Akku-Technik

Pedelec-Akkus: immer mehr Power, immer weniger Gewicht?

15.11.2016 Andreas Bähren - Raketenwissenschaft kann man man beim Thema Akkutechnologie nicht erwarten – aber: Die modernen Powerpakete von Pedelecs werden immer leistungsfähiger. Ein Einblick in den Stand der Dinge – und ihre Grenzen
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Im Jahr 1899 erreichte das erste Auto eine Geschwindigkeit von mehr als 100 km/h. Was im Rückblick überraschend scheint: Es war ein Elektro-Auto. Tatsächlich waren zu Beginn des 20. Jahrhunderts mehr Elektro-Autos unterwegs als solche mit klassischen Benzinmotoren. Doch bald setzte sich der preiswertere Verbrennungsmotor durch, wie wir ihn heute kennen. Doch jetzt, gut hundert Jahre später, werden die Karten neu gemischt. Nicht nur, dass nach Schätzungen des Zweirad-Industrie-Verbands ZIV bereits mehr als 2,5 Millionen Elektro-Fahrräder allein auf deutschen Straßen unterwegs sind: Die Entwicklung neuer und die Weiterentwicklung etablierter Batterietechnik befeuert – vor allem wegen der hohen Umweltbelastungen durch Benzin- oder Dieselmotoren – nun auch die Auto-Industrie. Und das wiederum wird die Entwicklung von leistungsstärkeren Akkus auch für andere Fahrzeugarten weiter beschleunigen.

DERZEIT DIE BESTEN: LITHIUM-IONEN-AKKUS

Im Moment bieten Li-Ion-Akkus die leistungsfähigste Speichertechnik. Im Vergleich zu den ersten Versionen von Sony aus dem Jahr 1991 speichern aktuelle Akkus zweimal so viel Energie pro Gewicht. Mit einer Leistungsdichte von 120 bis 180 Wattstunden pro Kilogramm Gewicht sind sie Blei- oder Nickel-Cadmium-Batterien weit überlegen. Doch schon bald dürften auch sie an die Grenzen ihrer Möglichkeiten stoßen.

25 Prozent mehr Leistung bei gleichbleibendem Gewicht trauen Forscher der Technik noch zu. Ein Elektroauto wird damit also nie die Reichweite eines Benziners erzielen. Doch was den Erfolg von E-Autos noch bremst – unter anderem der fast ebenso hohe CO2-Ausstoß wie bei Verbrennungsfahrzeugen (siehe Grafik) – gilt für Pedelecs schon lange nicht mehr.

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EINE WEITE REISE ...

Räder mit Qualitäts-Akkus schaffen heute Strecken von rund 60 Kilometern mit einer Akkuladung. Und ihre Akkus erlauben 500 bis 1.000 Ladezyklen, bevor die Leistung unter 80 Prozent der Ursprungskapazität rutscht (das fand auch der ADAC im vergangenen Herbst in einem groß angelegten Test heraus). Das gönnt dem Pedelec bei achtsamem Betrieb (siehe "Tun & Lassen", rechte Seite) eine Gesamtreichweite von 30.000 bis 60.000 Kilometern – für ein Fahrrad-Leben eine weite Strecke. Premium-Anbieter von Pedelecs konzentrieren sich dennoch auf die Weiterentwicklung der Akku-Technik und packen die Fortschritte alle zwei Jahre in neue Produkte: "Durch Innovationen ist es möglich, die Energiedichte des Akkus jährlich um 5 bis 10 Prozent zu steigern. Theoretisch könnten wir jährlich einen E-Bike-Akku mit 20 bis 40 Wattstunden mehr Kapazität auf den Markt bringen. Das ist aber nicht sinnvoll. Aus unserer Sicht rechtfertigt der Fortschritt es, alle zwei Jahre mit einem neuen Produkt auf den Markt zu gehen", erklärt Tamara Winograd, Leiterin Marketing und Kommunikation bei Bosch eBike Systems. Das heißt: Es gibt immer leistungsfähigere Akkus bei gleichem Gewicht und Preis.

WIEDERAUFBEREITUNG, REFRESH, NEUKAUF?

Allerdings hat auch der Li-Ion-Akku eine Achillesferse: Er altert, selbst wenn er vorbildlich gepflegt wird. Denn die elektrochemischen Prozesse beim Laden führen zu sogenannten "Scherungen" in den Sauerstofflagen: Die ursprünglich regelmäßige kristalline Struktur der Akkuzellen wird im Laufe vieler Ladezyklen immer ungeordneter, die elektrochemische Leistung der Batterie wird dadurch schlechter.

Und irgendwann – man kennt es vom Handy – ist der Punkt erreicht, an dem ein voll geladener Akku im Nu wieder im roten Bereich ist – und es stellt sich die Frage nach Ersatz. Ein Qualitäts-Akku ist teuer, Spitzenmodelle mit 500 Wattstunden kosten aktuell 700 bis 800 Euro. Man könnte also, denkt man, den eigenen Akku stattdessen vielleicht "wiederaufbereiten" lassen? Immerhin versprechen die Anbieter solcher "Akku-Renovierungen" Einsparungen von ein paar hundert Euro. Nun, wir raten davon ab. Nicht nur, weil durch das unerlaubte Öffnen des Akkus die Gewährleistungsansprüche für das gesamte Pedelec verloren gehen können, sondern auch, weil man als Verbraucher in die "Blackbox" Akku nicht hineinschauen kann – und wenn man Pech hat, gibt der Akku nach der Wiederaufbereitung schon nach wenigen Ladezyklen komplett den Geist auf. Greifen Sie also lieber etwas tiefer in die Tasche und kaufen Sie einen Original Ersatz-Akku – oder zumindest einen, der vom Antriebshersteller freigegeben ist.

