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Elektroauto mit Batteriesatz Copyright Patrick P. Palej @ fotolia.com

Rekuperation – der Reichweiten-Retter?

Sowohl bei Elektro- als auch bei Hybridfahrzeugen stößt man immer wieder auf das Wort Rekuperation“. Dieses so technisch und kompliziert klingende Wort ist im wahren Leben allerdings ein wahrer Energieretter, hilft es doch, die Reichweite von Elektro- und Hybridfahrzeugen deutlich zu erhöhen.

Der Begriff Rekuperation kommt vom Lateinischen „recuperare“ (= wiedererlangen) und bedeutet die Rückgewinnung von Energie, die sonst verloren ginge. Diese Energierückgewinnung kann sowohl bei mechanischer und elektrischer Energie als auch bei Wärmeenergie angewandt werden, um möglichst energieeffizient zu arbeiten.

Restreichweite und Rekuperation im Blick. green car magazine

Restreichweite und Rekuperation im Blick. green car magazine

Bei Elektrofahrzeugen – das beinhaltet in diesem Fall auch Hybridfahrzeuge – bedeutet Rekuperation die Rückgewinnung der Bremsenergie, welche die Batterie des Fahrzeugs speist. Dabei wird die kinetische Energie, welche sonst beim Abbremsen eines Autos vollständig verloren geht, in elektrische Energie umgewandelt und in die Fahrzeugbatterie geleitet, sodass eine erhöhte Reichweite erzielt werden kann.
Bei Hybridfahrzeugen wird durch die Rekuperation eine erhebliche Menge an Kraftstoff eingespart. Als Generator dient bei der Rekuperation der Elektromotor des Fahrzeuges. Dieser wandelt die Bremsenergie in elektrische Energie um. Auch bei Fahrzeugen mit Verbrennungsmotoren kann die Rekuperation dazu beitragen, dass die Batterie – in diesem Fall die Starterbatterie – aufgeladen wird, was wiederum den Motor entlastet.

Wie genau funktioniert die Rekuperation?

Wenn Elektro- oder Hybridfahrzeuge durch einen Tritt auf das Bremspedal abgebremst werden oder ein Gefälle hinunterfahren, übertragen die Räder die Bewegungsenergie über einen Antriebsstrang zum Elektromotor. Dieser nimmt die Energie auf, wodurch er selbst gebremst wird und die kinetische Energie in elektrische Energie umgewandelt wird. Diese elektrische Energie wird dann in den Akku des Fahrzeuges eingespeist.
Mit anderen Worten: Die Motorbremse übernimmt in leichten Fällen des Bremsens den eigentlichen Bremsvorgang. Ist ein stärkeres Bremsen nötig, greifen die konventionellen Bremsen (Reibungsbremsen) ein. Durch die Nutzung des Elektromotors zum Abbremsen des Fahrzeuges werden zusätzlich zum positiven Aspekt der Energierückgewinnung auch die konventionellen Bremsen weniger abgenutzt – die Bildung von Bremsstaub wird somit reduziert.
Das Bremspotenzial des Elektromotors ist allerdings sowohl von der Fahrgeschwindigkeit als auch der Drehzahl abhängig:
Ist die Drehzahl niedrig, ist das Bremsmoment am größten. Ist die Drehzahl allerdings hoch, ist das Bremsmoment des Motors nicht mehr ausreichend und die konventionellen Bremsen müssen aktiviert werden.
Bei Elektrofahrzeugen gelingt es durch das Rekuperieren die Reichweite um bis zu 20 Prozent zu erhöhen – bei Hybridfahrzeugen sinken Verbrauch und CO2Ausstoß um bis zu 20 Prozent. Die Automobilhersteller haben in ihren Modellen meist unterschiedliche Ansätze der Rekuperation umgesetzt: Der Automobilhersteller Mercedes Benz beispielsweise hat für die Rekuperation ein intelligentes Energiemanagement-System für die eigenen Hybridfahrzeuge entwickelt, welches die Daten bestimmter Assistenzsysteme nutzt und selbstständig die Rekuperation steuern kann. Eine Radarsensorik überwacht während der Fahrt die Umgebung, sodass beispielsweise bei Tempolimits auf Straßen die Intensität der Rekuperation erhöht wird, um eine maximale Menge an Energie zurückzugewinnen.
Bei einer Bergabfahrt mit starkem Gefälle kann das System die Intensität der Rekuperation ebenfalls erhöhen, sodass die Beschleunigung automatisch verringert wird. Möchte der Fahrer die Rekuperation selbstständig steuern, hat er beim System von Mercedes die Wahl zwischen vier Rekuperationsstufen: von Segelbetrieb ohne Rekuperation bis hin zur „Hohen Rekuperation“.
Bosch bietet mit seinem 48-VoltBoost-Recuperation-System ein Bordnetz für Hybridsysteme, welches sich nicht nur durch seine kostengünstige Technik auszeichnet.
Das Boost-Recuperation-System speichert nicht nur beim Bremsen Energie in die Lithium-Ionen-Batterie ein, sondern unterstützt durch die eingespeicherte Energie das Anfahren und Beschleunigen mit der sogenannten Boost-Funktion – nützlich zum Beispiel beim Einfädeln in den fließenden Verkehr. Zudem wird beim Ausrollen oder leichten Bergabfahrten der Verbrennungsmotor abgeschaltet, sodass das Fahrzeug durch den eigenen Schwung emissionsfrei segeln kann.

Die Boost-Funktion kann in Hybrid-Systemen eingesetzt werden und bringt bis zu 10 kW an zusätzlicher Leistung und hilft damit, etwa 15 Prozent Kraftstoff und CO2 einzusparen. Zudem bietet das System ein StartStopp-System, welches den Motor schnell und geräuschlos wieder startet, sowie zusätzliche Reserven für elektrische Verbraucher.
Der Automobilhersteller Mazda, der in Europa ausschließlich Fahrzeuge mit Verbrennungsmotoren vermarktet, hat für seine Fahrzeuge das i-ELOOP (Intelligent Energy Loop) System entwickelt. Das Rekuperationssystem speichert die beim Bremsen gewonnene Energie nicht in einer konventionellen Batterie, sondern in einem Doppelschicht-Kondensator.
Erstmals zum Einsatz kam das etwa 8 Kilogramm schwere System im Mazda 6. Sobald das Gaspedal nicht mehr betätigt oder das Fahrzeug abgebremst wird, erzeugt ein Generator Strom, welcher dann zum Kondensator fließt – der Speicher wird so innerhalb von Sekunden aufgeladen. Über einen Spannungswandler wird dann die Spannung des Kondensators wieder so verringert, dass die elektrischen Komponenten des Fahrzeuges wie Klimaanlage oder Servolenkung mit Strom versorgt werden können. Auch die Starterbatterie wird auf diese Weise mit überschüssiger Energie aufgeladen. Ein großer Vorteil des Systems ist der Kondensator: Er lässt sich weitaus häufiger und schneller be- und entladen als Lithium-Ionen-Batterien.

Fazit: Rekuperation ist ein großer Gewinn, nicht nur für Elektro-, sondern auch für Hybridfahrzeuge und solche mit Verbrennungsmotoren. Ging vormals Energie einfach verloren, kann sie jetzt positiv zur Reichweite beitragen und damit helfen, den CO2-Ausstoß zu reduzieren.

Quellen: green car magazine 2017

Videos: Bosch und Mazda

Titelbild: Elektroauto mit Batteriesatz Copyright Patrick P. Palej @ fotolia.com

N. Hagedorn
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