Warum sinkt die Batteriespannung beim Beschleunigen: Der interne Widerstand
Wenn man beschleunigt, sinkt die Batteriespannung und steigt dann wieder an, sobald man den Gashebel loslässt. Dieses Phänomen, bekannt als Spannungsabfall, entsteht durch den internen Widerstand der Zellen und der Verbindungen: Je höher der Strom, desto stärker fällt die Spannung während der Beschleunigung ab, und desto mehr erwärmt sich die Batterie. Dies ist in einem gewissen Maße normal. Es wird zu einem Problem, wenn der Spannungsabfall Leistung kostet, die Anzeige verwirrt oder die Batterie abschaltet. Hier erfahren Sie, woher er kommt, was ihn verschlimmert und wie man ihn reduziert.
Das Wichtigste
- Spannungsabfall = Stromstärke × interner Widerstand: Verdoppelt man den Strom, verdoppelt sich auch der Spannungsabfall.
- Die erzeugte Wärme steigt mit dem Quadrat des Stroms: Verdoppelt man den Strom, vervierfacht sich die Wärme.
- Der interne Widerstand steigt mit der Kälte, bei niedriger Akkuspannung und im Laufe des Alterungsprozesses.
- Ein zu starker Sturz kann zu einem Leistungsverlust führen, gefolgt von Abschaltungen des Batteriemanagementsystems (BMS) oder des Controllers.
- Mehr Zellen in paralleler Anordnung, leistungsstarke Zellen und gute Verbindungen reduzieren den Spannungsabfall.
Der Mechanismus: Der interne Widerstand
Eine Batterie ist keine ideale Spannungsquelle. Die Zellen, die Nickelstreifen, die Lötstellen, die Kabel und die Anschlüsse bieten alle einen geringen Widerstand gegen den Stromfluss. Dieser Widerstand "verbraucht" einen Teil der Spannung, sobald Strom fließt, gemäß dem Ohmschen Gesetz:
`Spannung unter Last = Leerlaufspannung – Stromstärke × Innenwiderstand`
Ein Beispiel für eine Berechnung, wobei ein Wert zur Veranschaulichung gewählt wurde: Wenn der Gesamtwiderstand einer Batterie 0,1 Ohm betrügt, würde ein Strom von 100 A ihre Spannung während der Beschleunigung um 10 V senken. Und dieser Widerstand würde während dieser Zeit 100 × 100 × 0,1 = 1.000 W an Wärme innerhalb der Batterie abgeben.
In einer Batterie wird der Innenwiderstand einer einzelnen Zelle mit der Anzahl der Zellen in Reihe multipliziert und durch die Anzahl der Zellen parallel geschaltet dividiert. Deshalb hält ein Akku mit vielen parallel geschalteten Zellen seine Spannung viel besser.
Was den Spannungsabfall erhöht
| Faktor | Warum? |
|---|---|
| Hoher Strom | Der Spannungsabfall ist proportional zum Strom: Controller neu kalibriert, Dual-Motor-Konfiguration, Anfahren am Berg |
| Kalt | Die Chemie der Zellen verlangsamt sich, und ihr interner Widerstand nimmt deutlich zu |
| Batterie schwach | Die Leerlaufspannung ist niedriger, und der Widerstand steigt am Ende der Entladung |
| Altern | Der interne Widerstand der Zellen nimmt mit der Anzahl der Ladezyklen und der Zeit zu |
| Energiezellen | Diese Akkus wurden für hohe Leistungsfähigkeit entwickelt und haben eine höhere Widerstandsfähigkeit als Standard-Leistungszellen |
| Abgenutzte Verbindungen | Eine oxidierte oder lockere Verbindung, eine gerissene Lötstelle: Das bedeutet einen zusätzlichen Widerstand, der lokal zu einer Erwärmung führt |
Die Auswirkungen auf den Elektroroller
Eine Leistung, die dahinschmilzt
Die verfügbare Leistung ist das Produkt aus Spannung und Strom. Wenn die Spannung während der Beschleunigung abfällt, kann der Controller die eingestellte Leistung nicht mehr liefern, insbesondere bei Steigungen und bei geringer Batterieleistung. Das E-Scooter-Erlebnis wirkt dann "weich" oder "dumpf".
Ein Messgerät, das verrückt spielt
Viele Displays schätzen die verbleibende Akkukapazität anhand der Spannung. Bei jeder Beschleunigung sinkt die Anzeige, und beim Loslassen steigt sie wieder an. Es ist nicht der Akku, der plötzlich leer wird, sondern die Spannung, die unter der Belastung abfällt.
