Lithium Ionen Akku

Lithium-Ionen-Akkumulatoren, die der einfachheitshalber ab hier nur noch als Li-Ion Akkus benannt werden sollen, sind die moderne Generation der Akkumulatoren für die Elektromobilität. Li-Ion Akkus befinden sich in der heutigen Zeit in zahlreichen Produkten wie Smartphones, Powerbanks, Kameras oder Tablets. Doch auch in der Branche der Elektromobile bis hin zum Elektroauto ist der Akku mit der Lithium-Ionen-Technik die mit Abstand beste Wahl. Es gibt den Li-Ion Akku als herausnehmbare Variante im E-Bike oder im Pedelec oder als fest verbautem Akku im E-Scooter, Hoverboard, E-Skateboard oder Monowheel. Was es rund um das Thema Li-Ion Akku zu beachten gilt, verrät der folgende Artikel.

Was ist ein Lithium Ionen Akku und was ziechnet ihn aus?

Der Li-Ion Akku ist ein Energiespeicher mit Lithium-Ionen-Technik. Im Akku befinden sich die Elektroden Kathode und Anode, wobei diese vom Elektrolyt getrennt sind. Wird der Akku aktiviert, gibt die Anode Elektronen an die Kathode ab. Positive Lithium-Ionen aus der Anode gehen wiederum über den Elektrolyten in die Kathode. Ein Fluss ist entstanden, der als Strom verwendet werden kann. Die Li-Ion Akkus haben eine große Leistungsfähigkeit, eine handliche Größe bei geringem Gewicht und sind frei von giftigen Stoffen. Akkus früherer Jahre hatten einige Kinderkrankheiten wie das Einfahren oder der Memory-Effekt. Beim Einfahren musste der Akku mehrfach be- und entladen werden für die perfekte Funktion. Der Memory-Effekt war ein Kapazitätsverlust bei häufiger Teilentladung. Beide Probleme sind beim Li-Ion Akku nicht mehr gegeben und können somit völlig vernachlässigt werden.

Wie lange hält der Akku?

Die Leistungsstärke eines Akkus hängt von seiner kapazitativen Eigenschaft ab. Diese berechnet sich aus der elektrischen Spannung (V) und der Ladungsmenge (Ah). Diese multipliziert ergibt die gespeicherte Energie (Wh), was mit der Kapazität gleichgesetzt werden kann. Ein Li-Ion Akku der heutigen Generation (hochwertige Modelle) kann etwa 1.000 Ladezyklen überstehen. Es muss jedoch zwingend darauf geachtet werden, dass die jeweils zugehörigen Ladegeräte verwendet werden, da ansonsten keine Gewährleistung bei eventuellen Schäden übernommen wird. Nach tausend Zyklen oder etwa zehn Jahren ist ein Akku nicht mehr funktionsfähig, bzw. verliert deutlich an Leistung. In einem solchen Fall gilt der Akku als verbraucht und muss entsorgt oder aufbereitet werden. Bei der Entsorgung ist darauf zu achten, dass dies umweltfreundlich auf dem Wertstoffhof geschieht. Ein sicherer Weg ist außerdem die Rückgabe an den Händler, bei dem gleich ein neuer Akku erworben werden kann. Ein Akku kann auch aufbereitet werden, was deutlich günstiger ist, aber nur von Fachleuten vorgenommen werden sollte, da es ansonsten zu gefährlichen Unfällen kommen kann.

Reichweite der Akkuladung

Die Reichweite einer Akkuleistung hängt von den Faktoren Akkunutzung und Akkuleistung ab. Als Richtwert kann bei einem E-Bike mit einem Li-Ion Akku von 80 km Reichweite ausgegangen werden. Dieser Richtwert kann unter- oder überboten werden. Es ist zum Beispiel darauf zu achten, wie stark der Motor in Anspruch genommen wird. Hier spielen mehrere Faktoren ein, wie etwa der Grad der Unterstützung, das Fahrzeuggewicht samt Fahrer und Gepäck, der Reifendruck und die Fahrstrecke an sich. Eine Bergtour beispielsweise verringert die Reichweite im Gegensatz zu einer Flachlandstrecke deutlich. Der zweite große Einflussfaktor ist die technische Seite. Es muss geprüft werden, welche Kapazität der Akku besitzt und wie es um den aktuellen Füllgrad steht. Außerdem ist es entscheidend, wie der Wirkungsgrad des Motors ist. Hierüber wird festgestellt, wie viel Bewegungsenergie ein Motor aus der Akkuenergie herausholen kann. Interessierte Nutzer können sich Unterstützung durch sogenannte „Reichweiten-Assistenten“ holen, die anhand der hier genannten Faktoren anzeigen, wie hoch die Reichweite zum jetzigen Stand sein wird.

