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Wissenswertes über E-Bike-Akkus

1. Das Herz des Pedelecs

Akku, Motor und Elektronik sind das Herz des Pedelecs. Akku ist aber nicht gleich Akku – es gibt erhebliche Unterschiede in der Qualität. Hier lesen Sie, was Sie von einem E-Bike- oder Pedelec-Akku in Sachen Qualität, Reichweite und Sicherheit erwarten können.

Vier Akku-Typen sind bei Pedelecs E-Bikes zu finden: Bleigel-, Nickel-Cadmium-, Nickel-Metallhydrid- und Lithium-Ionen-Batterien. In dieser Reihenfolge weisen sie eine steigende Energieeffizienz sowie ein besseres Speichervermögen und geringeres Gewicht auf. Die Forschung arbeitet auf Hochtouren an der Weiterentwicklung der Akku-Technologie. Nur so ist es möglich, dass beispielsweise eine Leistung von 250 Watt, die einst eine acht Kilogramm schwere Bleibatterie erforderte, heute von einem 2,3 Kg leichten Lithium-Ionen-Akku erbracht wird. Auf den folgenden Seiten finden Sie die wichtigsten Informationen zu Beschaffenheit und Qualität der mobilen Energiespender.

2. Was ist ein Akkumulator (=Akku) eigentlich?

Ein Akku ist ein wieder aufladbarer Zellverband, der elektrische Energie speichert. Beim Aufladen wird elektrische in chemische Energie umgewandelt und umgekehrt, sobald ein angedocktes Pedelec/E-Bike Energie zieht. Hier erfahren Sie mehr zur Geschichte des Akkus und zu den verwendeten Maßeinheiten, wie sie auch in den Datenblättern von Pedelecs und E-Bikes vorkommen.

Zur Geschichte des Akkumulators Um 1800 schichtete der italienische Physiker Alessandro Volta Kupfer- und Zinkscheiben übereinander und trennte diese durch ein in Salzlösung (Elektrolyt) getränktes Stück Filz voneinander. Da er die Bestandteile durch Drähte miteinander verband, konnte zwischen Anode und Kathode Strom fließen. Nach einem sehr ähnlichen Prinzip entwickelte kurze Zeit später Johann Wilhelm Ritter 1801 den ersten Akkumulator.

Wie funktioniert der Akku? Der zwischen Anode und Kathode fließende elektrische Strom hat eine Spannung, die in Volt angegeben wird. Um diese zu erhöhen, können mehrere Zellen in einem Gehäuse, dem Akkupack, hintereinander oder parallel geschaltet werden. Die Ladung wird in Amperestunden (Ah) gemessen. Aus dem Produkt von Ladung (Ah) und Spannung (V) errechnet sich wiederum die maximal speicherbare Energie in Wattstunden (Wh). Die

Energiedichte eines Akku erschließt sich wiederum über die Energie, die pro Masse eines Stoffes gespeichert wird (Wh/kg).

Tipp: Manche Hersteller geben bei Ihren Akkus die verfügbare Energie in Wattstunden an, andere nennen Spannung in Volt und Ladung in Ampere. Wenn Sie nun einfach Ladung und Spannung mit einander multiplizieren, erhalten Sie die gespeicherte Energie in Wattstunden und können damit die Akkus unter einander vergleichen.

Rechenbeispiel Es gibt zwei weit verbreitete Batterieleistungssysteme bei Elektrorädern: 24 Volt oder 36 Volt. Die in einem Akku gespeicherte Energie wird in Wattstunden (Wh) angegeben und errechnet sich folgendermaßen: Energie in Wattstunden (Wh) = Spannung (V) x Ladungsträgerkapazität (Ah)

Ein 36 V-Akku mit einer Kapazität von 10 Ah (360 Wh) liefert also mehr Energie als ein 24 V-Akku mit 12 Ah (= 288 Wh). Ersterer liefert also mehr Energie und folglich mehr Reichweite für Bike

Energieeffizienz in Relation gesetzt Ein gängiger Pedelec-Akku leistet 250 Wh, also eine Viertel Kilowattstunde (die Kosten entsprechen fünf Cent). Damit kommen Sie mit den meisten Pedelecs bei maximaler Motor- Unterstützung ca. 35 km weit. Mit derselben Energie könnten Sie eine Kanne Kaffee kochen oder 10 Liter Duschwasser von 10° Celsius auf 45° Celsius erhitzen.

