Lithium-Ionen-Akku

Eigentlich könnte mal alle Typen von Lithium-Akkus, als Lithium-Ionen-Akku bezeichen, da im Akku immer Ionen am Werk sind. Üblicherweise wird diese Bezeichunung aber für die gegenüber den (preisgünstigeren) Lithium-Polymer-Akkus (LiPo -> Elektrolyt in Polymerform)) im Hinblick auf Lebensdauer und Betriebssicherheit optimierten Lithium-Akkus verwendet. Aktive Zellenmaterialien sind hier Lithium-Cobalt-Oxid (LCO, wie auch im LiPo-Akku verwendet), Lithium-Nickel-Mangan-Cobalt-Oxid (NMC), Lithium-Cobalt-Aluminium-Oxid (NCA) und Lithium-Mangan-Oxid (LiMn, LMO). Diese Akku-typen liegen in der Zellen-Nennspannung bei 3,6 bis 3,7 Volt. Von der Ladeschlussspannung her (4,2 Volt) liegen diese Typen im gleichen Betriebsbereich. 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 aufgrund der geringeren Ladeschlussspannung im Bereich 3,6-3,7 Volt spezielle Einstellungen beim BMS (Batterie-Management-System) und dem Ladegerät erforderlich sind. Moderne Li-Ion-Akkus sind aus einer Vielzahl kleiner Akkuzellen aufgebaut, die parallel und seriell verdrahtet sind. Ein Akku mit 48 Volt und 35 Ah kann z. B. in der Konfiguration 13s10p bzw. 14s10p (je 10 Zellen mit 3.500 mAh parallel verbunden und davon 13 Zellenpakete à 3,7 Volt oder je nach Zellentechnologie 14 Pakete à 3,6 Volt in Serie) erstellt werden. Oft werden heute Akku-Pakete aus standardisierte Zellen der Größe 18650 verwendet, deren Pole (maschinell) punktverschweißt mit Stegblechen verbunden sind. Das Tauschen einzelner defekter Zellen erfordert dann einen gewissen Arbeitsaufwand. Die seriellen Zellenstufen werden vom Batterie-Management-System (BMS, meist mit im Akku eingebaut) 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 angeglichen werden => Ballancieren. Oft wird hierzu ein Anteil des Ladestrom um jene Zellen(-pakete), die schon ziemlich voll sind, herumgeleitet, um die anderen, spannungsmäßig nachlaufenden Zellen weiter füllen zu können. Je nach Hersteller variiert ggf. die technische Ausführung des BMS.

Die Lithium-Zellen vertragen oft hohe Ladeströme, mit denen (bei geeignetem Ladegerät) die Akkus z. B. in 1,5-3 Stunden aufgeladen werden könn(t)en. Für die letzten paar Prozent Ladung dauert es aber (zum vollständigem Aufladen, mit veringertem Ladestrom in der Ballancierungsphase) einige Zeit länger.

Die Lebensdauer der Li-Ion-Zellen hat inzwischen eine für ein Rollerleben tragbare Zyklenfestigkeit von 800 bis 1.000 Vollzyklen erreicht. Wird pro durchschnittlichem Ladezyklus nur ein Teil (z. B. 50%) der Energie entnommen und nachgeladen, erhöht sich die Zyklenlebensdauer erheblich. Der Preis der Akku-Zellen macht aber weiterhin einen sehr großen Anteil am Preis des Fahrzeugs aus. Die mögliche Nutzungszeit des Akkus hat daher maßgeblichen Einfluss auf die Wirtschaftlichkeit des Fahrzeugs.

Im Winter lässt die Leistungsfähigkeit und die Reichweite der Lithium-Ionen-Akkus deutlich nach, insbesondere dann, wenn im (kalt stehenden) Fahrzeug geladen werden muss. Eine Reduktion der erzielbaren Reichweite von 10% bis 20% sollte bei der Streckenplanung einfließen. Die meisten Zellen sind auch für Laden unter 0°C nicht spezifiziert. Entnehmbare Akkus sollten also besser in der warmen Wohnung geladen werden und erst zum Betrieb ins Fahrzeug eingesetzt werden. Auch für die Rückfahrt von der Artbeit kann es sinnvoll sein, den Akku tagsüber mit ins Warme genommen zu haben, um dessen Leistungswilligkeit für die Rückfahrt zu erhalten. Eine Akkuheizung, wie im Elektro-Auto, haben die Roller ja meist nicht und im Fahrbetrieb wärmen die Zellen nur recht langsam auf.

Wird das Fahrzeug über den Winter "eingemottet" sollte der Akku am Besten auf 70-90% Ladezustand gebracht und kann dann auch kühl gelagert werden.