Reichweite von Elektrofahrrädern
Unter der Reichweite eines E-Bikes versteht man üblicherweise die zurückgelegte Distanz mit einer vollen Batterieladung. Genauer gesagt handelt es sich um die Distanz, über die die elektrische Unterstützung des Motors wirksam ist, bevor die Batterie leer ist. Dies ist ein Parameter, der beim normalen Fahren von vielen Faktoren sowie von der Art der Motorsteuerung durch den Fahrer beeinflusst wird. Für den Komfort auf dem E-Bike ist es jedoch ein wesentlicher Parameter, da er angibt, über welche Distanz das Fahrrad in der Lage ist, Ihnen als echtes E-Bike zu helfen, bevor es aufgeladen werden muss oder Sie es nur wie ein normales Fahrrad treten können (das E-Bike ist jedoch schwerer als ein normales Fahrrad).
Ähnlich wie bei der Angabe des Kraftstoffverbrauchs eines Autos wird die Reichweite von einigen Herstellern von E-Bikes in Form der zurückgelegten Kilometer angegeben, bei eingestellt niedrigster Unterstützungsstufe und somit minimalem Verbrauch des E-Bikes (z.B. "Reichweite 130 km") oder dann in einem bestimmten Kilometerintervall als übliche Spanne, in der sich die Reichweite bewegen kann (z.B. 80-110 km), was eine weniger präzise Angabe ist.
Was beeinflusst die Reichweite eines E-Bikes?
Schauen wir uns genauer an, was die Reichweite des E-Bikes bestimmt:
1. Kapazität des E-Bike-Akkus
Der Hauptindikator zur Bewertung der Reichweite eines Fahrrads ist die Kapazität der Batterie. Diese gibt an, wie lange die Batterie in der Lage ist, einen bestimmten elektrischen Strom abzugeben. Sie wird in Amperestunden angegeben. Zum Beispiel bedeutet 10 Ah, dass die Batterie einen Strom von 10 Ampere für eine Stunde oder auch z.B. 1 Ampere für 10 Stunden usw. abgeben kann. Allgemein gilt, je höher die Kapazität der E-Bike-Batterie ist (mehr Amperestunden bei gegebener Spannung), desto höher wird auch die tatsächliche Reichweite sein.
Um die Leistung der Batterie zu bewerten, multiplizieren wir einfach die Kapazität der Batterie (Anzahl der Amperestunden, Ah) mit der mittleren Spannung der Batterie (Anzahl der Volt, V), bei der die Batterie arbeitet. Dadurch erhalten wir die Leistung über die Zeit, angegeben in Wattstunden (Wh). Zum Beispiel hat eine Batterie mit einer Kapazität von 10 Ah und einer Spannung von 36V eine Leistung von 10x36, also 360 Wh (Wattstunden).
Fahren mit dem E-Bike verbraucht bei der niedrigsten Unterstützungsstufe mindestens 4 - 5 Wh pro Kilometer (abhängig von weiteren Umständen, die unten beschrieben sind).
Berechnung der Reichweite des E-Bikes
Durch die Division der Anzahl der Wattstunden durch den Energieverbrauch pro 1 km erhalten wir die Anzahl der Kilometer, über die uns die Batterie helfen wird:
Bei einem minimalen Verbrauch von 4,5 Wh und einer Batterie von 10 Ah/36V kommen wir auf 360 Wh geteilt durch 4,5 Wh = 80 km, als theoretisch möglichen maximalen Reichweite des E-Bikes.
Bei einer Kapazität von z.B. 16,5 Ah und einer Spannung von 36 V ergibt sich 594 Wh / 4,5 Wh = 132 km, als nominale Reichweite des E-Bikes, bei minimalem Verbrauch.
Für eine erreichbare Reichweite von 120 km sollte die Batterie mindestens 15 Ah bei 36V haben.
Bei einem komfortableren, höheren Grad der Unterstützung, bei dem der Fahrer mehr "gefahren" wird, kann der Verbrauch bei einem normalen E-Bike (250W) zwischen 5,5 und 10 Wh schwanken. Im Moment des Anfahrens, beim Fahren bergauf oder beim Fahren mit direkter Motorunterstützung (wenn das Fahrrad eine solche Funktion hat), kann der Verbrauch auf mehrere Dutzend Wattstunden pro Kilometer ansteigen. Bei Batterien mit größerer Kapazität ist es wahrscheinlich, dass die gesamte Strecke pro Ladung nicht am Stück zurückgelegt wird, sondern währenddessen Pausen eingelegt werden. Wenn diese länger dauern (1 Stunde oder mehr), helfen sie der Batterie, sich um 5-10% zu erholen und damit die Gesamtreichweite weiter zu verlängern.