3. Die Lebensdauer von Pedelec-Akkus

Die Lebensdauer eines Akkus ist begrenzt und einerseits von der chemischen Beschaffenheit und Bauart, andererseits von einer intelligenten manuellen Steuerung oder Steuerelektronik, abhängig. Doch auch diese Kombination nützt Ihnen nichts, wenn Sie die Batterie nicht pflegen. Aktuelle Akkus haben laut Hersteller eine Lebensdauer von 500 bis 700 Ladezyklen. Allerdings nimmt die Ladekapazität nach etwa 500 Voll-Ladezyklen nach und nach ab. Moderne Akkumulatoren laden drei bis acht Stunden, abhängig von der Restladung und dem Ladegerät. Sie können den Akku jederzeit zwischendurch nachladen. Dabei ist aber zu beachten, dass jedes Nachladen, auch von nur wenig Strom, als ein Teil-Ladezyklus zählt.

Sie müssen damit rechnen, dass Ihr Elektrofahrrad deutlich länger hält als die enthaltene Erstbatterie. Achten Sie bereits beim Kauf auf die Kosten eines Ersatz Akkus – denn diese belaufen sich immerhin auf 300 bis 700 Euro!

4. Akku-Sicherheit

Informieren Sie sich hier zum Thema Akku-Sicherheit, um Risiken und Gefahren im Umgang mit Ihren Pedelec von vornherein auszuschließen.

Beschädigte Lithium-Ionen Akkus sind gefährlich und können im Extremfall explodieren. Dies liegt an der Reaktionsfreudigkeit des Alkalimetalls Lithium. In Kombination mit Wasser reagiert das Lithium zu Lithiumhydroxid, einem leicht entzündlichen Wasserstoffgas. Zellenkurzschluss, Überladung und Tiefentladung können zum Akku-Brand führen. Aus diesem Grund muss das Auf- und Entladen durch spezielle Sensoren elektronisch geregelt werden. Mittlerweile hat die Industrie mechanische und thermische Härtetests eingeführt, um die nötige Batteriesicherheit zu garantieren. Uneingeschränkt können Sie zum Beispiel Akkus vertrauen, die von der Battery Safety Organization (BATSO) zertifiziert sind.

Da nahezu alle Akkus umweltschädliche Substanzen beinhalten, erklärte das Umweltbundesamt E-Bike-Akkus zu Industriebatterien nach §8 BattG.

Ihre Entsorgung erfolgt entsprechend über die Rückgabe der verschlissenen Zellen an den Hersteller beziehungsweise an kommunale Sammelstellen.

5. E-Bike-Reichweite - Sie haben es in der Hand

Herstellerangaben zur Reichweite können nur eine grobe Richtlinie sein, da sie von vielen verschiedenen Faktoren abhängt. Einige davon haben Sie aber selbst in der Hand. Wir erklären, wie Sie die optimale Reichweite aus Ihrem E-Bike herausholen können.

Die Reichweite Ihres Pedelecs richtet sich nach:

Ihrem persönlichen Schaltverhalten und Fahrstil

Ihrem Pedaleinsatz

verschiedenen Fahrwiderständen (Luftwiderstand, Rollwiderstand, Beschleunigungswiderstand der Gesamtmasse mit Nutzlast)

der Steigung oder dem Gefälle des Geländes

der Energie-Rückgewinnung (Rekuperation)

der Kapazität Ihres Akkus

Außentemperatur, Akkutemperatur

der Effizienz des Antriebssystems (Motorwirkungsgrad, Getriebewirkungsgrad, Steuerungselektronik)

Sie möchten wissen, wie Sie die Reichweite Ihres E-Bikes optimieren können? ElektroBIKE hat sieben Tipps für Sie zusammengestellt.

E-Bike-Reichweite: eine Frage des Fahr-Stils

Insbesondere Ihr Fahrstil hat großen Einfluss auf die Reichweite. Wenn Sie sich beim Pedalieren stets mit maximaler Power unterstützen lassen, werden Sie nie die angegebene Herstellerreichweite erreichen. Diese wird in der Regel in der niedrigsten Unterstützungsstufe herausgefahren. Schalten Sie daher doch auch mal auf moderate oder auch nur zeitweise Unterstützung zurück - etwa bei besonders anspruchsvollen Steigungen - um. So ist durchaus die doppelte Reichweite möglich.

6. Garantie auf Akkus?

Beim Kauf eines Pedelecs sollten Sie sich genau über den eingebauten Akku sowie die Preise für Ersatzbatterien informieren, denn qualitativ hochwertige sind sehr teuer. Bedenken Sie: Bei intensiver Nutzung wird Ihr Bike wahrscheinlich länger leben als der Akku.

Generell gelten Akkus mit einer Ladekapazität von 85% des Originalzustands als verschlissen. Dies ist bereits nach wenigen Jahren der Fall. Die Kosten für Ersatzbatterien liegen bei mehreren hundert Euro.

