72-V-, 84-V- oder 96-V-Controller: Die richtige Betriebsspannung wählen
„72-V-Controller“, „84-V-Controller“, „96 V“: Diese Bezeichnungen beziehen sich oft auf dieselbe Akku-Familie, betrachtet aus zwei verschiedenen Perspektiven. Bei der Auswahl zählt nur eine Frage: Welche Spannung erreicht der Akku bei voller Ladung und verträgt der Controller diese mit ausreichend Puffer? Alles andere (Geschwindigkeit, Wärmeentwicklung, Komponentenauswahl) ergibt sich aus dieser Betriebsspannung.
Das Wichtigste in Kürze
- Ein Akku wird durch seine Anzahl an Zellen in Reihe definiert (20S, 22S, 24S…); dies ist die einzige Zahl, die nicht zu Verwechslungen führt.
- „72 V“ ist im Allgemeinen die Nennspannung eines 20S-Akkus, „84 V“ seine Ladeschlussspannung: Oft handelt es sich um denselben Akku.
- Der Controller muss die Ladeschlussspannung sowie die Spannungsspitzen durch die elektrische Bremse verkraften.
- Eine höhere Spannung lässt den Motor schneller drehen und reduziert den Strom bei gleicher Leistung, erfordert aber entsprechend ausgelegte Komponenten.
- Im öffentlichen Straßenverkehr bleibt die Geschwindigkeit unabhängig von der Spannung auf 25 km/h begrenzt.
Woher diese Zahlen kommen
Ein E-Scooter-Akku ist ein Verbund aus Lithium-Zellen. Die in Reihe geschalteten Zellen addieren ihre Spannung. Jede Zelle hat etwa 3,6 V im Durchschnitt (die sogenannte Nennspannung) und 4,2 V bei voller Ladung. Die Anzahl der in Reihe geschalteten Zellen wird mit dem Buchstaben S angegeben: Ein 20S-Akku hat zwanzig Zellen (oder Zellgruppen) in Reihe.
Die Verkäufer entscheiden sich dann, entweder die Nennspannung, die Ladeschlussspannung oder einen gerundeten Wert anzugeben. Daher kommen die unterschiedlichen Bezeichnungen für denselben Akku.
| Zellen in Reihe | Nennspannung (3,6 V pro Zelle) | Ladeschlussspannung (4,2 V pro Zelle) |
|---|---|---|
| 16S | 57,6 V, oft als „60 V“ bezeichnet | 67,2 V |
| 20S | 72 V | 84 V |
| 22S | 79,2 V | 92,4 V |
| 24S | 86,4 V | 100,8 V |
Ein „84-V-Controller“ ist also fast immer ein Controller für einen 20S-Akku: Er wird nach der Spannung benannt, die er bei vollem Akku bewältigen muss. Die Bezeichnung „96 V“ ist nicht genormt: Je nach Verkäufer kann sie Akkus mit unterschiedlicher Zellenzahl bezeichnen. Fragen Sie in diesem Fall immer nach der Anzahl der Zellen in Reihe und der vom Controller maximal akzeptierten Spannung, schriftlich festgehalten.
Warum der Spannungsspielraum wichtig ist
Ein Controller enthält elektronische Leistungsschalter (Transistoren, oft MOSFETs genannt) und Kondensatoren. Jedes Bauteil hat eine maximale Spannung, oberhalb derer es durchbrennen kann. Die tatsächliche Spannung im Controller übersteigt regelmäßig die des Akkus:
- beim elektrischen Bremsen wird der Motor zum Generator und speist Strom zurück in den Akku, was die Spannung ansteigen lässt. Wenn der Akku bereits voll ist, ist dieser Anstieg am stärksten. Unser Leitfaden zum regenerativen Bremsen erklärt den Mechanismus;
- bei jedem Schaltvorgang verursachen Kabel und Verbindungen kurze Spannungsspitzen, die umso stärker sind, je länger die Kabel und je höher der Strom ist.
Ein Controller, der bei vollem Akku nahe an seinem Limit betrieben wird, hat keine Reserven für diese Spitzen. Dies ist eine klassische Ursache für einen durchgebrannten Controller beim Bremsen oben an einer Abfahrt, direkt nach dem Laden. Ein Controller, dessen maximale Spannung deutlich über der Ladeschlussspannung des Akkus liegt, arbeitet wesentlich sicherer.
Was eine höhere Spannung bewirkt
Die Geschwindigkeit
Ein Motor mit Permanentmagneten dreht umso schneller, je höher die angelegte Spannung ist. Seine Geschwindigkeitskonstante, der Kv-Wert, verknüpft beides: Im Leerlauf ist die Drehzahl ungefähr proportional zur Spannung. Der Wechsel von einem 20S- auf einen 22S-Akku erhöht also bei identischem Motor die mögliche Höchstgeschwindigkeit. Unser Leitfaden zu Kv, Kt und Polzahl erläutert diesen Zusammenhang im Detail.
