Der Blei Akku in Elektro-Rollern

eBike Frischmann
elektromobile Fahrzeugtechnik
www.ebike-frischmann.de
Der Blei Akku in Elektro-Rollern
(Version 1.1/10.11.2013)
Wenn bei Elektrorollern Bleiakkus zum Einsatz kommen, dann handelt es sich in der Regel um
zyklenfeste Vlies-Akkus. Bei Vlies-Akkus spricht man auch oft von AGM-Akkus, AGM steht für
absorbent glass mat. Das Vlies saugt die Schwefelsäure auf und bindet sie. Das Gehäuse ist
verschlossen und mit einem Überdruckventil versehen, das sich bei starkem Gasen (verursacht durch
Überladen) öffnet und nach dem Druckabbau wieder vollkommen schließt. Gase (Wasserstoff und
Sauerstoff), die bei normalem Laden entstehen werden rekombiniert, so dass keine Gase austreten.
Der Oberbegriff für diese Bauform ist VRLA, die Abkürzung steht für valve-regulated lead-acid. Die
Bezeichnung „Silicon-Akkus“ rührt von der Beimengung von Silicium her. Die englische Übersetzung
für „Silicium“ lautet „silicon“.
Bei emco kommen derzeit folgende AGM- Akkus zum Einsatz: Longex 12LCP-23
Die Kapazität, die ein voller Akku bis zum Erreichen der Entladeschluss-Spannung abgeben kann, wird
in Amperestunden oder Ah angegeben. Sie hängt stark vom Entladestrom und von der Temperatur
ab. Die Kapazitätsangabe der Hersteller bezieht sich meistens auf eine Temperatur von 25°C und
einer Entladezeit von 2, 10 oder 20 Stunden (C2, C10 oder C20, bei Akkuvergleichen daher unbedingt
die Datenblätter zu Rate ziehen). Bei einer kürzeren Entladezeit mit entsprechend höherem
Entladestrom sinkt die zu entnehmende Kapazität, man spricht hier vom Peukert-Effekt. Bei einem
Entladestrom, den ein Elektroroller im Betrieb benötigt sinkt somit die tatsächlich verfügbare
Kapazität gegenüber der Nennangabe erheblich ab. Dieser Effekt tritt bei Li-Ionen Akkus so gut wie
nicht auf. Dies ist auch der Grund, warum die Reichweite bei Li-Akkus bei gleicher Kapazitätsangabe
größer ist. Natürlich spielt auch das geringere Gewicht eine Rolle.
Die Anzahl der Vollladezyklen, die ein Akku erreichen kann, hängt von der Entladetiefe ab. Meistens
ist die Angabe auf einen Kapazitätsverlust von 20% bis 40% bezogen, wobei eine durchschnittliche
Entladetiefe von 70% bis 80% vorausgesetzt wird. Auch hier unbedingt die Datenblätter zu Rate
ziehen. In den meisten Datenblättern werden als Lebensdauer 300 Ladezyklen, selten sogar 500 - 600
Ladezyklen angegeben. Diese Werte sind jedoch reine Laborwerte, die in der Praxis nicht erreicht
werden können. Der Entlade- und Ladebetrieb bei unterschiedlichen Temperaturen, wechselnden
und hohen Belastungen und die Verschaltung zu einem 48V-Block in Kombination mit Ladegeräten,
die üblicherweise aus Kostengründen nicht temperaturkompensiert arbeiten, reduzieren die
Lebensdauer. Ebenso altern Akkus "kalendarisch", so dass nach ca. 3 Jahren ein Austausch notwendig
ist. In der Praxis können mit guten Akkus in Elektrorollern durchaus mehr als 10TKm erreicht werden,
bevor sie verbraucht sind.
Die Spannungsangaben der Hersteller beziehen sich oft auf eine Zelle und müssen bei 12V-Akkus mit
6 multipliziert werden. Die hier gemachten Angaben sind Richtwerte und beziehen sich auf 12VAkkus, die Klammerwerte auf 48V-Systeme. Die exakten Angaben sind den Datenblättern der
Hersteller zu entnehmen.
