Akkuplattform

Elektrofahrräder und -roller

Bei e-Bikes ist der Akku mehrheitlich abnehmbar, zum externen Aufladen und/oder zum Diebstahlschutz. Bei Bauform und Einbaulage ist der Wettbewerb noch in vollem Gange, es gibt Einbaupositionen^[2] versteckt in Rahmenrohren, im unteren Rahmendreieck oder am Gepäckträger. Zudem variieren elektrische (hilfs-)angetriebene Mobile von artistischen Einrädern über den einachsigen aber stabilisierten Segway und Leih-Tretrollern über Pedelecs bis hin zu ausgewachsenen E-Motorrädern, die wiederum über Dreiräder in Automobile übergehen.

Es haben sich noch keine Standards herausgebildet, so dass Akku-Allianzen noch nicht absehbar sind, auch wenn Kunden diese nachfragen. Jedoch ist ein E-Kickscooter der Firma Govecs, Elmoto Kick, seit 2019 mit zwei Einhell PXC Akkus ab 5.2 Ah zu betreiben.^[3]

Ein „Swappable Battery Consortium for Electric Motorcycles“^[4] wurde im April 2019 von Honda, Kawasaki, Suzuki und Yamaha in Japan gegründet. Honda und Yamaha planen zudem zusammen mit KTM und Piaggio ein „Swappable Batteries Consortium for Motorcycles and light Electric Vehicles“^[5] für austauschbare Batterien von leichten Elektrofahrzeugen bis 15 kW.

Im Mai 2021 hat Tier Mobility angekündigt, dass in Münster und Berlin bei Schnellimbissen, Supermärkten usw. mind. 170 Akkuladestationen aufgebaut werden, an denen Nutzer gegen Freiminuten die austauschbare Batterie der neuen E-Scooter-Generation eigenhändig tauschen können.^[6]

In Taiwan bietet der Motorroller-Hersteller Gogoro das Gogoro Energy Network von ca. 2000 Akkutausch-Stationen an, die im Tausch gegen zwei leere Akkus zwei geladene Smartscooter-Akkus ausgeben, was schneller gehen soll als ein Tankvorgang.^[7]

Autos

Für Elektroauto-Akkus wurde bereits ab 2007 Batteriewechselstationen in Israel und Dänemark angeboten, Betreiber Better Place scheiterte jedoch 2013 u. a. mangels Fahrzeugen, da nur Renault Fluence eine Akkutausch ermöglichten. Tesla demonstrierte^[8] im Juni 2013 auf einer Bühne vor Publikum nicht nur einen, sondern hintereinander zwei ca. 93 Sekunden dauernde Akkuwechsel an zwei Tesla Model S während ein Audi in gut vier Minuten am Kreditkarten-Tankautomaten mit 4 Gallonen pro Minute betankt wurde. Es wurde in Zentralkalifornien aber nur 2015 eine Wechselstation eröffnet die bald wieder geschlossen wurde da Kunden das damals kostenfreie Tesla-Supercharger-Schnellladen bevorzugten gegenüber den kostenpflichtigen Tausch mit vorheriger Anmeldung.

Der chinesische Hersteller Nio hat den optionalen Akkutausch ab 2018 für eigene PKW wieder aufgenommen und bis März 2021 über 2 Millionen Tauschvorgänge an 192 Stationen durchgeführt, meist in China. In Deutschland sind 2023 einige „Nio Power Swap Stations (PSS)“ in Betrieb, weitere geplant.^[9] Stand 2025 werden weltweit 3201^[10] für Europa 61^[11] Tauschstationen angezeigt, im Raum Skandinavien, Benelux, und in Deutschland, wo schneller gefahren werden kann. Anderswo kann nur regulär geladen werden, auch an Nio-eigenen Ladern.