Akku Lebensdauer erhöhen

Ein Li-Ion Akku ist begrenzt haltbar und muss irgendwann getauscht werden. Es bestehen jedoch Möglichkeiten, die Lebensdauer zu erhöhen, wozu einfache Tipps eingehalten werden müssen. An erster Stelle sei hier die Ladetechnik genannt. Es ist sinnvoll, einen Akku nie völlig entladen zu lassen, da hierdurch die Kathode und die Anode im Akku beschädigt werden. Gleiches gilt für eine hundertprozentige Beladung, welche verhindert werden sollte. Optimal weist ein Li-Ion Akku dauerhaft eine Beladung zwischen 20% und 80% auf.

Optimale Temperatur

Ein weiterer Punkt für eine längere Lebensdauer ist die optimale Temperatur, der ein Akku ausgesetzt wird. Extremtemperaturen gelten für einen Li-Ion Akku als schädlich. Unter null Grad oder bei großer Hitze wird der Akku beschädigt. Dies liegt daran, dass die zähe Flüssigkeit, die sich in einem Akku befindet, bei Hitze verdampfen und bei Kälte frieren kann, wodurch Kapazitätsverluste entstehen. Daher sollte im Sommer darauf geachtet werden, dass der Li-Ion Akku nicht über längere Zeit praller Sonneneinstrahlung ausgesetzt ist. Im Winter hingegen sollte der Akku herausgenommen und im Haus gelagert werden, damit dieser nicht einfrieren kann. Die optimale Temperatur beträgt 10 bis 15 Grad Celsius.

Akku lagern / Fahrzeug länger nicht nutzen

Sollte ein Akku über längere Zeit nicht mehr benutzt werden, gilt es, diesen schonend zu lagern. Mehrere Tests haben ergeben, dass die perfekte Lagerung bei 5°C bis 10°C stattfindet. Der Ladestand sollte hierbei zwischen 40% und 50% der Kapazität liegen. Da ein Akku sich auch bei keiner Nutzung entlädt, muss dieser spätestens nach 12 Monaten nachgeladen werden. Pro Monat kann von einer Selbstentladung zwischen 3% und 5% ausgegangen werden, weshalb das Nachladen vor einer schädlichen Tiefenentladung schützt. Wichtig ist auch, dass der Akku ausgebaut und getrennt vom jeweiligen Fahrzeug gelagert wird, da über einen längeren Zeitraum ansonsten die Kontakte leiden und die Selbstentladung gefördert wird.

Fahrzeug reinigen / Akku reinigen

Die Pflege und Reinigung eines Li-Ion Akkus ist keine große Schwierigkeit. Zwei Sachen sollten jedoch auf jeden Fall vermieden werden: Den Akku mit einem Hochdruckreiniger zu bearbeiten und diesen vollständig unter Wasser zu setzen. Beides kann beträchtliche Schäden hervorrufen und bis zum Totalausfall führen. Besser ist es, den Akku aus dem Fahrzeug zu nehmen und mit einem feuchten Lappen abzuwischen. Auch die Kontakte am Fahrzeug und am Akku können problemlos mit etwas Wasser gesäubert werden. Erst wenn der Akku entnommen wurde, kann das Fahrzeug auch mit einem Hochdruckreiniger gesäubert werden. Ein Akku ist entflammbar, weshalb die hier genannten Sicherheitshinweise dringend beachtet werden sollten, um einen Brand zu vermeiden.

Verhalten im Brandfall

Wie erwähnt, kann ein Li-Ion Akku brennen. In einem solchen Fall gilt es zunächst Ruhe zu bewahren, um dann konzentriert den Brand zu löschen. Hierzu reicht es aus, wenn der Akku mit einfachem Wasser gelöscht wird. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass die Menge des Wassers als erstaunlich hoch betrachtet werden kann. Außerdem entflammt der Akku oder der heiße Kunststoff schnell erneut, sodass auf ein ausreichendes Nachkühlen zu achten ist. Um auf Nummer sicher zu gehen, kann selbstverständlich auch ein Feuerlöscher mit Pulverinhalt genutzt werden. Hierbei ist jedoch die Verschmutzung der umliegenden Flächen deutlich höher. Li-Ion Akkus in kleinen Fahrzeugen wie beispielsweise E-Bikes sind nicht sehr gefährlich. Die Menge des verbauten Lithiums reicht nicht, damit es zu einer Explosion kommen kann. Dieses gefährliche Phänomen ist auf große Elektroautos beschränkt.

