Rekuperation bringt mehr Reichweite

Schon oft gehört, aber selten verstanden: Der Begriff Rekuperation fällt häufig im Zusammenhang mit Energie – und in letzter Zeit verstärkt mit E-Autos. Aber was bedeutet „rekuperieren“?

Das Wort stammt ab vom lateinischen recuperatio mit der Bedeutung „wiedergewinnen“ bzw. „Wiedergewinnung“. Im technischen Sinne definiert die Rekuperation die Rückgewinnung von Energie, die zuvor aufgebracht wurde, zum Beispiel für den Antrieb.

Wichtig: Die Produktion von zusätzlicher Energie ist nicht möglich.

Aber wie ist die Funktionsweise der Rekuperation, und was ist mit Rekuperation bei Elektroautos gemeint? Ein Blick auf den Bremsvorgang beim E-Auto, dem regenerativen oder rekuperativen Bremsen, gibt Aufschluss.

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Wie funktioniert regeneratives Bremsen?

Das Prinzip des regenerativen Bremsens ist durch die Motorbremse eines Verbrenners bekannt: Liegt man zu schnell in der Kurve und schaltet zum Beispiel einen Gang runter, drosselt der Motor die Geschwindigkeit. Man spürt einen Widerstand. Beim Elektrofahrzeug übernimmt diese Aufgabe die sogenannte elektromotorische oder rekuperative Bremse. Sie unterstützt den rein mechanischen Bremsvorgang, bei dem die Bremsenergie fast vollständig als Wärme verloren geht – und zudem die Bremsscheiben durch die Reibung verschleißen.

Wer schon einmal ein E- oder Hybridfahrzeug gefahren ist, kennt es: Sobald der Fuß vom Fahrpedal genommen wird, wird das Auto merklich langsamer. Technisch gesehen setzt in diesem Moment im Elektromotor eines Hybrid- oder Elektroautos die Rekuperation ein: Ähnlich wie ein Dynamo am Fahrrad dient der Elektromotor als Stromgenerator. Der Motor läuft beim regenerativen Bremsen rückwärts statt vorwärts und produziert dabei Strom. Denn: Die aus der Bewegungsenergie zurückgewonnene Energie geht nicht mehr als Wärme oder Reibung verloren, sondern wird in den Energiespeicher des Fahrzeugs gespeist (außer es handelt sich um ein Hybridfahrzeug mit Schwungradspeichern). Man spricht deshalb auch von der Nutzbremse, da sie die Bewegungsenergie nutzt.

Was ist Bewegungsenergie? Ein Beispiel

Bewegungsenergie oder auch kinetische Energie ist diejenige Energie, die ein durch Kraft angetriebenes Objekt wegen seiner Bewegung aufweist.

Was in der Theorie abstrakt klingt, wird am Praxisbeispiel deutlich: Damit ein Elektromotor (= Objekt) läuft, benötigt er zum Antrieb elektrische Energie (= Kraft). Diese Energie wandelt der E-Motor in Bewegungs- oder kinetische Energie um, das Auto bewegt sich. Beim mechanischen Bremsen wird die kinetische Energie in Reibung oder Wärme umgewandelt und geht dadurch verloren.

Dank der Bremsenergierückgewinnung kann die Bewegungsenergie des E-Autos teilweise in elektrische Energie zurückgewandelt werden.

Welche Autos verfügen über Rekuperation?

In der Regel sind es E-Autos und selbstladende Hybridfahrzeuge, die rekuperieren können. Der Unterschied liegt in der Nutzung der zurückgewonnenen Bremsenergie:

Ausschließlich mit Strom betriebene E-Fahrzeuge speisen die Energie bei der Rekuperation in die Batterie oder den Akku ein.

Selbstladende Hybridautos speisen die Energie bei der Rekuperation in den Akkumulator, einen Speicherkondensator oder Schwungradspeicher zurück.

Welchen Vorteil bietet die Rekuperation an einem Elektrofahrzeug?

Dank Rekuperation lässt sich Bewegungsenergie in Form von elektrischer Energie zurückgewinnen, anstatt dass sie durch mechanisches Bremsen verloren ginge. Dadurch erzeugt ein E-Auto beim Fahren Strom und lädt seine Batterie/seinen Akku selbstständig wieder auf. Die Vorteile der Rekuperation sind vielfältig:

Größere Reichweite: Fahrzeuge mit Rekuperation haben eine größere elektrische Reichweite.

Weniger Laden/Tanken: Reine strombetriebene Fahrzeuge müssen seltener oder weniger an die Ladesäule angeschlossen werden. Hybride müssen seltener oder weniger zur Tankstelle. Bei Plug-in-Hybriden kann durch Rekuperation beides zum Tragen kommen.

Hohes Sparpotenzial: Indem mehr zurückgewonnene Energie eingesetzt wird, werden weniger neuer Strom und/oder Kraftstoff zum Antrieb benötigt. Dadurch werden auch weniger Schadstoffe ausgestoßen.

Doppelte Sicherheit: Die beiden Bremssysteme sorgen für eine zusätzliche Sicherheit.

Weniger Verschleiß: Beim Einsatz der Rekuperationsbremsen werden die Bremsbeläge der mechanischen Bremse vor Verschleiß bewahrt.

Weniger Feinstaub: Der geringere Bremsabrieb lässt weniger Feinstaub entstehen.

Wie viel Energie lässt sich zurückgewinnen?

Der Wirkungsgrad von Rekuperation ist enorm: 70 % der Energie, die beim mechanischen Bremsen verloren gegangen wäre, kann das Auto durch den regenerativen Bremsvorgang zurückgewinnen. Dennoch gehen auch mit Rekuperation 30 % an Energie als Wärme verloren.

Ob und wie stark die Rekuperation wirkt, hängt aber von der individuellen Voreinstellung am E-Auto ab. Sie bestimmt, wie intensiv die automatische Rekuperation ausfällt, sobald der Fuß vom Fahrpedal genommen wird. Obwohl nicht gebremst wird, ist beim Fahren plötzlich ein Widerstand zu spüren, der je nach Einstellung stärker oder schwächer ist. Wird aufs Bremspedal getreten, verstärkt sich die Rekuperation noch.

Je nach Modell lässt sich die Rekuperation durch weitere Bedienmodelle wie Schalter stufenweise erhöhen. Es tritt eine ähnliche Wirkung wie beim Herunterschalten bei Verbrennerfahrzeugen ein.

Interessant zu wissen: Der Wirkungsgrad der Rekuperation kann so hoch eingestellt sein, dass die Möglichkeit besteht, ausschließlich durch Bedienen (oder Nichtbedienen) des Fahrpedals zu fahren.

Fazit

Wie viel Energie zurückgewonnen werden kann, hängt also zum einen von den Einstellungen des Fahrzeugs und zum anderen von der eigenen Fahrweise ab. Neigt man zu abrupten Vollbremsungen, wird der Nutzen eher gering bleiben. Je vorausschauender man aber fährt, desto größer wird der Nutzen sein, der sich aus der Energierückgewinnung ergibt. Und das hat Vorteile: Bei maximaler Rekuperation, gepaart mit vernünftigem Fahren, erhöht sich die Reichweite des E-Autos.

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