Infos rund um den Lithium Ionen-Akku am E-Bike

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Anbauteile

Infos rund um den Lithium Ionen-Akku am E-Bike

Ob Automobilindustrie oder Fahrradbranche: Die Neuentwicklungen verlaufen in beiden Bereichen stark elektrisierend ab. Dabei kommt sowohl im E-KFZ als auch im E-Bike ein sogenannter Lithium-Ionen-Akku zum Einsatz, wie er auch für Smartphones verwendet wird. Doch hast du dich auch schon mal gefragt: Was ist eigentlich ein Lithium-Ionen-Akku, welche Technik verbirgt sich dahinter? Um unseren Wissenshunger zu stillen, haben wir bei den Experten der BMZ Group nachgefragt.

Aus der E-MTB Spezial N°2.18

Interview mit Lukas Hubert
Produktmanager E-Bike BMZ Group

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Matthias Baumgartner: Wie kann ich mir denn, einfach erklärt, einen Lithium Ionen-Akku vorstellen? Welcher Aufbau und welche Technik, Funktionsweise und Materialien verbergen sich dahinter?

Lukas Hubert: Ein E-Bike-Akku besteht prinzipiell aus drei Hauptkomponenten: zum einen aus dem sogenannte Corepack, einer Verschaltung aus einzelnen Lithium Ionen-Zellen. Je nachdem, welche Spannungslage und Kapazität vom Antrieb benötigt wird, werden dort 20 bis 60 Zellen seriell und parallel verschaltet. Das Herzstück bildet dann das Battery Management-System. Das BMS überwacht die Spannungen und den Ladevorgang und fungiert im Fehlerfall wie eine Sicherung. Der dritte Teil ist das Gehäuse mit Anzeigeeinheit und Lade-/Entladebuchse.

Matthias Baumgartner: Warum werden ausschließlich Lithium-Ionen-Batterien verbaut; gibt es hierzu keine alternativen Akku-Typen?

Lukas Hubert: Zurzeit ist die Lithium Ionen-Technologie die einzige Technologie, die eine so hohe Energiedichte bei bezahlbaren Preisen bietet. Natürlich wird weltweit an Verbesserungen der Lithium Ionen- und auch anderer Technologien gearbeitet. Wir sehen zurzeit aber noch ein hohes Entwicklungspotential bei Lithium-Zellen und engagieren uns als BMZ auch deshalb stark in Forschung und Entwicklung, um die Technologie noch leistungsfähiger zu machen.

Matthias Baumgartner: Aktuell stagniert das Verhältnis von Leistung und Gewicht nahezu. So wiegt beispielsweise ein 500 Wattstunden-Akku um die 2,5 Kilogramm. Werden sich mit dieser Technik noch deutlich leichtere Akkus realisieren lassen?

Lukas Hubert: Durchaus. Wir hatten in den letzten Jahren den Trend, dass die Kapazität der Zellen ständig stieg, ohne dass die Akkus größer wurden. Wenn sich jetzt der Markt bei rund 500-600 Wattstunden einpendelt, werden wir in den nächsten Jahren wohl noch kompaktere Akkus bauen können. Ein Ansatz dafür ist z. B. das neue Zellformat 21700, bei dem BMZ weltweit eine Vorreiterrolle eingenommen hat.

Matthias Baumgartner: Welche Veränderung gab es in den letzten fünf Jahren?

Lukas Hubert: Eine fast unglaubliche. Zum einen natürlich in puncto Energiedichte und bezüglich des Fortschritts der Technologie im Allgemeinen. Ständig erleben wir neue Ansätze, um die Kapazität zu erhöhen und die Lebensdauer zu verlängern. Zum anderen sehen wir auch die Integration der Akkus in das Design der Räder. Als wir vor zwei Jahren einen in das Unterrohr integrierten Akku auf der Eurobike vorstellten, waren wir fast die einzigen. Heute kann man sich als Batteriehersteller fast nichts anderes mehr erlauben.

