Allgemeine Daten

Der Blei-Säure-Akkumulator ist mittlerweile schon über 150 Jahre alt. Trotzdem ist sie aus vielen Anwendungsbereichen nicht wegzudenken. Das liegt einerseits daran, dass sich diese Zelle über einen langen Zeitraum immer weiterentwickelt hat und andererseits, ist sie nach wie vor eine preiswerte Alternative zu anderen Batterietypen. Zudem hat der Blei-Akkumulator die weltweit beste Verfügbarkeit. Wichtig ist auch die gute Entladeeigenschaft der Bleibatterie bei tiefen Temperaturen. Die nutzbare Kapazität geht zwar bei -20°C stark zurück, aber man muss sie nicht beheizen um ihr überhaupt elektrische Energie entziehen zu können, wie bei manch anderen besseren Systemen.


Technische Daten Blei-Säure-Akkumulator
(Die Daten beziehen sich auf eine Zelle)

Nennspannung: 2,0 V
Ladespannung: 2,28-2,3 V
Negative Elektrode: Blei
Positive Elektrode: Bleidioxid
Elektrolyt: Schwefelsäure
Bauform: prismatisch oder zylindrisch
Energiedichte: ca. 30 Wh/kg
Ladewirkungsgrad 60-70 %
Betriebstemperaturbereich: -40 bis 60°C
Zyklenfestigkeit:
ca. 1500 bei einer Entladetiefe von weniger als 20%
ca. 200-500 bei einer Entladetiefe von mehr als 80%
Selbstentladung: 3-30% pro Monat

Wir möchten an dieser Stelle noch erwähnen, dass es für den Blei-Akku verschiedene Bauformen und auch unterschiedliche Arten, wie der Elektrolyt (verdünnte Schwefelsäure) aufgebaut sein kann, gibt. Der Elektrolyt ist beispielsweise im Blei-Gel-Akku gelartig eingedickt, im AGM-Akku wird der Elektrolyt von einem Glasfaservlies gehalten (aufgesaugt). Diese Bauformen sind durch ein Überdruckventil dicht verschlossen, während der klassische Blei-Akku mit flüssigem Elektrolyten nicht auslaufsicher ist, gibt es sogar vollkommen offene Blei-Akkus. Panzerplatten-Akkus, wie sie auch in Hubstablern eingesetzt werden können mit einem Elektrolyt-Umwälzsystem ausgestattet werden. Die normale Bauform ist ein rechteckiger Kasten in dem die Bleiplatten hängen. Seit einiger Zeit gibt es auch zylindrische Blei-Akkus, die sogenannte Wickelzellenausführung. Die sollen doppeltso lange halten als normale Blei-Säure-Akkus - was zu Beweisen wäre...
Allerdings würde es zu weit gehen hier im Detail auf alle Varianten der Blei-Akku-Ausführungen einzugehen. Wir verweisen sie bei Interesse auf andere Informationsquellen im Internet.

Vorteile des Blei-Akkumulators:
in verschiedensten Größen und Mengen weltweit verfügbar
viele verschiedene Ausführungen, daher für viele Anwendungen einsetzbar
gutes Entladeverhalten bei hohen und auch tiefen Temperaturen
hohe Zellenspannung von 2 Volt
Wirkungsgrad von ca. 80%
einfache Kapazitätsmessung möglich
relativ niedrige Kosten

Nachteile:
empfindlich bei Überladung (starke Gasung) oder Tiefentladung (<15%)
Zyklenfestigkeit ist eigentlich schlecht, je nach Anwendung gibt es Ausführungen, die aber bis zu 2000 Zyklen halten
Energiedichte ist niedrig
keine gute Ladezustandserhaltung wegen Sulfatisierung
Akku kann beim Laden gasen, Knallgasexplosion

Der Blei-akkumulator im Elektro-Roller

Nach wie vor fahren noch sehr viele Elektroroller mit den guten alten Blei-Akkus als Antriebsbatterien auf unseren Straßen. Und auch im Geschäft gibt es sie noch mit diesem Akkutyp zu kaufen, oft auch wahlweise Lithium oder Blei. Das ist auch verständlich, wenn man bedenkt, dass ein Lithium-Ionen-Roller fast doppelt so viel kostet als ein mit Blei-Akkus bestückter eRoller. Zwischen 4000.- und 5500,- Euro für einen 45 km/h Roller, das will erst einmal bezahlt werden, auch wenn dieser etwas leichter ist und mehr Reichweite hat. Gute Roller mit Blei-Akkus kosten etwa 2200.- bis 3500.- Euro, wohlgemerkt GUTE eRoller.

