Antwort: Die Laufzeit hängt von der Energiekapazität des Akkus (Wh) und der Motorlast (W) ab, wobei die theoretischen und tatsächlichen Werte erheblich voneinander abweichen.
Grundlegende Formeln und Definitionen
Batterieenergie (Wh) = Spannung (V) × Amperestunde (Ah)
Lastleistung (W) = für einen stabilen Motor- oder Systembetrieb erforderliche Leistung
Theoretische Betriebszeit (Stunden) = Batterieenergie ÷ Lastleistung
Beispiel: Ein 432-Wh-Akku, der einen 350-W-Motor versorgt, ergibt eine theoretische Laufzeit = 432 ÷ 350 ≈ 1,23 Stunden (ca. 74 Minuten).
Dies ist jedoch eine idealisierte Schätzung. Der tatsächliche Betrieb muss verschiedene Verluste und Einflussfaktoren berücksichtigen.
Realitätsnahe Faktoren und Korrektur der Verschlechterung
Die folgenden Faktoren beeinflussen die tatsächliche Laufzeit erheblich:
1. Lastschwankungen und Leistungsspitzen: Durch häufigen Betrieb mit hoher Leistung oder Beschleunigung des Motors wird die Batterie stark belastet, was die Laufzeit unmittelbar verkürzt.
2. Umwandlungs- und Innenwiderstandsverluste: Bei der Übertragung und Umwandlung von Energie kommt es zwangsläufig zu Verlusten. Diese Verluste treten in der Batterie selbst, dem elektronischen Steuergerät (ECU), der Verkabelung und verschiedenen Schnittstellen auf, wodurch der Gesamtwirkungsgrad und die effektive Reichweite verringert werden.
3. Strategien zur Vermeidung von Tiefentladungen: Um die Lebensdauer der Batterien zu verlängern, verhindern die Systeme in der Regel, dass sich die Batterien vollständig auf 0% entladen. Viele Geräte begrenzen beispielsweise die nutzbare Kapazität auf etwa 80%, d. h. selbst wenn die Batterie eine Nennkapazität hat, ist ihre tatsächlich nutzbare Leistung entsprechend reduziert.
4. Die Temperatur: Die Umgebungstemperatur hat einen erheblichen Einfluss auf die Batterieleistung. Bei Kälte nimmt die chemische Aktivität der Batterie ab, was zu einer verringerten Leistung führt; umgekehrt beschleunigen hohe Temperaturen die internen Abbauprozesse, was die Reichweite in ähnlicher Weise verkürzt.
5. Verschlechterung der Batterie: Mit zunehmender Anzahl von Lade- und Entladezyklen verschlechtern sich die chemischen Eigenschaften der Batterie, so dass ihre maximale Kapazität langsam abnimmt. Dies ist der Hauptgrund, warum die Lebensdauer der Batterie mit der Zeit abnimmt.
Beispiel: Bei einer 432-Wh-Batterie, die auf 80% Entladung mit 10% Effizienzverlust begrenzt ist, beträgt die nutzbare Energie 432 × 0,8 × 0,9 = 311 Wh. Bei der Versorgung eines 350-Watt-Systems ergibt sich eine Betriebsdauer von 311 ÷ 350 ≈ 0,89 Stunden (ca. 53 Minuten).
Schätzungen des Anwendungsszenarios45
Leichte Belastung oder Fahrbetrieb (durchschnittliche Motorleistung 150-250 W): Ein 432-Wh-Akku kann eine Laufzeit von 2-3 Stunden ermöglichen.
Flaches Gelände + mäßige Tretunterstützung: 15-70 Meilen (24-112 km) erzielbare Reichweite, je nach Batteriekapazität, Unterstützungsstufe, Fahrmodus und Gelände
Schwere Last oder häufiges Steigen: Die Reichweite kann auf 30%-60% der theoretischen Werte sinken.
Auswahl der Batterien für die Anforderungen an die Reichweite
1. Bestimmung des durchschnittlichen Leistungsbedarfs (W)
2. Legen Sie die angestrebte Fahrtdauer (Stunden) fest.
3. Berücksichtigung der Kapazitätsredundanz und der Entladestrategie (z. B. Verwendung der verfügbaren Kapazität 70-85%)
4. Erforderliche Batteriekapazität = (Leistung × Zeit) ÷ Nutzbares Verhältnis
Beispiel: Für ein System mit 300 W Durchschnittsleistung, 2 Stunden Zieldauer und einem Nutzungsverhältnis von 0,8:
Bedarf = (300 × 2) ÷ 0,8 = 750 Wh Batteriekapazität.
