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Einheit
Wh oder kWh
Einfach erklärt
Die Batterieenergie (E) ist der gesamte "Energieinhalt" eines Akkus – vergleichbar mit dem Inhalt eines Tanks, während die Kapazität in Amperestunden (Ah) eher der Tankgröße in Litern entspricht: Erst multipliziert mit der Spannung (der "Energiedichte pro Liter") ergibt sich die tatsächlich gespeicherte Energie E≈U·C. Die Einheit ist Wattstunde (Wh) oder Kilowattstunde (kWh). Ein Smartphone-Akku speichert etwa 15–20 Wh, ein E-Bike-Akku 400–700 Wh, ein E-Auto-Akku 40–100 kWh.
Merksatz: Kapazität (Ah) allein sagt nichts über die Energie aus – erst zusammen mit der Nennspannung des Akkus ergibt sich die tatsächliche Energiemenge in Wh.
Fortgeschrittene Erklärung
Die Näherung E≈U·C setzt eine konstante Spannung während der gesamten Entladung voraus – in Wirklichkeit sinkt die Zellspannung mit fortschreitender Entladung (bei Li-Ionen typisch von ca. 4,2 V voll geladen auf 3,0 V bei Entladeschluss, mit einer relativ flachen Plateauspannung dazwischen). Exakt ist deshalb E=∫U(t)·I(t)dt, und Hersteller geben die nutzbare Wh-Zahl meist bereits über diese integrierte Messung an, nicht als reines Produkt aus Nennspannung und Nennkapazität.
Von der Nennenergie zu unterscheiden ist die tatsächlich nutzbare Energie: Viele Systeme (v. a. E-Autos, Hausspeicher) begrenzen die Entladetiefe (Depth of Discharge, DoD) auf z. B. 80–90 %, um die Zyklenlebensdauer zu erhöhen – ein 60-kWh-Akku liefert dann real oft nur 50–54 kWh nutzbare Energie. Auch die Temperatur beeinflusst die entnehmbare Energie erheblich: Bei Kälte sinkt die verfügbare Kapazität durch erhöhten Innenwiderstand spürbar, bei Blei-Säure-Batterien beschreibt Peukerts Gesetz zusätzlich, wie hohe Entladeströme die nutzbare Kapazität gegenüber dem Nennwert (meist bei C/20) verringern.
Beim Laden und Entladen entstehen zudem Verluste am Innenwiderstand (I²R) und durch die Ladeelektronik, sodass der Round-Trip-Wirkungsgrad eines Batteriespeichers real bei etwa 85–95 % liegt: Die beim Laden zugeführte Energie ist stets größer als die beim Entladen wieder nutzbare.
Fachlicher Hinweis: Die auf dem Typenschild angegebene Energie (Wh) ist ein Nennwert unter Laborbedingungen – nutzbare Energie im Betrieb hängt zusätzlich von Temperatur, Entladestrom, Alterungszustand (State of Health) und zulässiger Entladetiefe ab.
Wichtige Formeln und Zusammenhänge
E gespeicherte Batterieenergie in Wh (bzw. kWh), U Nennspannung der Batterie in Volt (V), C Kapazität in Amperestunden (Ah). Die Näherung E≈U·C gilt für näherungsweise konstante Spannung während der Entladung; U(t) und I(t) sind der tatsächliche Spannungs- und Stromverlauf.
Beispiel und Vorgehensweise
Ein E-Bike-Akku hat U=48 V Nennspannung und C=14 Ah Kapazität. Gesucht ist die gespeicherte Energie.
- Werte notieren: U=48 V, C=14 Ah.
- Formel wählen: E≈U·C.
- Einsetzen: E=48 V·14 Ah.
- Ergebnis: E=672 Wh≈0,67 kWh.
- Plausibilität: 0,4–0,7 kWh ist der übliche Bereich für E-Bike-Akkus – passt.
Der Hersteller begrenzt die nutzbare Entladetiefe auf 90 % (zum Schutz der Zellen) und der Ladewirkungsgrad des Ladegeräts beträgt 92 %. Wie viel Energie muss beim vollen Nachladen aus der Steckdose entnommen werden, und wie viel Energie steht real zur Fahrt zur Verfügung?
Nutzbare Energie: E_nutz=672 Wh·0,90=604,8 Wh. Für das vollständige Wiederaufladen dieser Menge wird wegen der Ladeverluste mehr Energie aus dem Netz benötigt: E_Netz=E_nutz/η=604,8 Wh/0,92≈657,4 Wh. Die Differenz von rund 53 Wh geht beim Laden als Wärme verloren – ein Effekt, der bei der Kilometerkosten-Berechnung von E-Bikes oder E-Autos oft übersehen wird.
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Weiterführend
Passende Berechnungen findest du im Rechnerbereich. Eigene Tabellen und Übersichten gibt es im Tabellenbuch.