Wie wir die Effizienz von regenerativem Bremsen messen

Als ich zum ersten Mal ein Elektrofahrzeug fuhr, war ich erstaunt. Es war nicht die leise Fahrt oder die schnelle Beschleunigung. Es war das, was passierte, als ich den Fuß vom Gaspedal nahm. Das Auto wurde von selbst langsamer, und eine kleine Anzeige auf dem Armaturenbrett zeigte mir an, dass ich Energie in das Fahrzeug steckte. zurück in die Batterie. Es fühlte sich wie Magie an. Das nennt man regeneratives Bremsen.

In diesem Artikel werde ich den Vorhang über diesen "Zauber" lüften. Wir werden untersuchen, wie dieses System funktioniert und, was am wichtigsten ist, wie Ingenieure seine Effizienz messen. Warum sollte Sie das interessieren? Weil dieses Wissen Ihnen hilft, mit jeder Ladung mehr Kilometer zurückzulegen, Geld zu sparen und ein klügerer Besitzer eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs zu werden.

Was ist eine regenerative Bremse wirklich?

Stellen Sie es sich so vor. Wenn Sie in einem normalen Auto mit Verbrennungsmotor auf die Bremse treten, verwenden Sie eine Reibungsbremse. Bei diesem System drücken die Bremsbeläge gegen eine Scheibe und erzeugen Reibung, um das Auto abzubremsen. Die gesamte Energie des sich bewegenden Autos, die kinetische Energie, wird in Wärme umgewandelt und geht einfach als Wärme an die Luft verloren. Das ist eine totale Energieverschwendung.

Ein Elektrofahrzeug (EV) ist viel intelligenter. Es hat ein regeneratives Bremssystem, das etwas Erstaunliches leistet. Anstatt die kinetische Energie einfach zu verschwenden, fängt die regenerative Bremse sie auf. Das System nutzt den eigenen Motor des Fahrzeugs, um es abzubremsen. Bei diesem Vorgang wird die aufgefangene Energie in Strom umgewandelt, der dann in die Batterie zurückfließt. Jedes Mal, wenn Sie langsamer fahren, laden Sie also die Autobatterie wieder ein wenig auf. Dies ist eine sehr verbreitete Form des regenerativen Bremsens in modernen Straßenfahrzeugen. Die regenerative Bremse ist ein wesentlicher Bestandteil dessen, was ein Elektrofahrzeug so effizient macht.

Wie funktioniert ein Motor als Generator?

Das ist der Punkt, an dem die eigentliche Raffinesse liegt. Wie kann ein Motor, der das Auto vorwärts treibt, es gleichzeitig abbremsen und Strom erzeugen? Das ist eine einfache Idee. Ein Elektromotor nutzt Elektrizität, um Bewegung zu erzeugen. Er hat Magnete und Drähte. Wenn Strom durch die Drähte fließt, wird ein Magnetfeld erzeugt, das den Motor in Bewegung setzt und die Räder dreht.

Wenn Sie langsamer werden wollen, kehrt das regenerative Bremssystem diesen Prozess um. Es verwandelt den Motor in einen Generator. Anstatt Strom zu verbrauchen, erzeugt er Strom. Die Räder, die sich durch den Schwung des Autos noch drehen, treiben nun den Motor an. Dadurch wirkt der Motor wie ein kleines Kraftwerk oder ein elektrischer Generator. So funktioniert der Motor als Generator. Der Fahrmotor in einem Elektroauto ist so konzipiert, dass er beide Aufgaben perfekt erfüllt. Dieser Prozess erzeugt eine Bremskraft, die das Auto abbremst und gleichzeitig elektrische Energie erzeugt. Die regenerative Bremse ist ein schönes Stück Technik.

Wohin fließt die kinetische Energie in einem Elektrofahrzeug?

Wenn sich Ihr Elektrofahrzeug bewegt, hat es eine Menge kinetische Energie. Das ist nur ein wissenschaftlicher Begriff für die Energie der Bewegung. Je schneller Sie fahren und je schwerer Ihr Auto ist, desto mehr kinetische Energie haben Sie. Wenn man abbremsen will, muss man diese Energie loswerden. Die regenerative Bremse ist das erste Mittel, das Ihr Auto einsetzt.

Wenn Sie den Fuß vom Gaspedal nehmen oder das Bremspedal leicht betätigen, wird das regenerative Bremssystem aktiviert. Der Elektromotor beginnt, sich der Drehung der Räder zu widersetzen und eine Bremskraft zu erzeugen. Dieser Widerstand bremst Sie ab. Die überschüssige kinetische Energie wird in Strom umgewandelt. Das System wandelt Energie in elektrische Energie um. Diese neue regenerative Energie wird an die Batterie weitergeleitet und dort gespeichert. Die Menge der gewonnenen Energie hängt von vielen Faktoren ab, aber die regenerative Bremse ist immer bemüht, so viel Energie wie möglich zu speichern.

Warum können wir nicht die gesamte Bremsenergie zurückgewinnen?