Mehr und mehr Akkus haben Garantiezeiten von mehr als zwei Jahren, Experten prognostizieren eine Ausdehnung auf bis zu acht Jahre. Wenn die Garantiezeit unter zwei Jahren liegen sollte, könnte es sich lohnen, ein etwas teureres E-Bike mit besserem Akku zu kaufen, um nicht gleich wieder in eine Ersatzbatterie investieren zu müssen.

7. Lithium-Ionen-Akkus

Der Li-Ionen Akku ist der leichteste und effizienteste Kraftspender bei einer Energiedichte von 120 bis 180 Wh/kg. Die beste Technologie hat die Lithium-Eisenbatterie. Lithium-Cobald Zellen verfügen über die höchste Kapazität, haben aber wiederum die kürzeste Lebenserwartung. Die Mangan-Variante speichert am meisten Energie.

Der Lithium-Ionen Technologie gehört die Zukunft. Wir haben Wissenswertes zum Lithium-Ionen Akku für Sie zusammengestellt. Hier die wichtigsten Vor- und Nachteile auf einen Blick.

Vorteile

Sie sind mit modernster Technologie und hochwertigen Rohmaterialien ausgestattet

Sie verfügen über eine lange Lebensdauer

Die Akkkus sind bei einer hohen Leistung sehr leicht

Sie sind thermisch stabil (Memory-Effekt ausgeschlossen)

Längere Nutzungspausen sind möglich

Sie sind auf Dauer die kostengünstigste Variante

Sie haben eine hohe Energiedichte

Sie sind die umweltverträglichste Variante

Der Nutzer kann sie auch nach unvollständiger Entladung aufladen, was dem Akku nicht schadet und manchmal sogar empfehlenswert ist

Sie haben hohe Lade- und Entladewirkungsgrade.

Ein sehr schneller Ladevorgang ist mit ihnen möglich

Nachteil

Der Lithium-Ionen Akku benötigt eine sehr gute Schutzelektronik und eine hochwertige Verpackung, damit keine Risiken entstehen.

8. Akkus auf Nickel-Basis

Nickel-Metall-Hydrid (NiMH)- bis 2002 Stand der Technik

Mit ca. 60-110 Wh/kg sind die Akkus zwar noch auf dem Markt vertreten, aber in Neuentwicklungen kaum mehr verbaut.

Vorteile

Billig in der Produktion

Im Vergleich mit NiCd-Akkus: höhere Energiedichte bei gleichem Gewicht

Nachteile

Teuer

Aufwändige Elektronik nötig

Anfällig für Überladung, daher ist ein Ladegerät mit automatischer Abschaltung nötig.

Memory-Effekt und Kapazitätsverlust

Nickel-Cadmium (NiCd) – langlebig, aber giftig

Der Nickel-Cadmium Akku speichert ca. 40-60 Wh/kg. Nach einer EU-Verordnung 2008 wird er aufgrund des giftigen Schwermetalls Cadmium heute nicht mehr verwendet.

Vorteile

schnellladefähig und kälteresistent

langlebig (nach 1000 Ladevorgängen: noch 85% ihrer Kapazität)

gute Recyclingnetzwerke vorhanden

Nachteile

seit 2004 Auslaufmodell

geringe Lade- und Entladewirkungsgrade

hohe Selbstentladung (energieleer nach 3 bis 4 Wochen)

veraltetes chemisches Energiespeichersystem

Cadmium ist toxisch

Memory-Effekt und Kapazitätsverlust

9. Bleigel-Akkus – die älteste Technologie

Bleigelakkus speichern 30 Wh/kg. Heute werden sie hauptsächlich in Chinaprodukten eingesetzt.

Vorteile

zuverlässig

gute Recyclingnetzwerke verfügbar

gute Lade- und Entladewirkungsgrade

geringe Selbstentladung

Nachteile

vorgegebene Bauform

nahezu vom Markt verschwunden

Lebensdauer maximal 12 bis 17 Monate

enthält das giftige Schwermetall Blei

nur langsame Ladung möglich

sehr schwer

10. Lagerung von Akkus

Übersicht zur Akku Lagerung verschiedener Akkutypen / Akkuvergleich

Akkutyp

Entladerate im Monat

Lagerzustand des Akkus

Lagertemp. des Akkus

Nachladezyklus des Akkus

Bleiakku

5-10 Prozent

voll

5-15 Grad

ca. 1 x pro Monat

NiCd Akku

10-15 Prozent

40-60%

20 Grad

alle 2-3 Monate

NiMH Akku

15-20 Prozent (1-2% LSD)

