Neues Schnellladesystem für E-Bikes

© Lea de Biasi/ Steffen Jokisch, KIT

Karlsruhe - Der Markt für E-Bikes boomt. Mit dem elektrischen Rückenwind ist vieles einfacher und der Umstieg vom Auto aufs Fahrrad wird erleichtert. Allerdings dauert das Laden der Akkus oft noch zu lange. Das soll sich ändern.

In der alltäglichen Nutzung von E-Bikes in der Stadt sind die Wege kürzer, Langstrecken eher selten. Um die Ladezeit zu verkürzen, wollen das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) und die auf E-Mobility spezialisierte Coboc GmbH & Co. KG die Batterien in den Bikes schnellladefähig machen.

Schnellladesystem für E-Bikes
Die meisten Nutzerinnen und Nutzer von E-Bikes sind im Alltag in der Stadt oder auf kurzen Strecken unterwegs. Hier würde eine geringe Reichweite und damit verbunden eine kleinere Batterie ausreichen. Das spart Kosten und schont die Umwelt. Um dennoch auch weitere Strecken zurücklegen zu können, muss diese Batterie im Bedarfsfall möglichst schnell geladen werden können. Bis eine herkömmliche E-Bike-Batterie aufgeladen ist, dauert es heute allerdings zwei bis vier Stunden. Ein schneller Start nach kompletter Akku-Entladung ist damit schwierig. „Deswegen wollen wir ein Schnellladesystem für E-Bikes entwickeln, das kompakt und leistungsfähig ist, aber auch nutzer- und umweltfreundlich“, erklärt Nicolaus Lemmertz, Wissenschaftler am Elektrotechnischen Institut (ETI) des KIT und Leiter des Projektes.

Digitalisierung und Batterie-Managementsystem
Das neue Schnellladeverfahren soll auf Lithium-Ionen-Zellen mit hoher Lebensdauer basieren, über einen vergleichsweise starken Ladestrom von bis zu zehn Ampere verfügen und an normalen 230-Volt-Steckdosen in weniger als einer Stunde aufgeladen werden können. Darüber hinaus soll das Batteriemanagementsystem eine Diagnosefunktion bieten: Die während der Nutzung des E-Bikes gemessenen Daten werden über eine Internet-of-Things-Lösung (IoT) erfasst, analysiert und in der internen Coboc-Cloud gestreamt. Sie geben Aufschluss über den State of Charge (SOC), also den Ladezustand der Batterie, und den State of Health (SOH), das heißt ihren Gesamtzustand im Vergleich zu einem neuen Akku. Beide Kennwerte bedingen einander.

Angebot der Forschung an die Industrie
Die Ergebnisse der Datenauswertung sollen Hersteller und Nutzern grafisch aufbereitet zur Verfügung stehen. Dies ermöglicht eine kontinuierliche Optimierung des E-Bikes, eine entsprechende Anpassung des Gesamtsystems und im Sinne einer vorausschauenden Wartung auch stets aktuelle Informationen über den Batteriestatus. Innerhalb des Projektverbunds übernimmt das KIT unter anderem die Auswahl und Bewertung der infrage kommenden Lithium-Ionen-Zellen, die Lebensdaueruntersuchung ausgewählter Zellen sowie die Entwicklung des Schnellladeverfahrens und eines Diagnosesystems, das den SOC und SOH umfasst. Coboc unterliegt vor allem die Anforderungsanalyse und Entwicklung des Betriebsmanagementsystems, die Implementierung des IoT-Systems mit dazugehörigem Server Back End sowie die Hardware und deren Integration im Elektrofahrrad. Das Projekt wird im Rahmen des Zentralen Innovationsprogramms Mittelstand des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie (BMWi) gefördert und läuft noch bis Ende September 2021.