Alles über Akkus von Pedelecs und E-Bikes

Der Akku ist neben dem Motor und der Elektronik das Herzstück von E-Bike und Pedelec, denn ohne Akku geht beim Elektrofahrrad gar nichts. Welche Unterschiede es in der Qualität des Akkus gibt und wie sich E-Bike-Akkus und Pedelec-Akkus in Qualität, Reichweite und Sicherheit unterscheiden, das könnt Ihr in unserem ausführlichen Bericht nachlesen.

Grundsätzlich gibt es vier Akku-Typen, die bei Pedelecs und E-Bikes verbaut werden: Bleigel-Batterien, Nickel-Cadmium-Batterien, Nickel-Metallhydrid-Batterien und Lithium-Ionen-Batterien. Die Batterien unterscheiden sich nicht nur in der Energieeffizienz, sondern auch im Speichervermögen , dem Gewicht und natürlich im Preis. Immer wieder gibt es Weiterentwicklungen auf diesem Gebiet, um Akkus und Batterien noch langlebiger, leichter und effizienter zu machen. Früher hat beispielsweise eine acht Kilogramm schwere Bleibatterie eine Leistung von 250 Watt erbracht. Genauso viel wie heutzutage ein 2,3 Kilogramm leichter Lithium-Ionen-Akku erbringt. Die Weiterentwicklungen in der Akku-Technologie sind kaum zu übersehen.

Aber von Anfang an: Was ist eigentlich ein Akku?

Ein Akku (=Akkumulator) ist ein wieder aufladbarer Zellverband, der elektrische Energie speichert und bei Bedarf abgibt. Wenn ein Akku aufgeladen wird, wird elektrische Energie in chemische Energie umgewandelt und umgekehrt, sobald ein angeschlossenes Gerät Energie zieht. Die meisten Akkus für Fahrräder mit Elektromotor haben 36v.

Die Geschichte des Akkus

Um das Jahr 1800 herum kam der italienische Physiker Alessandro Volta auf die Idee, Kupferscheiben und Zinkscheiben übereinander zu schichten und durch ein in Salzlösung getränktes Stück Filz die Schichten voneinander zu trennen. Die Salzlösung bildet dabei der Elektrolyt. Durch das Verbinden der Bestandteile mit Drähten, konnte zwischen Anode und Kathode Strom fließen. Nach diesem Prinzip entwickelte kurze Zeit später Johann Wilhelm Ritter im Jahr 1801 den ersten Akkumulator. Heut zu Tage findet man Akkus in fast jedem elektrischen Gerät und sogar in einem Fahrrad.

Wie funktioniert eigentlich ein Akku?

Zwischen Anode und Kathode fließt elektrischer Strom, dessen Spannung in Volt angegeben wird. Um die Spannung zu erhöhen, können mehrere Zellen in einem Gehäuse hintereinander oder parallel geschaltet werden (=Akkupack). Die Ladung wird in Amperestunden (Ah) angegeben. Die maximal speicherbare Energie in Wattstunden (Wh) errechnet sich aus dem Produkt von Ladung (Ah) und Spannung (V). Achtung! Einige Hersteller geben bei den E-Bike Akkus die Energie in Wattstunden an, andere hingegen nennen die Spannung in Volt und die Ladung in Ampere. Lasst Euch davon nicht verwirren! Multipliziert einfach die Ladung mit der Spannung, denn dann erhaltet Ihr die gespeicherte Energie in Wattstunden und könnt problemlos verschiedene Akkus miteinander vergleichen.

Was verbraucht ein Pedelec-Akku?

Ein klassischer Fahrrad Akku leistet 250 Wh mit 36v, was umgerechnet etwa fünf Cent entspricht. Hiermit kommen E-Bikes und Pedelecs bei maximaler Unterstützung etwa 35 Kilometer weit. Die gleiche Menge an Energie wird benötigt, um beispielsweise eine Kanne Kaffee zu kochen oder das Duschwasser von 10° Celsius auf 45° Celsius zu erhitzen.

Lebensdauer von E-Bike Akkus

Akkus sind zwar super praktisch, weil man sie anders als Batterien immer wieder aufladen kann, wenn sie leer sind, allerdings ist auch die Lebensdauer eines Akkus leider nur begrenzt. Das hängt von der chemischen Beschaffenheit der Batterie oder des Akkus ab, seiner Bauart, aber auch von einer intelligenten manuellen Steuerung oder Steuerelektronik. Trotz aller Faktoren, die die Lebensdauer eines Akkus beeinflussen, muss man eine Batterie auch pflegen, damit er möglichst lange hält.

