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Der Techniker schweißt das neue eBike Akkupack für die Akkureparatur
Matthias Schneeweiß

E-Bike Akku | Lagerung und Pflege

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Lithium-Ionen Akkus sind seit etwa 10 Jahren auf dem Markt. Dank der höheren Energiedichte haben sie in der mobilen Nutzung die meisten anderen Akkus vollständig ersetzt. Zeit einen Blick auf die Lagerung und Pflege der leistungsstarken Zellen zu werfen.

Von Elektro-Mobilität und portablen Medien

Vor Allem in den Bereichen Elektro-Mobilität und portable Medien greifen Hersteller fast ausschließlich auf Li-Ionen Akkus zurück. Die Akkus sind leichter als andere Akku-Varianten und sind dank ihrer hohen Energiedichte sogar leistungsfähiger.

Während im Bereich der portablen Medien Akkus aber selten über längere Zeit unbenutzt bleiben, kommt es im Bereich der Elektro-Mobilität öfter dazu, dass Akkus etwa über den Winter eingelagert werden.

Wie lagere ich meinen E-Bike Akku richtig?

Möchte man also zum Beispiel einen E-Bike Akku längere Zeit nicht benutzen empfiehlt es sich, den E-Bike Akku auf einer Kapazität von 30% – 50% einzulagern. Der E-Bike Akku sollte auf keinen Fall voll oder leer gelagert werden. Beides kann der Zelle irreparabele Schäden zufügen.

Li-Ionen Akkus haben sehr geringe Selbstentladungswerte und eignen sich deshalb besonders gut für eine langfristige Lagerung. Sie verlieren durch Selbstentladung grade einmal ca. 1-2 % der Kapazität im Monat.

Der E-Bike Akku sollte möglichst bei Temperaturen zwischen 15 und 25 Grad eingelagert werden. Man kann Li-Ionen Akkus also gut bei Zimmertemperatur lagern. Der E-Bike Akku benötigt sonst keine weitere Pflege.

Reinigungsversuche mit dem Dampfstrahler sind für den E-Bike Akku schädlich, da Wasser eindringen und das BMS (Batterie Management System) beschädigen kann.

Anzeige eines Akku Ladevorgangs bei der Akku Reparatur
Matthias Schneeweiß

BMS – Batterie Management System

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Das Batterie Management System, kurz BMS,  ist eine elektronische Steuerung, die den Zustand der Batterie überwacht und regelt. Es ist ein wichtiger Bestandteil jeder Batterie und sorgt für den notwendigen Zellenausgleich. Es verhindert einen Kurzschluss und schützt die mit dem Übertemperaturschutz.

Das BMS kontrolliert die Zellenspannung und verhindert eine Über- oder Unterspannung.

Den Akku zu überladen oder vollständig zu leeren ist also nicht möglich. Beides würde dem Akku schwer zusetzen und ihn eventuell sogar unbrauchbar machen.

Die Zelle wird vor einer Unterspannung geschützt in dem die Last, also Beispielsweise die Nutzung der Zelle unterbrochen wird. Ein Beispiel dafür sind neben E-Bike Akkus auch Akkus für Smartphone und Tablet.

Genauso schützt ein BMS die Zelle vor Überspannung. Ist ein Akku voll geladen, reduziert das BMS den Ladevorgang oder schaltet ihn eventuell sogar ganz aus. Auch da kann man als Beispiel ein Smartphone oder Tablet anführen. Ist der Akku 100% aufgeladen stoppt das integrierte BMS den Ladevorgang und fängt erst wieder an den Akku eines Geräts aufzuladen wenn der Akku nicht mehr voll aufgeladen ist.

Ein BMS sorgt also für die nötige Sicherheit eines Akkus. 

Es kann über einen Datenbus mit dem Motor und dem Display von zum Beispiel einem E-Bike kommunizieren und melden wenn ein Problem mit dem Akku vorliegt.

Ein eingebauter Temperaturfühler kontrolliert die Temperatur während der Auf- bzw. Entladung. Es unterbricht gegebenenfalls den Vorgang falls die Temperatur zu hoch oder zu niedrig wird und schützt damit den Akku vor irreparablen Schäden.

Es werden auch Daten über die Zellentemperatur, die Entladetiefe und die Anzahl der Ladezyklen gespeichert und können bei Bedarf abgerufen werden. Das BMS ist ein ganz wichtiges Element der „intelligenten Batterie“ und verlängert das Zellenleben erheblich.

Balancing

Ein E-Bike Akku besteht aus 7-12 in Reihe geschalteter Zellen. Diese sind in der Regel nicht 100% gleich geladen. Der Balancer gleicht diese Unterschiede aus, indem er schwächere Zellen zusätzlich lädt.

Mitarbeiter entnimmt den Fahrrad Akku vor der Akku Reparatur
Matthias Schneeweiß

E-Bike Akku | Lithium-Ionen Akkus im Fokus

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Akkus sind tragbare Energiequellen und rücken in Zeiten von Mobilität und Unabhängigkeit immer weiter in den Fokus. Sie überzeugen ihre Nutzer durch Umweltfreundlichkeit und Leistungsstärke. Vor allem in den Bereichen E-Mobilität und portable Medien ist der Akku ein wichtiger Bestandteil. E-Bikes zum Beispiel erfreuen sich immer größerer Beliebtheit. Aber auch Smartphones, Tablets und Notebooks sind auf die Leistungsstärke ihrer Akkus angewiesen.

In E-Bikes werden heutzutage ausschließlich Lithium-Ionen Akkus verbaut.

