E-Bike-Akkus: Neues Schnellladesystem

E-Bikes – insbesondere Pedelecs – sind von Deutschen Straßen nicht mehr wegzudenken. Mit elektrischem Rückenwind erhöht sich die Reichweite, können Fahrradfreunde auch anspruchsvollere, bergige Touren wählen, ältere Menschen länger mobil bleiben und Pendler oft stressfreier zur Arbeit kommen. Das alles kann ein Kernbaustein der Verkehrswende werden. Schon heute steigen viele vom Auto auf das (E-)Fahrrad um. Derzeit dauert das Laden der E-Bike-Akkus rund zwei bis vier Stunden. Um speziell bei der alltäglichen Nutzung von E-Bikes in der Stadt die Ladezeit zu verkürzen, wollen das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) und die für ihre schlanken Urban-Pedelecs bekannte E-Bike-Marke Coboc die Batterien schnellladefähig machen.

Kleine E-Bike-Akkus mit geringer Kapazität reichen oft völlig aus

„Für die meisten Nutzer von E-Bikes, die in der Stadt oder auf kurzen Strecken unterwegs sind, reicht eine geringe Reichweite und damit verbunden eine kleinere Batterie als zurzeit bei den meisten E-Bikes üblich“, schreiben Coboc und KIT in einer gemeinsamen Pressemitteilung. Das spare Kosten und schone die Umwelt. Auch werden E-Bikes mit kleinen Akkus leichter. Ist das Laden der E-Bike-Akkus binnen weniger Minuten – etwa während einer Kaffeepause – möglich, erhöht das die Attraktivität der schlanken, leichten, aber auch mit weniger Kapazität ausgestatteten Intube-Akkus. Bis ein herkömmlicher E-Bike-Akku aufgeladen ist, dauert es heute rund zwei bis vier Stunden.Wie weit man damit dann kommt, steht unter anderem in der ElektroRad 1/2019.

Ist der Akku komplett leer, dauert es bis zum Neustart eben. „Deswegen wollen wir ein Schnellladesystem für E-Bikes entwickeln, das kompakt und leistungsfähig ist, aber auch nutzer- und umweltfreundlich“, erklärt Nicolaus Lemmertz, Wissenschaftler am Elektrotechnischen Institut (ETI) des KIT und Leiter des Projektes. Schlanke Akkus senken das Gewicht und damit den Energieverbraucht, kompakte Systeme lassen sich zudem von den Designern deutlich leichter verarbeiten. Solche E-Bikes wirken optisch dem klassischen Fahrrad deutlich näher als Räder mit großen E-Bike-Akkus.

Basis: Die aktuelle Lithium-Ionen-Technologie

Das neue Schnellladeverfahren soll auf den aktuell am weitesten verbreiteten Lithium-Ionen-Zellen mit hoher Lebensdauer basieren. Das Schnellladen soll ein vergleichsweise starker Ladestrom von bis zu zehn Ampere ermöglichen. An normalen 230-Volt-Steckdosen sei mit der KIT-Technik das volle Aufladen des E-Bike-Akkus in weniger als einer Stunde möglich. Darüber hinaus solle das Batteriemanagementsystem eine Diagnosefunktion bieten: Die während der Nutzung des E-Bikes gemessenen Daten werden erfasst, analysiert und in eine Cloud gestreamt – aktuell in einer internen Coboc-Cloud. Die Daten sollen Aufschluss geben über den Ladezustand und den Gesamtzustand im Vergleich zu einem neuen Akku – das KIT nennt die den Gesundheitszustand des E-Bike-Akkus. Beide Kennwerte bedingen einander.

© Coboc/Christian Metzler

Coboc baut schon heute schlanke, urbane E-Bikes im Biobike-Look.

Datenauswertung hilft bei der Weiterentwicklung der E-Bikes

Die Ergebnisse der Datenauswertung sollen Herstellern und Nutzern grafisch aufbereitet zur Verfügung stehen. Dadurch könne das gesamte E-Bike kontinuierlich optimiert werden. „Durch den Vertrieb von E-Bikes mit einem solchen smarten System können wir nicht nur unseren Marktanteil erhöhen, sondern auch für mehr Nachhaltigkeit sorgen“, betont Coboc-Geschäftsführer David Horsch. Innerhalb des Projektverbunds übernimmt das KIT unter anderem die Auswahl und Bewertung der infrage kommenden Lithium-Ionen-Zellen, die Lebensdaueruntersuchung ausgewählter Zellen sowie die Entwicklung des Schnellladeverfahrens und des beschriebenen Diagnosesystems. Coboc unterliegt, dies alles in Elektrofahrräder zu integrieren. Das Projekt wird im Rahmen des Zentralen Innovationsprogramms Mittelstand des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie (BMWi) gefördert und läuft noch bis Ende September 2021.

Über das KIT

Als „die Forschungsuniversität in der Helmholtz-Gemeinschaft“ schafft und vermittelt das KIT Wissen für Gesellschaft und Umwelt. Ziel ist es, zu den globalen Herausforderungen maßgebliche Beiträge in den Feldern Energie, Mobilität und Information zu leisten. Dazu arbeiten rund 9300 Mitarbeiter auf einer breiten disziplinären Basis in Natur-, Ingenieur-, Wirtschafts- sowie Geistes- und Sozialwissenschaften zusammen. Seine 25100 Studierenden bereitet das KIT durch ein forschungsorientiertes universitäres Studium auf verantwortungsvolle Aufgaben in Gesellschaft, Wirtschaft und Wissenschaft vor. Die Innovationstätigkeit am KIT schlägt die Brücke zwischen Erkenntnis und Anwendung zum gesellschaftlichen Nutzen, wirtschaftlichen Wohlstand und Erhalt unserer natürlichen Lebensgrundlagen.