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Rekuperatives Bremsen

Rekuperatives Bremsen ist eine wichtige Funktion moderner Elektrofahrzeuge, die es dem Fahrzeug ermöglicht, während des Bremsens und Verzögerns Energie zurückzugewinnen.

Durch die Umwandlung der kinetischen Energie des Fahrzeugs in elektrische Energie und deren Speicherung in der Batterie kann das rekuperative Bremsen die Reichweite des Fahrzeugs verlängern und die Gesamteffizienz verbessern. Dieser Artikel untersucht die verschiedenen Arten von Strategien für rekuperatives Bremsen, ihre Vorteile und ihre Einschränkungen.

Wie funktioniert es?

Rekuperatives Bremsen fängt die kinetische Energie eines fahrenden Fahrzeugs ein und speichert sie als elektrische Energie in der Batterie des Fahrzeugs während des Bremsens oder Verzögerns.

Ein Elektromotor kann in einem Elektrofahrzeug als Generator fungieren, indem er das Prinzip der elektromagnetischen Induktion nutzt, das besagt, dass eine Änderung des Magnetfelds um einen Leiter einen elektrischen Strom im Stromkreis erzeugt. Wenn ein Elektromotor rotiert, erzeugt er ein Magnetfeld, das mit den Statorwicklungen interagiert und einen elektrischen Strom erzeugt, der das Fahrzeug antreibt. Wenn das Auto verzögert oder bremst, treiben die Räder den Motor in umgekehrter Richtung an, wodurch sich die Richtung des Magnetfelds ändert und ein elektrischer Strom in die entgegengesetzte Richtung induziert wird. Dieser Strom kann zurück in die Batterie geleitet und als Energie gespeichert werden, wodurch der Bedarf an herkömmlichen Reibungsbremsen verringert und die Reichweite und Effizienz des Elektrofahrzeugs erhöht wird.

Arten von Strategien für rekuperatives Bremsen

Hersteller von Elektrofahrzeugen bieten rekuperatives Bremsen mit unterschiedlichen Strategien an. Es gibt drei Hauptarten von Strategien für rekuperatives Bremsen. Einige Hersteller bieten nur eine Option an, während andere dem Fahrer die Wahl zwischen zwei oder allen drei Optionen lassen.

Ein-Pedal-Fahren / Lift-Off-Rekuperation

Ein-Pedal-Fahren ist eine Funktion einiger Elektrofahrzeuge, die es dem Fahrer ermöglicht, die Beschleunigung und Verzögerung des Autos nur mit dem Gaspedal zu steuern.

Wenn der Fahrer das Pedal drückt, beschleunigt das Fahrzeug. Wenn der Fahrer das Pedal loslässt, verzögert das Auto durch rekuperatives Bremsen, das die kinetische Energie des Fahrzeugs in elektrische Energie umwandelt, die das Elektrofahrzeug in der Batterie speichert. Diese Art des rekuperativen Bremsens wird auch als Lift-Off-Rekuperation bezeichnet. Je nach Fahrzeugeinstellungen und Fahrbedingungen kann das Ein-Pedal-Fahren das Fahrzeug zum vollständigen Stillstand bringen oder eine niedrige Geschwindigkeit beibehalten, bis der Fahrer das Pedal erneut drückt.

Der Vorteil des Ein-Pedal-Fahrens besteht darin, dass es das Fahren vereinfacht, indem nur ein Pedal benötigt wird.

Die Nachteile des Ein-Pedal-Fahrens sind, dass es eine gewisse Anpassung von Fahrern erfordert, die an das traditionelle Zwei-Pedal-Fahren gewöhnt sind. Volle Lift-Off-Rekuperation kann auf rutschigen Straßen ein Nachteil sein, da sie stark bremst, wenn man schnell den Fuß vom Pedal nimmt. Viele empfehlen, die Rekuperationskraft im Winter zu reduzieren.

Darüber hinaus kann die Leistung je nach Faktoren wie Batterieladestand, Temperatur, Straßenneigung und Verkehrsfluss variieren. Während einige Elektrofahrzeuge ein festes Rekuperationsniveau für das Ein-Pedal-Fahren haben, verfügen andere über Schaltwippen am Lenkrad, um die Rekuperation auf verschiedenen Ebenen zu aktivieren.

Andere, wie Tesla, haben Einstellungen in ihrem Infotainmentsystem verfügbar.

Auf dem obigen Bild sehen Sie auch, wie Tesla dem Fahrer die Entscheidung überlässt, wie sich das Auto bei niedriger Geschwindigkeit verhalten soll. Zum Beispiel können sie bei niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeiten physische Bremsen hinzufügen, um das Fahrzeug vollständig zum Stillstand zu bringen und zu halten.

Manuelle Rekuperation mit dem Bremspedal

Durch Drücken des Bremspedals können Sie bei Elektrofahrzeugen mit gemischten Bremsen Energie zurückgewinnen.

Die Rekuperation mit einem gemischten Bremssystem in Elektrofahrzeugen verwendet Sensoren und Algorithmen, um das optimale Gleichgewicht zwischen rekuperativem Bremsen und Reibungsbremsen zu bestimmen, abhängig von Faktoren wie Fahrereingaben, Batterieladestand, Straßenbedingungen, Verkehrssituation und Fahrzeuggeschwindigkeit.

Das System kann auch mit Fahrerassistenzsystemen wie adaptiver Geschwindigkeitsregelung oder Kollisionsvermeidung zusammenarbeiten, um Sicherheit und Komfort zu erhöhen.

