4 eBike Akku Komponenten

eBike Akkus sind in der Regel ähnlich aufgebaut.

Obwohl sie äußerlich verschiedene Formen, Formate, Leistungsangaben und Gewicht haben bestehen sie in der Regel im Innern aus denselben, einzelnen Komponenten.

 

1.) Akkuzellen: 

In etwa 99% aller eBike Akkus werden intern LiIon Zellen im standardmäßigen 18650 Format verwendet (=18mm Durchmesser, 65mm Länge). Ganz selten findet man die etwas größeren 26650 (=26mm Durchmesser, 65mm Länge).

Hier:  Bosch Powerpack 500 Rahmenakku bestehend aus 40 Stück 18650 Zellen

 

Ebenso selten werden Flachakkus oder LiPo Akkus verwendet.

 

2.) BMS

Das Battery Management System ist bei allen LiIonen AKkupacks (nicht nur bei eBikes, auch in anderen Anwendungen) neben den Zellen selbst die wichtigste Komponente. Speziell bei eBikeakku ist das BMS zudem häufig der Grund für einen Akkudefekt. Hier:  Bosch Powerpack mit BMS-Platine

 

 

 

Das BMS bei eBikes besteht in der Regel aus drei Komponentenund hat vier unterschiedliche Aufgaben

1. Ladecontroller / Laderegler:  wenn dies nicht bereits das externe Netzteil regelt dann übernimmt das BMS die Aufgabe, die LiIonen Zellen korrekt zu laden. Dazu müssen unterschiedliche Ladecharekteristika eingehalten werden. Zum Beginn der Akkuladung wird im Modus CCC (= "constant curring" = konstante Stromstärke) geladen. Dabei steigt die Zellspannung kontinuierlich, die zugeführte Ampèrezahl jedoch wird limitiert auf einen gleichbleibenden Wert. Nähert sich die Zellspannung dann der Ladeschlussspannung schaltet der Laderegler um auf den Modus CVC (= "constant voltage charging" = konstante Spannung). Hier wird die Spannung bei 4,1 oder 4,2V fest beibehalten, während die Stromstärke kontinuierlich reduziert wird.Bildquelle:  BU-409: Charging Lithium-ion @ batteryuniversity.com
2. Über- / Unterspannungsschutz:  Während der Benutzung sinkt bei Li Ionen Akkus deren Spannung, von idR 4,2V (= Ladeschlussspannung) über 3,7V (Arbeitsspannung, in diesem Bereich kann die Zelle die meiste Energie abgeben) bis hinunter zu 2,8V. Bei 2,8V muss das BMS nun die Last trennen, also den Motor und andere angeschlossene Verbraucher abschalten, damit der AKku nicht noch weiter entladen wird. Der Akku ist dann quasi leer. Richtig leer ist er bei 2,8V eigentlich noch lange nicht, aber sinkt die Spannung unter 2,5V nimmt die Zelle irreparable Schäden, man spricht man von einer Tiefenentladung. Im besten Fall verliert die Zelle nur an Kapazität, im schlechtesten Fall, bei längerer Lagerungsdauer im tiefentladenen Bereich, kann es zu einem internen Kurzschluss kommen und dann zu einem Akkubrand, hierzu im nächsten Abschnitt mehr. Li Ionen Akkus dürfen auch nicht überladen werden, d.h. wenn sie voll aufgeladen sind muss der Ladestrom unterbrochen werden. Andernfalls erhitzt sich die Akkuzelle, bis es im schlimmsten Fall zu einem Entzünden kommt. Das fatale im Fall von eBike-Akkus ist nun, dass selbst wenn zunächst nur eine Zelle überhitzt und entflammt, diese die benachbarten Zellen innerhalb wenigen Sekunden so stark erhitzt, dass diese sich ebenfalls entzünden. Es gibt eine Kettenreaktion, die nur noch sehr schwer zu kontrollieren ist, da sich Li-Ionen Brände kaum löschen lassen. Traditionelles Löschen mit Pulver oder CO2 bleibt wirkungslos, da beim Verbrennen von Lithium Sauerstoff freigesetzt wird und sich so der Brand quasi selbst am Leben hält und schürt. Ein Löschen mit Wasser ist bei Strom (Elektrobränden) generell nicht zulässig und im Falle eines Lithium Brandes sogar besonders gefährlich da hier Temperaturen von über 1.000°C erreicht werden und Wasser bei solch hohen Temperaturen in seine atomaren Bestandteile = Wasserstoff aufgespalten wird und verpuffen / explodieren -> s. auch Feuergefahr bei Lithium-Ionen-Akkus. Was tun bei Batteriebrand? @ elektroniknet.de

 

 

Brennende Akkus @ Institut für Schadenverhütung. Beitragsteil zu eBikes ab 1Min45

1. Überhitzschutz:  Nicht alle aber die meisten eBike Akkupacks haben einen oder mehrere Temperatursensoren innerhalb der vielen Akkuzellen sitzen. Erhitzt sich das AKkupack nun unzulässig, aufgrund von Überladung, Überbeanspruchung oder eines Defektes, dann schaltet das BMS die Last ab, sodass sich der Akku wieder abkühlen kann
2. Balancer:  Bei eBike Akkus werden immer mehrere LiIonen Zellen seriell, also hintereinander = in Reihe geschaltet. Das dient dazu, die Spannung zu erhöhen. Ein Standardwert bei eBike Akkupacks ist 36V. Das wird dadurch erreicht, dass zehn 18650 Zellen in Reihe geschaltet werden. 10x 3,6V = 36V. Nun unterliegen LiIonen Zellen immer gewissen Fertigungstoleranzen ab Werk, werden also bereits mit leicht abweichenden Werten ausgeliefert. Zudem nutzen sie sich im Gebrauch auch leicht unterschiedlich ab. Nun kann es also vorkommen, dass beim Fahren neun von zehn Zellen in diesem 10er Verbund noch bei gut funktionierenden 3,2V liegen, aber eine Zelle jedoch schon nur noch 2,9V hat und sich damit der unteren Spannungsgrenze nähert. Um einen Defekt zu verhindern muss das BMS also bald den kompletten Akku abschalten, obwohl der Großteil noch genug Restladung hat. Die Balancing Funktion sorgt nun dafür, dass Ladung von den volleren Akkus hin zu den schwächeren wandert, damit keine Spannungsdifferenzen entstehen. Tatsächlich geschieht dieses Ausballancieren permanent und zwar bereits ab dem Start und nicht erst, wie hier im Beispiel beschrieben, wenn es schon "fast zu spät" ist.