NiCd & NiMH

Bei Akku-Handwerkzeugen gab es über Jahrzehnte eine Entwicklung, bei der zunächst die seit 1899 bekannten Nickel-Cadmium-Akkumulatoren (NiCd) in Rundzellenform mit je 1,2 V Nennspannung zu Paketen mit etwa 7,2 V oder 14,4 V kombiniert wurden. Da Cadmium giftig ist, wurden Cadmium-Akkus ab 2004 in der EU verboten, wobei einige Einsatzgebiete wie Werkzeuge bis 2016 ausgenommen blieben, obwohl der NiCd-typische Memory-Effekt ein Nachteil war, der fälschlicherweise auch anderen Akkusystemen nachgesagt wird. Die Entwicklung von Nickel-Metallhydrid-Akkumulatoren (NiMH) ab den 1980er Jahren bot eine Alternative, die mit 1,2 V kompatibel war, allerdings auch Nachteile wie eine anfangs hohe Selbstentladung aufwies, die man erst im Lauf der Zeit in den Griff bekam. Bei Kunden sorgen sie weiterhin für Vorbehalte, die sich teils bis auf Elektroautos auswirken, wo NiMH-Akkus in Toyota-Hybriden seit 1997 zum Einsatz kommen.

Lithium-Ion

Seit Anfang der 1990er-Jahre wurden Lithium-Ionen-Akkumulatoren in japanischen Sony-Videokamerarecorder eingesetzt, meist zwei Rundzellen im Format 18650 (Durchmesser 18 mm bei 65 mm Höhe) mit Nennspannung 3,6 Volt zu 7,2V in Serie geschaltet. Die Vorteile der Lithium-Chemie sorgte für einen Siegeszug dieser Technologie, der 2019 mit dem Nobelpreis für Chemie gekrönt wurde. Ebenfalls seit den 1990er Jahren wurden Rundzellen als Laptop-Akkus in großer Stückzahl erfolgreich kombiniert, drei in Serie mit 10,8 V, insgesamt sechs oder neun.

Der Elektroautobauer Tesla hat, nach Vorarbeit von Anderen, Tausende von Rundzellen in den Tesla Roadster (2008) eingebaut. Es wurden 6.831 Zellen von Panasonic zu einem Hochvolt-Akkupaket zusammengesetzt, je 69 Zellen parallel verdrahtet, davon 99 Lagen in Serie geschaltet für eine Nennspannung von 360 V. Das Batteriepaket wiegt ca. 408 kg, kann 56 kWh elektrische Energie speichern und als Spitzenwert 215 kW elektrische Leistung liefern.

Batteriemanagement

Bei Taschenlampen, E-Zigaretten und sogar Mini-Akkuschraubern wie dem 2003 eingeführten Bosch IXO reicht eine Rundzelle aus, die wie bei Wegwerf-Zellen üblich leicht getauscht werden kann. Bei Handwerkzeug-Akkus haben sich 5 Zellen in Serie mit 18 Volt (Gleichspannung) als ein De-facto-Standard mit weitem Anwendungsbereich herauskristallisiert. Dabei ist eine simple Zusammenschaltung nicht ausreichend, denn das Know-how liegt im elektronischen Batteriemanagementsystem (BMS), welches die Spannung jeder einzelnen Zelle überwacht und gegen Überladung und Tiefentladung schützt, sowie den Maximalstrom und die Temperatur erfasst. Das BMS hilft gegen Brände und vorschnelle Alterung des Akkupakets. Dabei muss auch die Temperatur überwacht werden, teils für Kühlung gesorgt werden, insbesondere bei Schnellladung in weniger als einer Stunde. Damit einzelne schwache Zellen nicht das gesamte Paket unnötig verschlechtern, sorgen Balancer für einen Ausgleich.

Kleinspannung

Für höhere Leistungen werden 36 V bis 72 V angeboten, was aber typischerweise mit einem höheren Gewicht einhergeht und nicht für Werkzeuge mit Einhand-Benutzung gedacht ist. Mit 48 Volt ist seit der Telegrafie in der Telekommunikation eine Nennspannung etabliert, die als Berührungsspannung noch als ungefährlich gilt, zudem auch im Kfz-Bereich als Bordnetzspannung für Mildhybride Verwendung findet oder bei Batteriespeicher-Modulen mit mehreren kWh. Bei Gleichspannungen über 120 V spricht man vom gefährlichen Hochvolt-Bereich. In Kfz werden dabei orangefarbene Kabel verwendet, Werkstatt-Mitarbeiter müssen eine Hochvolt-Schulung abgelegt haben. Daher wird man keine Akkusysteme mit über 100 V an Kunden herausgeben, auch wenn in Privatgebäuden PV-Anlagen montiert sind, deren Spannung 1000 V erreichen kann.