Neben der Wiederaufbereitung bieten manche Unternehmen auch einen sogenannten "Refresh" von Akkus an. Ein Refresh bringt die einzelnen Zellen wieder auf die gleiche Ladestufe, was die Lebensdauer verlängert. Das kann bei Billig-Akkus ohne hochwertiges Batteriemanagementsystem sinnvoll sein. Bei hochwertigen Systemen allerdings bringt diese Auffrischung nichts, da die einzelnen Zellen ohnehin immer gleichmäßig geladen sind.

ENDSTATION: RECYCLING

Unstrittig ist jedoch das Thema Entsorgung. Ist der Pedelec-Akku gar nicht mehr zu gebrauchen, heißt es: Endstation Recycling. Denn Rohstoffe sind begrenzt und durch moderne Recycling-Technik können die Metalle und Chemikalien zum Großteil wiederverwertet werden. Als Pedelec-Fahrer kurbelt man dazu nur mal eben zum Fahrradhändler, der den Akku kostenlos entgegennimmt. Und vielleicht landet das wertvolle Teil dann noch nicht mal gleich im Ofen, sondern dient der Umwelt weiterhin – beispielsweise als Teil eines Energiespeichers für Solaranlagen.

Spot an
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TUN & LASSEN

Die wichtigsten Dinge, die es in Sachen Akku zu beachten gilt

• Laden Sie Ihren Akku auf, so oft es geht. Teilladungen sind nicht schädlich, sondern sinnvoll (häufiges Laden erhöht nicht die Zahl der Ladezyklen. Zweimal zu 50 % geladen entspricht nur einem vollen Ladezyklus).

• Laden Sie den Akku im Trockenen, am besten bei Zimmertemperatur.

• Bewahren Sie Ihren Akku im Winter drinnen auf und bringen Sie ihn erst am Rad an, kurz bevor Sie losfahren.

• Wenn Sie das Pedelec längere Zeit nicht fahren: Lagern Sie den Akku bei einem Ladestand von 60 % und an einem kühlen Ort (10-15°C). Kontrollieren Sie den Ladestand alle zwei bis drei Monate, und laden Sie ihn erneut auf 60 %.

• Vermeiden Sie Extremtemperaturen: Starke Hitze kann den Akku schädigen, Kälte kann die Kapazität reduzieren.

• Öffnen Sie den Akku niemals. Sind am Gehäuse Schäden erkennbar, bringen Sie ihn zu einem spezialisierten Fachhändler.

• Verschicken Sie defekte Akkus nie per Post. Es besteht Brandgefahr!

• Entsorgen Sie den Akku nicht im Hausmüll – und auch nicht am Wertstoffhof. Bringen Sie ihn zum Fahrradhändler. Der sendet ihn fachgerecht zurück an den Hersteller zum Recycling.

• Pedelec-Akkus sind Gefahrgut und dürfen nicht im Flugzeug transportiert werden.

Das Innere der Blackbox
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Die Reichweite

Stadtsprint oder Tagestour? Diese neun Faktoren entscheiden, wie weit Sie Ihr Akku bringt

1. Strecke

Bei Fahrten in hügeligem Gelände ist der Energieaufwand deutlich höher als bei Fahrten auf ebenen Wegen.

2. Unterstützungsstufe

Passen Sie die Unterstützungsstufe den Anforderungen an – und bleiben Sie bescheiden. In der höchsten Unterstützungsstufe braucht der Antrieb im Vergleich zur mittleren ein Vielfaches an Energie.

3. Akkuladezustand

Nur ein komplett voller Akku erzielt die größtmögliche Reichweite. Laden Sie ihn also vor jeder längeren Fahrt frisch auf.

4. Gewicht

So einfach wie einleuchtend: Je schwerer die Fuhre (Fahrer und Gepäck), desto geringer die Reichweite.

5. Reifendruck

Sind die Reifen zu schlapp, ist der Rollwiderstand hoch – das saugt mehr Energie als

nötig. Kontrollieren Sie mit einer Manometer- Pumpe regelmäßig den Reifendruck und pumpen Sie bei Bedarf nach. Unter- und Obergrenze sind auf den Seitenwänden der Reifen angegeben.

6. Stop and go

Es ist wie beim Auto: Stadtverkehr kostet viel Energie, denn jeder Antrieb benötigt beim Anfahren aus dem Stand erheblich mehr Power als bei konstanter Fahrt. Aber auch auf Tour können Sie die Reichweite erhöhen, indem Sie die Geschwindigkeit gleichmäßig halten und nur sanft beschleunigen. Vermeiden Sie ruckartige Belastungen der Pedale.

7. Wetter

Gegenwind saugt Energie – nicht nur aus den Beinen, auch der Motor muss mehr arbeiten und leert damit den Akku schneller. Auch Kälte oder Wärme reduzieren die Batterieleistung  An einem sehr kalten Tag etwa bietet der Akku nicht dieselbe Reichweite wie an einem Tag mit gemäßigten Temperaturen.

8. Beinkraft

Konstantes Treten in der geringsten Unterstützungsstufe bringt die größtmögliche Reichweite. Versuchen Sie also, Ihren Antrieb bestmöglich zu unterstützen. Die Reichweite reduziert sich drastisch, wenn Sie sich hauptsächlich auf die Motorkraft verlassen.

9. Schalten

Verwenden Sie die Gangschaltung wie an einem normalen Fahrrad. Schalten Sie zum Beispiel bei Bergfahrten früh genug in einen leichteren Gang. Bei einer Trittfrequenz von etwa 80 Umdrehungen pro Minute arbeitet der Motor effektiv und effizient. Langsames Treten dagegen überlastet den Motor: Er erhitzt stärker, der Wirkungsgrad sinkt, und er braucht mehr Energie. 

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