Elektromobilität

Rekuperation: So funktioniert die Rückgewinnung von Bremsenergie

von Sabrina Lieb

Durch Rekuperation gewinnen Fahrzeuge beim Bremsen Energie zurück – aber wie genau funktioniert das Verfahren und gibt es im Winter Einschränkungen?

Ein Autorad in der Nahaufnahme
Schluss mit Verschleißteilen: Die Bremsen beim Elektroauto sind sehr viel langlebiger als beim Benziner oder Diesel – dank der Rekuperation. Foto: Shutterstock / Evannovostro

Das erfahren Sie gleich:

  • Was Rekuperation bedeutet – und wie sie funktioniert
  • Warum auch Zweiräder wie Elektroroller und E-Bikes davon profitieren
  • Wie Rekuperation bei Verbrennungsmotoren arbeitet

Das wohl größte Thema beim Elektroauto ist die Reichweite. Vorbehalte gegenüber der neuen Antriebstechnik kommen meist von der Angst, dass nicht genug Kilometer in den Akkus stecken. Hersteller suchen deshalb nach Wegen, um elektrische Energie nicht nur an der Ladesäule in die Fahrzeuge zu bekommen.

Schon während der Fahrt sollen sich die Akkus wieder aufladen – zumindest zu kleinen Teilen. Besondere Bedeutung gewann dabei die Technik der Rekuperation.

Rekuperation: Bedeutung und Funktion

Wenn ein Motor arbeitet, wandelt er die im Treibstoff gebundene chemische Energie in mechanische um. Diese Energie bringt ein Auto ins Rollen. Beim Bremse hingegen geht ein Teil dieser Energie in Form von Wärme wieder verloren.

Diese Wärme zu nutzen, also die Energierückgewinnung durch das Bremsen, hat in der Welt der Technik längst einen Namen: Rekuperation. Das Wort geht auf das lateinische „recuperare“ zurück und bedeutet wiedererlangen oder wiedergewinnen.

Dieses Verfahren kommt schon lange bei Kraftwerken oder Feuerungsanlagen zum Einsatz mit dem Ziel, die zur Verfügung stehende Energie optimal zu nutzen. Aber erst mit der Elektromobilität scheint die Rekuperation ihren eigentlichen Zweck gefunden zu haben.

Effizienz von Energierückgewinnung bei Elektroautos

On and off – gerade im Straßenverkehr lauert die teure und umweltbelastende Verschwendung: Der Motor erzeugt Energie, die das Bremsen wieder stoppt. Dabei erwärmen sich die Bremsen, die sich dadurch abnutzen. Die Energie ist unter Effizienzgesichtspunkten verloren.

Die Rekuperationstechnik kommt daher schon lange in der Automobilbranche zum Einsatz. Richtig zum Zug kommt sie jedoch erst in Hybriden und Elektroautos. Während Elektroautos ihren Energiespeicher in sich tragen, haben Hybride einen Superkondensator – oder auch Schwungradspeicher genannt–, der sich aus der Nutzungsbremse speist.

Die Energierückgewinnung kann den Sprit- und Stromverbrauch um bis zu 20 Prozent senken, insbesondere dann, wenn die Fahrzeuge im Stadtverkehr unterwegs sind.

Die Einspeisung der rückgewonnenen Energie erfolgt bei Hybriden – wie bei Dieseln und Benzinern – in die Starterbatterie. Bei Elektroautos hingegen fließt sie in den Akku – immer dann, wenn das Fahrzeug rollt oder bremst.

Tipp: Beim leichten Treten des Bremspedals setzt sich der Generator in Gang statt der mechanischen Bremsen.

Bremsstreifen auf einer Fahrbahnmarkierung.
Bei einer Vollbremsung setzt auch im Elektroauto die Energierückgewinnung aus – denn Sicherheit geht immer vor. Foto: Shutterstock / isaravut

Rekuperation im Winter: Was ändert sich bei Kälte?

Die Rückgewinnung von Energie durch das Bremsen des Fahrzeugs ist ein ausgeklügeltes System. Doch was geschieht, wenn dieses auf Minustemperaturen trifft? Ist mit einer verminderten Bremsleistung durch die Technik zu rechnen?

