies ist stark abhängig von der Akkukapazität und der Leistung des verwendeten Ladegerätes. Desto größer die Kapazität des Akkus, desto länger sind in der Regel auch die Ladedauer. Aber auch Zwischen- und Teilladungen können einem modernen Akku nichts schaden!

Welche Rolle spielt die Position des Akkus?

• Auch der Akku sollte dazu beitragen, dass das E-Bike gut ausbalanciert ist. Der Trend geht klar zur Integration in den Rahmen - recht nahe beim Motor, um diesen gut zu schützen und somit mögliche Fehlerquellen und Störungen so weit als möglich von vorneherein auszuschließen.

Wie weit komme ich mit einem Akku?

• Die Reichweite deines E-Bikes hängt von der Kapazität des verwendeten Akkus, sowie im Wesentlichen von den Faktoren wie Witterungsverhältnisse/Fahrstil/Gewicht des Fahrers/dem Streckenprofil ab.

 Akku

• Ein Akkumulator oder Akku ist ein wieder aufladbarer Speicher für elektrische Energie auf elektrochemischer Basis. Bei E-Bikes kommen sogenannte Lithium Ionen Akkus zum Einsatz.

Akkukapazität

• Die Kapazität eines Akkumulators gibt die Menge an elektrischer Ladung an, die eine Batterie nach der Herstellerangabe liefern bzw. speichern kann. Sie wird angegeben als Nennkapazität in Amperestunden (Einheitenzeichen: Ah). Der Standard für das Jahr 2019 hat sich bei 500 Wh eingependelt.

Akkuspannung

• E-Bike Akkus werden in der Regel mit einer Spannung von 36V oder 48V angeboten. Von einem Akku mit einer höheren Spannung kann kurzfristig mehr Leistung abgerufen werden.

Alterung von Zellen

• Die Alterung der Lithium-Ionen-Akkus wird durch die Zell-Oxidation hervorgerufen. Dabei oxidieren die Elektroden. Diese verlieren die Fähigkeit Lithium-Ionen zu speichern, die für den Stromfluss notwendig sind. Die Zell-Oxidation wird von verschiedenen Faktoren beeinflusst. Zum Beispiel durch die Temperatur und dem Ladezustand des Akkus.

Ampere

• In Ampere wird der Ladestrom gemessen, mit der ein Ladegerät einen E-Bike Akku laden kann. Je höher der Ladestrom, je schneller kann ein Akku geladen werden. Natürlich muss der Akku einen hohen Ladestrom auch vertragen d.h. dafür ausgelegt sein.

Amperestunde

• Eine Amperestunde ist die Ladungsmenge, die innerhalb einer Stunde durch einen Leiter fließt, wenn der elektrische Strom konstant 1 A (Ampere) beträgt. Sie wird häufig genutzt, um die zur Verfügung stehende Ladung von Akkumulatoren oder Batterien in Amperestunden (Ah) anzugeben.

Balancing

• Das Balancing ist eine elektronische Schaltung als Bestandteil eines BMS welche die Aufgabe hat, Fertigungstoleranzen auszugleichen und die unterschiedliche Alterung der Zellen innerhalb eines Akkupacks zu minimieren. Damit wird ein Kompromiss aus nutzbarer Kapazität und Schutz einzelner Zellen vor kritischen Ladezuständen erreicht.

Betriebsspannung

• Unter Betriebsspannung versteht man im E-Bike Bereich die Spannung mit der das gesamte "Bordnetz" betrieben wird = Motor / Akku / Komponenten.

BMS

• Ein Batteriemanagementsystem (BMS) ist eine Maßnahme, meist jedoch eine elektronische Schaltung, welche zur Überwachung, Regelung und zum Schutz von Akkumulatoren dient. Dabei handelt es sich z. B. um Ladezustandserkennung, Tiefentladeschutz, Überladeschutz oder auch um komplexe System mit Datenschnittstellen.