Ich wünschte, ich könnte Ihnen sagen, dass eine regenerative Bremse 100% perfekt ist, aber das ist sie nicht. Man kann nicht die gesamte kinetische Energie zurückbekommen, die man hineingesteckt hat. Ein Teil der Energie geht bei diesem Prozess verloren. Stellen Sie sich das so vor, als würden Sie Wasser von einer Tasse in eine andere gießen; Sie könnten ein paar Tropfen verschütten. Der Motor selbst ist nicht vollkommen effizient. Er erzeugt ein wenig Wärme, wenn er als Generator arbeitet. Die Elektronik, die das System steuert, verbraucht etwas Strom, und auch die Batterie kann die elektrische Energie nicht perfekt aufnehmen.

Es gibt auch noch andere Grenzen. Wenn Ihre Batterie bereits 100% voll ist, kann die neue Energie nirgendwo hin. In diesem Fall wird die regenerative Bremse nicht funktionieren und das Auto wird stattdessen die normale Reibungsbremse verwenden. Das Gleiche gilt, wenn die Batterie sehr kalt ist, denn kalte Batterien können nicht so schnell aufgeladen werden. Die regenerative Bremse ist zwar großartig, doch kann die regenerative Bremse manchmal begrenzt sein. Sie können nicht so viel Energie auffangen, wie Sie vielleicht denken, aber was Sie auffangen, ist kostenlos. Die Effizienz des regenerativen Bremsens ist eine wichtige Kennzahl.

Wie messen Ingenieure die kinetische Energierückgewinnung?

Dies ist die wichtigste Frage, und die Antwort ist sowohl einfach als auch komplex. Im Grunde geht es bei der Messung der regenerativen Bremseffizienz darum, zwei Zahlen zu vergleichen: die Menge an Energie, die die regenerative Bremse aufnimmt, und die Menge an kinetischer Energie, die das Auto beim Bremsen verliert. Die Grundformel lautet: Zurückgewonnene Energie / Verlorene Energie = Regenerationswirkungsgrad.

Um diese Zahlen zu erhalten, verwenden die Ingenieure spezielle Sensoren am Elektrofahrzeug. Sie messen die Geschwindigkeit des Fahrzeugs, um die Veränderung der kinetischen Energie zu berechnen. Außerdem haben sie Sensoren an der Batterie, um genau zu messen, wie viel Energie bei einem Bremsvorgang in die Batterie zurückfließt. Sie messen die Bremsleistung und den Bremsaufwand der regenerativen Bremse. Dieser Prozess der kinetischen Energierückgewinnung wird immer wieder in Labors und auf Teststrecken getestet, um eine genaue Zahl zu erhalten. Dies hilft ihnen, das regenerative Bremssystem für zukünftige Autos zu verbessern.

Welche Faktoren beeinflussen die Funktionsweise einer regenerativen Bremse?

Die Gesamteffizienz des Fahrzeugs hängt nicht nur von den Teilen im Auto ab. Sie, der Fahrer, haben einen großen Einfluss darauf, wie gut die regenerative Bremse funktioniert. Wenn Sie stark und spät bremsen, muss das Fahrzeug neben der regenerativen Bremse auch seine starke Reibungsbremse einsetzen. Das bedeutet eine geringere Rückgewinnung der kinetischen Energie. Wenn Sie jedoch das regenerative Bremsen üben, indem Sie sanft abbremsen und nach vorne schauen, geben Sie der regenerativen Bremse mehr Zeit, zu arbeiten.

Auch andere Dinge spielen eine Rolle. Wenn man mit konstanter Geschwindigkeit auf der Autobahn fährt, wird die regenerative Bremse kaum beansprucht. Beim Fahren in der Stadt mit vielen Stopps und Starts spielt sie ihre Stärken aus. Auch die Konstruktion des Motors und das Gewicht des Fahrzeugs spielen eine Rolle. Bergabfahren ist der perfekte Zeitpunkt für die regenerative Bremse. Sie sorgt für eine hervorragende Kontrolle an Steigungen und kann als Nettostromerzeuger fungieren, was die Reichweite deutlich erhöht. Die Nutzung der regenerativen Bremse ist eine Kunst.

Wie unterscheidet sich dieses System bei Hybrid-Elektrofahrzeugen?

Hybrid-Elektrofahrzeuge sind ein Sonderfall. Sie haben sowohl einen Verbrennungsmotor als auch einen Elektromotor. Das bedeutet, dass sie auch eine regenerative Bremse verwenden können. Das System funktioniert fast genauso wie bei einem reinen Elektrofahrzeug. Wenn der Fahrer langsamer fährt, hilft der Motor beim Bremsen und gibt Strom an die kleine Batterie ab.

Einige Hybridfahrzeuge verwenden die so genannte parallele regenerative Bremsung. Das bedeutet, dass der Computer des Fahrzeugs entscheidet, wie die regenerative Bremse und die Reibungsbremse kombiniert werden sollen, um eine gleichmäßige Verlangsamung zu erreichen. Das Ziel ist immer, die regenerative Bremse so weit wie möglich zu nutzen. Das regenerative Bremsen in Verbindung mit dem Abschalten des Motors beim Anhalten macht Hybrid- und Elektroautos so gut für den Stadtverkehr. Diese Hybrid-Elektrofahrzeuge erreichen durch ihr regeneratives Bremssystem eine hohe Energieeffizienz.