Aktuell kann man davon ausgehen, dass die modernen Elektrofahrrad Akkus von z.B. Bosch, BionX oder Panasonic, eine Lebensdauer von 500 bis 700 Ladezyklen haben. Das versprechen uns die Hersteller und Händler. Allerdings nimmt die Ladekapazität bereits nach 500 Voll-Ladezyklen Stück für Stück ab. Moderne Akkumulatoren haben eine Ladezeit von drei bis acht Stunden, abhängig von der enthaltenen Restladung und dem verwendeten Ladegerät. Man kann einen Akku jederzeit zwischendurch nachladen, auch wenn dieser noch nicht vollständig leer ist. Allerdings ist hierbei zu beachten, dass jedes Nachladen als ein Teil-Ladezyklus zählt und die Lebenszeit des Akkus somit verkürzt.

Da unser Elektrofahrrad aber natürlich viel länger halten soll als der enthaltene Erstakku, solltet Ihr beim Kauf von Eurem Fahrrad immer auch auf den Preis eines Ersatzakkus beim Händler Eures Vertrauens achten, denn dieser beläuft sich meist immerhin auf bis zu 700 Euro.

Sicherer Umgang mit dem Pedelec-Akku

So ein Pedelec-Akku hat schon ein bisschen mehr Power als ein kleiner handelsüblicher Akku, den man zum Beispiel für die Digitalkamera oder die Küchenwaage benutzt. Daher sollte man sich auch mit den Risiken und Gefahren im Umgang mit E-Bike-Akkus vertraut machen.

Lithium-Ionen Akkus, die beschädigt sind, können im schlimmsten Fall explodieren. Das liegt an der Reaktionsfreudigkeit des Akalimetalls Lithium. Kommt das Lithium mit Wasser in Kontakt, wird es zu Lithiumhydroxid, einem leicht entzündlichen Wasserstoffgas.

Des Weiteren können Zellenkurzschluss, Überladung und Tiefentladung zum Akku-Brand führen, daher muss das Auf- und Entladen durch spezielle Sensoren elektronisch geregelt werden.

Inzwischen werden die Akkus mechanischen und thermischen Härtetests unterzogen, bevor wir sie im Laden kaufen können. Akkus, die von der Battery Safety Organization (BATSO) zertifiziert wurden, können wir uneingeschränkt vertrauen.

Weil fast alle Akkus umweltschädliche Substanzen beinhalten, erklärte das Umweltbundesamt E-Bike Akkus zu Industriebatterien nach §8 BattG. Daher sollten verschlissene Zellen immer über den Hersteller oder an kommunale Sammelstellen entsorgt werden.

Reichweite von Pedelec-Akkus

Die Herstellerangaben zur Reichweite eines E-Bike Akkus sind von Fahrrad zu Fahrrad verschieden. Doch diese Angaben sind nur grobe Richtlinien, denn die tatsächliche Reichweite eines Elektrofahrrad Akkus hängt von vielen verschiedenen Faktoren ab. Hier erfahrt Ihr, wie Ihr aus Eurem E-Bike Akku das Maximum für eine Fahrrad Tour herausholt.

Die Reichweite von einem Elektro Rad richtet sich nach diesen Faktoren:

Persönliches Schaltverhalten und Fahrstil
Pedaleinsatz
Fahrwiderstände: Luftwiderstand, Rollwiderstand, Beschleunigungswiderstand der Gesamtmasse mit Nutzlast
Steigung oder Gefälle des Geländes
Energie-Rückgewinnung (Rekuperation) wie z.B. bei BionX
Akkukapazität
Außentemperatur, Akkutemperatur
Effizienz des Antriebssystems: Motorwirkungsgrad, Getriebewirkungsgrad, Steuerungselektronik

E-Bikes mit einer automatischen Antriebssteuerung schonen den Fahrrad Akku und nutzen ihn optimal aus, daher sind sie besonders effektiv. Sobald man selbst den Unterstützungsgrad des Pedelecs wählen muss, steigt das Risiko, den Elektrofahrrad Akku ineffizient zu nutzen.

Besonders großen Einfluss auf die Reichweite des Akkus hat der Fahrstil. Wer eher faul ist und sich stets mit maximaler Motorpower unterstützen lässt, wird mit dem Elektro Rad nicht viel weiter als 35 Kilometer schaffen. Schaltet Ihr allerdings auf moderate oder auch nur zeitweise Unterstützung, kann man durchaus die doppelte Reichweite schaffen.