Die gute Nachricht: Nein, auch im Winter bremst das System weiterhin ordentlich mit. Eine Veränderung gibt es allerdings bei der Effizienz. Kalte Akkus sind weniger Leistungsfähig als warme Akkus. Das gilt nicht nur für die Abgabe von elektrischer Energie, sondern auch für die Aufnahme. Deshalb dauert es im Winter also etwas länger, bis die Batterien den durch Rekuperation gewonnenen Strom in vollem Umfang aufnehmen können.

Verfügt das Auto hingegen über ein Heizsystem für die Akkus, wie es im neuen Audi e-tron zum Einsatz kommt, klappt die Rückgewinnung auch auf den ersten Kilometern nach dem Start problemlos.

Elektroroller: Rekuperation gibt es auch im Zweirad

Die Technik ist nicht nur in Automobilen verbaut. Auch Elektroroller greifen zunehmend auf diese Art der Energiegewinnung während der Fahrt zurück. Das chinesische Unternehmen Niu gewinnt im N1S damit kleinere Mengen Strom zurück, die direkt in die Batterie fließen.

Auch Unu aus Berlin lässt seinen Roller beim Bremsen elektrische Energie generieren. Laut Hersteller können das bis zu 10 Prozent sein, was etwa 5 Kilometer entspricht. Ob solche Werte realistisch sind, hängt jedoch stark von der Fahrweise und den äußerlichen Gegebenheiten ab.

Grundsätzlich ist die Rekuperation sogar bei E-Bikes möglich, doch hier scheitert es oft am System. Sitzt der Motor in der Mitte und unterstützt direkt an der Tretkurbel, macht die Kette der Technik einen Strich durch die Rechnung. Bei Motoren an der Radnabe ist Rekuperation hingegen möglich.

Weniger Verschleiß der Bremsen, mehr Reichweite

Dieser Bremsmechanismus ist dem eigentlichen, mechanischen Bremsmechanismus vorgeschaltet. Rund ein Fünftel des Verbrauchs der mechanischen Bremse lässt sich durch diese elektrische Verzögerung einsparen.

Dabei gilt Sicherheit vor Innovation: Angst vor Bremsversagen brauchen Fahrer nicht zu haben. Bei heftigen Bremsmanövern greifen die mechanischen Bremsen automatisch ein.

Sowohl bei Hybrid- als auch Elektroautos kann die Technologie zur Energierückgewinnung den Sprit- und Stromverbrauch um bis zu 20 Prozent senken. Gerade bei Gefällefahrten ist der Rückgewinn überdurchschnittlich hoch.

Fahrer sollen hier schließlich nicht permanent auf die Bremse treten sondern ihr Fahrzeug mit Hilfe der Motorbremse abrollen. Dabei besteht auch ein großer Unterschied zu konventionellen Antriebssystemen, deren Energie als Reibungswärme zu einem Verschleiß der Bremsen führt – ein riesiger Vorteil des E-Autos.

Rekuperation bei Verbrennungsmotoren

Bei herkömmlichen Fahrzeugen mit Verbrennungsmotoren landet die umgewandelte Bewegungsenergie als elektrische Energie in der Starterbatterie. Diese dient als Generator, der über die Lichtmaschine lädt.

Auf diese Weise entlastet das System den Motor von der Aufgabe, die Batterie auf einem bestimmten Ladeniveau zu halten – beispielsweise um bei heißen Temperaturen die Klimaanlage zu betreiben. Denn, anders als oft vermutet, läuft ein Generator nicht immer – und stellt somit auch nicht dauerhaft kostenlos Strom zur Verfügung.

Allerdings minimiert die Lichtmaschine die Motorkraft: Durch die Energiewandlung entsteht eine Gegenkraft und in der Folge ein Bremseffekt an der Welle.

Um die Lichtmaschine dennoch effizienzsteigernd einzusetzen, nutzen Automobilhersteller einen Kniff: Der Generator schaltet sich nur dann ein, wenn der Fahrer ohnehin bremst oder im Schubbetrieb die Motorbremse nutzt. Abhängig vom Fahrzyklus und der Anzahl der Verzögerungsphasen senkt das den Spritverbrauch um fünf bis zehn Prozent.

Übrigens: Auch die Deutsche Bahn nutzt seit einigen Jahren Rekuperation bei Diesellokomotiven, indem sie Hybridtechnologie einsetzt. Und auch für die Zukunft von Elektrobussen im Fernverkehr ist diese Form der Energierückgewinnung enorm wichtig.

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