Umbautipps Fahrrad zum Elektrofahrrad

Dimensionierung eines Selbstbauakkus

Zunächst muss ich mich fragen, für welchen Zweck der Akku gebraucht wird.

Für tägliche kürzere Fahrten? [=> ggf. geringere Kapazität ausreichend]

Für kürzere und längere Fahrten? [=> höhere Kapazität erforderlich]

Will ich eher viel Unterstützung? [=>höhere Strombelastbarkeit, tendenziell auch höhere Kapazität erforderlich]

Oder reicht eine eher geringere bis mittlere Unterstützung aus? [=> geringe Strombelastbarkeit, geringere Kapazität]

Wird der Akku fest am Fahrrad montiert? [Gewicht nicht ganz so entscheidend]

Oder meist nur lose im Gepäck mitgenommen werden? [=> möglichst geringes Gewicht]

Auf drei denkbare Anwendungsfälle sei hier stichpunktartig eingegangen:

Tägliche kürzere Fahrten von insgesamt ca. 20 Km bei stärkerer Unterstützung

Für 20 km Reichweite brauche ich ca. 150-200 Wh: => Dies entpricht z.B. den Energieinhalt von 30 Stück Sony US18650V3 mit insgesamt 240 [180*]Wh oder 20 x Panasonic NCR18650A/B mit 220/240 [170*] Wh; * bei 75 % Ausnutzung

Stärkere Unterstützung bei 36V => ca. 14 - 17 Ampere maximaler Strom. 36V = 10 Zellen in Serie => Möglich wäre z.B. ein Akku der Konfiguartion 3P10S [3 Zellen parallel und dann 10 x in Serie] aus Sony US18650V3 Zellen oder 2P10S aus Panasonic NCR18650B Zellen. Maximale Strombelastbarkeit der Sony Zellen = 10A bzw. bei 3P = 30A, maximale Strombelastbarkeit der NCR18650A/B Zellen = ca. 6A bzw. bei 2P = ca. 12A => Bau des Akkus aus 30 Stück Sony US18650V3 in der Konfiguration 3P10S [ca. 1,5 Kg Gesamtgewicht].

Tägliche kürzere Fahrten von insgesamt ca. 20 Km bei geringerer Unterstützung

Für 20 km brauche ich bei geringerer Unterstützung nur ca. 100-150Wh: => 30x Sony US18650V3 mit insgesamt 240 [180*]Wh oder 20 x Panasonic NCR18650A/B mit 220/240 [170*] Wh; * 75 % Ausnutzung

Geringere Unterstützung bei 36V = ca. 10 Ampere maximaler Strom. 36V = 10 Zellen in Serie => 3P10S US18650V3 oder 2P10S NCR18650B möglich. Maximale Strombelastbarkeiten wie oben => Aufgrund der geringeren geforderten Strombelastbarkeit ist ein Bau des Akkus aus 20 Stück Panasonic NCR18650A oder B Zellen möglich [ca. 1 Kg Gewicht].

Längere (und kürzere) Fahrten mit bis zu 80 km bei mittlerer Unterstützung:

Für 80 km brauche ich ca. 500-600 Wh: => 90x Sony US18650V3 mit insgesamt 730 [550*] Wh oder 60 x Panasonic NCR18650A/B mit 670/730 [550*] Wh; * 75 % Ausnutzung

Mittlere Unterstützung bei 36V = ca. 12 Ampere maximaler Strom des Controllers: bei 36V = 10 Zellen in Serie => 9P10S US18650V3 [9 Zellen parallel und dann 10 x in Serie] oder 6P10S NCR18650B

maximale Strombelastbarkeiten wie oben => Bau des Akkus aus 60 Stück Panasonic NCR18650A oder B Zellen oder 90 Stück US18650V3 [ca. 3 Kg bzw. 4,5 Kg Gewicht].

Weitere Entscheidungsfaktoren stellen auch die zu erwartende Zyklenfestigkeit und der Preis der Akkuzellen dar; hier schneiden insbesondere die Sony US18650V3 Zellen recht gut ab, die nach 500 Zyklen nur ca. 10 % Kapazitätsverlust haben sollen und auch vergleichsweise preiswert sind.

Der Spannungsabfall eines Akkus unter Last lässt sich wie folgt abschätzen; die Werte stimmen recht gut mit der Praxis überein:

3P10S Akku aus US18650V3: Gleichstrominnenwiderstand einer Zelle = 54 mOHm; 3 Zellen parallel = 18 mOhm, 10 x in Serie = 180 mOhm + X (Kabel, Lötstellen). Belastung mit 14 A => Spannungsabfall U = R x I = 0,18 Ohm x 14 Ampere > 2,5 Volt

6P10S Akku aus NCR18650A/-B: Zellwiderstand = 68 mOHm; 6 Zellen parallel = 11,3 mOhm, 10 x in Serie = 113 mOhm + X (Kabel, Lötstellen). Belastung mit 12 A => Spannungsabfall U = R x I = 0,113 Ohm x 12 Ampere > 1,4 Volt

2P10S Akku aus NCR18650A/-B: Zellwiderstand = 68 mOHm; 2 Zellen parallel = 34 mOhm, 10 x in Serie = 340 mOhm + X (Kabel, Lötstellen). Belastung mit 10 A => Spannungsabfall U = R x I = 0,340 Ohm x 10 Ampere > 3,4 Volt

Diese Werte sind nicht nur für die „Performance“ des Akkus von einem gewissen Interessen, sondern sagen auch etwas über die mögliche Dauerbelastbarkeit des Akkus aus. So ist der letzte Akku der Aufstellung z.B. für längere Bergauffahrten ohne Pause nicht so gut geeignet, da bei 10 Ampere und 3,4 Volt Spannungsabfall 34 Watt Verlustleistung in dem recht kleinen Akku freigesetzt werden, die nach einer gewissen Zeit zu einer nicht unerheblichen Erwärmung führen würde.