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Fahrrad - Technik, E-Bike

Das Phänomen der Stromwärme am E-Bike und im Alltag

Als Stromwärme bezeichnet man die durch einen fließenden elektrischen Strom entwickelte Wärme. Beim Toaster sorgt sie für knusprigen Toast, am E-Bike für einen warmen Akku oder die Abschaltung des Motors.

Das Phänomen der Stromwärme am E-Bike und im Alltag

Diese Stromwärme entsteht aufgrund des „relativ mühsamen Wegs“ der elektrischen Ladungsträger durch einen elektrischen Leiter wie etwa einen Draht. Ständig kommt es hier zu Zusammenstößen, sodass sich laufend elektrische Energie in thermische Energie umwandelt, also in Wärme. Das gleiche ist auch in einer Batterie der Fall z.B. bei einem E-Bike oder einem Handy. Aber auch im Motor selbst entsteht Stromwärme.

Man kann sich die Stromwärme vorstellen wie eine Fahrt im Bus oder der Bahn. Ist der Bus schön leer, ist die Fahrt entspannt, ruhig und gelassen. Bei vielen Menschen und einem sehr vollen Bus hingegen steht man sich dauernd auf den Füßen, es ist laut und man hat keinen Platz sich zu bewegen. Durch die vielen Menschen wird es außerdem noch sehr warm und ungemütlich, man fängt an zu schwitzen obwohl man sich gar nicht körperlich anstrengt.




Wo viele Menschen auf engem Raum sind entsteht viel Reibung und Wärme - ähnlich ist es auch beim StromMit dem Strom ist es wie mit den Menschen - viel auf engem Raum sorgt
für viel Reibung und Wärme - egal ob im Bus, Bahn, Motor oder Kabel

Gewünschte und unerwünschte Stromwärme

Während die Stromwärme bei manchen elektrischen Geräten gewünscht ist, etwa bei einer Glühbirne wo aus dieser Wärme Licht entsteht, oder bei einem Toaster wo man die Wärme selbst benötigt, ist sie bei anderen ein Verlust. Im ungünstigsten Fall führt eine zu hohe Stromwärme zu einer Zerstörung eines Geräts, im besten Fall schaltet es sich zum Schutz nur ab bis es abgekühlt ist.



Bei einem E-Bike Akku verhindert ein ausgeklügeltes Batterie-Management-System (BMS) dass durch Wärme oder gar Hitze wie Stromwärme der Akku Schaden nimmt - hier an einem Bosch AkkuSteigt die Leistung welche ein Gerät benötigt,
so wird es bedingt durch das Phänomen der Stromwärme heißer,
gerade Lithium-Ionen Akkus etwa aber mögen Wärme ganz und gar nicht
- Ein Batterie-Management-System misst die Temperatur
und schaltet im Notfall den Akku ab (hier ein Bosch BMS)


Höhe und Verminderung der Stromwärme

Je größer der Strom I, welcher in Ampere angegeben wird, desto höher auch die Stromwärme. Entgegen kommen kann man dieser nur durch entweder größere Leitungen (gemeint ist ein größerer Querschnitt, wie bei einem Elektroauto üblich), einer Kühlung der Leitung, oder aber einer stattdessen höheren elektrischen Spannung U in Volt. Überlandleitungen etwa transportieren aus diesem Grund elektrische Energie mit enormen Spannungen (Hochspannung genannt) und sehr kleinen Strömen. Denn für die elektrische Leistung P ist es egal, ob der Strom oder die Spannung sehr groß ist. Diese ist nämlich das Produkt aus der Spannung U und der Stromstärke I.

