Rekuperation: So funktioniert die Energierückgewinnung beim Bremsen

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Wer sich mit dem Thema Elektroauto beschäftigt, stolpert auf kurz oder lang über einen recht sperrigen Begriff: Rekuperation. Niemand, der davon schon einmal etwas gehört hat, versteht auf Anhieb, was gemeint sein könnte. Es sei denn, man hat auch schon einmal etwas von Rekuperationsbremsen gehört. Denn dann wird recht schnell klar, womit das Schlüsselwort der Elektromobilität etwas zu tun hat. 
Rekuperaation
In Schub- und Bremsphasen wandelt der Generator die kinetische in elektrische Energie um und speist sie in die Batterie ein. Das Audi virtual cockpit visualisiert dies in seiner Anzeige.Bildquelle: Audi

Rekuperation kommt nicht nur in Elektroautos wie dem BMW i3, einem Audi e-tron, dem Nissan Leaf oder dem Renault Zoe zum Einsatz. Auch in Gefährten mit Hybrid-Antrieb ist es in aller Regel fester Bestandteil des Systems zur Bremsenergierückgewinnung. Die grundsätzliche Funktion der Bremswirkung ist dabei recht schnell erklärt. Regeneratives Bremsen sorgt dafür, dass der E-Motor zu einem Generator wird. Das Bremsen erzeugt Strom und lädt automatisch die Akkus des Elektroautos. Vereinfacht ausgedrückt: Bewegungsenergie wird auf diese Weise zu elektrischer Energie. Rekuperation könnte man also frei übersetzt auch als Rückgewinnung verstehen.

Regeneratives Bremsen leicht erklärt

Wenn man so will gewinnt das Fahrzeug also eigentlich schon wirkungslos verbrauchte, kinetische Energie aus der eigenen Bewegung zurück. Denn bei einem Auto mit einem herkömmlichen Otto-Motor verpufft beim Bremsen die dabei entstehende Reibungswärme ersatzlos. Bei einem Fahrzeug mit Hybird- und Elektromotor geschieht das nicht. Hier wird die Wärme genutzt, um damit den Energiespeicher aufzuladen. Beschleunigt das Auto kurz darauf wieder, wandelt sich die elektrische Energie wieder zu kinetischer Energie.

Regeneratives Bremsen kommt bereits dann zum Einsatz, wenn der Fahrer den Fuß vom Gas nimmt. Denn dadurch verzögert beziehungsweise verringert sich automatisch die Geschwindigkeit des Autos – ähnlich wie bei einer Motorbremse. Wie stark die Rekuperation arbeitet, lässt sich bei einzelnen Fahrzeugen übrigens in mehreren Stufen einstellen. Und das ganz nach den Wünschen und Vorlieben des Fahrers. Denn eine zu stark eingestellte Bremsenergierückgewinnung kann unter Umständen das Fahrgefühl und das Wohlbefinden im Fahrzeug negativ beeinflussen.

Bis zu einem gewissen Maß kommt ein regeneratives Bremssystem in einem Elektroauto aber auch beim aktiven Bremsen zum Einsatz. Je stärker der Fahrer auf die Bremse tritt, desto stärker laden sich über das System des E-Autos die Akkus mit neuer Energie auf. Aber natürlich nur solange die Batterien des Autos noch Energie durch regeneratives Bremsen aufnehmen können. Denn die Möglichkeiten einer Bremsenergierückgewinnung sind aufgrund der physikalischen Grenzen eines Energiespeichers endlich.

