E-Bikes und ihre Akkus

Akkus bei E-Bikes – aktueller Stand und Ausblick auf die Zukunft

Die Beschränkung vieler Aktivitäten während der Corona-Krise hat den Absatz von E-Bikes weiter beschleunigt, sodass fast 50 % des Fahrradmarkts inzwischen auf elektrische Modelle entfällt. Vom Umstieg hält Interessenten ähnlich wie beim E-Auto immer noch häufig der Akku ab, weil Zweifel an der Lebensdauer sowie der Reichweite bestehen. Wie zuverlässig die aktuelle Technologie der Batterien ist und wie viele Kilometer mit einem E-Bike zurückgelegt werden können, schauen wir uns hier an.

Welche Akkus für E-Bikes gibt es aktuell?

Bei aktuellen E-Bikes sind in der Regel Lithium-Ionen-Akkus verbaut, deren Technologie die beste Mischung aus Reichweite, Sicherheit, Ladezeit und Gewicht bietet. Die Kapazität von Li-Ionen Batterien umfasst bis zu 750 Watt im High-End-Bereich, was einer Reichweite von bis zu 270 Kilometern entspricht. Das Prinzip der wiederaufladbaren Batterie setzt auf eine Umwandlung von chemischer zu elektrischer Energie und umgekehrt. Zum Einsatz kommen die Akkus nicht nur bei E-Bikes, sondern Li-Ionen-Zellen werden ebenfalls für E-Autos, Smartphones oder Laptops verwendet.

Eine Li-Ionen-Batterie besteht aus vielen kleineren Zellen, die zusammen die Gesamtkapazität ausmachen. In jeder Zelle sind Kathode (Pluspol), Anode (Minuspol), Separator und Elektrolyt für die Energieumwandlung erforderlich. Die Kathode aus Lithiumcobaltoxid, die Anode aus Graphit und die Trennschicht des Separators schwimmen in einer Elektrolyt-Flüssigkeit. Im Entladevorgang wandern Elektronen von der Anode zur Kathode, während sie im Ladevorgang die umgekehrte Richtung nehmen.

Für die Wiederaufladbarkeit des Akkus sind die Lithium-Ionen des Lithiumcobaltoxids der Kathode verantwortlich, die ein Ungleichgewicht durch die Bewegung der Elektronen ausgleichen. Die Li-Ionen können durch die Trennschicht von Kathode zu Anode bzw. von Anode zu Kathode wandern. Dadurch lässt sich die Batterien mit Lithium-Ionen-Technik viele Male aufladen, bevor die Kapazität abnimmt.

Welche Reichweite hat der Akku für ein E-Bike?

Wie lange die Kapazität des Akkus ausreicht, hängt von vielen Faktoren ab. Ausschlaggebend für die maximale Reichweite sind vor allem der Unterstützungsgrad und die Streckenbeschaffung. Bei 500 Wh (Wattstunden) ist für viele E-Bikes eine Reichweite von knapp 100 bis 200 Kilometern möglich. Die maximale Reichweite bezieht sich jedoch in den meisten Fällen auf die niedrigste Unterstützung auf flachen Strecken. Wie viele Kilometer mit dem Akku des E-Bikes auf welchen Routen möglich sind, lässt sich erst durch eigene Erfahrungen ermitteln.

Im Hinblick auf die maximale Reichweite sollte die Tretunterstützung auf flachen Strecken am besten nicht genutzt werden, wenn längere Etappen gefahren werden. Und bei größeren Steigungen sollten Fahrer ebenfalls in die Pedale treten, um die Anstrengungen für den Akku gering zu halten. Auch der Gang sollte an die jeweilige Streckenbeschaffenheit angepasst werden, um die Belastung für den Motor zu minimieren.

Für die gleiche Unterstützung wird die Batterie auf flachen Strecken weniger entladen als bei der Fahrt am Berg. Aus diesem Grund hängt die genaue Reichweite immer von der gewählten Route ab. Bei einem E-Mountainbike ist deshalb ein größerer Akku wichtiger als bei einem E-Bike für die Stadt.

Worauf gilt es bei der Handhabung des Akkus zu achten?