2. Stil und Charakter des Fahrens mit dem E-Bike
Es ist logisch, dass die Reichweite erheblich von dem Gewicht des Fahrers, der Beschaffenheit des Geländes (raue Oberflächen, hügeliges Terrain, häufiges Anfahren, Gegenwind usw. verringern die Reichweite) und dem Fahrstil - insbesondere der gewählten Intensität der Unterstützung - beeinflusst wird. Die Reichweite kann verlängert werden, indem die Unterstützung beim Fahren auf ebenem Gelände oder bei leichtem Gefälle abgeschaltet wird, durch intensiveres Treten (gilt für den Frequenzsensor), gleichmäßigeres Fahren usw. Wenn die Batterie mit höheren Strömen belastet wird (hoher Unterstützungsgrad), kann die chemische Struktur der Batterie nicht die gleiche Energie abgeben, wie wenn Sie sie schön langsam entladen würden. Dasselbe gilt für Temperaturänderungen. Bei Frost oder auch bei Temperaturen um 40 °C zeigen Lithiumbatterien schlechtere Eigenschaften hinsichtlich der nutzbaren Kapazität.
Unverkennbarer Einfluss auf die Reichweite des E-Bikes hat natürlich auch sein technischer Zustand - die Wahl der Reifen und deren Luftdruck, die Einstellung der Bremsen, das Schmieren der Kette und die Einstellung der Naben, das Treten, der Zustand der Lager usw.
Im Angebot gibt es eine Reihe von E-Bike-Modellen, bei denen die Reichweite objektiv durch die höhere Batteriekapazität verlängert wird, die bei gleicher äußerer Form bis zu doppelt so hoch sein kann (bis zu 25 Ah). Dadurch ist sie in der Lage, die gleiche Energiemenge doppelt so lange abzugeben, und die reale Reichweite bei niedrigem Unterstützungsgrad übersteigt dann sogar 150 km.
Die Reichweite eines E-Bikes kann erheblich verlängert werden, wenn ein fitter Fahrer die Reisegeschwindigkeit des E-Bikes langfristig über 25 km/h hält (bei der die Motorunterstützung automatisch abgeschaltet wird) oder die Unterstützung während der Fahrt ausschaltet und sich eher mit eigener Kraft fortbewegt (Wenn Sie überwiegend ohne Motor fahren, können Sie selbstverständlich auch mehrere hundert Kilometer mit einer einzigen Ladung zurücklegen). Ein solcher Ansatz führt Marketingmitarbeiter einiger renommierter Marken dazu, verzerrte und unrealistische Reichweitenwerte anzugeben. Die von uns angegebenen Parameter aller verkauften E-Bikes sind daher auf einen realistischen, aber dennoch optimistischen Wert korrigiert. Der grundlegende Normwert für den minimalen Verbrauch beträgt 4,5 Wh (Wattstunden) pro Kilometer bei unterstützter Fahrt, wie oben erwähnt, bei der der Fahrer sich vom Elektromotor unterstützen lässt. Dieser Normwert entspricht dem durchschnittlichen Verbrauch, wenn das E-Bike Ihnen die meiste Zeit zumindest minimal hilft.
3.Elektrische Assistenztechnologie
Weitere, wenn auch wesentlich weniger bedeutende Abweichungen in der Reichweite des Rades sind das Ergebnis von Unterschieden in den verwendeten Regelungssystemen, der Effizienz des Motors und der Art der Batterie. Hier sollte beispielsweise der Unterschied im Verhalten der Sensoren für die unterstützte Tretunterstützung erwähnt werden, wo es eine Differenz zwischen dem Frequenzsensor (der die Tretgeschwindigkeit misst) und dem Drehmomentsensor (der das Drehmoment beim Treten misst und entsprechend die Motorunterstützung "dosiert") gibt. In Verbindung mit einem bestimmten Fahrstil können dann geringfügige Unterschiede in der Reichweite erzielt werden. Zum Beispiel führt bereits leichtes Treten mit minimaler Kraft bei einem Frequenzsensor zu einer höheren Stromabgabe und damit zu einer deutlicheren Unterstützung (mit kürzerer Reichweite) als bei demselben Fahrstil mit einem Drehmomentsensor. Im Gegensatz dazu führt die Wahl eines höheren Gangs (kleineres Kettenblatt), also langsameres und intensiveres Treten, zu einer geringeren Belastung der Batterie beim Frequenzsensor.
Auch das Konzept des Motors (in der Mitte des Tretens / in der Mitte des Rades) zeigt geringfügige Unterschiede in der Reichweite bei verschiedenen Fahrstilen. Bei einem Antrieb in der Mitte des Tretens entstehen im Vergleich zu einem Elektromotor in der Mitte des Rades zusätzliche Verluste im Kettenantrieb, die bis zu 10% betragen können. Der im Zentrum des Tretens montierte Motor arbeitet jedoch dank des Schaltwerks in einem engeren und günstigeren Drehzahlbereich als der Motor in der Mitte des Rades, was die Verluste in den Gängen teilweise ausgleicht.