Matthias Baumgartner: Lässt sich mit dem technischen Design der Akkus die Reichweite und Leistung beeinflussen?

Lukas Hubert: Selbstverständlich. Der Wunsch nach mehr Kapazität bei kleinerer Bauform ist auf den ersten Blick zwar widersprüchlich, durch den Einsatz der neuesten Zelltechnologien und des aktuellsten Ingenieurs-Knowhows schaffen wir es jedoch immer wieder, uns hier vom Markt abzusetzen. Wichtig für uns ist es dabei, den Akku genau auf den Motor, das Bike, den Anwendungsbereich und die geforderte Spannung auszulegen. Wenn man alle Rahmenbedingungen kennt, passt der Akku am Ende zum Pedelec wie ein maßgeschneiderter Anzug und jeder Millimeter ist optimal genutzt.

Matthias Baumgartner: Es ist immer die Rede davon, dass ein Akku bestimmte Ladezyklen durchhält. Was ist ein Ladezyklus?

Lukas Hubert: Ein Ladezyklus beschreibt das Entladen und Wiederaufladen eines Akkus. Je mehr Ladezyklen ein Akku erreichen kann, desto höher ist die Qualität – so die gängige Meinung. Allerdings gibt es hier einige Fallstricke: Manchmal werden die Ladezyklen nicht von null bis 100 Prozent Ladestand angegeben, sondern nur in den gängigen Anwendungsbereichen, z. B. von 30 bis 100 Prozent. Das macht einen Vergleich natürlich schwerer. Zudem ist auch die Höhe des Lade- und Entladestromes entscheidend. Lade und entlade ich einen Akku sehr langsam, erreiche ich wesentlich mehr Ladezyklen, als wenn ich den Akku stark beanspruche.

Matthias Baumgartner: Ist dann beispielsweise ein Ladevorgang von 50 zu 100 Prozent ein halber Ladezyklus?

Lukas Hubert: Das kann man so sagen. Allerdings weiß ich nicht, ob dieser Begriff genormt ist.

Matthias Baumgartner: Was passiert, wenn die Anzahl der Ladezyklen überschritten ist? Nimmt die Akku-Leistung schwach oder stark ab; ist der Leistungsabfall konstant?

Lukas Hubert: Wenn der Akku immer gleich beansprucht wird, ist der Leistungsabfall recht konstant und beginnt schon beim ersten Laden. Meist ist eine Restkapazität von 60 Prozent nach x Ladezyklen angegeben. Damit ist der Akku ja auch noch nutzbar. Wie schon gesagt, hängt die Lebensdauer eines Akkus auch eher von der Nutzung ab als nur von der Anzahl der Zyklen. Wenn die Kapazität des Akkus irgendwann nicht mehr für die Sonntagstour reicht, sollte man sich einen neuen zulegen. Nicht früher und auch nicht später.

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Explosionszeichnung eines Lithium-Ionen Akkus. In der Mitte befindet sich der sogenannte Corepack, bestehend aus den Lithium Ionen-Zellen. Das Herzstück bildet dann das Battery Management-System auf der rechten Seite. Schlussendlich sitzt alles fest verpackt im Batteriegehäuse.

Matthias Baumgartner: Kann ich einen Lithium Ionen-Akku bedenkenlos in jeglichen Ladezustand wieder aufladen? Gibt es hierbei etwas zu beachten? Stichwort Memory-Effekt?

Lukas Hubert: Einen Memory-Effekt, wie bei alten Handys, gibt es bei Lithium Ionen-Akkus nicht. Eher das Gegenteil ist der Fall: Ein moderner Akku hat es am liebsten, wenn er nicht komplett entladen und geladen wird. Also lieber den Akku mit etwas Restkapazität wieder ans Ladegerät hängen, als ihn krampfhaft leer zu fahren.

