Neues Ladeverfahren für E-Bike-Akkus 06.03.2019, 07:02 Uhr

Schnell geladen – schnell wieder im Sattel

Das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) entwickelt gemeinsam mit dem E-Bike-Hersteller Coboc ein neues Ladeverfahren für E-Bikes. Damit soll der Akku in kürzerer Zeit wieder einsatzbereit sein.

Illustration eines E-Bikes

Auch bei E-Bikes sind Akku-Ladezeiten wichtig. Ein Schnellladesystem könnte die Nutzung erhöhen.

Foto: Keport / Panthermedia.net

Die meisten E-Bike-Fahrer sind auf eher kürzeren Strecken unterwegs. Im Stadtverkehr kommt man mit der geringen Reichweite auch durchaus gut zurecht. Diese liefert eine kleine Batterie, die weder viel Platz in Anspruch nimmt, noch das Fahrrad deutlich beschwert. Bislang musste jeder Radler, der mehr Reichweite benötigt, einen großen und schweren Akku am Fahrradrahmen in Kauf nehmen. Im Handumdrehen aufgeladen ist allerdings weder die kleine noch die große Batterie. Zwei bis vier Stunden sollte man dafür auf jeden Fall einplanen. Forscher am Elektrotechnischen Institut des KIT und der E-Bike-Hersteller Coboc arbeiten aktuell gemeinsam an einem Schnellladesystem für E-Bikes. Das soll zum einen kompakt und leistungsfähig sein sowie zum anderen nutzer- und umweltfreundlich.

Basis dieses neuen Verfahrens sind Lithium-Ionen-Zellen. Sie bieten mehrere Vorteile: von der langen Lebensdauer bis zu einer kurzen Ladezeit. Lithium-Ionen-Zellen weisen eine hohe Energiedichte auf, sind versiegelt und deshalb vielseitig einsetzbar. Sie vertragen eine höhere Energie beim Ladevorgang,  ihre Entladungsrate ist dabei sehr gering. Mit bis zu zehn Ampere können die Akkus geladen werden. Das macht eine Aufladung über die herkömmliche Haushaltssteckdose mit 230 Volt möglich. Nach weniger als einer Stunde sollen die Lithium-Ionen-Zellen wieder voll aufgeladen sein, so das Ziel der Forscher. Radler, die auf ein E-Bike setzen, wären damit schneller wieder fahrbereit.

Neues Schnellladesystem mit Diagnosefunktion

Neben den leistungsstarken Lithium-Ionen-Zellen wollen die Entwickler zusätzlich eine Diagnosefunktion in das Batteriemanagementsystem einbauen. Das soll eine Analyse der Akkus während der Nutzung des E-Bikes ermöglichen. Der E-Bike-Hersteller Coboc erhofft sich daraus Daten, die ihm mehr Aufschluss geben über den Ladezustand der Batterie, den sogenannten State of Charge (SOC) sowie über den Gesamtzustand im Vergleich zu einem neuen Akku, den sogenannten State of Health (SOH). Diese beiden Werte bauen jeweils aufeinander auf. Gemessen werden die Daten während der Nutzung des E-Bikes. Eine Software, die für das Internet-of-Things entwickelt wurde, kurz IoT, ermöglicht die Erfassung der Daten. Im Anschluss sollen sie analysiert und in der internen Coboc-Cloud des Herstellers gespeichert werden. 

Die Ergebnisse wollen die Entwickler nicht nur dem Hersteller, sondern auch den Fahrern der E-Bikes zur Verfügung stellen. Dafür werden sie grafisch aufbereitet. Der Hersteller Coboc verspricht sich davon eine kontinuierliche Weiterentwicklung der E-Bikes. Aktuelle Informationen über den Batteriestatus sollen nach dessen Angaben eine vorausschauende Wartung ermöglichen. David Horsch, Coboc-Geschäftsführer, betont, dass solch ein smartes System auch für mehr Nachhaltigkeit sorgen könne.

Lithium-Ionen-Zelle im Test bei den Forschern des KIT.

Bei dem Schnellladesystem setzen die Forscher vom KIT auf besonders langlebige Lithium-Ionen-Zellen.

Foto: Lea de Biasi/ Steffen Jokisch, KIT

Vom E-Bike bis zum Elektrowerkzeug

Lithium-Ionen-Akku ist ein Oberbegriff. Es gibt ihn in unterschiedlichen Varianten, und je nach Materialkombination zeigt er verschiedene Eigenschaften. Ursprünglich wurden diese Akkus hauptsächlich in kleinen – vor allem tragbaren – Geräten mit hohem Energiebedarf eingebaut. Dazu zählen unter anderem Camcorder, Digitalkameras, Mobiltelefone, Notebooks, Tablets und Taschenlampen. Inzwischen reicht das Einsatzgebiet weit darüber hinaus. Die Akkus finden sich in Elektroautos, E-Bikes und Hybridfahrzeugen. Damit haben sie einen entscheidenden Beitrag zur Elektromobilität geleistet. Darüber hinaus kommen sie in Elektrorollstühlen, im Flugmodellbau, in Elektrowerkzeugen wie Akkuschraubern und in Gartengeräten zum Einsatz. Auch Batterie-Speicherkraftwerke nutzen Lithium-Ionen-Akkus als Energiespeicher. Moderne Solaranlagen, die die Kraft der Sonne in Strom umwandeln, werden heute ebenfalls mit Speichern ausgerüstet, die hauptsächlich aus Lithium-Ionen-Akkus bestehen

Die Forscher des KIT wählen im Rahmen des Projekts aus, welche Lithium-Ionen-Zellen aus ihrer Sicht infrage kommen, und bewerten sie. Im Anschluss untersuchen sie die ausgewählten Zellen auf ihre Lebensdauer. Auch die Entwicklung des Schnellladeverfahrens und des Diagnosesystems gehört zu ihren Aufgaben. Der Hersteller Coboc kümmert sich um die Anforderungsanalyse, die Entwicklung des Betriebsmanagementsystems, den Einbau des IoT-Systems in das betriebseigene System – inklusive aller nötigen Hard- und Software-Umbauten – sowie deren Integration im Elektrofahrrad. 

Das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) fördert das Projekt im Rahmen des Zentralen Innovationsprogramms, das noch bis Ende September 2021 läuft.

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