Adaptive Rekuperation

Adaptive Rekuperation ist eine Funktion einiger Elektrofahrzeuge, die es ihnen ermöglicht, das Niveau des rekuperativen Bremsens an die Fahrsituation anzupassen.

Adaptive Rekuperation funktioniert, indem Sensoren, Kameras und Navigationsdaten verwendet werden, um Verkehrsbedingungen, Straßenkrümmung, Geschwindigkeitsbegrenzungen und andere Faktoren zu erkennen, die die optimale Verzögerungsrate des Fahrzeugs beeinflussen. Basierend auf diesen Informationen kann das System das Rekuperationsniveau automatisch erhöhen oder verringern, wenn der Fahrer das Gaspedal loslässt, ohne dass eine manuelle Eingabe oder Modusauswahl erforderlich ist.

Der Vorteil der adaptiven Rekuperation besteht darin, dass sie ein sanfteres und natürlicheres Fahrerlebnis sowie eine effektivere Energierückgewinnung bieten kann. Durch die Anpassung des Rekuperationsniveaus an die Situation kann die adaptive Rekuperation übermäßiges oder unzureichendes Bremsen vermeiden, das Unbehagen verursachen oder Energie verschwenden könnte, da sie, wenn möglich, ausrollt. Die adaptive Rekuperation kann auch mit Fahrerassistenzsystemen zusammenarbeiten, um Sicherheit und Komfort zu erhöhen, wie z.B. das Einhalten eines sicheren Abstands zum vorausfahrenden Fahrzeug oder das Abbremsen für eine scharfe Kurve.

Einige Beispiele für Elektrofahrzeuge, die adaptive Rekuperation bieten, sind der Porsche Taycan und der BMW i4. Diese Elektrofahrzeuge verwenden unterschiedliche Technologien und Algorithmen, um die adaptive Rekuperation zu implementieren, aber alle zielen darauf ab, ihren Fahrern ein besseres Ein-Pedal-Fahrerlebnis zu bieten.

Maximale Rekuperationsleistung

Die maximale Rekuperationsleistung eines Elektrofahrzeugs hängt von mehreren Faktoren ab, wie z.B. der Art und Größe des Motors, der Geschwindigkeit und dem Ladezustand der Batterie sowie den Einstellungen und Modi des Fahrzeugs. Verschiedene Elektrofahrzeuge haben unterschiedliche Rekuperationsniveaus, aber typischerweise reicht es von über 50 kW bei kleinen Autos bis zu 300 kW bei den leistungsstärksten.

Bremslichter & Rekuperatives Bremsen

Typische Bremslichter leuchten auf, solange die Bremskraft hoch genug ist, um die Geschwindigkeit erheblich zu reduzieren. Aber das ist nicht immer der Fall. Zum Beispiel aktiviert der Hyundai Ioniq 5 die Bremslichter nicht, wenn er im Ein-Pedal-Modus fährt. Dieses Verhalten kann gefährlich sein. Diese Gefahr wird in diesem Video erklärt. Überprüfen Sie, wie Ihr Elektrofahrzeug funktioniert, damit Sie nicht von hinten angefahren werden. In Europa besagt die Regelung, dass bei einer Verzögerung von über 1,3 m/s² ein Bremslichtsignal erzeugt werden sollte.

Vorteile des Rekuperativen Bremsens

Es gibt mehrere Vorteile des rekuperativen Bremsens, darunter:

Verbesserte Effizienz: Durch die Rückgewinnung von Energie während des Bremsens und der Verzögerung kann das rekuperative Bremsen die Reichweite des Fahrzeugs verlängern und die Effizienz verbessern.

Reduzierter Verschleiß der Bremsen: Da das rekuperative Bremsen einen Großteil der Bremskraft des Fahrzeugs übernehmen kann, kann es den Verschleiß der mechanischen Bremsen reduzieren, was zu niedrigeren Wartungskosten führt.

Sanfteres Bremsen: Rekuperatives Bremsen kann sanfteres und gleichmäßigeres Bremsen als traditionelle Reibungsbremsen bieten, was zu einer komfortableren Fahrt für die Passagiere führt.

Einschränkungen des Rekuperativen Bremsens

Obwohl das rekuperative Bremsen viele Vorteile bietet, hat die Technologie einige Einschränkungen. Dazu gehören:

Verminderte Wirksamkeit bei hohen Geschwindigkeiten: Rekuperatives Bremsen ist bei hohen Geschwindigkeiten weniger wirksam, da die Menge an kinetischer Energie, die eingefangen und gespeichert werden kann, mit zunehmender Geschwindigkeit des Fahrzeugs abnimmt.

Begrenzte Reichweitenverlängerung: Rekuperatives Bremsen kann die Reichweite des Fahrzeugs verlängern, aber die Menge an Energie, die das Auto zurückgewinnt, ist begrenzt, und die Gesamtauswirkung auf die Fahrzeugreichweite kann je nach Fahrbedingungen variieren.

Reduziertes Bremsgefühl: Da das rekuperative Bremsen den Elektromotor zur Verlangsamung des Fahrzeugs nutzt, kann es das Gefühl des Bremspedals reduzieren, was für einige Fahrer weniger intuitiv sein kann.

Wie viel kann regeneriert werden?

Im zweiten Teil bieten wir detaillierte Berechnungen darüber, wie viel Energie regeneriert werden kann und wie sich das auf die Reichweite auswirkt. Wir erklären auch die Physik hinter der Mathematik.