Anstatt beim Bremsen Bewegungsenergie in Wärme umzuwandeln, lässt sie sich auch in Form von Strom zurückgewinnen. Dann spricht man von Rekuperation. So funktioniert es.
Seitdem es Pkw mit hybridischen Antriebssystemen – mit mehr oder weniger großen E-Motoren – sowie rein elektrisch angetriebene Autos gibt, gibt es auch die Rekuperation. Sie ist ein wichtiger Faktor, um deutliche Effizienzsteigerungen zu erzielen. Im Kern handelt es sich um regeneratives Bremsen, bei dem Elektroautos und Hybridfahrzeuge Bewegungsenergie wieder in elektrische Energie wandeln. Anders als die mit reinem Verbrennungsmotor angetriebenen Autos, die einen Großteil der kinetischen Energie über die konventionelle Reibungsbremse in Form von Wärme ungenutzt an die Umwelt abgeben, gelingt es dadurch, Bewegungsenergie wieder in Fahrstrom zu wandeln. Hybridfahrzeuge brauchen deshalb bis zu 20 Prozent weniger Sprit, Elektrofahrzeuge können ihre Reichweiten erhöhen, die speziell im Winter bei Kälte oft stark sinken. Für Stromer mit mittelgroßer Batterie (50 bis 60 kWh) kann das Reichweitenplus durch Rekuperation 50 bis 100 Kilometer ausmachen.
Rekuperation im Elektroauto: Ähnliche Funktionsweise wie ein Fahrrad-Dynamo
Wenn ein Hybrid- oder Elektroauto einen Berg hinunterfährt, oder der Fahrer aktiv aufs Bremspedal tritt, wird automatisch der Elektromotor als Generator genutzt. Das Antriebsaggregat hört dabei auf, die Räder anzutreiben. Stattdessen übertragen diese nun die Bewegungsenergie über den Antriebsstrang zum Elektromotor, der ähnlich wie der Dynamo eines Fahrrads funktioniert: Er bremst das Auto, indem er Bewegungsenergie aufnimmt und in elektrischen Strom umwandelt. Die bei diesem Prozess zurückgewonnene kinetische Energie wird in die Hochvolt-Traktionsbatterie eingespeist. Beim Anfahren und Beschleunigen kann sie dann aus dem Akku wieder in den E-Motor fließen, der das Fahrzeug antreibt. Beim Abschleppen eines E-Autos kann es allerdings passieren, dass die Räder unkontrolliert Strom erzeugen – was zu schweren Schäden am Fahrzeug führen kann.
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Rekuperation ermöglicht sogenanntes One-Pedal-Driving
Speziell bei E-Autos erlaubt das Prinzip der Rekuperation auch sogenanntes One-Pedal-Driving, bei dem der rechte Fuß vornehmlich bis ausschließlich über das Gaspedal die Geschwindigkeit regelt. In diesem bei einigen E-Fahrzeugen per Knopfdruck aktivierbaren Modus wird das Bremspedal nur noch selten genutzt, was sich übrigens auch positiv auf den Bremsenverschleiß auswirkt und zudem weniger Feinstaub erzeugt.
Muss ein Auto allerdings stark verzögert werden, wird oft mehr Bremsleistung benötigt, als sich allein über einen selbst stark rekuperierenden Elektromotor erzeugen lässt. In diesem Fall greift selbst bei starker Motorbremse zusätzlich die konventionelle Radbremse ein. Das Reibbremsmoment summiert sich mit der Verzögerungsleistung des Generators zum tatsächlich erforderlichen Bremsmoment – der Vorgang wird Momentenverblendung genannt. Ob ein Fahrzeug vom Elektromotor, von der Reibungsbremse oder von beiden gleichzeitig verzögert wird, davon bekommt der Fahrer wenig mit. Er tritt aufs Bremspedal, und die Steuerungssoftware erledigt den Rest. Ziel ist es, das generatorische Bremsmoment so gut es geht auszunutzen, damit sich möglichst viel Energie zurückgewinnen lässt.
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Vollbremsung beim Elektroauto: Es greift fast ausschließlich die Reibungsbremse ein
Das Bremspotenzial des Elektromotors hängt von seiner Größe, der Fahrgeschwindigkeit beziehungsweise der Drehzahl ab. Bei niedriger Drehzahl sind das Bremsmoment und die Energierückgewinnung am größten. Zusätzlich spielt der Ladezustand der Batterie eine Rolle. Nur wenn sie nicht vollgeladen ist, kann der Elektromotor überhaupt ein Bremsmoment zur Verfügung stellen und Energie zurückspeisen. Ein Elektrofahrzeug mit 100-kW-Elektromotor erzeugt durch regeneratives Bremsen pro Sekunde zum Beispiel bis zu 0,03 kWh. Bei einer Vollbremsung oder im Fall eines instabilen Fahrzustands wird das Auto dagegen fast ausschließlich über die Reibungsbremse verzögert, da radindividuelle Eingriffe über die konventionelle Bremsanlage notwendig sind. (Mario Hommen/SP-X)
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