Dank ihres Wirkungsgrades von über 90 Prozent treiben Elektromotoren Autos wesentlich effizienter an als beispielsweise Dieselmotoren, die selbst im Optimalfall nicht einmal 50 Prozent der im Kraftstoff enthaltenen Energie in Bewegung umsetzen. Darüber hinaus hilft Rekuperation, einen Teil der Bewegungsenergie beim Bremsen zurückzugewinnen und in zusätzliche Reichweite umzumünzen.
Wie funktioniert Rekuperation?
Das Prinzip des Rekuperierens ist schnell erklärt: Wird ein Elektromotor mit Strom versorgt, beginnt er, sich zu drehen – so weit, so gut. Das Prinzip funktioniert jedoch auch umgekehrt. Wird ein E-Motor zwangsweise angetrieben, etwa weil er mit den Rädern eines rollenden Fahrzeugs verbunden ist, dann induzieren seine sich im Magnetfeld bewegenden Spulen eine Spannung. Wie beim Fahrraddynamo entsteht Strom, der sich in den Akku zurückführen lässt.
Gleichzeitig entsteht eine Bremswirkung, die das Auto verlangsamt, so wie eine übliche Reibungsbremse. Um den Akku zu füllen, muss die anliegende Spannung höher sein als die im Akku. Daher wird sie von der Leistungselektronik des E-Fahrzeugs auf das gewünschte Niveau angehoben. Die Leistungselektronik wandelt zudem den vom Motor abgegebenen Wechselstrom in den vom Akku verlangten Gleichstrom.
Aber wie lässt sich eine unterschiedlich starke Bremswirkung erzeugen? Auch hier kommt die Leistungselektronik ins Spiel: Sie "sagt" dem zum Generator gewordenen Motor, wie viel Strom er liefern muss. Je stärker der Fahrer das Bremspedal betätigt, desto mehr Leistung muss der Generator erzeugen und desto höher ist der Widerstand, den er aufbaut. Starkes Elektro-Bremsen sorgt für hohe Rekuperation, schwächeres Bremsen für eine geringere Stromernte.
Bei manchen Stromern - wie zum Beispiel beim Genesis GV60 - lässt sich bequem über Schaltwippen der Rekuperationsgrad einstellen.
Die Grenzen des Rekuperierens
Die Rekuperationsleistung kann die maximale Motorleistung nicht überschreiten, meist liegt sie sogar deutlich darunter. Beim 560 kW starken Porsche Taycan Turbo S zum Beispiel, liegt die maximale Rekuperationsleistung bei 290 kW. Ein Verbrenner mit 48-Volt-Mildhybrid-System wie der Mercedes C 300 rekuperiert mit bis zu 15 kW, was dennoch zu Verbrauchseinsparungen von zehn bis 20 Prozent führen kann, da die zwischengespeicherte Energie beim Beschleunigen wieder abgegeben und so der Benzinmotor entlastet wird.
Für eine Vollbremsung reicht die Rekuperationsleistung jedoch selbst in einem reinen E-Auto nicht aus. Ab einer gewissen Verzögerung nutzen Stromer daher auch gewöhnliche mechanische Bremsen. Mittels Reibung wandeln sie Bewegungsenergie in Wärme um, die nicht wiederverwendet, sondern an die Umgebung abgegeben wird. Bei guten E-Autos merkt der Fahrer keinen Unterschied, ob gerade elektrisch oder mechanisch gebremst wird oder ob eine Kombination aus beiden Varianten zum Einsatz kommt. In weniger konsequent zu Ende entwickelten Stromern macht sich die Mischbremse durch ein weiches und unharmonisches Pedalgefühl bemerkbar.
Wie viel bringt Rekuperieren?
Doch wie hoch sind die Verbrauchseinsparungen bzw. die Reichweitenzuwächse, die sich aus dem Rekuperieren ergeben? Dies lässt sich nicht pauschal beantworten, es kommt vielmehr auf das Fahrprofil an. Wer auf einer leeren Autobahn gleichmäßig 120 km/h fährt und nicht bremsen muss, rekuperiert überhaupt nicht. Dann fließt der Strom nur in eine Richtung, nämlich aus dem Akku in den Motor. Wird hingegen oft beschleunigt und wieder abgebremst, so wie im typischen Stadtverkehr, dann lässt sich auch viel rekuperieren und damit sparen.
Wie hoch die maximale Rekuperation ausfällt, hat Moove, die Schwesterzeitschrift von auto motor und sport in einem Experiment auf der knapp 20 Kilometer langen Silvretta-Hochalpenstraße in Österreich mit 1.000 Metern Höhenunterschied ausprobiert. Und zwar mit zwei Fahrzeugen, die die Bandbreite an Elektroautos ganz gut abdecken: dem bereits erwähnten, 560 kW starken Porsche Taycan Cross Turismo Turbo S auf der einen und dem Fiat 500e mit 87 kW auf der anderen Seite. Die maximale Rekuperationsleistung lag beim Porsche bei 290 kW, beim Fiat bei 70 kW.
Für die 20 km lange Fahrt bergauf benötigte der Fiat 7,1 kWh, der 70 Prozent schwerere Porsche genehmigte sich 12,1 kWh. Auf dem Rückweg bergab haben wir darauf geachtet, ausschließlich elektrisch zu bremsen, um möglichst viel Strom zu rekuperieren. Im Tal hatte der Fiat 1,9 kWh mehr im Akku als auf dem Berg, der Porsche hat sogar 3,7 kWh rekuperiert. Die Verbrauchseinsparung auf die Gesamtstrecke (hoch und runter) betrug damit knapp über 20 Prozent beim Fiat und sogar knapp über 30 Prozent beim Porsche.
Tipps zum Rekuperieren
Aus dem Wissen um die Grenzen der Rekuperation lässt sich der Haupt-Tipp ableiten, um viel Extra-Reichweite hinzuzugewinnen: Sparsam fährt, wer die Schwelle zum mechanischen Bremsen nicht überschreitet, sprich vorausschauend fährt und möglichst nur sanft bremst. Meist gibt es eine Anzeige im Cockpit, die aufzeigt, ob man noch rein elektrisch oder schon mechanisch verzögert.
Doch manchmal ist es sogar besser, gar nicht zu rekuperieren, sondern lieber den Schwung auszunutzen, was Autohersteller gern "segeln" nennen. Denn ähnlich wie beim Laden des Akkus entstehen auch beim Rekuperieren Verluste, weshalb nur ein Teil der Bewegungsenergie als elektrische Energie im Akku ankommt. Motor, Kabel, Leistungselektronik und Akku werden beim Rekuperieren warm. Beim Bergabfahren oder auf der Autobahn ist es daher sinnvoller, möglichst lang auszurollen, statt erst rekuperativ abzubremsen und danach wieder zu beschleunigen. Die meisten Elektroautos bieten hierfür unterschiedliche Rekuperationsstufen zur Auswahl an.
Fazit
Die Möglichkeit, Bremsenergie zurückzugewinnen, beschert E-Autos zusätzliche Reichweite. Wie groß der Effekt ausfällt, kommt ganz auf das Streckenprofil an. Prinzipiell lassen sich Verbrauchseinsparungen von bis zu 30 Prozent realisieren, wenn die mechanische Bremse nicht zum Einsatz kommt. Beim Rekuperieren entstehen jedoch ebenfalls Verluste. Muss nicht verzögert werden, ist es daher sinnvoller, den Schwung möglichst konsequent auszunutzen, sprich im Segelmodus zu fahren.
