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Rekuperation
Was ist Rekuperation? Durch die Rekuperation können Elektroautos beim Fahren Strom erzeugen und somit den Akku wieder laden. Der Begriff Rekuperation, von dem lateinischen recuperatio, bedeutet Rückgewinnung. Im Falle von E-Fahrzeugen geht es hier um die Rückgewinnung von Bremsenergie, die in die Batterie zurückgespeist wird.
Ein E-Auto verwendet zur Rekuperation etwa ein regeneratives Bremssystem (Nutzbremse), das bei seinem Verzögern einen beachtlichen Teil der dabei gewandelten Bewegungsenergie einbehält.
Rekuperation oder Energierückgewinnung beim E-Auto: Was ist das?
Mit Rekuperation bezeichnet man die Rückgewinnung von Energie – unabhängig von der Art, wie sie erzeugt wurde. Sie kann grundsätzlich mechanisch, elektrisch oder sonstig gewonnen werden. Auch Wärme ist Energie. Hier wird die Rekuperation bei Antriebssystemen von Fahrzeugen beschrieben, vor allem hinsichtlich der Einsparungspotenziale für den einzelnen Fahrzeugbesitzer.
Wir alle kennen das Gefühl: Das Auto kommt in Schwung, rollt – spritschonend – wie von selber, der Gasfuß darf am angestrebten Limit getrost in Warteposition verbleiben, doch dann kommt´s: Der Vordermann, eine rote Ampel oder sonstige Hindernisse erfordern einen möglichst sofortigen Stopp – sachte zwar, angesichts der von hinten anrollenden Flotte, aber bestimmt. Wir befinden uns im Stadtverkehr.
Die vorhandene Energie gilt es zu drosseln und sie bleibt, unwiderruflich, verloren. Die Bremsen wurden dabei erhitzt, werden abgenutzt und ein Weiterfahren erfordert das neuerliche Durchlaufen der schaltungstechnischen Zeremonie vom ersten Gang weg. Bewusst oder unbewusst fühlen wir uns manchmal genervt, etwa wenn der Vordermann aus unserer Sicht diese Vorgänge sinnloserweise eingefordert hat. Was ist passiert? Energieverlust. Energie ist Zeit, Energie ist Geld. Wie man sich diese Energie zunutze machen kann, ist Sinn und Zweck der Rekuperation beim Kraftfahrzeug. Ihre Definition bedeutet nichts anderes als Rückgewinnung dieser verlorenen Energien.
Rückgewinnung als Nutzbremse im Straßenverkehr
Das System ihrer Rückgewinnung wird auch Nutzbremse genannt. Eine Bremse selber kann natürlich nichts dazu beitragen, es gibt nur besondere Systeme, in die sie eingebettet ist. Insofern ist diese Bezeichnung nicht ganz richtig. Das dahinterstehende Prinzip ist nicht neu: Energie, welche durch Bewegung entsteht, wird in elektrische Energie umgewandelt. Sie muss lediglich gespeichert werden und abrufbar bleiben. So lautet das Grundprinzip in diesem Verfahren, welches Rekuperation ermöglicht.
Bei Oberleitungsbussen oder Schienenfahrzeugen sind diese Verfahren längst erprobt. Nur der Individualverkehr musste warten. Wie und wo diese gewonnene Energie gespeichert und umgewandelt werden kann, ist eigentlich naheliegend: Es wird die Batterie dazu eingesetzt, beim elektrisch betriebenen Fahrzeug also der Akkumulator, kurz Akku. Warum musste der Individualverkehr eigentlich vergleichsweise lange darauf warten? Schlicht deshalb, weil Rekuperation bei herkömmlichen Antriebssystemen wie Benzin- oder Dieselmotoren kaum Sinn machte. Dies wiederum, weil Verbrennungsmotoren keine Energie speichern können. Erst seit dem Einsatz von Elektroautos und Hybridfahrzeugen lohnte sich damit der Aufwand, der dieser Ausstattung vorausgeht.