Ihr solltet beim E-Bike Fahren immer das Gefühl haben, dass Ihr Eure Tretenergie optimal nutzt und auch dementsprechend schaltet. Wenn Ihr bergauf mal ordentlich selber strampelt, anstatt Euch vom Motor helfen zu lassen, wird es euch der Akku danken.

Wie ist das mit der Garantie bei Pedelec-Akkus?

Unterschätzt beim Kauf Eures E-Bikes nicht die Preise für Ersatzbatterien, denn je nach Qualität können diese sehr teuer sein. Daher lohnt es sich, vor dem Kauf einmal ein Auge auf den eingebauten Akku zu werfen. Denn höchst wahrscheinlich wird Euer Bike bei intensiver Nutzung länger leben als der Elektrofahrrad Akku.

Grundsätzlich gelten Akkus mit einer Ladekapazität von 85 Prozent des Originalzustands als verschlissen, was nach wenigen Jahren der Fall sein wird. Die Kosten für Ersatzbatterien liegen oft bei mehreren hundert Euro.

Immer mehr Akkus haben eine Garantie von mehr als zwei Jahren. In Zukunft wird diese Garantie aber vermutlich auf bis zu acht Jahre erweitert. Sollte die Garantiezeit eines Akkus unter zwei Jahren liegen, lohnt es sich eventuell, ein etwas teureres E-Bike mit besserem Akku zu kaufen, um nicht gleich eine Ersatzbatterie kaufen zu müssen.

Lithium-Ionen-Akkus

Der Lithium-Ionen-Akku, oder auch Li-Ionen Akku, ist der leichteste und effizienteste Kraftspender und hat eine Energiedichte von 120 bis 180 Wh/kg. Die Lithium-Eisenbatterie hat die beste Technologie und die Lithium-Cobald Zellen haben die höchste Kapazität, aber leider die kürzeste Lebenserwartung. Die Mangan-Variante speichert die meiste Energie. So haben alle Varianten des Lithium-Ionen-Akkus seine Vor- und Nachteile.

Vorteile:

Modernste Technologie und hochwertige Rohmaterialien
Lange Lebensdauer
Hohe Leistung und geringes Gewicht
Thermisch stabil (kein Memory-Effekt)
Längere Nutzungspausen sind möglich
Kostengünstigste Variante
Hohe Energiedichte
Umweltverträglich
Aufladung auch nach unvollständiger Entladung möglich (verursacht keinen Schaden am Akku)
Hohe Lade- und Entladewirkungsgrade
Schneller Ladevorgang

Nachteil:

Gute Schutzelektronik und hochwertige Verpackung ist notwendig, um Risiken zu vermeiden

Akkus auf Nickel-Basis

Es gibt zwar derzeit noch Nickel-Akkus auf dem Markt, jedoch werden sie zunehmend durch Lithium-Ion ersetzt. Neuentwicklungen enthalten daher kaum noch Nickel-Akkus.

Nickel-Metall-Hydrid, kurz NiMH

Vorteile:

Kostengünstig in der Produktion
Höhere Energiedichte bei gleichem Gewicht gegenüber NiCd-Akkus

Nachteile:

Teuer
Aufwändige Elektronik nötig
Anfällig für Überladung
Memory-Effekt und Kapazitätsverlust

Nickel-Cadmium, kurz NiCd

Der Nickel-Cadmium Akku ist zwar langlebig, aber giftig. Er speichert etwa 40 bis 60 Wh/kg. Auf Grund des giftigen Schwermetalls Cadmium darf der Akku nach einer EU Verordnung im Jahre 2008 heute nicht mehr verwendet werden.

Vorteile:

Schnelle Ladung möglich und kälteresistent
Langlebig (ca. 1000 Ladevorgänge)
Gute Recyclingmöglichkeiten

Nachteile:

Auslaufmodell seit 2004
Geringe Lade- und Entladewirkungsgrade
Hohe Selbstentladung
Veraltetes chemisches Energiespeichersystem
Cadmium ist giftig
Memory-Effekt und Kapazitätsverlust

Bleigelakkus

Bleigelakkus sind die älteste Technologie der Akkumulatoren. Sie speichern nur etwa 30 Wh/kg und werden heutzutage hauptsächlich in chinesischen Produkten eingesetzt.