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Einheit
Amperestunde (Ah)
Einfach erklärt
Die Batteriekapazität gibt an, wie viel elektrische Ladung eine Batterie gespeichert hat bzw. abgeben kann, angegeben als Produkt aus Strom und Zeit: Q=I·t. Eine anschauliche Analogie ist ein Wassertank: die Kapazität in Amperestunden (Ah) entspricht dem Fassungsvermögen, während der Entladestrom in Ampere dem Auslauf am Hahn entspricht – ein voller Tank kann entweder langsam über viele Stunden oder schnell über wenige Minuten geleert werden. Typische Werte: eine AA-Batterie hat etwa 2–3 Ah, eine Autobatterie 45–90 Ah, ein E-Bike-Akku 10–20 Ah bei ca. 36–48 V, ein E-Auto-Akkupaket oft 150–250 Ah bei rund 400 V (meist als Energieinhalt in kWh angegeben). Eng verwandt sind die Elektrische Ladung (Q) (1 Ah=3600 C) sowie die Elektrische Energie, die sich aus Kapazität und Nennspannung ergibt: E=Q·U.
Merksatz: Die aufgedruckte Ah-Zahl gilt nur bei der vom Hersteller angegebenen Entladerate (oft C/20) – bei hohen Strömen ist die tatsächlich nutzbare Kapazität geringer.
Fortgeschrittene Erklärung
Physikalisch beschreibt die Batteriekapazität die im Elektrodenmaterial elektrochemisch gespeicherte und bei einer Entladereaktion umsetzbare Ladungsmenge Q=∫i(t)dt. Sie hängt von der Menge des aktiven Materials, der Elektrodenfläche und der Zellchemie ab (z. B. LiFePO₄, NMC, Blei-Säure).
Bei Blei-Säure-Batterien nimmt die nutzbare Kapazität mit steigendem Entladestrom spürbar ab – beschrieben durch die Peukert-Gleichung t=C_P/Iᵏ mit dem Peukert-Exponenten k (typisch 1,1–1,3). Eine mit hohem Strom entladene 100-Ah-Batterie liefert daher praktisch deutlich weniger als 100 Ah, während bei sehr kleinem Entladestrom (z. B. C/20) nahezu der Nennwert erreicht wird. Lithium-Ionen-Zellen zeigen diesen Effekt deutlich schwächer.
Zusätzlich sinkt die verfügbare Kapazität mit fallender Temperatur (bei 0°C oft nur 70–80% der Nennkapazität), mit zunehmender Zyklenalterung (Kapazitätsverlust durch SEI-Wachstum, Lithium-Plating oder Sulfatierung) und mit der Entladeschlussspannung, ab der ein Batteriemanagementsystem abschaltet, um Tiefentladung zu vermeiden.
In der Praxis wird die Kapazität deshalb häufig mit der Entladerate (C-Rate) angegeben: ein Entladestrom von 1C entspricht dem Zahlenwert der Nennkapazität in einer Stunde (bei 100 Ah also 100 A), 0,5C entsprechend 50 A über zwei Stunden.
Fachlicher Hinweis: Der Ladezustand (State of Charge) bezieht sich immer auf die aktuell verfügbare, nicht zwingend auf die ursprüngliche Nennkapazität – mit zunehmendem Alter der Batterie sinkt der als 100% SOC geltende Referenzwert (State of Health).
Wichtige Formeln und Zusammenhänge
Q Ladung/Kapazität in Amperestunden (Ah) oder Coulomb (C, 1 Ah=3600 C), I Strom in Ampere (A), t Zeit in Stunden (h), E Energieinhalt in Wattstunden (Wh), U_N Nennspannung in Volt (V), C_P Peukert-Kapazität, k Peukert-Exponent (typisch 1,1–1,3 bei Blei-Säure).
Beispiel und Vorgehensweise
Eine Powerbank ist mit 20.000 mAh (20 Ah) bei einer Zellspannung von 3,7 V angegeben. Gesucht ist der Energieinhalt in Wattstunden.
- Werte notieren: Q=20 Ah, U=3,7 V.
- Formel wählen: E=Q·U.
- Einsetzen: E=20 Ah·3,7 V=74 Wh.
- Ergebnis: Die Powerbank speichert rechnerisch 74 Wh – nutzbar am 5-V-USB-Ausgang wegen Spannungswandlung und Wirkungsgrad (η≈0,85) aber nur rund 74 Wh·0,85/5 V≈12,6 Ah.
Eine Blei-Säure-Batterie ist mit 100 Ah bei C/20 (5 A) spezifiziert, Peukert-Exponent k=1,15. Bei einer Entladung mit 20 A (0,2C) sinkt die real nutzbare Kapazität. Mit der Näherung C_effektiv=C_Nenn·(I_Nenn/I)^(k-1) ergibt sich C_effektiv=100 Ah·(5/20)^0,15=100 Ah·0,812≈81 Ah – bei hohem Entladestrom stehen also nur rund 81% der Nennkapazität zur Verfügung, ein wichtiger Faktor bei der Auslegung von Notstromversorgungen oder Startbatterien.
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