Rekuperation

Rekuperation bezeichnet die Rückgewinnung von Energie, die beim Verzögern eines Fahrzeugs normalerweise als Wärme verloren gehen würde. Vor allem Elektroautos und Hybridfahrzeuge nutzen diese Technik, um beim Bremsen elektrische Energie zu erzeugen und in der Batterie zu speichern.

Dadurch lässt sich der Energie- beziehungsweise Kraftstoffverbrauch reduzieren. Gleichzeitig werden die herkömmlichen Bremsen weniger beansprucht.

Was bedeutet Rekuperation?

Der Begriff Rekuperation stammt vom lateinischen „recuperare“ und bedeutet sinngemäß „wiedergewinnen“. Im Auto geht es um die Rückgewinnung von Bewegungsenergie.

Bei einem konventionellen Fahrzeug wird beim Bremsen ein großer Teil der Bewegungsenergie durch die Reibung zwischen Bremsbelägen und Bremsscheiben in Wärme umgewandelt. Diese Energie kann anschließend nicht mehr genutzt werden.

Elektro- und Hybridfahrzeuge können dagegen einen Teil dieser Energie zurückgewinnen. Der Elektromotor übernimmt dabei beim Verzögern die Funktion eines Generators.

Wie funktioniert Rekuperation beim Auto?

Beim Beschleunigen geschieht Folgendes:

Batterie → elektrische Energie → Elektromotor → Bewegung

Beim Rekuperieren läuft der Vorgang teilweise in die andere Richtung:

Bewegung → Elektromotor/Generator → elektrische Energie → Batterie

Nimmt der Fahrer beispielsweise den Fuß vom Gaspedal oder betätigt die Bremse, kann der Elektromotor das Fahrzeug verzögern. Dabei wird elektrische Energie erzeugt und wieder in die Batterie eingespeist.

Je nach Fahrzeug geschieht dies automatisch oder der Fahrer kann zwischen unterschiedlichen Rekuperationsstufen wählen.

Rekuperation bei Hybridautos

Auch Hybridautos nutzen Rekuperation. Besonders interessant ist die Technik bei Fahrzeugen mit einer relativ kleinen Hybridbatterie.

Beim Bremsen und Ausrollen wird die Batterie immer wieder aufgeladen. Die zurückgewonnene Energie kann anschließend beispielsweise zum elektrischen Anfahren, zur Unterstützung des Verbrennungsmotors oder – abhängig vom Hybridsystem – für kurze rein elektrische Fahrphasen verwendet werden.

Ein Hybrid muss deshalb nicht zwingend extern an einer Steckdose geladen werden. Bei einem Mild- oder Vollhybrid erfolgt das Nachladen während der Fahrt unter anderem durch Rekuperation.

Ein Plug-in-Hybrid besitzt dagegen eine wesentlich größere Batterie und kann zusätzlich extern geladen werden.

Wann rekuperiert ein Auto?

Die genaue Funktionsweise unterscheidet sich je nach Hersteller und Fahrzeug. Typischerweise kann Energie zurückgewonnen werden, wenn:

• der Fahrer vom Gaspedal geht,
• das Fahrzeug bergab fährt,
• vor einer Kreuzung oder Ampel verzögert wird,
• die Bremse leicht betätigt wird,
• die Geschwindigkeit beispielsweise vor einer Ortschaft reduziert wird.

Bei vielen modernen Fahrzeugen entscheidet die Elektronik automatisch, wie stark elektrisch und wie stark mit der normalen Reibungsbremse verzögert wird.

Was passiert beim Betätigen des Bremspedals?

Ein häufiger Irrtum ist, dass Rekuperation ausschließlich stattfindet, wenn man das Gaspedal loslässt.

Bei vielen Elektro- und Hybridautos wird auch beim Betätigen des Bremspedals zunächst möglichst viel elektrisch verzögert. Reicht die mögliche Rekuperationsleistung nicht aus, werden zusätzlich die normalen Radbremsen eingesetzt.

Für den Fahrer soll der Übergang möglichst unauffällig erfolgen.

Bei einer starken oder einer Notbremsung steht dagegen die maximale Verzögerung im Vordergrund. Dann kommen die mechanischen Bremsen entsprechend stark zum Einsatz.

Welche Vorteile hat Rekuperation?

Rekuperation hat gleich mehrere Vorteile:

• Geringerer Energieverbrauch: Ein Teil der sonst verlorenen Bewegungsenergie wird wiederverwendet.
• Weniger Kraftstoffverbrauch beim Hybrid: Die zurückgewonnene Energie kann den Verbrennungsmotor entlasten.
• Höhere Reichweite beim Elektroauto: Ein Teil der verbrauchten elektrischen Energie gelangt zurück in die Batterie.
• Weniger Bremsverschleiß: Bremsscheiben und Bremsbeläge werden insbesondere bei vorausschauender Fahrweise weniger beansprucht.
• Vorteile im Stadtverkehr: Häufiges Verzögern bietet viele Möglichkeiten zur Energierückgewinnung.

Wie viel Energie kann durch Rekuperation zurückgewonnen werden?

Nicht die gesamte Bewegungsenergie lässt sich wieder in der Batterie speichern. Bei jeder Energieumwandlung entstehen Verluste.

Wie viel Energie tatsächlich zurückgewonnen wird, hängt unter anderem von der Geschwindigkeit, der Rekuperationsleistung des Fahrzeugs, dem Ladezustand und der Temperatur der Batterie sowie der Fahrsituation ab.

Deshalb sollte man sich Rekuperation nicht als Möglichkeit vorstellen, ein Fahrzeug während der Fahrt kostenlos wieder vollständig aufzuladen.