Wie die Praxis zeigt, kann eine moderate Verlängerung der Reichweite auch durch die Rekuperation der Bremskraft erreicht werden, die zum Laden der Batterie bei Rädern mit einem Rekuperationssystem genutzt wird. Aufgrund der geringen Trägheit des E-Bikes und der Verluste handelt es sich jedoch nur um einstellige Prozentzahlen, und die Vorteile der Rekuperation sind im Falle von E-Bikes eher eine marketingtechnische Argumentation.
E-Bike Akkus
Die erste Generation von E-Bikes war mit Bleiakkumulatoren ausgestattet, die zwar günstig waren, aber das Gewicht der E-Bikes um 10-20 kg erhöhten. Das Gesamtgewicht des Fahrrads erreichte somit oft 40 kg, was bei der geringen Kapazität der Pb-Akkumulatoren und der kurzen Lebensdauer einer der Hauptnachteile war.
Heutzutage sind Lithium-basierte Batterien der Standard, die ursprünglich aus Lithium-Ionen-Zellen konstruiert wurden, später aus Lithium-Polymer-Zellen (besseres Verhältnis von Leistung/Kosten/Sicherheit) und auch aus Lithium-Eisen-Polymer-Zellen, die ein höheres Gewicht haben, aber höhere Entladeströme bewältigen.
Die Lebensdauer von Batterien in E-Bikes wird in Ladezyklen angegeben und bei Lithiumbatterien erreicht sie bis zu 1000 Zyklen.
Welche Marke von Batteriezellen ist die beste?
Heute gibt es weltweit nur wenige etablierte globale Hersteller von Originalzellen, aus denen dann Tausende von Unternehmen Batterien zusammensetzen. Zu den am weitesten verbreiteten Li-Ion-Zellen, die für E-Bikes bestimmt sind, gehören Panasonic und Samsung mit Kapazitäten von 2,6 bis 3,5 Ah, im neuen Größenstandard von Tesla (21x700mm) sogar über 5,5 Ah. Auch Zellen von LG und Sony finden Anwendung in E-Bikes. Einige asiatische Batterieproduzenten verwenden auch unmarkierte, günstigere Zellen mit geringerer Lebensdauer und Kapazität. In den angebotenen Serien von Marken-Zellen wie Samsung, Panasonic usw. sind immer Typen, die für E-Bikes geeignet sind, insbesondere hinsichtlich der Entladecharakteristik, Lebensdauer und Stoßfestigkeit.
Aufgrund ähnlicher Parameter lässt sich nicht eindeutig bestimmen, welcher Akku der beste ist. Die Akkus von Samsung und Panasonic befinden sich in einem engen Wettkampf hinsichtlich der Parameter, preislich günstiger ist Samsung. Die Akkus von LG beginnen in den letzten Jahren, sich einen Ruf aufzubauen, da sie in die Produkte mehrerer renommierter deutscher Marken eingedrungen sind. Bei den Akkus von Sony sind Typen zu finden, die höhere Entladeströme aushalten als normalerweise erforderlich. Für ein E-Bike, bei dem der Strom von der Steuereinheit begrenzt wird, ist eine solche Eigenschaft jedoch eher unwesentlich. Die Akkus haben dann einen höheren Preis und halten weniger Ladezyklen aus.
Um detailliertere Informationen zu den Eigenschaften der Batterien zu erhalten, empfehlen wir, die Seiten zu besuchen. www.baterie-servis.cz
Die häufigsten praktischen Fragen zu Batterien und ihrer Lebensdauer finden Sie hier:
Was genau wird als Ladezyklus betrachtet, ist es jede Aufladung? Wie viele Zyklen sollte die Batterie tatsächlich halten?
Einer der Parameter einer Batterie ist die Anzahl der sogenannten Ladezyklen, die die Batterie durchlaufen kann, bevor die nutzbare Kapazität der Batterie erheblich erschöpft ist. Dabei ist eine erhebliche Erschöpfung laut ČSN EN ein Rückgang unter 60 % der Kapazität. Bei der Durchführung von Tests mit vollständigen Entladezyklen (vorgeschriebene Methode) sollten bei Lithiumbatterien mindestens 300 Zyklen erforderlich sein.
In der Praxis bedeutet das, dass die Batterie sich normal verhält, wenn sie mindestens 300 vollständige Lade- und Entladezyklen durchhält, bevor ein Kapazitätsverlust deutlich wird. Das bedeutet nicht, dass sie dann "am Ende" ist, sondern einfach, dass sie Sie nicht mehr so wie früher fahren kann. Sie kann jedoch problemlos weitere 200-300 ähnliche Zyklen absolvieren und man kann immer noch mit ihr fahren.
