Regeneratives Bremsen

Durch Umwandlung der kinetischen Energie des Fahrzeugs in elektrische Energie und Speicherung in der Batterie kann regeneratives Bremsen die Reichweite des Fahrzeugs erhöhen und die Effizienz insgesamt verbessern. Dieser Artikel untersucht die verschiedenen Arten von Strategien für regeneratives Bremsen, die in Elektroautos verwendet werden, deren Vorteile und deren Grenzen.

Wie funktioniert es?

Regeneratives Bremsen fängt die kinetische Energie eines fahrenden Fahrzeugs ab und speichert sie beim Bremsen oder Verzögern als elektrische Energie in der Fahrzeugbatterie.

Ein Elektromotor kann in einem Elektroauto 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 sich ein Elektromotor dreht, 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, wodurch sich das Magnetfeld umkehrt und in entgegengesetzter Richtung elektrischer Strom induziert wird. Dieser Strom kann zurück in die Batterie gespeist und als Energie gespeichert werden, wodurch herkömmliche Reibungsbremsen entlastet und die Reichweite und Effizienz des Elektroautos erhöht werden.

Arten von Strategien für regeneratives Bremsen

Hersteller von Elektroautos bieten regeneratives Bremsen mit verschiedenen Strategien an. Es gibt drei Haupttypen von Strategien für regeneratives Bremsen. Einige Hersteller bieten nur eine Option an, während andere den Fahrer zwischen zwei oder allen drei wählen lassen.

One-Pedal-Driving / Lift-Off-Rekuperation

One-Pedal-Driving ist eine Funktion einiger Elektroautos, die es dem Fahrer ermöglicht, die Beschleunigung und Verzögerung des Fahrzeugs nur mit dem Gaspedal zu steuern.

Wenn der Fahrer das Pedal drückt, beschleunigt das Fahrzeug. Lässt der Fahrer das Pedal los, verzögert das Fahrzeug mithilfe des regenerativen Bremsens, bei dem die kinetische Energie des Fahrzeugs in elektrische Energie umgewandelt wird, die das Elektroauto in der Batterie speichert.

Diese Art des regenerativen Bremsens wird auch als Throttle-Lift-Off-Rekuperation bezeichnet. Abhängig von den Fahrzeugeinstellungen und den Fahrbedingungen kann One-Pedal-Driving das Fahrzeug zum vollständigen Stillstand bringen oder eine niedrige Geschwindigkeit halten, bis der Fahrer das Pedal erneut betätigt.

Der Vorteil von One-Pedal-Driving besteht darin, dass das Fahren durch die Verwendung nur eines Pedals vereinfacht wird.

Die Nachteile von One-Pedal-Driving sind, dass es von Fahrern, die an traditionelles Fahren mit zwei Pedalen gewöhnt sind, eine gewisse Umstellung erfordern kann. Eine starke Lift-Off-Rekuperation kann auf rutschigen Straßen ein Nachteil sein, da sie stark abbremst, wenn man schnell den Fuß vom Pedal nimmt. Viele empfehlen, die Rekuperationskraft im Winter zu reduzieren.

Außerdem kann die Leistung abhängig von Faktoren wie Ladezustand, Temperatur, Straßengefälle und Verkehrsfluss variieren. Während einige Elektroautos für One-Pedal-Driving eine feste Rekuperationsstufe haben, verfügen andere über Paddles am Lenkrad, um die Rekuperation in unterschiedlichen Stufen zu aktivieren.

Andere, wie Tesla, bieten Einstellungen in ihrem Infotainment-System an.

Auf dem obigen Bild sieht man außerdem, wie Tesla dem Fahrer ermöglicht zu entscheiden, wie sich das Fahrzeug bei niedriger Geschwindigkeit verhalten soll. Zum Beispiel können sie bei niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeiten physische Bremsen hinzuschalten, damit das Fahrzeug vollständig stoppt und hält.

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Manuelle Rekuperation über das Bremspedal

Durch Betätigen des Bremspedals kann bei Elektroautos mit kombiniertem Bremssystem Energie rekuperiert werden.

Die Rekuperation mit einem kombinierten Bremssystem in Elektroautos verwendet Sensoren und Algorithmen, um das optimale Verhältnis zwischen regenerativem Bremsen und Reibungsbremsen zu bestimmen, abhängig von Faktoren wie Fahrereingaben, Ladezustand, Straßenbedingungen, Verkehrssituation und Fahrzeuggeschwindigkeit.

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

Adaptive Rekuperation

Adaptive Rekuperation ist eine Funktion einiger Elektroautos, die es ermöglicht, die Rekuperationsstufe entsprechend der Fahrsituation anzupassen.