Die Nennspannung beträgt 12V (48V)
Die Entladeschluss-Spannung, ab der eine Tiefentladung beginnt, liegt bei 10,8V (43,2 V). Je nach
Einstellung schaltet der Controller schon früher ab, um die Akkus zu schützen. Ein weiteres Entladen
Seite 1
eBike Frischmann
elektromobile Fahrzeugtechnik
www.ebike-frischmann.de
durch brennende Lichter oder Ruheströme kann er nicht verhindern.
Die Ladeschluss-Spannung liegt zwischen 13,8V (55,2V) und 14,7V (58,8V). Hier ist unbedingt die
Herstellerangabe zu beachten und beim Ladegerät zu berücksichtigen, um ein Überladen zu
verhindern.
Die Ladeschluss-Spannung hängt auch von der Umgebungstemperatur ab, sie steigt mit sinkender
Temperatur. Die Abhängigkeit ist nicht linear und liegt bei ca. 4 mV/°C je Zelle. Dies ist auch ein
Grund, warum Akkus bei tiefen Temperaturen nicht vollständig geladen werden, außer man
verwendet ein Ladegerät mit Temperaturkompensation. In der Regel geben die Akkuhersteller die
Ladeschluss-Spannung bei 25°C an. Aus diesem Grund arbeiten Ladegeräte mit niedrigeren
Ladeschluss-Spannungen, um auch ein Überladen bei hohen Temperaturen zu verhindern. Pro 10°C
sinkt bei 48V-Systemen die Ladeschluss-Spannung um ca. 1V.
Übermäßiges Gasen, das ein Öffnen der Sicherheitsventile bewirkt, wird durch Überladen mit zu
hoher Spannung hervorgerufen. Durch das Entweichen der Gase (Sauerstoff und Wasserstoff) und
damit der Feuchtigkeit, was bei herkömmlichen Blei-Akkus durch Nachfüllen von destilliertem
Wasser ausgeglichen wird, kommt es zum Austrocknen. Beim Überladen kann sich der Akku auch so
stark erhitzen, dass er zerstört wird (siehe Abb. 1). Aus diesem Grund darf nur ein vom Hersteller
empfohlenes Ladegerät verwendet werden.
Der Bleiakku altert durch Sulfatierung seiner Bleiplatten, dieser Prozess beginnt sofort, wenn der
Akku nicht voll geladen ist. Deshalb ist es am besten, wenn der Akku nach jeder Nutzung sofort
wieder an das Ladegerät angeschlossen wird.
Ein neuer oder für längere Zeit unbenutzter Akku braucht ca. 5 Ladezyklen um seine volle
Leistungsfähigkeit zu bekommen. Es müssen sich erst durch den festgelegten Elektrolyten hindurch
Gaskanäle ausbilden.
Bei Blei- und auch bei Li-Ionen-Akkus wird meistens das IU-Ladeverfahren angewendet, das auch
CCCV (constant current constant voltage) bezeichnet wird. Es verbindet das Konstantstrom- mit dem
Konstantspannungs-Ladeverfahren. Zuerst wird mit einem konstanten Strom geladen. Der Ladestrom
beträgt 0,1C bis 0,2C, bei Akkus mit 40Ah sind das 4A bis 8A. Gegenüber dem reinen
Konstantspannungs-Ladeverfahren wird so eine Begrenzung des sonst hohen Anfangsladestroms
bewirkt. Bei Erreichen der Ladeschluss-Spannung wird von Strom- auf Spannungsregelung
umgeschaltet und in der zweiten Ladephase mit konstanter Spannung weiter geladen, dabei sinkt mit
zunehmendem Ladestand des Akkus der Ladestrom selbsttätig ab. Bei Unterschreitung eines
minimalen Ladestroms schaltet das Ladegerät ab.
Seite 2
eBike Frischmann
elektromobile Fahrzeugtechnik
www.ebike-frischmann.de
Abbildung 1: thermisch zerstörte Akkus durch Überladung
Seite 3