Die Ladestation für Elektroautos des US-Herstellers Tesla - der Kabelquerschnitt ist besonders hoch um die Stromwärme in Grenzen zu haltenDie Ladestation für Tesla E-Autos erinnert stark an eine klassische Zapfsäule
wie man sie an jeder Tankstelle für Benziner findet -
damit trotz viel Leistung und hoher Stromstärke sich die Kabel nicht zu stark erwärmen
werden die Leitungen besonders "dick" ausgeführt, sodass die Stromdichte klein bleibt




Stromwärme im Alltag

Das Phänomen der unerwünschten Stromwärme ist im Alltag vor allem von Laptops oder Handys gut bekannt. Bei intensiver Nutzung, etwa beim Spielen eines Spiels, erwärmen sich diese relativ stark. Je nach Modell ist das teils sehr stark spürbar und kann z.B. bei einem Laptop schon mal um die 50 Grad warm werden. Ein IPhone X etwa wird an der Rückseite unter starker Last um die 45 Grad warm.

Stromwärme im Alltag - gerade Handyakkus oder die Rückseite eines Laptops wird gerne etwas wärmerEine durchdachte Kühlung ist -  besonders bei großer Leistung - sehr wichtig
ansonsten gehen Akkus von Handy, Laptop oder etwa einer Taschenlampe
früher kaputt als sie müssten



Stromwärme beim E-Bike

Beim E-Bike steigt die Stromwärme vor allem im Sommer oder aber an steilen Anstiegen stark an. Dann kommt es im Fall einer zu großen Erwärmung zu einer Abschaltung des Akkus, des Motors oder etwa beidem.

Eine Fahrt in die Weinberge ist reizvoll für den Fahrer und fordernd für Motor und BatterieDie Weinberge mit dem E-Bike zu erkunden macht viel Spaß
- der E-Bike Antrieb und der Akku müssen jedoch ordentlich schwitzen
Wird die Belastung über längere Zeit sehr groß kann es sein dass Motor
und Akku zum Schutz abgeschaltet werden oder zumindest heruntergeregelt

Gerade im Akku sollte zu hohe Wärme oder sogar Hitze vermieden werden. Dies beschleunigt den Alterungsprozess des Akkus stark oder beschädigt sie vollkommen. Die ab Modelljahr 2018 immer häufiger verbauten integrierten Akkus etwa müssen die Wärme im Rahmeninneren besonders gut abtransportieren können. Ebenso entsteht Stromwärme beim Laden des E-Bike Akkus, sodass sich sowohl der Akku selbst auch als das Ladegerät etwas erwärmen.

Beim Laden des E-Bike Akkus werden sowohl Ladegerät als auch der Akku selbst etwas warm - im Regelfall kein ProblemBeim Laden des E-Bike Akkus entsteht ebenfalls Stromwärme
vor allem am Anfang des Ladens, da hier die Stromstärke höher ist als am Ende
- eine gewisse Erwärmung ist normal und kein Grund zur Beunruhigung


Läuft ein Elektromotor in einem schlechten Wirkungsgrad und wird dabei noch stark gefordert, fließt ein hoher Strom, welcher zu einem Großteil als Wärme verpufft. Um den Motor zu schützen wird deshalb oft der Strom zurückgenommen und damit auch die Leistung. Gerade bei älteren Motoren der Marke Bionx war dieses Phänomen an besonders steilen und langen Anstiegen ein Problem. Mittelmotoren wie etwa die von Bosch sind dagegen besser gewappnet. Damit der Motor nicht überhitzt, muss auch die Ableitung der entstehenden Wärme gut geregelt sein. Dies wurde in Extremsituationen auch den Brose Motoren der ersten Generation zum Verhängnis. Mit dem neuen Brose S-Drive wurde deswegen vor allem das Temperaturmanagement angegangen.

Der Brose Motor der ersten Generation hatte teils mit der hohen Stromwärme unter starker Motorbelastung zu kämpfenDamit die entstehende Stromwärme am E-Bike Motor nicht
problematisch wird, muss sie effizient vom Motor abgeleitet werden
und im Zweifelsfall die Stromstärke vom Motor-Controller begrenzt werden

 
 

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