Akkutechnologie

Technologie, Zellchemie & Leistung


In der E-Bike-Branche gelten neben den puren Leistungsdaten des Antriebes die Akkus eines Elektrofahrrades als wichtigstes Vergleichskriterium beim Kauf.
Während in den Anfangsjahren der Entwicklung elektrisch unterstützter Zweiräder noch verschiedene Akkutypen wie Blei-Gel, Nickel-Cadmium und Nickel-Metallhydrid zum Einsatz kamen finden heute in nahezu jedem modernen E-Bike im Grunde nur noch Lithium-Ionen-Akkus Verwendung.

Doch wo liegen die Unterschiede zu anderen Zellen und warum konnte sich eine Bauart so überzeugend durchsetzen?

Mit modernsten und zukunftsträchtigen Technologie ausgestattet weisen die Akkus aktueller E-Bikes eine enorme Energiedichte (Wh/kg) auf. Als Energiedichte bezeichnet man das Verhältnis der verfügbaren Leistung eines Akkus und dem Eigengewicht. Es dient dabei als bester Vergleich und Maßstab für die Entwicklung neuer und verbesserter Energiespeicher.

In der Geschichte des Elektrofahrrades, welche bereits in den frühen Jahren des 20. Jahrhunderts begann und die in den 90ern erste nennenswerte Verkaufszahlen vorweisen konnte, fanden bereits diverse Zellen und Generationen von Akkus Verwendung. Den Durchbruch brachte aber erst etwa Mitte der 2000er der Einzug der Lithium-Ionen-Akkutechnologie.

Betrachtet man die nackten Zahlen wird deutlich warum bei einer Energiedichte von nur 30-40Wh/kg eines Blei-Gel-Akkus der Lithium-Ionen-Akku mit seinen 120-200Wh/kg heute nahezu jedes E-Bike mit Spannung versorgt. Der Bleiakku müsste für die gleiche zu entnehmende Leistung das 4-5-fache Gewicht haben. Ähnlich verhält es sich mit Nickel-Cadmium- und Nickel-Metallhydrid-Akkus. Auch hier liegt die übliche Energiedichte in einem Bereich von lediglich 40-110 Wh/kg. Dass dies mit der Praxis in Anbetracht des Mehrgewichtes und des Platzbedarfes bzw. der verringerten Reichweite bei gleicher Baugröße nicht zu vereinbaren ist liegt auf der Hand. Die heute üblichen Reichweiten von 50-200km bei Akkugewichten von lediglich 2-5kg wurden also erst mit der Verwendung der Li-Ion-Technologie möglich. Diese stellt damit den bislang größten Entwicklungsschritt in der Geschichte des Elektrofahrrades dar und ebnete maßgeblich den Weg zu dessen Durchbruch.

Bosch ebike Akkus

Für die Zukunft lassen sich durch weiter optimierte Herstellungsprozesse und veredelte Rohstoffe kontinuierliche Steigerungen der Akku-Kapazität um einige Prozent pro Jahr erwarten. Die Akkugewichte werden dabei nahezu unverändert bleiben oder sich sogar verringern. Dies deckt sich mit dem Wunsch sämtlicher E-Biker-Generationen das Gewicht des Elektrofahrrades bei gleichbleibender Leistung und Reichweite möglichst gering zu halten. Welche Rolle die Automobilindustrie bei der Optimierung der Lithium-Zelle mit ihrer derzeit noch langsam voranschreitenden Elektrifizierung übernimmt bleibt dabei noch ungewiss. Sicher scheint nur, dass die in nahezu allen Industriezweigen inzwischen gebräuchlichen Lithium-Zellen auch in den kommenden Jahren durch den technischen Fortschritt sowie sinkende Preise der Standard auch für E-Bikes bleiben.
 

Überblick über die Vorteile moderner LiIon-Zellen:

  • hohe Energiedichte durch modernste Fertigung & Rohstoffe (hohe Leistung bei geringem Gewicht)
  • kaum Selbstentladung (über längere Zeiträume ohne Zwischenladung lagerfähig)
  • Teilladung aus & in jeden Ladezustand möglich
  • Schnellladefähigkeit
  • hoher Ladewirkungsgrad (geringe Erwärmung/Ladeverluste)
  • kein Memory-Effekt
  • hohe Lebensdauer trotz hoher Beanspruchung dank intelligentem Batterie-Management-System (BMS)
  • im Vergleich zu PB, NiCd & NiMh bessere Umweltverträglichkeit

     

Kapazität & Reichweite


Auch in Zeiten hochmoderner Lithium-Ionen-Akkus treten gelegentlich Probleme mit der Reichweite von Elektrofahrrädern auf. Die Herstellerangaben werden selten oder nur mit Schwierigkeiten erreicht. Dabei können schon einfachste Maßnahmen zu teils drastischen Verbesserungen der Fahrstrecke pro Akku führen. Als hervorragendes Hilfsmittel zur Veranschaulichung eignet sich der Bosch ebike Reichweiten-Assistent
Dieser ermöglicht schnell und übersichtlich die Visualisierung verschiedenster Einflüsse auf die maximale Reichweite eines E-Bikes.