Sie dominieren den Markt und haben die meisten Wettbewerber fast vollständig ersetzt. Namhafte Hersteller von Li-Ionen Akkus sind z.B. Sony, Samsung, LG, Panasonic und Lishen. Die Bezeichnung Lithiumbatterie umfasst mehrere verschiedene Batteriesysteme.

Jeder Akku besteht aus mehreren Zellen, die elektrische Energie durch ein Zusammenspiel von chemischen und physikalischen Elementen speichern und wieder abgeben können.

Lithium ist das Leichteste aller festen Elemente. Wegen seiner geringen Dichte eignet es sich besonders für die Herstellung von sehr leichten Zellen. Durch ihre hohe Energiedichte bieten Lithium-Ionen Akkus bei gleicher Größe eine bessere Leistung als andere Akku-Varianten.

Nicht aufladbare Zellen nennt man Primärbatterien. Sie sind für den einmaligen Gebrauch vorgesehen.

Lithium-Ionen Batterien, oder auch Sekundärbatterien enthalten neben Lithium weitere Elemente, die die Zellen wiederaufladbar machen. Welche Elemente genutzt werden hängt vom jeweiligen Anforderungsprofil ab.

Für Mobiltelefone und Notebooks werden meist Lithium und Cobaltoxid verwendet. Weitere Formen wären Lithium-Polymer Batterien und Lithium-Eisenphosphat Batterien.

Die Vorteile von Lithium-Ionen Akkus, insbesondere bei E-Bikes.

Lithium-Ionen Akkus sind unempfindlich dem sogenannten Memory-Effekt gegenüber. Von Memory-Effekt spricht man, wenn ein Akku sich den Energiebedarf „einprägt“ und später dafür sorgt dass nur noch die Energiemenge zur Verfügung gestellt wird, die bei bisheriger Nutzung benötigt wurde. Für Lithium-Ionen Akkus trifft das allerdings nicht zu.

Die geringe Selbstentladungsrate trägt weiterhin dazu bei, dass Lithium-Ionen Akkus die momentan beste Lösung für Mobile Geräte darstellen. Sie sind leicht, leistungsstark, haben eine lange Lebensdauer und sind einfacher in der Lagerung.

Fast alle verbauten Zellen sind vom Typ 18650, wobei 18 für den Durchmesser und 65 für die Länge stehen.

Zumeist werden Zellen in NCA (Nickel Cobalt Aluminium) NMC (Nickel Mangan Cobalt) und ICR (Lithium Cobaltoxid)  benutzt. Welche Zellen letztlich zum Einsatz kommen hängt von den Vorgaben und Wünschen des E-Bike Herstellers ab.

Batterie und Akku Lagerät zur Qualitätssicherung nach der Akku Reparatur eines Fahrrad oder eBike
Matthias Schneeweiß

Akku Basics | Watt, Volt und Ampere

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Hersteller von Akku-Systemen geben bei ihren Produkten ganz verschiedene Daten an. Von Ladezyklen-Zahl über Lebensdauer bis hin zu Watt, Volt und Ampere. Doch was bedeutet das eigentlich und welche Angaben sind besonders wichtig? Schauen wir uns die Begriffe genauer an.

Akku Ladezyklen-Zahl und Lebensdauer.

Unter einem Ladezyklus versteht man die vollständige Ladung und Entladung einer Zelle. Wenn der Akku nur teilweise aufgeladen wird spricht man von einer Teilladung. Teilladungen von zum Beispiel 60% und 40% ergeben eine vollständige Aufladung. Wenn ein Hersteller eine Ladezyklen-Zahl von 800 angibt, kann man den Akku also mindestens 800 Mal vollständig auf und entladen.

Die Lebensdauer setzt sich aus der Ladezyklen-Zahl und der kalendarischen Lebensdauer zusammen. Akkus altern auch wenn sie unbenutzt bleiben. Dank des Batterie-Management-Systems halten Lithium-Ionen Akkus dennoch deutlich länger.

Bei richtiger Pflege kann die Zelle aber auch deutlich länger halten. Und sollte seine Leistung dann doch nachlassen, sollte man zuerst über eine Reparatur nachdenken.

Unter Ampere versteht man die Einheit in der Strom gemessen wird.

Die Kapazität eines Akkus wird in Ampere Stunden angegeben. Sie gibt die gespeicherte Elektrizitätsmenge einer Zelle an. Je mehr Ampere Stunden (Ah) ein Akku vorweisen kann, umso länger kann er auch genutzt werden. Ampere Stunden bezeichnet man auch als Nennkapazität.

Ein Beispiel: Ein Akku gibt eine Kapazität von 10 Ah Stunden an. Das bedeutet, dass man dem Akku 10 Stunden lang jeweils 1 Ampere pro Stunde entnehmen kann.

Watt ist die Maßeinheit der elektrischen Leistung.

In Wattstunden (Wh) wird bei einem Akku die Energie gemessen, die eine Zelle unter festgelegten Voraussetzungen abgeben kann. Man spricht bei Wattstunden auch von Nennenergie. Wenn ein Akku 1 Watt an elektrischer Leistung 1 Stunde zur Verfügung stellt, liefert der Akku 1 Wattstunde. Die Wattstunden eines Akkus errechnen sich aus Spannung * Kapazität.

Ein Beispiel: Die Beschreibung eines Akkus gibt 25 Volt mit 18 Ah an. Also 18 Ah x 25 V =  450 Wh.

Unter Volt versteht man die elektrische Spannung einer Zelle oder Batterie.

Die Spannung entsteht durch das Zusammenspiel der Elektronen in der Zelle. Die Nennspannung von Li-Ionen Zellen liegt bei 3,6 (LiFe) und 4,2 (LiMa ,LiPo).