Adaptive Rekuperation funktioniert, indem Sensoren, Kameras und Navigationsdaten Verkehrsbedingungen, Straßenkurven, Geschwindigkeitsbegrenzungen und andere Faktoren erfassen, die die optimale Verzögerungsrate des Fahrzeugs beeinflussen. Basierend auf diesen Informationen kann das System die Rekuperationsstufe automatisch erhöhen oder verringern, wenn der Fahrer das Gaspedal loslässt, ohne dass eine manuelle Eingabe oder Moduswahl erforderlich ist.

Der Vorteil von Adaptive Rekuperation besteht darin, dass sie ein sanfteres und natürlicheres Fahrerlebnis sowie eine effektivere Energierückgewinnung bieten kann. Durch das Anpassen der Rekuperationsstufe an die jeweilige Situation kann Adaptive Rekuperation übermäßiges oder unzureichendes Bremsen vermeiden, das Unbehagen verursachen oder Energie verschwenden könnte, da das Fahrzeug möglichst rollen lässt. Die adaptive Rekuperation kann auch mit Fahrassistenzsystemen zusammenarbeiten, um Sicherheit und Komfort zu erhöhen, beispielsweise durch Einhalten eines sicheren Abstands zum vorausfahrenden Fahrzeug oder Abbremsen vor einer scharfen Kurve.

Einige Beispiele für Elektroautos, die Adaptive Rekuperation anbieten, sind der Porsche Taycan und der BMW i4. Diese Elektroautos verwenden unterschiedliche Technologien und Algorithmen, um Adaptive Rekuperation zu implementieren, verfolgen jedoch alle das Ziel, ihren Fahrern ein besseres One-Pedal-Driving-Erlebnis zu bieten.

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Maximale Rekuperationsleistung

Die maximale Rekuperationsleistung eines Elektroautos hängt von mehreren Faktoren ab, wie dem Typ und der Größe des Motors, der Geschwindigkeit und dem Ladezustand der Batterie sowie den Einstellungen und Modi des Fahrzeugs. Verschiedene Elektroautos verfügen über unterschiedliche Rekuperationsstufen, liegen aber typischerweise bei über 50 kW bei Kleinstwagen bis zu 300 kW bei den leistungsstärksten Modellen.

Bremslichter & regeneratives Bremsen

Typische Bremslichter gehen an, solange die Bremskraft ausreichend hoch ist, um die Geschwindigkeit deutlich zu verringern. Das ist jedoch nicht immer der Fall. Zum Beispiel aktiviert der Hyundai Ioniq 5 die Bremslichter nicht, wenn One-Pedal-Driving verwendet wird. Dieses Verhalten kann gefährlich sein. Diese Gefahr wird in diesem Video erläutert. Prüfen Sie, wie Ihr Elektroauto funktioniert, damit Sie nicht von hinten aufgefahren werden. In Europa schreibt die Verordnung vor, dass bei einer Verzögerung von mehr als 1,3 m/s² ein Bremsignal ausgelöst werden muss.

Vorteile des regenerativen Bremsens

Regeneratives Bremsen bietet mehrere Vorteile, unter anderem:

Verbesserte Effizienz: Durch Rückgewinnung von Energie beim Bremsen und Verzögern kann regeneratives Bremsen die Reichweite des Fahrzeugs erhöhen und die Effizienz verbessern.

Verminderter Bremsenverschleiß: Da regeneratives Bremsen einen Großteil der Bremskraft des Fahrzeugs übernehmen kann, verringert es den Verschleiß der mechanischen Bremsen und führt zu niedrigeren Wartungskosten.

Sanfteres Bremsen: Regeneratives Bremsen kann ein sanfteres und konsistenteres Bremsen als herkömmliche Reibungsbremsen bieten, was zu einem komfortableren Fahrerlebnis für die Insassen führt.

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Einschränkungen des regenerativen Bremsens

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

Geringere Effektivität bei hohen Geschwindigkeiten: Regeneratives Bremsen ist bei hohen Geschwindigkeiten weniger effektiv, da die Menge der rückgewinnbaren und speicherbaren kinetischen Energie mit zunehmender Fahrzeuggeschwindigkeit abnimmt.

Begrenzte Reichweitenerhöhung: Regeneratives Bremsen kann die Reichweite des Fahrzeugs erhöhen, doch ist die zurückgewonnene Energiemenge begrenzt, und die Auswirkung auf die Gesamtreichweite kann je nach Fahrbedingungen variieren.

Reduziertes Bremsgefühl: Da regeneratives Bremsen den Elektromotor zum Verzögern des Fahrzeugs nutzt, kann dies das Pedalgefühl verringern und für manche Fahrer weniger intuitiv machen.

Wie viel lässt sich rekuperieren?

Im zweiten Teil liefern wir detaillierte Berechnungen dazu, wie viel Energie rekuperiert werden kann und wie sich dies auf die Reichweite auswirkt. Zudem erklären wir die Physik hinter den Formeln.