Rekuperation – so funktioniert die Energierückgewinnung beim Fahren

Den Benzintank bei jedem Bremsvorgang wieder ein kleines bisschen auffüllen können – das wäre der Traum vieler Autofahrer mit Verbrennungsmotoren. Mit einem Elektrofahrzeug wird dieser Traum Wirklichkeit, denn dank der Rekuperation kann während der Fahrt Energie in den Akku zurückgespeist werden, dieser wird aufgeladen und die Reichweite erhöht sich.

Was futuristisch klingt, ist jedoch keinesfalls ein neues Konzept, denn die Rekuperation wird schon seit vielen Jahren erfolgreich erforscht, weiterentwickelt und angewandt. Der Begriff Rekuperation selbst leitet sich dabei vom lateinischen Wort „recuperatio“ ab, was so viel wie Wiederverwenden oder Wiederverwerten bedeutet. Wie die Technik genau funktioniert und wie man mit einer angepassten Fahrweise die meiste zusätzliche Reichweite mithilfe der Rekuperation erreicht, erklären wir in diesem Artikel.

Elektroautos und der Energieerhaltungssatz

Damit sich ein Elektrofahrzeug bewegen kann benötigt es eine Energiequelle. Dies ist im Allgemeinen der Akku, der vor der Fahrt aufgeladen wird und in dem während der Fahrt chemische in elektrische Energie umgewandelt wird. Der Elektromotor wiederum wandelt diese dann in kinetische Energie um und das Fahrzeug fährt. Beim Bremsen verringert sich diese kinetische Energie des Fahrzeugs, doch nach dem Energieerhaltungssatz kann sie nur umgewandelt und nicht vernichtet werden.

Bei Verbrennungsfahrzeugen geschieht dies in der Regel durch die Wandlung in thermische Energie an den Bremsen, beim Elektrofahrzeug macht man sich diesen Effekt für die Rekuperation zunutze und wandelt die frei werdende Energie wieder zurück in elektrische Energie. Diese kann anschließend als Ladestrom zurück in den Akku gespeist werden.

Die Technik hinter der Rekuperation

Dreh- und Angelpunkt der Rekuperation ist das Bremssystem des Fahrzeugs. Dieses verfügt neben einer Nutzbremse zusätzlich über einen elektrischen Bremsverstärker, der für die Koordination der Verzögerung zwischen Motor und Bremse zuständig ist. Im Wesentlichen handelt es sich dabei um einen kleinen Elektromotor, der beim Bremsvorgang im Betrieb als Generator arbeitet. Je mehr dabei auf die Bremse getreten wird, desto mehr Energie wird auch zurückgewonnen.

Um diese unter Umständen großen Spitzenleistungen bewältigen und kurzzeitig Energie aufnehmen und wieder abgeben zu können sind einige Fahrzeuge zudem zusätzlich mit Doppelschichtkondensatoren ausgestattet. Allerdings sind dem Effekt der Rekuperation natürliche Grenzen gesetzt, sodass nicht die gesamte Energie wieder zurückgewonnen werden kann. Außerdem werden aus Leistungs- und Sicherheitsgründen ab einer bestimmten Bremskraft automatisch die mechanischen Bremsen mitgenutzt.

Für vorausschauende Fahrer bauen mittlerweile viele Hersteller ein mehrstufiges Rekuperationssystem ein, mit dem die Stärke der elektrischen Bremse eingestellt werden kann. Auf diese Weise ist es in vielen Verkehrssituationen möglich, das Elektrofahrzeug mit der Nutzung nur eines Pedals zu fahren, da das Fahrzeug automatisch leicht elektrisch bremst, sobald nicht mehr beschleunigt wird. Man kann sich den dabei entstehenden Fahrwiderstand ähnlich dem Fahrradfahren mit einem aktivierten Nabendynamo vorstellen.

So nutzt man die Rekuperation effektiv im Verkehr

Mit einem vorausschauenden Fahrstil und etwas Übung kann man das Maximum an Energiezurückgewinnung aus der Rekuperation zu erreichen. Der erste Schritt dabei ist das Einstellen einer passenden Rekuperationsstufe im Fahrzeug. Im Stadtverkehr kann diese allgemein höher gewählt werden, während für schnellere Fahrten auf der Landstraße oder Autobahn meist eine niedrigere Stufe empfohlen wird.

Im Idealfall passt man seinen Fahrstil dann so an, dass keine stärkeren Bremsvorgänge mehr nötig sind, sodass jede Bremsung ausschließlich über die elektrische Bremse geschieht. So wird das Maximum an kinetischer Energie zurück in elektrische Energie gewandelt. Auf diese Wiese können bei guten Fahrbedingungen bis zu 20 % der Reichweite durch Rekuperation zurückgewonnen werden.

Da die Technologie hinter der Rekuperation immer weiterentwickelt und mithilfe von Fahrerassistenzsystemen auch deren Nutzung optimiert wird, ist davon auszugehen, dass die Wirkungsgrade in Zukunft noch höher sein werden und somit spürbare Erhöhungen der Fahrzeugreichweite bewirken können.

Quellen
https://efahrer.chip.de/e-wissen/rekuperation-beim-elektroauto-so-funktioniert-die-energierueckgewinnung_102586

https://efahrer.chip.de/e-wissen/rekuperation-beim-elektroauto-so-funktioniert-die-energierueckgewinnung_102586

https://www.inside-digital.de/ratgeber/was-ist-rekuperation-so-funktioniert-die-energierueckgewinnung-beim-bremsen

https://de.wikipedia.org/wiki/Elektromotorische_Bremse