E-Bike-Akku: Das Herz des Pedelecs

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.

Hier finden Sie die wichtigsten Informationen zu Beschaffenheit und Qualität der mobilen Energiespender.

Was ist ein Akkumulator (=Akku) eigentlich?

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 fürs Rad.

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.

Die Lebensdauer von Pedelec-Akkus

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 Ersatzakkus – denn diese belaufen sich immerhin auf 300 bis 700 Euro!

Akku-Sicherheit

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.

E-Bike-Reichweite – Sie haben es in der Hand

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.

Lithium-Ionen-Akkus

Der Lithium-Ionen Technologie gehört die Zukunft. ELEKTROBIKE hat 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.

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

Bleigel-Akkus – die älteste Technologie

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

Garantie auf Akkus?

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.