Geschenkte Energie

Wie funktioniert Rekuperation beim E-Auto?

(Bild: Stephan Schätzl)

Anstatt beim Bremsen Bewegungsenergie in Wärme umzuwandeln, lässt sie sich auch in Form von Strom zurückgewinnen. Dann spricht man von Rekuperation. So funktioniert’s!

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 Elektro- 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 in Fahrstrom zu wandeln. Hybridfahrzeuge brauchen deshalb bis zu 20 Prozent weniger Sprit, Elektrofahrzeuge können ihre Reichweiten erhöhen. Für Stromer mit mittelgroßer Batterie (50 bis 60 kWh) kann das Reichweitenplus durch Rekuperation 50 bis 100 Kilometer ausmachen.

Bergab wird Energie gesammelt
Wenn ein Hybrid- oder Elektroauto einen Berg hinunterfährt (außer im Segelmodus) oder der Fahrer aktiv aufs Bremspedal tritt (jedenfalls in den meisten Fällen), 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.

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.

Stichwort Momentenverblendung
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 im Idealfall wenig bis nichts mit, je nach Fabrikat und Technik. 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.

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 in der Regel fast ausschließlich über die Reibungsbremse verzögert, da radindividuelle Eingriffe über die konventionelle Bremsanlage notwendig sind. Anders bei der neuen Elektroplattform PPE von Audi/Porsche: Hier funktioniert die Rekuperation bis in den ABS-Regelbereich.