Rekuperation im Volkswagen Tiguan GTE Active Concept
Rekuperation im Volkswagen Tiguan GTE Active Concept.Quelle: Volkswagen

Rekuperation – Auto rollen lassen spart Kraftstoff

Am einfachsten lässt sich regeneratives Bremsen von Energie mit dem Fahrverhalten vor einer Ampel erklären. Fährt ein Fahrer eines Elektroautos auf eine Ampel zu, kann er einfach den Fuß vom Gas nehmen und das Fahrzeug ausrollen lassen. Dabei beginnt die Rekuperation, den Energiespeicher des Autos aufzuladen. Steht das Auto vor der Ampel, schaltet sich der Motor bei vielen Autos dank Start-Stopp-Automatik automatisch aus. Ein solches Start-Stopp-System sorgt nicht nur für eine Energie- oder Kraftstoff-Einsparung, sondern bei einem Hybrid-Auto auch für eine Reduzierung des CO2-Ausstoßes.

Bonus in Hybrid-Fahrzeugen: Springt die Ampel wieder auf Grün, steht über den zusätzlichen Elektromotor mehr Leistung zur Verfügung. Denn beim Beschleunigen lässt sich dann die mit der Bremsanlage zurückgewonnene Energie nutzen, um zusätzliches Drehmoment zu verwenden. Der eine oder andere Sportwagen verliert das Beschleunigungsduell deswegen kläglich und lässt den Elektroauto-Fahrer grinsend um die nächste Kurve biegen.

Generator aktiv – Display im Cockpit zeigt es

Wenn die Bremsenergierückgewinnung zum Einsatz kommt, sieht der Fahrer dies übrigens auch in den meisten Elektroautos im Cockpit. Denn in aller Regel signalisiert eine Anzeige eines digitalen Displays neben dem Tacho die aktive Rekuperation. Der Fahrer sieht also direkt, wie sich sein Fahrstil auf das Wiederaufladen der Batterien auswirkt. Vorausschauendes Fahren kann gerade mit einem Elektroauto dazu führen, dass sich die Reichweite erhöht. Früh zu bremsen kann sich also lohnen.

Ist das Elektroauto dank Rekuperation also das lange gesuchte Perpetuum Mobile? Leider nicht. Denn bei jeder Energie-Umwandlung geht immer ein gewisser Prozentsatz an Energie verloren. Kein E-Auto-Fahrer kommt also darum herum, sein Fahrzeug irgendwann mit neuer Energie von außen zu versorgen.

Auch Züge bremsen mit Rekuperation

Rekuperationsbremsen, die man auch als Nutzbremsen bezeichnen könnte, kommen übrigens nicht nur in E-Autos zum Einsatz. Auch moderne Lokomotiven oder Triebwagen im Schienenverkehr nutzen die praktische Möglichkeit der Energierückgewinnung. Konventionelle Bremsen sind in Zügen schon seit den 1920er Jahren oft Geschichte. Denn auch bei der Bahn hat man früh erkannt, welch großen Vorteile ein regeneratives Bremssystem eines Elektromotors haben kann. Mit der Bremsenergierückgewinnung spart schließlich auch die Bahn viel Geld.

Bildquellen:

  • Volkswagen Tiguan GTE Active Concept: Volkswagen
  • BMW i3 Elektroauto: BMW
  • Rekuperation: Audi
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1 KOMMENTAR

  1. Es wäre schön, wenn es das Co2-Märchen nicht gäbe und das e-Auto auch seinen Strom selbst erzeugen würde. (Man stelle sich bloss mal vor, auch die Züge und die Straßenbahnen würden an Bord ihren Strom selbst erzeugen: Die ganzen Strommasten und Oberleitungen könnten als Rohstoff eingeschmolzen und rezirkelt werden…!)

    Da scheint etwas Revolutionäres in Fluss zu sein, Bloss etwas wirklich Genaues weiss man nicht. Aber NASA, BOEING, AIRBUS und etliche namhafte Weltunternehmen haben bereits Patente für Nutzungsverfahren angemeldet.

    Naja, vielleicht gibt dieser Aufsatz mehr zu denken als blosse Recuperation:
    https://trumpelman.wordpress.com/2019/04/12/e-auto-mit-riesigem-akku-ein-rohrkrepierer/
    – mlskbh –

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