Der Akku – das Elektrorad-Kraftwerk

Die Energie, die für den Antrieb des Elektrorades erforderlich ist, liefert ein Akkumulator, kurz auch Akku genannt.
Der Akku ist ein Energiespeicher, der beim Aufladen elektrische Energie in chemische Energie umwandelt.
Beim Entladen wird die chemische Energie wieder in Elektroenergie zurück verwandelt und kann elektrische Arbeit leisten, also z.B. den Motor eines Pedelecs oder E-Bikes antrieben.

 

Das Funktionsprinzip des Akkumulators wurde bereits zu Beginn des 19. Jahrhunderts entdeckt. Ein Akku kann wiederholt aufgeladen und entladen werden. Die gespeicherte Energie wird jedoch nicht zu 100 Prozent beim Entladen wieder abgegeben und auch die Zahl der möglichen Lade-Entlade-Zyklen und damit die Akku-Lebensdauer ist in Abhängigkeit von den verwendeten Materialien mehr oder weniger beschränkt.

 

Eine einzelne voll aufgeladene Akku-Zelle liefert eine materialabhängige Spannung und kann eine bestimmte Ladung wieder abgeben, die als Akku-Kapazität bezeichnet wird. Die Akku-Kapazität, angegeben in Amperestunden (Ah), kann durch Vergrößerung der Akkuelektroden erhöht werden. Durch Reihenschaltung mehrerer Zellen lässt sich die Spannung erhöhen. Die einzelnen Zellenspannungen addieren sich zur Gesamtspannung und entsprechend vervielfacht sich auch die bereit gestellte elektrische Energie.

 

Erste Versuche mit Blei-Akkus

Bleiakkumulator

Die ersten in größerem Umfang industriell hergestellten und lange Zeit dominierenden Akkumulatoren waren Blei-Akkus.

 

Hauptnachteile des Blei-Akkus sind seine relativ geringe Energiedichte von 30 Wh/kg und der Wirkungsgrad von nur etwa 70 Prozent.

 

Daraus resultiert ein vergleichsweise hohes Gewicht des Akkus bzw. ein geringe Reichweite beim Elektrorad-Antrieb.

 

Dieser Akku-Typ spielt heute bei Elektrorädern im Prinzip keine Rolle mehr.

 

Nickel-Akkumulatoren – die Nachfolge-Technologie

Nickel-Cadmium-Akku

Um 1900 entdeckt und bis in die Gegenwart weiterentwickelt, wurden Akkumulatoren auf Nickel-Basis neben Blei-Akkus zum meist eingesetzten Akku-Typ.
Zunächst kam Nickel in der Kombination mit Cadmium zum Einsatz. Der Nickel-Cadmium-Akku (NiCd-Akku) zeigt jedoch den sogenannten Memory-Effekt. Wird er häufig vor dem nächsten Aufladen nur wenig beansprucht, „merkt“ sich der Akku den geringen Energiebedarf. Wenn dann später doch einmal mehr Energie gebraucht wird, versagt der Akku bereits nach Entnahme der bisher üblichen Energiemenge.

 

Mit der Entwicklung des Nickel-Metallhydrid-Akkus (NiMH-Akku) konnte dieses Problem abgeschwächt werden. Aber auch hier wird empfohlen, den Akku immer wieder einmal weitgehend zu entladen, also mit dem Elektrorad leer zu fahren.

 

NiMH-Akkus erreichen Energiedichten von bis zu 110 Wh/kg und ähnliche Wirkungsgrade, wie der Blei-Akkumulator.
Sie stellen die gleiche Antriebsenergie wie Blei-Akkus bei spürbar geringerem Gewicht bereit, sind aber bei den hier angebotenen Pedelecs und E-Bikes so gut wie vollständig vom nochmals deutlich effizienteren Lithium-Ionen-Akku verdrängt.

 

Lithium-Ionen-Akkumulatoren – die aktuelle Top-Technologie für E-Bikes

Li-Ion-Akkumulator

Lithium-Ionen-Akkumulatoren (kurz Li-Ion-Akkus) kamen erstmals in den 90er Jahren auf den Markt. Li-Ion-Akku ist ein Oberbegriff, denn es gibt je nach Aufbau und Materialkombination mehrere Unterarten mit unterschiedlichen Kenndaten.

 

Mit Lithium-Ionen-Akkumulatoren werden Energiedichten von bis zu 260 Wh/kg und Wirkungsgrade von über 90 Prozent erreicht. Damit lassen sich bei gleichem Akku-Gewicht mehr als die doppelte Energie von NiMH-Akkus und sogar die mehr als 8-fache Energie eines gleich schweren Blei-Akkumulators speichern.

 

Vorteilhaft ist auch, dass der Li-Ion-Akku nur wenig Memory-Effekt zeigt. Konstruktiv beachtet werden muss jedoch, dass Lithium ein sehr unedles, also hochreaktives Metall ist und z.B. bei Kontakt mit Wasser durch starke Erhitzung Explosionen auslösen kann.

 

Der Lithium-Ionen-Akku kommt heute bei vielen hochwertigen Pedelecs und E-Bikes und in zunehmendem Maß zum Einsatz. Generell wird er in Bereichen der Industrie und des täglichen Lebens verwendet, wo es auf viel Energie bei geringem Gewicht ankommt.

 

Quelle: Wikipedia