Das bedeutet nicht, dass bei Verbrennungsmotoren die Automobilhersteller nicht bereits Ansätze davon verwerteten – doch lohnend waren diese Ansätze für den Kunden nur selten. So warben manche mit dem sogenannten Druckluftspeicher für Rekuperation beim Benziner oder Diesel. Dafür bezahlte man gerne einen kleinen Aufpreis, denn die Tankstellenpreise sind ein gewichtiger Faktor beim Betrieb.
Verbrenner können auch rekuperieren. Mit Kompromissen.
Manche Hersteller setzen auf den Betrieb eines Kompressors, der für die Aufladung einer Druckluftflasche sorgt. Ein kleiner Druckluftmotor kann beim Beschleunigen des Fahrzeugs die gewonnene Energie bereitstellen. Das Speichervolumen ist bei diesem Verfahren aber um einiges geringer als bei der elektrischen Rekuperation. Die Ersparnisse fallen damit ebenfalls geringer aus und sind eher ein „Zuckerl“ für bestimmte Fahrzeuge, bei dessen Erwerb die Energieeffizienz ohnehin keine ausschlaggebende Rolle spielt. Oder ein Werbegag, der sich die Grundidee zu eigen machte – hinsichtlich der Sinnhaftigkeit für den Verbraucher allerdings zu früh.
Aber immerhin – der Stand der Technik bleibt auch heute nicht stehen und Problembewusstsein wurde gebildet. Möglicherweise gewinnt künftig die Idee an Bedeutung, indem bessere Kapazitäten geschaffen werden– in sachlicher Hinsicht wäre es eine große Errungenschaft. Es ist aber unwahrscheinlich, denn der Gewinn dieser verlorenen Energie fällt im Vergleich zur Ersparnis bei Elektromotoren ohnehin nicht ins Gewicht.
Wird ein Fahrzeug mit Verbrennungsmotor mit dem Vorhandensein einer „Start-Stopp-Automatik“ angeboten, kann man erahnen, dass eine Rekuperation-Bremse mit im Paket ist. Es handelt sich aber um völlig verschiedene Dinge, deren Zielsetzung – nämlich Energiegewinn – kaum spürbare Erfolge verbucht.
Generell ist zu beachten, dass die Wirkungsweise ohnehin nur im Stadtverkehr spürbare entlastend ist. Ein flottes Dahinrollen auf der Autobahn könnte nicht noch spritsparender erfolgen als ohnehin und die Bremsen werden auch hier vergleichsweise wenig beansprucht. Man muss auf jeden Fall sein eigenes Fahrverhalten in einen Vergleich über die Rentabilität mit einbeziehen.
Energierückgewinnung beim E-Auto ein Muss!
Beim Elektroauto oder Hybrid Auto sind bereits die Dimensionen anders. Die gewonnene Energie beim Bremsvorgang wird im Elektromotor als Generator in die Batterie weitergeleitet, welche sie speichert. Diese gewonnene Energie kann freilich nicht die Kapazität der Batterie selber, also des Akkus, übersteigen. Das Ausmaß der Ersparnis wird mit seiner Leistungsfähigkeit begrenzt. Grundsätzlich gibt es keine Probleme, denn normale Ansprüche werden mit der handelsüblichen Kapazität befriedigt. Manche Situation aber sollte man sich vor Kaufentscheidungen genauer ansehen – auch hinsichtlich des Einsparungspotenzials bei betroffenen Verschleißteilen rund um die Bremsanlage.
Bergabfahrten sind immer ein Spezialfall. Die Beliebtheit der Rekuperation kann er theoretisch noch weiter erhöhen. Man bremst gewohntermaßen bergab nicht mit der Bremse, sondern verlässt sich auf die Motorbremse. Dabei entsteht besonders viel Energie, welche dem Fahrzeug wieder zur Verfügung gestellt werden kann. Man nennt das auch „Generatorbremse“. An sich also ein Pluspunkt für das E-Auto und der Rekuperation, doch manche Erfahrungen sind zu berücksichtigen. Gerade hinsichtlich der Verschleißteile, wie unten abschließend resümiert wird.
