Wie funktioniert die Rückgewinnung von Bremsenergie?

Jedes Mal, wenn Sie das Bremspedal Ihres Autos betätigen, verschwenden Sie Energie. Nach den Gesetzen der Physik kann Energie nicht zerstört werden. Wenn Ihr Auto langsamer wird, muss die kinetische Energie, die es nach vorne trieb, irgendwohin gehen. Der größte Teil davon zerstreut sich in Form von Wärme und geht verloren, obwohl sie für nützliche Zwecke genutzt werden kann.

Was können Sie tun, um diesen negativen Prozess zu verhindern? Nichts, denn es ist unmöglich, ohne Bremsen zu fahren, und die verlorene Energie ist das Ergebnis von Verkehr und Bremsen.

Glücklicherweise haben Automobilhersteller ein Bremssystem erfunden, das die verlorene kinetische Energie in Strom umwandeln kann. Es handelt sich um die Rückgewinnung von Bremsenergie (oder regeneratives Bremsen), die wir in den nächsten Abschnitten behandeln werden.

Derzeit wird dieses Bremssystem hauptsächlich in Hybridautos (z.B. Toyota Prius) und in vollständig elektrischen Autos (z.B. Tesla Roadster) verwendet. Dies liegt daran, dass es in diesem Fahrzeugtyp extrem wichtig ist, die Batterie immer geladen zu halten.

Wie funktioniert das regenerative Bremsen?

Bevor wir sehen, wie das Rückgewinnungssystem funktioniert, ist ein Vergleich mit dem klassischen System erforderlich. In einem traditionellen Bremssystem erzeugen die Bremsbeläge eine Reibung mit der Bremsscheibe, um das Auto zu verlangsamen oder zu stoppen. Eine weitere Reibung entsteht zwischen den verlangsamten Rädern und der Straßenoberfläche. Diese Reibung ist es, die die kinetische Energie des Autos in Wärme umwandelt.

Auf der anderen Seite hat der Motor im System zur Rückgewinnung von Bremsenergie auch eine Bremsfunktion. Das System besteht aus einem Elektromotor mit Doppelfunktion. Er funktioniert in eine Richtung als Motor und in der entgegengesetzten Richtung als Generator. Wenn er als Motor funktioniert, wandelt er elektrische Energie in mechanische Energie um und bewegt die Räder.

Wenn Sie jedoch bremsen, funktioniert er in der entgegengesetzten Richtung und wird praktisch zu einem elektrischen Generator. Das Betätigen der Bremsen bei einem Elektro- oder Hybridauto bewirkt, dass der Elektromotor in die entgegengesetzte Richtung dreht und die Räder verlangsamt.

Dabei übertragen die Räder die kinetische Energie (oder das Momentum) zurück an den Generator.

Beim Drehen wandelt der Generator die kinetische Energie in elektrische Energie um und überträgt sie an die Batterie.

Das System zur Rückgewinnung von Bremsenergie arbeitet mit einem komplexen System aus elektronischen Schaltungen, das zwischen den beiden Rotationsrichtungen des Motors (vorwärts/rückwärts) wählt.

In einigen Fällen wird die durch diese Art von Bremsen erzeugte Energie in einer Serie von Kondensatoren gespeichert, um später verwendet zu werden. Darüber hinaus, da Fahrzeuge, die regenerative Bremsen verwenden, auch mit einem Standard-Reibungsbremssystem ausgestattet sind, müssen die elektronischen Komponenten des Fahrzeugs entscheiden, welches Bremssystem in jeder Situation angemessen ist.

Da das regenerative Bremsen weitgehend elektronisch gesteuert wird, kann der Fahrer einige Modi einstellen, wie das Fahrzeug in der jeweiligen Situation reagieren soll.

Zum Beispiel kann der Fahrer in einigen Autos auswählen, ob das System zur Rückgewinnung von Bremsenergie sofort aktiviert wird, jedes Mal, wenn der Fuß vom Gaspedal genommen wird, und ob das Bremssystem das Auto bis auf 0 km/h bringen oder es allmählich verlangsamen soll.

Einschränkungen der Funktion

Das System zur Rückgewinnung von Bremsenergie hat auch einige Einschränkungen. Eine davon ist, dass es nur bis zu bestimmten Geschwindigkeiten effektiv funktioniert, insbesondere bei häufigen Stopps und Starts.

Außerdem ist das Bremsen langsamer im Vergleich zu traditionellen Bremsen und nicht so effektiv bei niedriger Geschwindigkeit. Daher liegt die Bremsverantwortung nicht vollständig auf dem regenerativen Bremsen.

Stattdessen unterstützt es nur die normalen Bremsen, damit sie effizienter funktionieren können. Wenn der Motor nicht in der Lage ist, das Auto schnell zu verlangsamen, wendet das elektronische Steuerungsmodul die herkömmlichen Bremsen an und stoppt das Fahrzeug.

Fazit

Es ist wichtig zu beachten, dass das regenerative Bremsen allein kein Zauberstab für Energie ist. In der Praxis macht es Fahrzeuge nicht effizienter, sondern einfach weniger ineffizient.

Theoretisch wäre die effektivste Art zu fahren, bis zu einer konstanten Geschwindigkeit zu beschleunigen und das Bremspedal nie zu berühren. Da Bremsen Energie verbraucht und das Auto zusätzliche Energie benötigt, um die Reisegeschwindigkeit wieder zu erreichen, wäre die größte Effizienz erreicht, wenn man nie langsamer wird.

Offensichtlich ist das in der Realität nicht möglich. Da wir oft bremsen müssen, insbesondere im Stadtverkehr, ist die Rückgewinnung von Bremsenergie die beste Lösung, da sie die Ineffizienz des Bremsens reduziert und den Prozess weniger kostspielig macht, da es wichtig ist, die Batterie geladen zu halten, insbesondere in Elektrofahrzeugen.

Quelle: quora.com, mechanics.stackexchange.com