Da bei E-Bikes mit Li-Ionen-Akkus die gleichen Batterien wie bei Smartphones zum Einsatz kommen, sind die Empfehlungen für eine maximale Lebensdauer ähnlich. So ist ein Ladezustand von 20 bis 80 % ideal, weshalb die Batterie nicht jedes Mal voll entladen und anschließend wieder komplett aufgeladen werden sollte. Ein Anschließen des elektrischen Fahrrads bei 50 % Akku und ein Entfernen des Ladegeräts bei 80 bis 90 % schützt die Haltbarkeit der Batterie.

Für das Aufladen sowie die Lagerung wird von den Herstellern eine Temperatur von 20 bis 25 Grad empfohlen. Gerade im Winter kann ein Tiefenentladen bei Temperaturen unter null Grad die Lebensdauer der Li-Ionen-Batterie deutlich schädigen. Aber auch zu hohe Temperaturen sollten bei der Nutzung von Li-Ionen-Zellen vermieden werden. Bei sachgemäßem Laden waren bereits bei älteren Akkus Fahrleistungen von bis zu 50.000 Kilometern möglich, wie der ADAC in einem Test von 2015 feststellte.

Was kostet ein E-Bike mit großer Reichweite?

Durch Akku und Motor liegen die Kosten für ein E-Bike über einem vergleichbaren Fahrrad. Im Gegensatz zu den ersten Modellen auf dem Markt ist der Aufpreis für die elektrischen Varianten aber deutlich gesunken und die elektrischen Fahrräder für viele Haushalte erschwinglich. Positiv ist die Lebensdauer bei den aktuellen Motoren und Akkus einzustufen, sodass die E-Bikes für viele Jahre eingesetzt werden können. Im Gegensatz zum normalen Fahrrad zeigen sich die elektrischen Modelle deutlich flexibler, da Steigungen oder längere Fahrten einfacher bewältigt werden können.

Auch E-Bikes mit 500 Wh oder höheren Kapazitäten sind inzwischen günstiger geworden. So bietet der Fahrradshop mybikestore.de reichweitenstarke E-Bikes mit moderner Technik ab 1.899 € in verschiedenen Modellen an. Dabei können die elektrischen Fahrräder nach Rahmenhöhe, Akkukapazität, Dämpfer oder Schaltwerk passend zu den eigenen Anforderungen ausgesucht werden. In der Stadt sind andere Voraussetzungen zu beachten als bei anspruchsvollem Mountainbiking im Wald. Durch 30 Tage kostenlosen Rückversand ist bei den E-Bikes des Onlineshops ein ausgiebiger Test möglich, ob das elektrische Fahrrad die Erwartungen erfüllt und welche Reichweite der jeweilige Akku bietet.

Welche Innovationen sind bei zukünftigen Akkus zu erwarten?

Ähnlich wie bei Batterien für E-Autos gibt es auch für Akkus von elektrischen Fahrrädern stetige Forschungen, um Reichweite, Ladezeit oder Gewicht zu verbessern. Zuletzt wurde zum Beispiel eine Festkörperbatterie mit 10.000 Ladezyklen und 3 Minuten Ladedauer in den USA entwickelt. Vor allem für elektrische Fahrzeuge gedacht, könnte der Akku auch in E-Bikes zum Einsatz kommen.

Ob diese oder andere Technologien jedoch in der Praxis nach Plan funktionieren und wann sie marktreif werden, ist noch unklar. Verlassen sollte man sich auf solche Durchbrüche nicht, dennoch sind bei zukünftigen Akkus Fortschritte im Hinblick auf Lebenszeit oder Ladedauer zu erwarten. Wie das aufgeführte Beispiel zeigt, konzentrieren sich Wissenschaftler nicht nur auf die Weiterentwicklung von Li-Ionen-Zellen, sondern ziehen ebenfalls andere Konzepte in Betracht.

Lohnt es sich, auf die nächste Akku-Generation zu warten?

Anders als bei E-Autos ist die aktuelle Generation von Li-Ionen-Akkus für die meisten Fahrradfahrer bereits jetzt ausreichend. Lediglich bei langen Strecken mit hoher Steigung ist selbst bei Akkus mit mehr als 700 Wh auf die Ladung zu achten. Ansonsten lassen sich durch eine Anpassung des Unterstützungsgrads sowie des richtigen Gangs die durchschnittlichen Strecken von Radfahrern problemlos bewältigen. Zu beachten ist allerdings, dass E-Bikes nicht wie das E-Auto die ganze Fahrt über mit Motor betrieben werden sollten, sondern die Unterstützung dosiert an Steigungen oder über einzelne Etappen einzusetzen ist.