Lithium-Ionen-Akku

Eigentlich könnte mal alle Lithium-Akkus, als Lithium-Ionen-Akkus bezeichen, da immer Ionen am Werk sind. Üblicherweise wird diese Bezeichunung aber für die gegenüber den (preisgünstigeren) Lithium-Polymer-Akkus (LiPo) im Hinblick auf Lebensdauer und Betriebssicherheit weiterentwickelten Lithium-Akku-Generationen verwendet. Aktive Zellenmaterialien sind hier Lithium-Cobalt-Oxid (LCO, wie auch im LiPo-Akku verwendet), Lithium-Nickel-Mangan-Cobalt-Oxid, Lithium-Cobalt-Aluminium-Oxid (NCA) und Lithium-Mangan-Oxid(Spinell). Diese Akku-typen liegen in der Zellen-Nennspannung bei 3,6 bis 3,7 Volt. Der Lithium-Eisenphosphat-Akku (LiFePO4, LFP oder LYP) wird wegen seiner deutlich geringeren Zellenspannung von 3,2 bis 3,3 Volt oft einer eigenen Akku-Klasse zugeordnet, da spezielle Einstellungen beim BMS (Batterie-Management-System) und dem Ladegerät erforderlich sind. Moderne Li-Ion-Akkus sind aus einer Vielzahl kleiner Akkuzellen aufgebaut, die plarallel und seriell verdrahtet sind. Ein Akku mit 48 Volt und 35 Ah kann z. B. in der Konfiguration 13s10p (je 10 Zellen mit 3.500 mAh parallel verbunden und davon 13 Zellenpakete à 3,7 Volt in Serie) erstellt werden. Oft werden heute Akku-Pakete aus standardisierte Zellen der Größe 18650 verwendet, die (maschinell) punktverschweißt mit Leiterstegblechen verbunden sind. Das Tauschen einzelner defekter Zellen erfordert dann einen gewissen Arbeitsaufwand. Die seriellen Zellenstufen werden vom (meist mit im Akku eingebauten) Batterie-Management-System (BMS) überwacht und ballanciert. D.h. bei 13 seriellen Stufen führen 14 dünne Kabel von den Polen der Akku-Stufen zum BMS, um alle Spannungswerte der Akku-Pakete zu erfassen. Zur Vermeidung von Unterspannung einzelner Zellen (bzw. Parallelpakete) sowie zur Vermeidung von Überladung, kann das BMS so Warnen oder auch Eingreifen, in dem der Fahrbetrieb abgeschaltet oder der Ladevorgang unterbrochen wird. Am Ende des Ladevorgangs müssen bei Lithium-Akkus unterschiedliche Zellenspannungen ausgeglichen werden => Ballancieren. Oft wird hierzu der Ladestrom um Zellen(-pakete), die schon ziemlich voll sind, herumgeleitet, um spannungsmäßig nachlaufende Zellen weiter zu füllen. Je nach Hersteller variiert ggf. die technische Ausführung des BMS. Die Lithium-Zellen vertragen Ladeströme, mit denen die Akkus in wenigen Stunden aufgeladen werden können. Für die letzten paar Prozent Ladung dauert es zum vollständigem Aufladen, durch veringerte Ströme in der Ballancierungsphase aber unverhältnismäßig lange.

Die Lebensdauer der Li-Ion-Zellen hat inzwischen eine für ein Rollerleben tragbare Zyklenfestigkeit um 1.000 Vollzyklen erreicht. Der Preis der Akku-Zellen ist aber weiterhin ein sehr großer Anteil am Preis des Fahrzeugs.