Da Elektroroller hauptsächlich im urbanen Bereich eingesetzt werden und eher selten für lange Überlandfahrten, hat hier der Blei-Akkumulator seine Berechtigung. Eines der Hauptprobleme beim Blei-Akku-Einsatz im Elektroroller ist nicht der Akku selbst, sondern die Märchen und Lügengeschichten, die dem potentiellen Interessenten und Käufer eines eRollers auf Webseiten und in der Werbung von Händlern und Erzeugern aufgetischt werden.

Wo liegt das Problem bei den Elektrorollern? Warum haben sie sich nicht durchgesetzt?

Als Folge dessen schrumpft der Angebot am Markt deutlich.

Anbieter von eRollern werben mit Reichweiten von 60-80km und das mit eingebauten Blei-Akkus. Elektroroller in der 45 km/h Klasse, und von diesen sprechen wir hier, haben aufgrund ihrer Höchstgeschwindigkeit einen kleinen Nachteil: sie werden im Betrieb praktisch immer mit Vollgas gefahren. Kaum jemand bewegt einen eRoller langsamer. Nur die Reichweitenangaben spiegeln oft die Werte wieder, die eRoller erreichen, wenn sie mit konstant 30 km/h auf ebener Strecke ohne Wind bewegt werden. Eine beliebte Norm bei Elektrorollern, die aber für die Praxis ein absolut untauglicher Wert ist, eigentlich unter Betrug am Kunden fallen müsste. Manche chinesischen Hersteller "fahren" ihre 30 km/h Reichweite sogar auf dem Rollenprüfstand im Labor. Dann ist noch die Frage, wie weit bei solchen Reichweitentests die Akkus leer gefahren werden, denn die meisten eRoller haben auch heute noch keine Motorabschaltung bei Akku-Spannungstiefstand. Sonst würde die Reichweite wahrscheinlich noch weiter herunter gehen. Bei unseren Elektrorollern, einer hat 1200W im Betrieb, 2500W mit Powertaste, 33Ah Blei-AGM-Akkus und der andere 3000W und 38Ah Blei-AGM-Akkus beträgt die realistische Reichweite ohne die Akkus zu schädigen, ca. 30-40km.

Die eMotoren haben Leistungen von 1500 bis 3500W und die Blei-Akkus haben meist 33Ah oder 38Ah und es sind 4 Stück davon verbaut. Die Kapazitäten, die auf den Akkus aufgedruckt sind, sind meist bei 20stündiger Entladung (also geringer Belastung) ermittelt worden. Das ist natürlich nicht sehr aussagekräftig bei der Verwendung im eRoller, da hier der Akku nach einer Stunde Fahrt (Vollgas) seinem Kapazitätsende zugeht oder früher. Renommierte Blei-Akku-Hersteller geben fast immer neben der Nennkapazität (C20 = 20stündige Entladung) auch die Kapazität bei geringeren Entladezeiten an.
Anmerkung: Je höher ein Blei-Akku belastet wird, je kürzer die Entladezeit ist, desto niedriger darf die Entladeschlussspannung sein.

Ein Beispiel für Kapazitäten eines Akkus, der gerne im eRoller eingesetzt wird:
(C20 ist die Kapazität bei 20stündiger Entladung, ESSp=Entladeschlussspannung)

Yuasa NPC 38-12 AGM-Akku (Bild siehe weiter unten)
C20 = 38Ah - ESSp=10,5V
C10 = 35,3Ah - ESSp=10,5V
C5 = 32,3Ah - ESSp=10,2V
C1 = 22,8Ah - ESSp=9,6V

Interessanterweise gibt es auch Akkus auf denen steht 50Ah, sie sind aber vom gleichen Typ (zB. AGM) gleich schwer und gleich groß wie ein 38Ah-Akkus (Akkus der Firma Long und Rotex sind uns hier aufgefallen). Da es keine Zauberei bei Blei-Akkus gibt, wäre zu hinterfragen, wo die mehr als ein viertel höhere Kapazität herkommt, denn weiter kommt man mit diesen 50Ah Akkus auch nicht.