Rekuperation reduziert Verluste – sie erzeugt aber keine zusätzliche Energie.

Wann funktioniert die Rekuperation nur eingeschränkt?

Unter bestimmten Bedingungen kann ein Fahrzeug weniger stark oder zeitweise kaum rekuperieren.

Das kann beispielsweise der Fall sein, wenn:

• die Batterie bereits nahezu vollständig geladen ist,
• die Batterie sehr kalt ist,
• das Batteriesystem die mögliche Ladeleistung begrenzt,
• eine stärkere Bremswirkung erforderlich ist, als der Elektromotor erzeugen kann.

In solchen Situationen übernimmt die normale Bremsanlage einen größeren Anteil der Verzögerung.

Ist starke Rekuperation immer sparsamer?

Nicht unbedingt. Entscheidend ist die Fahrsituation.

Muss das Fahrzeug ohnehin langsamer werden, ist Rekuperation sinnvoll. Noch effizienter kann es allerdings sein, die vorhandene Bewegungsenergie direkt zum Weiterrollen zu nutzen.

Wer beispielsweise weit vor einer roten Ampel unnötig stark rekuperiert und anschließend wieder beschleunigen muss, verursacht zusätzliche Umwandlungsverluste.

Eine energiesparende Fahrweise bedeutet daher in erster Linie:

vorausschauend fahren, möglichst gleichmäßig rollen und erst dann rekuperieren, wenn eine Verzögerung tatsächlich notwendig ist.

Was ist One-Pedal-Driving?

Einige Elektroautos bieten eine besonders starke Rekuperation. Sobald der Fahrer das Fahrpedal loslässt, verzögert das Fahrzeug deutlich.

Dadurch lässt sich ein großer Teil des normalen Fahrbetriebs allein über das Fahrpedal steuern. Dieses Prinzip wird als One-Pedal-Driving bezeichnet.

Das Bremspedal bleibt selbstverständlich vorhanden und wird insbesondere für stärkere Bremsungen benötigt.

Nicht jedes Hybridfahrzeug bietet eine derart starke Rekuperation.

Rekuperation und Bremsenverschleiß

Da der Elektromotor einen Teil der Bremsarbeit übernimmt, können Bremsbeläge und Bremsscheiben deutlich weniger beansprucht werden.

Das hat allerdings auch eine Kehrseite: Werden die mechanischen Bremsen nur selten benutzt, können Bremsscheiben insbesondere durch Feuchtigkeit und Streusalz korrodieren.

Bei Elektro- und Hybridfahrzeugen ist deshalb der Zustand der Bremsanlage trotz möglicherweise geringen Bremsbelagverschleißes regelmäßig zu kontrollieren.

Warum bringt Rekuperation in der Stadt besonders viel?

Im Stadtverkehr wird häufig beschleunigt und anschließend wieder verzögert. Bei einem konventionellen Verbrenner geht dabei jedes Mal Bewegungsenergie über die Bremsen verloren.

Ein Hybrid- oder Elektrofahrzeug kann einen Teil davon zurückgewinnen.

Auf einer Autobahnfahrt mit weitgehend konstanter Geschwindigkeit gibt es dagegen wesentlich weniger Möglichkeiten zur Rekuperation. Deshalb kann der Verbrauchsvorteil eines Hybrids gegenüber einem vergleichbaren Verbrenner auf der Autobahn deutlich kleiner sein als im Stadtverkehr.

Rekuperation beim Bergabfahren

Besonders nützlich ist Rekuperation auf längeren Gefällestrecken. Statt die Geschwindigkeit ausschließlich mit den mechanischen Bremsen zu reduzieren, kann der Elektromotor einen Teil der Bremswirkung übernehmen und gleichzeitig Energie zurückgewinnen.

Dadurch wird auch die herkömmliche Bremsanlage entlastet.

Ist die Batterie jedoch voll oder kann sie momentan nur wenig Energie aufnehmen, muss das Fahrzeug stärker auf andere Möglichkeiten zur Verzögerung zurückgreifen.

Kann man mit Rekuperation Kraftstoff sparen?

Bei Hybridfahrzeugen trägt Rekuperation dazu bei, den Kraftstoffverbrauch zu reduzieren. Wie groß der Vorteil ausfällt, hängt allerdings stark vom Fahrprofil ab.

Besonders günstig sind:

• Stadtverkehr,
• Stop-and-go-Verkehr,
• Strecken mit häufigen Geschwindigkeitsänderungen,
• Gefällestrecken und
• eine vorausschauende Fahrweise.

Bei langen Autobahnfahrten mit konstanter Geschwindigkeit ist der Vorteil wesentlich geringer.

Fazit: Rekuperation macht Bremsenergie wieder nutzbar

Rekuperation ist einer der wichtigsten Effizienzvorteile elektrifizierter Fahrzeuge. Statt Bewegungsenergie beim Bremsen vollständig in Wärme umzuwandeln, arbeitet der Elektromotor als Generator und speist einen Teil der Energie zurück in die Batterie.

Davon profitieren sowohl Elektroautos als auch Hybridfahrzeuge. Besonders effektiv ist die Energierückgewinnung im Stadtverkehr und überall dort, wo häufig verzögert werden muss.

Wunder sollte man allerdings nicht erwarten: Rekuperation kann physikalische Verluste reduzieren, aber nicht verhindern. Am effizientesten fährt deshalb weiterhin, wer vorausschauend fährt, unnötiges Bremsen vermeidet und die vorhandene Bewegungsenergie möglichst gut nutzt.