40-60 %

20 Grad

alle 2 Monate

Li Ion Akku

1 - 2 Prozent

60%

15-20 Grad

mit BMS nach 6-10 Monaten ohne BMS nach 2-3 Monaten

Die Akku Lagerung der verschiedenen Akkutypen

Akku Lagerung ist eine immer wieder von neuem auftretende Fragestellung die in diesem Artikel eine Antwort finden soll. Nicht nur die Frage wie man eine vernünftige Akku Lagerung für seinen Akkutyp realisiert, sondern auch eine Übersicht über die Frage wie lange man denn überhaupt seinen Akku lagern kann ohne nachzuladen soll hier zu beantworten versucht werden. Am Ende des Artikels findet sich noch mal eine Tabelle der verschiedenen Akkutypen mit den wichtigsten Daten zur Akku Lagerung in einer übersichtlichen Form. Wie soll man Akkus denn nun lagern? Kalt? Warm? Geladen? Ungeladen? Das ist für jeden Akkutyp anders. Folgend finden sie jeden Akkutyp mit einer kurzen Beschreibung zur Akkulagerung aufgelistet.

Blei Akku lagern

Der Bleiakku ist aufgrund seiner Bauart nicht gut für eine Akku Lagerung geeignet. Zumindest nicht ohne eine ständige Wartung und nachladen des Akkus. Wichtigster Punkt hierbei ist, dass sie nicht lange entladen gelagert werden dürfen (führt zur Zerstörung des Akku durch chemische Reaktionen). Das heißt, man sollte sie möglichst regelmäßig (z.B. einmal im Monat) nachladen um Schäden zu vermeiden. Es gibt im Handel spezielle Ladegeräte die eine permanente und optimale Ladung von zumeist Starterbatterien fürs Auto gewährleisten können. Lagertemperatur zur besten Akku Lagerung liegt bei 5-15°C. Also kühl aber nicht frostig lagern. Die monatliche Selbstentladung liegt bei Blei Säure Akkus bei etwa 5-10% und bei Blei-Gel Akkus bei etwa 3-5%.

Nickel Cadmium (NiCd) Akku Lagerung

Der Nickel Cadmium Akku hat eine relativ hohe Selbstentladungsrate und ist daher nicht sonderlich gut zur Lagerung geeignet. Er verliert in etwa 10-15% seiner Ladung pro Monat und sollte möglichst in etwa halbvollem Zustand (etwa 40-60% Ladung) gelagert werden um dauerhafte Schädigungen zu vermeiden und ein langes Akkuleben zu ermöglichen. Der NiCd Akku kann gut bei Zimmertemperatur (ca. 20°C) gelagert werden. Kühlere Lagertemperaturen sind aber bei NiCd Akkus relativ unproblematisch.

Nickel Metallhydrid (NiMH) Akku lagern

Eine Akku Lagerung bei NiMH Akkus verhält sich ganz ähnlich wie bei oben beschriebenen NiCd Akkus. Allerdings ist die Selbstentladerate bei NiMH Akkus sogar noch etwas höher als bei NiCd. Man geht von etwa 15-20% Selbstentladung pro Monat aus. Das heißt um eine bestmögliche Akkulagerung zu gewährleisten sollte man NiMH Akkus spätestens alle ein bis zwei Monate mal nachladen. Aber auch NiMH Akkus bitte nicht in vollem und schon gar nicht im leeren Zustand lagern sondern auch hier wieder bei etwa 40-60% Ladung. Nickel Metallhydrid Akkus sollten auch bei Zimmertemperatur gelagert werden. Kälte vertragen die Akkus allerdings nicht so gut wie NiCd Akkus. Im Übrigen gibt es seit einiger Zeit (seit 2008) auch NiMH Akkus mit sehr geringer Selbstentladung (nur etwa 15% im Jahr) die sich wesentlich besser zur längeren Akku Lagerung eignen als herkömmliche Nickel Metallydrid Akkus.

Lithium Ionen (Li ion) Akku Lagerung

Lithium Ionen Akkus eignen sich Aufgrund ihrer sehr geringen Selbstentladung besonders gut zu einer längerfristigen Akku Lagerung. Die Entladerate liegt bei gerade mal 1-2% im Monat. Ideale Lagertemperatur wird häufig mit etwa 15-25°C angegeben. Sie können also gut bei Zimmertemperatur gelagert werden. Idealer Ladezustand ist hier etwa 60% Ladung und nicht etwa wie manche empfehlen, in geleertem Zustand. Das kann zur Schädigung des Akkus führen, da Lithium Ionen Akkus sehr empfindlich auf Tiefentladung reagieren. Die Angaben können so in etwa auch für die verwandten Lithium Polymer Akkus übernommen