In einem Elektroroller befinden sich also 4 Akkus mit insgesamt 48V. Je nach Stärke des eMotors tritt eine Belastung von ca. 25-45A während der Fahrt auf und bis zu 70A in der Beschleunigungsphase.
Es tritt nun der Effekt auf, dass in einer Akkubank der 1. Akku, dessen Pluspol mit dem Plus der Rollerleitung verbunden ist höher belastet wird als der letzte Akku, der am Minus des eRollers hängt. Je größer der Innenwiderstand des einzelnen Akkus ist, desto größer ist der Unterschied zwischen erstem und letztem Akku. Blei-Gel-Akkus haben einen geringfügig höheren Innenwiderstand als AGM-Akkus. Bei diesen tritt der der Effekt geringfügig stärker auf.

Welche Auswirkungen hat das auf das Akkupack?

Man kann sich sehr gut vorstellen, wenn ein Akku mit höheren Amperezahlen belastet wird als ein anderer, dann wird ersterer schneller leer werden. Das heißt die Entladeschlussspannung wird früher erreicht. Da die Tankanzeige aber immer von allen Akkus mit Summe 48V ausgeht, kann es vorkommen, dass der stärker belastete Akku tiefer entladen wird als für ihn gut ist. Übertrieben dargestellt würde der erste Akku (der am Pluspol) tiefer entladen als die Anzeige und vermittelt, beim mittleren würde die Anzeige passen, beim letzten wären sogar noch Reserven gegenüber der Anzeige da.
Ein anderer wichtiger Faktor ist natürlich die Fertigungsqualität der Akkus. Wenn es sich um schlecht gemachte Akkus handelt mit großer Qualitätsstreuung, dann können die Akkus bei Belastung im Akkupack noch weiter auseinanderdriften. Ideal wäre es, wenn die Akkus, die in ein Elektrofahrzeug kommen, vorher ausgemessen worden wären oder zumindest aus der gleichen Fertigungscharge kommen.
Was passiert beim Laden?
Hier passiert eigentlich das Gleiche wie beim Entladen. Das 48V-Ladegerät orientiert sich am Durchschnitt und berücksichtigt nicht die Unterschiede bei der Entladung zwischen erstem und letztem Akku. Es kann sein, bei großen Unterschieden, dass der erste Akku noch nicht voll ist und der letzte Akku schon leicht überladen wird.
Man kann sich gut vorstellen, dass sich das im Laufe der Zeit richtig aufschaukeln kann, bis irgendwann einmal ein Akku einbricht und die ganze Akkubank mitzieht.
Wie kann man das verhindern?

Ladetechnik und Akkupflege im Fahrzeug

Von einigen Händlern haben wir schon gehört, dass man, um diesen Effekt zu umgehen, die Akkus ein mal im Jahr vertauschen sollte: der erste Akku (+) kommt an die letzte Stelle (-) und der Letzte kommt an die erste Stelle. Auch die beiden inneren Akkus werden vertauscht. Wenn die Akkus noch nicht zu weit auseinander gedriftet sind, dann hat die Maßnahme sicherlich Sinn. Allerdings ist das mit einigem Aufwand verbunden, alle Akkus aus- und wieder einzubauen. Als Laie sollte man bei diesem Unterfangen sehr vorsichtig sein, auch wenn 48V noch unter Niedrigspannung fallen.

Wir, in der ZukunftsWerstatt Verkehr gehen einen etwas anderen Weg. Wir laden alle unsere Elektroroller mit 4 einzelnen Ladegeräten auf. Dh. jeder Akku (12V) hat sein eigenes Ladegerät (12V). In den Fall kann es gar nicht zu einem Auseinanderdrifen der einzelnen Akkus kommen, denn jeder Akku wird an Ende der Fahrt individuell voll geladen.
Das ist der Hauptvorteil dieser Methode. Natürlich benötigt man 4 Ladegeräte, die doch einiges kosten können, aber nicht müssen. Ab 30 Euro bekommt man gute Ladegeräte, allerdings mit geringem Ladestrom, ab 60 Euro pro Gerät wird es interessant. Wir haben für unsere eRoller ein 4er-Ladegerätepack zusammengestellt und mit einem 8-poligem Stecker versehen. Jeder Roller hat ein 8-poliges Gegenstück und wir laden sie hintereinander auf. Müssen wir einmal auswärts aufladen, benutzen wir die eingebauten oder original Ladegeräte.
Die Tauschmethode kostet zwar nichts, außer Arbeit (jedes Jahr mind. einmal) setzt aber voraus, dass die Akkus bei Kauf gleiche Fertigunsqualtiät haben, was bei billigen Chinarollern aber oft nicht der Fall war und ist. Es entpuppt sich meistens als ein Glücksspiel welche Akkus man bekommt, oft nicht einmal aus der gleichen Charge.