Bosch eBike Reichweiten-Assistent

Allein das Wetter und beispielsweise die Auswirkungen von Wind kann ein E-Bike-Fahrer nicht ändern. Für alles andere gibt es die Tips von Elektrofahrrad24.de.
 

Maßnahmen zur Vergrößerung der Reichweite mit Ihrem E-Bike:

  • Akku mit höherer Kapazität verwenden
  • geringere Motor-Unterstützung in flachem Gelände wählen
  • richtiges Schalten (niedriger Gang zum Anfahren, dann hochschalten)
  • intelligente Routenplanung (Steigungen umfahren)
  • vorausschauendes Fahren mit weniger Stop & Go
  • Luftdruck laut Reifenaufdruck monatlich überprüfen
  • gepflegter, gereinigter Antrieb für mehr Leichtlauf
  • wenig Gepäck & Anbauteile (geringeres Gesamtgewicht)
  • bessere Aerodynamik (enganliegende Funktionsbekleidung)
  • Schutz des Akkus vor Kälte (Neopren-Cover)
  • bei Neukauf auf möglichst spätes Produktionsdatum des Akkus achten
  • Akku erst möglichst kurz vor Fahrtantritt vollständig laden

     

Pflege & Sicherheit


Bei der Nutzung von Akkus als Energiespeicher für den Antrieb eines E-Bikes sollten zur Vermeidung von Risiken bestimmte Verhaltensweisen beachtet werden. Welche Vorsichts- und Pflegemaßnahmen beim Umgang mit seinem Akku kann der Fahrer eines Elektrofahrrades treffen? Wie behandelt man einen Lithium-Ionen-Akku dauerhaft korrekt? Und, sind E-Bike-Akkus so gefährlich wie man häufig hört?

Trotz aller Benutzerfreundlichkeit moderner Akkutechnologien sollte die Pflege vor, während und nach der Nutzung Ihres Akkus keine untergeordnete Rolle spielen. Diese geht dabei über die regelmäßige Außenreinigung und die Sichtkontrolle der Akku-Kontakte auf Verschmutzung und Beschädigung hinaus.
 

Elektrofahrrad24.de empfiehlt:

Beim Kauf:

  • ausschließlich Markenakkus renomierter Hersteller kaufen
  • beim Akku-Kauf auf möglichst junges Produktionsdatum achten
     

Bei der Handhabung/Nutzung

  • Akku vor mechanischen Belastungen/Beschädigungen schützen, nicht öffnen
  • Akku bei Verschmutzung äußerlich sanft reinigen, keinen Wasserstrahl verwenden
  • Akku-Kontakte (am Rad) stets sauber, trocken und mit Polfett geschmiert halten um Kontaktbrand zu vermeiden
  • Kurzschlüsse unbedingt vermeiden
  • Akku vor Tiefentladung/Abschaltung am Rad schützen
  • Akku bei hohen Außentemperaturen keiner direkten Sonneneinstrahlung aussetzen
  • Akku bei kühlen Außentemperaturen mit Neopren-Cover schützen
  • Akku bei Kälte erst bei Fahrtantritt aus beheiztem Raum ins Rad einsetzen und nach Fahrtende sofort wieder in beheizte Räume bringen
     

Bei der Lagerung

  • Lagerung auch über wenige Tage generell bei ca. 40-50% Ladezustand
  • Ladezustand bei Nicht-Benutzung 1x im Monat kontrollieren
  • Akku trocken & knapp unter Raumtemperatur lagern/laden
     

Beim Laden

  • Akku ausschließlich mit dem zugehörigen Original-Ladegerät laden
  • Akku generell erst möglichst kurz vor Fahrtantritt vollladen
  • Akku bei Kälte erst bei Fahrtantritt aus beheiztem Raum ins Rad einsetzen und nach Fahrtende sofort wieder in beheizte Räume bringen


Auch nach unseren Tips gepflegte E-Bike-Akkumulatoren bleiben selbstverständlich nicht ohne jedes Risiko für ein Totalversagen. Letztlich ist die hohe Reaktionsfreudigkeit der zur Herstellung von Lithium-Ionen-Akkus verwendeten Rohstoffe auch für deren Leistung maßgeblich verantwortlich. Das Auftreten von Bränden oder gar Explosionen durch z.b. spontane Selbstentzündungen wie sie in der Presse vielmals verbreitet werden ist jedoch beim Kauf hochwertiger Akku-Packs mit intelligentem Batterie-Management-System und der Beachtung der Lager-, Lade- und Entladevorschriften praktisch ausgeschlossen.

Alles Wissenswerte rund um die BOSCH-Akkus finden Sie hier:
Bosch - eBike Akku Guide / Anleitung