Matthias Baumgartner: Kann/Soll der Akku bei Nichtbetrieb am Ladegerät stecken?

Lukas Hubert: Jein. Moderne Ladegeräte halten den Akku möglichst schonend auf dem maximalen Ladestand. Allerdings hält ein Li Ion-Akku am längsten, wenn man ihn zwischen 20 und 80 Prozent hält. Also besser das Ladegerät abstecken, wenn der Akku geladen ist und ab und zu nachladen.

Matthias Baumgartner: Stichwort Selbstentladung: Ist nach einem Monat Nichtgebrauch der Akku immer noch 100 Prozent geladen oder gibt es hier eine Selbstentladung?

Lukas Hubert: Eine gewisse Selbstentladung gibt es immer. Allerdings sollte man nach einem Monat noch nicht so viel davon merken. Wenn man die Batterie im Winter alle zwei Monate mal nachlädt, ist man auf der sicheren Seite.

Matthias Baumgartner: In welchem Ladezustand und Temperaturbereich sollte die Batterie idealerweise über Winter aufbewahrt werden? Was gibt es dabei noch zu beachten?

Lukas Hubert: Idealerweise bei Raumtemperatur oder leicht darunter. Eine Lagerung unter null Grad sollte man genauso vermeiden wie zu hohe Luftfeuchtigkeit oder sehr hohe Temperaturen.

Matthias Baumgartner: Was sollte man mit einer Batterie keinesfalls machen, wie beispielsweise im Sommer im Auto liegen lassen bzw. in der prallen Sonne?

Lukas Hubert: Prinzipiell ist eine moderne E-Bike-Batterie sehr pflegeleicht. Nicht zu kalt und nicht zu heiß lagern, also ca. bei 10 bis 30°C, und nicht mit dem Hochdruckreiniger reinigen, erst recht nicht die Kontakte. Da kann es ggf. doch gefährlich werden. Zum Reinigen einen milden Reiniger verwenden, bei Anzeichen von Korrosion etwas Batteriepolfett auf die Kontakte und alles ist gut. Bitte aber nicht versuchen, den Akku und den Stecker komplett mit Polfett zu füllen. Diese Akkus landen dann meist wieder bei uns im Service …

Matthias Baumgartner: Ein weiterer wichtiger Punkt: Wie kann ein solcher Kraftspeicher in ferner Zukunft recycelt werden?

Lukas Hubert: Diese Frage zielt wahrscheinlich auf die Pläne der Autoindustrie ab, gebrauchte Batterien als Zwischenspeicher für das Stromnetz zu nutzen. Ob sich das im E-Bike-Bereich irgendwann rechnen wird, weiß ich nicht. Wir recyceln unsere Batterien auch heute schon gemeinsam mit einem Spezialisten, der seltene Erden und Rohstoffe zurückgewinnt, Schadstoffe abspaltet und die Reste zur Energieerzeugung nutzt. Dadurch können wir gewährleisten, dass unsere Kunden ohne schlechtes Gewissen alte Akkus zurückgeben können.

Matthias Baumgartner: Was kommt als nächstes? Arbeitet ihr aktuell an alternativen Akku-Packs bzw. -Techniken?

Lukas Hubert: Ich glaube, die Zeit reicht nicht, um alles zu besprechen. Deshalb nur einige Beispiele, was uns zurzeit umtreibt: Wir führen zurzeit eine automatisierte Fertigung mittels Laserschweißanlagen ein, um noch höhere Qualitätsstandards zu setzen, arbeiten an vielen Projekten mit dem neuen Zellformat 21700, um Akkus kleiner und leistungsfähiger zu gestalten und sind dabei, in einem Zusammenschluss mit anderen deutschen Unternehmen eine Zellfertigung in Europa aufzubauen. Zudem engagieren wir uns stark im Automotive- und Energiespeichersektor… Vielleicht sollten wir für diese Frage einen neuen Termin vereinbaren …

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