Ersatz Akku

• Manche E-Bikes bieten mittlerweile die Möglichkeit, einen zweiten Akku bei Bedarf am oder im Rahmen anzubringen. Manche E-Biker führen auch separat Ersatz Akkus zum Wechsel mit. Es ist zu empfehlen, hierfür spezielle Rucksäcke zu verwenden, die den Rücken zusätzlich schützen.

Kapazität

• Die Kapazität eines Akkumulators gibt die Menge an elektrischer Ladung an, die eine Batterie nach der Herstellerangabe liefern bzw. speichern kann. Sie wird angegeben als Nennkapazität in Amperestunden (Einheitenzeichen: Ah). Der Standard für das Jahr 2019 hat sich bei 500 Wh eingependelt.

Ladegerät

• Die Ladegeräte moderner E-Bikes bilden mit dem Akku eine Systemeinheit = Akkus sind ausschließlich mit diesen zu laden um Schäden oder Leistungseinbußen auszuschließen. Manche Hersteller bieten ergänzend auch Reiseladegeräte oder Schnelladegeräte an. "Do it yourself " Ladegeräte haben am E-Bike nichts verloren.

Ladezyklen

• Die Lebensdauer eines E-Bike Akkus wird nach einer gewissen Anzahl von Vollladungen deutlich nachlassen. Diese Anzahl von sogenannten (Voll) Ladezyklen liegt derzeit bei etwa 500. In der Praxis bedeutet dies: Würde ein E-Bike Akku 500 mal von leer auf voll geladen und läge die Reichweite pro Ladung bei 100 km, so würde der Akku rechnerisch 50.000 km halten.

Lebensdauer

• Aktuelle Lithium-Ionen Akkus haben je nach Hersteller eine Lebensdauer von 500 bis 700 Ladezyklen. Allerdings nimmt die Ladekapazität nach etwa 500 Voll-Ladezyklen nach und nach ab.

Li-Ion

• Lithium-Ionen-Akkumulatoren auf Basis von Lithium Verbindungen weisen im Vergleich zu anderen Akkumulatortypen eine hohe spezifische Energie auf, erfordern jedoch in den meisten Anwendungen elektronische Schutzschaltungen, da sie sowohl auf Tiefentladung als auch Überladung empfindlich reagieren. Li-Ion Akkus haben sich im E-Bike Bereich als Standard durchgesetzt.

Memory Effekt

• Als Memory-Effekt wird der Kapazitätsverlust bezeichnet, der bei sehr häufiger Teilentladung eines Nickel-Cadmium-Akkus mit gesinterten Elektroden und anderer Akkutypen auftritt. Der Akku scheint sich den Energiebedarf zu merken und mit der Zeit, statt der ursprünglichen, nur die bei den bisherigen Entladevorgängen benötigte Energiemenge zur Verfügung zu stellen. Der Memory Effekt tritt bei modernen Li-Ion E-Bike Akkus nicht mehr auf.

Ni-Mh

• Ni-Mh steht für Akkus mit einer positiven Elektrode aus Nickel(II)-hydroxid und einer negativen Elektrode aus einem Metallhydrid. Erste E-Bike Akkus beruhen auf dieser Technologie, wurden mittlerweile aber durchgängig durch die Lithium -Ionen Technologie abgelöst.

Software Update

• Die Hersteller von E-Bikes lassen immer wieder ihre Felderfahrungen und Kundenfeedback in Software Updates ihrer Motor/Akku Steuereinheit einfließen. Es ist daher sehr zu empfehlen, Software Updates regelmäßig durchzuführen, da sich diese unter Umständen auch positiv auf die Akku Reichweite auswirken können.

Tiefentladung

• Unter Tiefentladung eines Akkumulators versteht man die Stromentnahme bis zur nahezu vollständigen Erschöpfung der Kapazität des Akkumulators. Während die Motorsteuerung beim E-Bike eine Tiefentladung während der Fahrt verhindern kann, ist diese bei unsachgemäßer Lagerung durchaus möglich und schädlich.