Stromausfälle
Wenn die Spannung einer Zellgruppe unter den unteren Schwellenwert des Batteriemanagementsystems (BMS) fällt, schaltet das BMS die Batterie ab, um sie zu schützen: alles wird ausgeschaltet. Der Controller kann auch die Leistung reduzieren oder abschalten, wenn er eine zu niedrige Spannung erkennt. Dies wird im Detail in unserem Leitfaden Batterie und BMS, die beim Beschleunigen abschalten beschrieben. In jedem Fall ist es die schwächste Zellgruppe, die entscheidet: Eine einzige, schwache Zellgruppe reicht aus, um die gesamte Batterie abzuschalten.
Hitze
Die erzeugte Wärme nimmt mit dem Quadrat des Stroms zu. Eine Batterie, die stark an Spannung verliert, wird sehr heiß, und diese Wärme beschleunigt den Alterungsprozess der Zellen, was wiederum ihren Widerstand erhöht. Das ist ein Teufelskreis.
Wie kann man Spannungsabfälle reduzieren?
- `Controller an die Batterie anpassen: Den Batteriestrom auf den Wert begrenzen, den die Zellen problemlos aushalten.`
- `Fahren mit einer temperierten Batterie: Im Winter hält eine Batterie, die warm gelagert wird, ihre Spannung deutlich besser.`
- `Verbindungen prüfen: Ein verschmutzter oder lockerer Stecker kann zu Spannungsabfällen und Überhitzung führen.`
- Einen Akku parallel anschließen: Ein externer Akku teilt den Strom mit dem internen Akku. Unser externer Performance (S) Akku 72 V 15 Ah, mit Zellen für hohe Entladeraten, ist dafür geeignet.
- `Umstellung auf einen Leistungsakku: Hochleistungszellen, mehr Zellen in Parallelschaltung, großzügige Verbindungen. Unser Performance-Akku 80 V 40,5 Ah für Nami Burn-E, mit Molicel P45B-Zellen, liefert bis zu 450 A Spitzenstrom im Vergleich zu 98 A für den Originalakku. Der Unterschied wird in Performance-Akku oder Reichweite erklärt.`
Die Durchbiegung messen
Ein verbundenes Batteriemanagementsystem (BMS) oder ein programmierbarer Controller ermöglicht die Aufzeichnung von Spannung und Strom während einer Beschleunigung. Der Vergleich der Leerlaufspannung mit der Spannung beim höchsten Leistungsabruf gibt Aufschluss über den Innenwiderstand der Batterie: Teilen Sie den Spannungsabfall durch den Strom. Wiederholen Sie die Messung unter den gleichen Bedingungen (Ladung, Temperatur) von Saison zu Saison: Wenn der Spannungsabfall bei gleichem Strom deutlich zunimmt, altert die Batterie oder eine Verbindung verschlechtert sich. Die Auswertung der Werte einer einzelnen Zelle wird detailliert in diesem Datenblatt für Lithiumzellen beschrieben.
Werkstatt-Tipp.
Ein Akku, der bei gleichem Gebrauch stärker nachlässt als zuvor, deutet fast immer auf eine Gruppe erschöpfter Zellen oder eine überhitzende Verbindung hin. Bevor Sie den Akku austauschen, lassen Sie die Spannung jeder Gruppe und den Zustand der Anschlüsse überprüfen. Und wenn Sie wirklich mehr Leistung wünschen, schauen Sie sich unsere Akkus für E-Scooter Performance-Modelle an, bevor Sie den Controller verändern.
Häufig gestellte Fragen
Ist es normal, dass die Spannung bei jeder Beschleunigung abfällt?
Ja, alle Batterien verlieren unter Belastung an Leistung. Entscheidend ist das Ausmaß dieses Leistungsverlusts: Wenn er dazu führt, dass die Batterie abschaltet oder deutlich an Leistung verliert, ist die Batterie entweder nicht ausreichend dimensioniert, zu kalt, hat eine niedrige Spannung oder ist bereits stark beansprucht.
Warum steigt mein Anzeigegeber an, wenn ich den Gashebel loslasse?
Da misst das Display die Spannung, und die Spannung steigt wieder an, sobald der Strom abnimmt. Die tatsächliche Restladung lässt sich im Ruhezustand ablesen, nachdem man einige Augenblicke lang nicht beschleunigt hat.
Warum ist der Leistungsabfall am Ende der Batterielebensdauer stärker?
Am Ende der Entladung ist die Leerlaufspannung niedriger und der interne Widerstand der Zellen erhöht sich. Die gleiche Beschleunigung führt daher zu einem stärkeren Spannungsabfall, oft bis zum Abschaltwert.
Löst ein leistungsstärkerer Controller das Problem?
Nein, das verschlimmert das Problem: es benötigt mehr Strom, was zu einem stärkeren Spannungsabfall und einer höheren Erwärmung führt. Die Lösung liegt bei der Batterie.