Bilder: 4-fach Ladegerät mit 8-fach Stecker ; Originalbuchse und 8-fach Buchse am eRoller

Der Blei-Akku, obwohl alt und bewährt, ist ein witziger Geselle. Er ist viel sensibler als die meisten von uns glauben:
- er mag das Überladen nicht
- er mag das Tiefentladen (<20%) schon überhaupt nicht
- er mag nicht für längere Zeit unbenutzt in der Ecke stehen

Was er aber sehr gerne hat, ist jeden oder jeden 2. Tag ein wenig entladen zu werden um dann gleich wieder aufgeladen zu werden. Würde man ihn so behandeln, man würde nicht glauben wie lange er gut funktionieren würde. In der Praxis geht das leider nicht und abgesehen davon fehlt den meisten Blei-Akku-Benutzern über die Vorlieben ihres Akkus jede Kenntnis.
Vielleicht können wir helfen das zu ändern!

Stellen sie sich folgendes vor:
ein Elektrorollerfahrer stellt seinen eRoller im Herbst nach der letzten Fahrt in den Keller, läd ihn noch einmal auf und fertig. Im nächsten Frühling, 5-6 Monate danach holt es seinen Roller wieder heraus und will losfahren. Denkste! Da rührt sich nichts mehr. Hat sich halt über den Winter entladen. Also wird er wieder geladen und jetzt geht es los.
Leider, außer ein paar müden Metern ist nix drin! Der eRollerbesitzer ist verzweifelt. Warum? Es gibt Blei-Akkus, die nach 3 Monaten leer sind. Noch 3 weiter Monate ohne Ladestrom können dem Akku den Rest geben und meistens verabschiedet sich dann eine Zelle, worauf dieser Akku dann unbrauchbar wird.
Um sicher zu gehen, dass so etwas nicht passiert sollte auch im Winter ein eRoller mindestens einmal im Monat ein wenig bewegt werden und danach wieder aufgeladen werden.
Es gibt natürlich auch im Fachhandel Geräte, die ein Überwintern von Blei-Akkus ermöglichen. Man braucht aber wieder ein Gerät pro Akku.

Wir stetzen zudem bei all unseren in Verwendung stehenden Blei-Akkus (eRoller und eAuto) sogenannte Pulser (Bild: Yuasa-Akku mit ELV Pulser) ein. Diese belasten den angeschlossenen Akku alle 10-20 Sekunden mit einem Entladestromstoß von der Dauer eines Bruchteils einer Sekunde. Dadurch entläd sich der Akku nicht wesentlich, er soll aber der Sulfatierung der Bleiplatten entgegen wirken. Wenn man solche Pulser von Beginn an einsetzt stehen die Chancen gut um die Lebenserwartung des Akkus zu erhöhen. Diese Geräte bekommt man im Elektronikfachhandel und sie kosten zwischen 20 und 30 Euro. Die Akkuhersteller haben klarerweise kein Interesse an diesen Geräten.

Zusammenfassend, was kann man tun um die Lebenserwartung ihrer Blei-Akkumulatoren in ihrem Elektroroller zu erhöhen?

(1) die Akkus sollten aus einer Charge sein (darauf achten, wenn man Akkus wechseln muss und neue kauft)
(2) wenn eRoller in Betrieb: Akkus einzeln aufladen bis sie wirklich voll sind, 2-3 Stunden abwarten und dann die Spannung messen und notieren. Beim Einbau den mit der besten Spannungslage an den Pluspol hängen, dann den zweitbesten, usw.
(3) Pulser anschließen (es gibt welche für 12V und 24V)
(4) Reihenfolge der Akkus im eRoller mind. einmal im Jahr tauschen
(5) oder Akkus mit Einzelladegeräten Laden, eingebaut oder extern über Stecker

Bericht: Gerald Harbusch (2012)