Volt

• Mit der Maßeinheit Volt wird auch die Betriebsspannung von E-Bike Akkus angegeben. Diese werden in der Regel mit einer Spannung von 36V oder 48V angeboten. Von einem Akku mit einer höheren Spannung kann kurzfristig mehr Leistung abgerufen werden.

Wh

• Mit der Maßeinheit Wh (Wattstunden) misst man den Energiegehalt eines E-Bike Akkus. Beispiel: ein 500 Wh Akku kann fünf Stunden lang eine Leistung (= Unterstützung) von 100 W abgeben. 

• Akku Varianten
• Reichweite und Reichweiten-Assistent
• Handling
• Sicherheit
• Pflege
• Bosch Charger
• Ladezeit
• Lebensdauer
• Vorteile
• Stromkosten und Recycling

E-Bike Akkus mit höherer Energiedichte

Seit Jahren verrichten im Innern eines E-Bike Akkus zylindrische Zellen des Typs "18650" = 65 mm Länge/18 mm Durchmesser zuverlässig ihren Dienst. Die neue Generation des Typs "21700"  = 70 mm Länge/21 mm Durchmesser mit höherer Energiedichte wurde bereits 2017 erstmals gesichtet und angekündigt.

Jetzt kommt diese neue Zellengeneration (21700) wohl erstmals bei der 2019er Turbo Levo Generation der Firma Specialized bei dem neuen 700 Wh Intube Akku zum Einsatz.

Da immer wieder Meldungen über einen durch einen E-Bike verursachten Hausbrand durch die Medien geisterten, hier die Antwort auf zwei Fragen zu dem Thema:

Wie kann es zu einem Akku-Brand kommen?

• Lithium-Ionen-Akkus haben eine hohe Energiedichte, deshalb sind sie ja auch so geeignet für leistungsstarke Geräte wie E-Bikes, Notebooks oder auch für selbstfahrende Rasenmäher. Die hohe Energiedichte hat jedoch eine Schattenseite, und das ist die zwar statistisch geringe, aber eben doch vorhandene Brand- und Explosionsgefahr, wenn im Akku die Dinge außer Kontrolle geraten, es zu einem Kurzschluss kommt und sich die viele Energie sozusagen auf einen Schlag entlädt.
• Dabei passiert folgendes: Wie jede normale Batterie hat ein Akku zwei Kammern - Elektrodenräume - eine auf der Anoden- eine auf der Kathodenseite. Zwischen diesen beiden Kammern strömen die Ladungsträger – in dem Fall die Lithium-Ionen – in die eine oder in die andere Richtung, je nachdem ob der Akku gerade genutzt oder wieder aufgeladen wird. Damit das ganze kontrolliert passiert, befindet sich zwischen den Kammern, der sogenannte Separator, eine halbdurchlässige Trennwand.
• Wenn der Separator beschädigt ist – sei es durch übermäßige Hitze, sei es weil er auf einen harten Boden gefallen ist oder einfach durch einen Produktionsfehler, wird diese Trennwand für die Lithium-Ionen durchlässiger als sie sein sollte – und das heißt im Klartext: Es gibt einen Kurzschluss. Der führt dazu, dass die Lithium-Ionen sehr schnell durch den Akku wandern und es sehr schnell zu chemischen Reaktionen kommt, bei denen in kurzer Zeit sehr viel Energie freigesetzt wird. Das führt zu einer Kettenreaktionen: Je heißer der Akku wird, desto geht erstens der Separator noch mehr kaputt und desto schneller laufen zweitens die Reaktionen ab, so dass durchaus Temperaturen von über tausend Grad entstehen können.

Wie groß ist das Risiko eines Akku-Brandes?

• Man muss sagen: Das Risiko, dass ein Akku Feuer fängt, ist insgesamt gering, kleiner als eins zu einer Million. Aber dadurch, dass es inzwischen viele Millionen Lithium-Ionen-Akkus gibt, kommt es eben immer mal wieder vor. In den meisten Fällen jedoch sind Akku Brände auf unsachgemäße Handhabung oder "Bastler" zurückzuführen.