Stört dich das starke, automatische Abremsen beim rekuperieren? Dann schau im Menü deines Fahrzeugs genauer hin. Üblicherweise lässt sich dies den eigenen Wünschen nach in Stufen einstellen. In vielen Fällen ist ein komplettes Abschalten möglich, um nur noch segelnd unterwegs zu sein. Dann wird aber auch keine Energie mehr in den Akku zurückgespeist beim Bremsen.
Individuelles Fahrverhalten ausschlaggebend
Mit folgendem Beispiel wird die Schwierigkeit einer Rechnung, die alle Faktoren einbezieht, ersichtlich. Klar ist etwa, dass Besitzer, welche auf einer Anhöhe wohnen oder arbeiten, schon wesentlich öfter von der Rekuperation profitieren können. Weiter liegt es auf der Hand, dass die Häufigkeit der Stadtfahrten einen wichtigen Faktor darstellt. Sei es beim Energieverbrauch oder der Bremse, welche dementsprechend häufig oder selten beansprucht wird. Doch in einem Punkt kann es problematisch werden: Nämlich dort, wo eine voll aufgeladene Batterie keine weitere Energie mehr aufnehmen kann und eine Bergab-Fahrt ansteht. Dann muss man das gewohnte Bremssystem in Anspruch nehmen. Die Bremsen werden genauso oft beansprucht wie im Stadtverkehr und ein Zurücklehnen mit der Motorbremse gelingt nicht.
Darüber machten sich schon manche Gedanken und bieten sogenannte „Retarderbremsen“ an – ob das sinnvoll ist, lässt sich wiederum nur für Einzelfälle beantworten. Immerhin führt die Verwendung von Auto-Heizung und Radio auch zu Energieverlusten, welche für genügend „Space“ bei der Rekuperation führen. Sicher ist nur: Das sind aktuell jene Fragen, welche von den gängigen Herstellern unterschiedlich gehandhabt werden – was bei einem Modell für einen Fahrzeugbesitzer und seiner Fahrweise gut ist, kann bei einem anderen etwa zu noch häufigeren Kosten bei den Bremsen führen.
Der Einsatz der mechanischen Bremse ist jedenfalls immer möglichst zu minimieren und primär mit der Rekuperation abzubremsen. Ohne Verinnerlichung und Umgewöhnung klappt maximale Ersparnis hinsichtlich der Bremsteile nicht. Wer aber die wesentlichen Faktoren kennt und sich der Umgewöhnungspraktiken bewusst ist, kann für sich ideale Kaufentscheidungen treffen. Oder einfach direkt mit ein wenig mehr Energie im Akku losfahren, dann kann auch rekuperiert werden, ohne sich großartig Gedanken zu machen!
Wie funktioniert die Rekuperation im E-Auto?
Eigentlich ist es banal: Der Motor erzeugt Energie, die beim Bremsen gestoppt wird. Es ist geradezu ihr Sinn und Zweck. Jedes einzelne Mal. Die Bremsen erwärmen sich, werden selber dabei aufgebraucht und die Energie ist aus Sicht der Effizienz verloren. Rekuperation ist auch hier das Zauberwort, welches eine Rückgewinnung dieser teuren und umweltbelastenden Verschwendung vorzubeugen sucht. Bewegungsenergie soll wieder verwertbar werden. Die Einspeisung erfolgt in den Akku, beim Hybrid in die Starterbatterie. Benutzt wird die ohnehin vorhandene Technik der Lichtmaschine. Das Ausmaß der Ersparnis ist freilich immens.
Gespeist wird nicht in die Starterbatterie, sondern in den Antriebs-Akku. Das geht so vor sich: Beim Betätigen des Bremspedals werden die Generatoren aktiviert. Diese benötigen mehr Kraft, wenn sie Strom erzeugen und bremsen schon alleine dadurch das Fahrzeug ab. Noch ehe die mechanische Bremse einwirken muss. Dieser Mechanismus ist quasi dem eigentlichen Bremsmechanismus vorgeschaltet. Die elektrische Verzögerung erspart einem etwa ein Fünftel des Verbrauchs der mechanischen Bremse.