Akku reparieren / aufbereiten lassen

Ist ein Akku zu alt oder kaputt, kann dieser unter Umständen repariert und aufbereitet werden. Hierzu existieren Spezialisten, die ihre Dienste gegen Bezahlung anbieten. Ob die Reparatur sich lohnt, hängt von einem einfachen Vergleich zwischen Reparaturkosten, erwarteter Restlaufzeit und dem Preis für einen neuen Akku ab. Reparaturdienste werben damit, dass bei 99% aller Akkus eine Reparatur oder Aufbesserung stattfinden kann. In den meisten Fällen werden einzelne Zellen oder ganze Zellpakete ausgetauscht. Möglich ist dies für alle Hersteller und Modelle von Li-Ion Akkus.

Li-Ion Akku Lexikon

SOC State of Charge

State of Charge ist der Ladezustand und somit der Füllgrad eines Akkus. Dieser kann zwischen 0% und 100% variieren.

SOH State of Health

State of Health beschreibt den Gesundheitszustand des Akkus. Hiermit lässt sich bei einem gebrauchten Akku der Leistungszustand gegenüber einem komplett neuen Gerät vergleichen. Außerdem können Rückschlüsse auf das Alter gemacht werden.

SOF State of Fitness

State of Fitness zeigt an, ob der Akku die Leistungsparameter liefern kann, die aktuell von ihm verlangt werden. Hier spielen die Faktoren Temperatur, State of Charge und State of Health eine gewichtige Rolle.

BMS Batterie Management System

Batterie Management System ist ein Programm, welches den Akku vor Extremfällen schützen soll. Zu hohe Lade- und Entladeströme, zu hohe oder zu niedrige Ladezustände und zu hohe oder zu niedrige Temperaturen gehören mit einem BMS im Akku der Vergangenheit an. Außerdem steuert das Programm eine gleichmäßige Nutzung aller Zellen im Akku.

DOD Depth of Discharge

Depth of Discharge erklärt die Entladungstiefe und ist somit das Gegenteil vom State of Charge. Interessant wird der DOD bei einer Entladung und dem Wert, der hierbei als Maximum angegeben wird. Ein Unterschreiten des maximalen DOD ist schädlich und wirkt sich negativ auf die Lebensdauer des Akkus aus.

LFP Lithium Ferrum Phoshote

Lithium Ferrum Phoshote oder im deutschen Lithium Eisenphosphat bezeichnet die Gattung der Akkuzelle im Bereich der Li-Ion Akkus. Die Zellen aus Lithium Eisenphosphat haben eine längere Lebensdauer und können ungefähr 2000-mal aufgeladen werden. Außerdem ist die Wahrscheinlichkeit für eine Selbstentzündung deutlich geringer.

LTO Lithium Titanium Oxide

Lithium Titanium Oxide oder zu Deutsch Lithiumtitanoxid ist ebenfalls eine Typbeschreibung für Akkuzellen der Li-Ion Akkus. Die möglichen Ladezyklen bei den LTO-Zellen steigt auf bis zu 10.000.

Balancing

Unter Balancing versteht man das Angleichen von Zellen innerhalb eines Akkus. Damit nicht bestimmt Zellen deutlich häufiger beansprucht werden als andere, sorgen Batterie Management System für eine gleichmäßige Aufteilung von Ladung und Entladung auf die jeweiligen Zellen. Hierdurch wird das Lebensalter eines Akkus als Ganzes deutlich gesteigert.

C bzw. 1C oder auch 0.2C

it diesen Ziffern wird die Entladerate beschrieben. 1C zeigt an, dass der Akku auf Wunsch in einer Stunde komplett entladen werden kann. 2C wären eine halbe Stunde und 10C noch sechs Minuten. 0.2C hingegen fünf Stunden.

Ladespannung

Mit der Ladespannung wird die maximale elektrische Spannung angegeben, der ein Akku ausgesetzt werden darf. Bei LFP-Zellen beträgt der Wert in den meisten Fällen 3,6 Volt. Wird der jeweilige Wert überschritten, kommt es zu deutlichen Schäden.

Entladespannung

Die Entladespannung beschreibt den Wert, mit der ein Akku minimal entladen werden muss. Der Wert für LFP-Zellen sollte üblicherweise zwischen 2 und 2,5 Volt liegen. Eine tiefere Entladespannung führt zur Tiefenentladung, was Schäden am Akku hervorruft.

Leistungskennlinie

Unter einer Leistungskennlinie wird das Verhalten eines Akkus gegenüber anderen Betriebsparametern verstanden. Eine übliche Leistungskennlinie ist der Spannungsverlauf bei konstantem Stromverbrauch, welcher als entnommene Kapazität in Ah angezeigt wird.