Bei normaler Nutzung durchläuft die Batterie jedoch nicht bei jeder Aufladung einen vollständigen Ladezyklus, und die Anzahl der Aufladungen, die sie dadurch verkraftet, ist daher doppelt oder dreifach höher. Einige Normen und verschiedene Hersteller verwenden daher als Einheit des Zyklus die Hälfte oder einen proportionalen Teil der vollständigen Entladung und Aufladung, um den Wert näher an der realen Nutzung (Zyklen) der Batterie zu orientieren (und um die Anzahl der Zyklen besser aussehen zu lassen). In der Praxis hat sich so etabliert, dass eine Lithiumbatterie in der Lage ist, 800-1000 Zyklen, bzw. in diesem Fall eher ausgeprägte Aufladungen und Entladungen, zu überstehen. Bei Bleiakkus sind es etwa ein Drittel.
Bei der Messung der Zyklen wird zwischen den einzelnen Zyklen eine Pause von 1-4 Stunden zur Stabilisierung des Elektrolyten eingehalten. Wenn die Batterie jedoch beispielsweise über einen Zeitraum von 2 Jahren einzelne Zyklen durchläuft, macht sich das Altern der einzelnen chemischen Bestandteile der Batterie bemerkbar, und die Anzahl der Zyklen, die die Batterie über einen längeren Zeitraum aushält, verkürzt sich entsprechend.
Wie ändert sich die Kapazität der Batterie?
Die Batterie ist ein relativ komplexes elektrochemisches System, das bestimmte Phasen seines "Lebens"-zyklus durchläuft. Auch der Nutzungsmodus, dem die Batterie ausgesetzt war, wirkt sich auf die Leistungsfähigkeit der Batterie aus. Allgemein gilt, dass die Batterie, wenn Sie sie zu verwenden beginnen, in den vollen Zustand kommen sollte. Zu Beginn sollte die sogenannte wiederhergestellte Kapazität mindestens 85 % der Nennkapazität betragen, nach längerer Lagerung (90 Tage / 40 Grad Celsius) sollte die wiederhergestellte Kapazität mindestens 50 % der Nennkapazität gemäß ČSN EN betragen.
Bei normalem Gebrauch, z. B. während der Saison, sollte die Batterie einen Kapazitätswert aufweisen, der nahe dem Nennwert liegt, der vom Hersteller für die Batterie festgelegt wurde, z. B. 13 Ah. Bei neuen Batterien kann dieser Wert auch etwa 10-15% höher sein. Mit fortschreitendem Gebrauch und zunehmender Anzahl von Ladezyklen verringert sich die Kapazität der Batterie allmählich.
Es ist notwendig, davon auszugehen, dass für die Messung ein niedriger (vorgeschriebener) Entladestrom eingehalten werden muss. Bei variabler Belastung mit hohen Strömen, z.B. beim Fahren mit dem E-Bike, ist der tatsächliche Kapazitätsausgang der Batterie immer geringer. Die chemische Struktur der Batterie kann einfach nicht so viel Strom abgeben, wie wenn Sie sie schön langsam entladen würden. Dasselbe gilt auch bei Temperaturschwankungen. Bei Frost oder sogar bei Temperaturen um 40 Grad Celsius zeigen Lithiumbatterien eine reduzierte Kapazität. Es ist ihnen einfach zu heiß oder zu kalt - die elektrochemische Reaktion wird durch die Temperatur beeinflusst. Gel-Blei-Batterien können durch Frost unwiderruflich beschädigt werden, daher müssen sie warm gelagert werden.
Batterien dürfen nicht im entladenen Zustand gelagert werden!
Was ist zu tun, wenn die Batterie längere Zeit nicht verwendet wird?
Batterien aufladen, von der Last trennen und bei Raumtemperatur (insbesondere Blei-Batterien), trocken und dunkel lagern. Nicht im entladenen Zustand lagern. Wenn die Spannung der Batterie unter den Grenzwert fällt, führt dies zu irreversiblen Veränderungen und Kapazitätsverlust bei allen Batterietypen. Aufgrund der Selbstentladung - dem allmählichen Abfall der Ladung, ist es notwendig, die Batterie während der Lagerung regelmäßig, etwa 1 x alle 2-3 Monate, nachzuladen.
Langzeitlagerung
Für die langfristige Lagerung wird der Ladezustand auf ca. 60 % eingestellt, d.h. dass die Batterie nach vollständiger Aufladung nach etwa 4 Stunden und bei Raumtemperatur kontrolliert mit dem vorgeschriebenen Strom auf 60 % entladen wird. Überlassen Sie diesen Vorgang besser einem Fachservice.
- Vaclav Dvorak