Angst braucht dennoch niemand haben. Denn ein ausgeklügeltes Sicherheitssystem erfasst auch die mechanische Bremse. Und das ist die Innovation an sich und nicht die Rekuperation selber – die Symbiose zur Maximierung von Energie, Verschleißteile und Sicherheit. Denn die Bremsen greifen trotzdem immer dann ein, wenn ein abruptes oder starkes Abbremsen erfolgt.
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Kann ein Plug-in-Hybrid / Hybrid Rekuperation?
Bei Hybrid-Autos – egal ob reiner Hybrid oder Plug-in-Hybrid – wird geradezu auf diesen Effekt gesetzt: Der Generator wird als solcher nur dann aktiviert, wenn die Motorbremse genutzt wird – also beim Bremsen. Das Verfahren nennt sich Micro-Hybrid. Elektroautos und Hybride kommen auf bis zu 20 Prozent Ersparnis an Treibstoff oder Strom– auf Dauer betrachtet also eine kleine Revolution aus Verbrauchersicht.
Bei Gefällefahrten ist der Gewinn überdurchschnittlich hoch: Man kann oder soll schließlich nicht permanent auf die Bremse treten, sondern mit Hilfe der Motorbremse abrollen. Und hier handelt es sich um einen ungleich höheren Rückgewinn, der für das nächste Aufwärtsfahren wieder verbraucht werden kann. Es besteht ein großer Unterschied zu herkömmlichen Antriebssystemen, deren Energie als Reibungswärme vielmehr zu einem Verschleiß der Bremsen führt.
Rekuperation anhand des Audi e-tron erklärt
Mit einer Pressemitteilung von Audi hat das Unternehmen bereits im Jahr 2020 auf das innovative Rekuperationskonzept des Audi e-tron hingewiesen. Im Idealfall bringt jeder Kilometer bergab rund einen Kilometer zusätzliche Reichweite mit sich. Das Rekuperationssystem trägt bis zu 30 Prozent zur Reichweite des Elektro-SUV bei. Es bezieht sowohl die beiden E-Maschinen als auch das elektrohydraulisch integrierte Bremsregelsystem mit ein. Im Normalfall werden praktisch 90 % der normalen Bremsmanöver energetisch in die Batterie zurückgespeist. Dazu der nachfolgende Clip, welcher als exemplarisch zu sehen ist und die Rekuperation bei Elektroautos erläutert.
Wie viel lässt sich durch Rekuperation generell einsparen?
Wie stark ein E-Auto rekuperieren kann, hängt in der Regel von der Einstellung des Herstellers ab. Feststeht, sobald man den Fuß vom Strompedal nimmt, bremst das E-Fahrzeug natürlich ab. Allerdings nie so stark, dass der Akku womöglich einen Schaden nehmen kann. Aus diesem Grund beträgt die Rekuperationsleistung, in der Regel, zwischen 50 und 90 kW. Ist die Batterie entsprechend leerer und somit Möglichkeit zur Rückspeisung gegeben, kann sich die Rekuperationsleistung auch erhöhen. Derzeit geht man davon aus, dass durch Rekuperation circa 70 Prozent der sonst durch Bremsen verpuffenden Bewegungsenergie als Akkuladung wieder zurückgespeist werden kann. 30 Prozent gehen als Wärme verloren.
Bei maximaler Rekuperationseinstellung ist es oft möglich, das Auto im normalen Straßenverkehr lediglich mit dem Gaspedal zu fahren. In diesem Fall spricht man vom One-Pedal-Drive. Hierfürt nimmt man als Fahrer:in lediglich den Fuß vom Strompedal, das Fahrzeug bremst daraufhin, als ob man auf der konventionellen Bremse stehen würde. Diese kommt dann nur noch im Falle einer Vollbremsung zum Einsatz.
Die letzte Aktualisierung dieser Informationsseite rund die Rekuperation wurde am 11. April 2023 vorgenommen.