Wie funktioniert Rekuperation bei Elektroautos?

Energierückgewinnung hat in der Technik einen Namen: Rekuperation. Diese Verfahren haben schon lange einen festen Platz, etwa bei Kraftwerken oder Feuerungsanlagen und haben zum Ziel, die zur Verfügung stehende Energie optimal zu nutzen.

Abgase beinhalten eine gewisse Wärme. Und diese Wärme kann dazu dienen, die Temperaturen – etwa in einem Heizkessel – zu erwärmen und erspart so einen zusätzlichen Energiebedarf. Dazu wird ein Teil der Wärme aus den Abgasen an die Frischluft abgesondert um sie zu erhitzen. Die Betriebstemperatur kann damit erhalten oder angehoben werden, je nach Bedarf. In Summe wird weniger Energie für dieselbe Leistung verbraucht. Das sind die sogenannten Luftvorwärmer.

Ein Grundsatz in der Physik sagt aus, dass die Energie eines Systems immer gleich bleibt – der Energieerhaltungssatz. Umgedacht auf das Autofahren lässt sich erahnen, mit welch Ineffizienz unsere tägliche „Brems-Bilanz“ beim Autofahren eigentlich behaftet ist, wenn man nur darüber nachdenkt.

Entwicklung der Rekuperation beim Fahrzeugbau

Auch im Fahrzeugbau ist dahingehend eine Entwicklung zu verbuchen. Schon bei den ersten Lokomotiven wurde eine sogenannte „Rückspeisung“ von Energien entwickelt, die auf irgendeine technische Art und Weise in einem Speicher landeten. Unter diesen kann auch das Stromnetz verstanden werden kann.

Elektroautos tragen ihren Energiespeicher in sich. Beim Hybrid ist es ein Superkondensator oder ein sogenannter Schwungradspeicher, der von der Nutzungsbremse gespeist wird. Das Prinzip ist immer dasselbe – die Technik von heute natürlich ausgefeilter.

Beim Elektroauto sollte man dennoch bedenken, dass die Technologie noch in ihren Anfängen steht. Um den Grad zu verstehen, muss man sich mit der Wirkungsweise von Bremsvorgängen auseinandersetzen.

Bremsen als Energieverbraucher

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.

Sicherheit als Innovation

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.

Ersparnis beim Hybrid und Elektroauto durch Rekuperation

Bei Hybrid-Autos 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.