Strom und Wärme
Die dem Akku entnommene Leistung entspricht Spannung × Strom. Für die gleiche Leistung erfordert eine höhere Spannung also weniger Strom. Da die Verluste durch den Joule-Effekt in Kabeln, Steckern und Zellen mit dem Quadrat des Stroms steigen, entlastet eine höhere Spannung bei gleicher Leistung die Kabel und Stecker.
Was angepasst werden muss
Im Gegenzug muss alles, was am Akku angeschlossen ist, die neue Spannung akzeptieren: natürlich der Controller, aber auch das Display, der Wandler für Scheinwerfer und Steuerelektronik, das Ladegerät und manchmal das BMS. Der Motor dreht schneller: Es muss geprüft werden, ob er dies aushält und ob die Bremsen dafür ausgelegt sind. Unser Leitfaden E-Scooter auf höhere Spannung umrüsten gibt einen Überblick über mögliche Schwachstellen.
Wie man wählt, Schritt für Schritt
- Gehen Sie vom Akku aus: Anzahl der Zellen in Reihe, also Ladeschlussspannung. Wenn Sie einen Akkuwechsel planen, gehen Sie vom zukünftigen Akku aus. Unsere E-Scooter-Akkus geben ihre Spannung auf jedem Datenblatt an.
- Prüfen Sie die maximale Spannung des Controllers, nicht seinen Handelsnamen. Sie muss über der Ladeschlussspannung liegen, mit einem Puffer für das elektrische Bremsen.
- Prüfen Sie den Rest des Schaltkreises: Display, Wandler, Ladegerät, Zubehör.
- Prüfen Sie den Motor: höhere Drehzahl und gefordertes Drehmoment.
- Stellen Sie das elektrische Bremsen ein, damit es die Spannung bei vollem Akku nicht zu hoch treibt, sofern der Controller dies zulässt.
Zusammenfassung
| Gelesenes Etikett | Was es oft bedeutet | Zu prüfen |
|---|---|---|
| „72-V“-Controller | 20S-Akku, benannt nach Nennspannung | Verträgt er 84 V und Bremsspitzen? |
| „84-V“-Controller | 20S-Akku, benannt nach Ladeschlussspannung | Puffer über 84 V |
| „96-V“-Controller | Variabel je nach Verkäufer | Anzahl der Zellen in Reihe und angegebene Maximalspannung |
Tipp aus der Werkstatt
Wenn uns ein Kunde einen „72-V“-Scooter bringt, messen wir als Erstes die Spannung bei vollem Akku. Wir haben schon Maschinen gesehen, die unter einer Bezeichnung verkauft wurden, aber mit einem Akku mit anderer Zellenzahl ausgestattet waren. Ein Voltmeter ist günstiger als ein durchgebrannter Controller.
Und bei Rage Mechanics?
Wir verkaufen derzeit keine Controller. Unsere RageLink-Reihe ist für 100 V ausgelegt und für die Warteliste geöffnet. Für eine Spannungserhöhung an Ihrer aktuellen Maschine kann die Werkstatt die Montage und Überprüfungen im Rahmen des Montagepakets übernehmen. Für die Grundlagen siehe unseren Leitfaden für E-Scooter-Controller.
Häufig gestellte Fragen
Sind ein 72-V-Controller und ein 84-V-Controller dasselbe?
Oft ja: Beide zielen auf einen Akku mit 20 Zellen in Reihe ab, der mal nach seiner mittleren Spannung (72 V) und mal nach seiner Ladeschlussspannung (84 V) benannt wird. Nur die auf dem Datenblatt des Controllers angegebene Maximalspannung gibt Aufschluss.
Kann man einen 22S-Akku an einen für 20S ausgelegten Controller anschließen?
Nicht ohne Prüfung. Ein 22S-Akku erreicht 92,4 V bei voller Ladung. Wenn die maximale Spannung des Controllers niedriger oder zu nah dran ist, besteht die Gefahr, dass er durchbrennt, besonders beim elektrischen Bremsen.
Erhöht eine höhere Spannung die Reichweite?
Nicht an sich. Die Reichweite hängt von der gespeicherten Energie (in Wattstunden) und der Fahrweise ab. Eine höhere Spannung reduziert die Verluste in den Kabeln ein wenig, dient aber hauptsächlich dazu, schneller zu fahren, was wiederum mehr verbraucht.
Warum bremst mein E-Scooter bei vollem Akku weniger stark?
Viele Controller reduzieren das elektrische Bremsen, wenn die Akkuspannung bereits hoch ist, um ihr Limit nicht zu überschreiten. Dies ist eine normale Schutzfunktion: Die mechanischen Bremsen müssen in der Lage sein, die Maschine allein anzuhalten.