Kann eine regenerative Bremse ein Elektroauto zum Stillstand bringen?

Viele neue Elektrofahrzeugmodelle bieten eine Funktion namens "Ein-Pedal-Fahren". Ich liebe diese Funktion. Das bedeutet, dass die regenerative Bremse stark genug ist, um das Auto deutlich abzubremsen, sogar bis zum völligen Stillstand, indem man einfach den Fuß vom Gaspedal nimmt. Im normalen Stadtverkehr muss man fast nie das Bremspedal berühren. Das macht das Fahren angenehmer und fängt die größtmögliche regenerative Energie ein.

Sie haben jedoch immer ein normales Reibungsbremssystem als Reserve. Dies ist ein wichtiges Sicherheitsmerkmal. Die regenerative Bremse ist möglicherweise nicht stark genug für eine plötzliche Notbremsung. Sie brauchen die starke mechanische Bremswirkung einer Reibungsbremse, um den Bremsweg zu verkürzen und Ihre Sicherheit zu gewährleisten. Wenn elektrische Bremssysteme aus irgendeinem Grund ausfallen, arbeiten das Reibungs- und das regenerative System zusammen, aber die altmodische Reibungsbremse ist die ultimative Ausfallsicherung. Die regenerative Bremse allein kann Sie nicht immer und in jeder Situation zum Stillstand bringen.

Was ist die Geschichte des kinetischen Energierückgewinnungssystems?

Die Idee einer regenerativen Bremse ist nicht neu. Tatsächlich gibt es sie schon seit über einem Jahrhundert! Einige der ersten Orte, an denen regeneratives Bremsen eingesetzt wurde, waren elektrische Eisenbahnen. Denken Sie daran: Züge erzeugen große Mengen an kinetischer Energie. Der Einsatz einer regenerativen Bremse zur Verlangsamung der Züge und zur Rückspeisung von Strom in das Netz bot enorme wirtschaftliche und betriebliche Vorteile. Das regenerative Bremsen war in den Anfängen ein entscheidender Faktor für elektrische Antriebssysteme.

Die Idee wurde sogar in frühen Autos verwendet. Ein Auto aus dem Jahr 1900, das Krieger Electric Landaulet, hatte einen Antriebsmotor in jedem Vorderrad. Dieses elektrische Landaulet verfügte über ein Antriebssystem, bei dem die Motoren als Generatoren arbeiteten, wenn das Auto bergab fuhr, und so halfen, die Batterien aufzuladen. Das Krieger Electric Landaulet war seiner Zeit voraus. Es zeigte, dass ein System zur Rückgewinnung kinetischer Energie in Straßenfahrzeugen möglich war, lange bevor moderne Hybrid-Elektrofahrzeuge aufkamen. Auch die Bremsen einiger elektrischer Draisinen in den frühen 1930er Jahren nutzten dieses Prinzip.

Was bedeutet das für mich als Fahrer eines Elektrofahrzeugs?

Was bedeutet das nach all dem technischen Gerede nun für Sie? Das Verständnis der regenerativen Bremse hilft Ihnen in dreierlei Hinsicht. Erstens vergrößert sie die Reichweite von Elektrofahrzeugen. Indem Sie gleichmäßig fahren und die regenerative Bremse ihre Arbeit tun lassen, können Sie Ihre Batterieladung um einige Kilometer verlängern.

Zweitens sparen Sie Geld, indem Sie die Energieeffizienz verbessern. Die Energie wird zurückgewonnen und nicht verschwendet, was bedeutet, dass Sie weniger für Strom ausgeben. Außerdem werden Ihre Bremsbeläge geschont. Da die regenerative Bremse einen Großteil der Arbeit übernimmt, halten Ihre mechanischen Bremsen viel länger. Das verlängert die Lebensdauer des Bremssystems. Und schließlich macht es Sie einfach zu einem besseren, geschmeidigeren Fahrer. Die Beherrschung des Bremspedals und des regenerativen Bremseffekts ist für jeden Fahrer eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs eine befriedigende Fähigkeit.

Die wichtigsten Punkte zur Erinnerung

• Das ist freie Energie: Eine regenerative Bremse fängt die Energie Ihres fahrenden Autos auf, wenn Sie langsamer werden, und wandelt sie in Strom für Ihre Batterie um.
• Ihr Motor leistet doppelte Arbeit: Derselbe Elektromotor, der Ihr Auto antreibt, arbeitet auch im Rückwärtsgang als Generator, um den regenerativen Bremseffekt zu erzeugen.
• Es ist nicht 100% perfekt: Man kann nicht die gesamte kinetische Energie einfangen. Ein Teil geht immer durch Wärme und Ineffizienz des Systems verloren, aber was man einfangen kann, ist ein Bonus.
• Der Fahrstil ist am wichtigsten: Durch sanftes Bremsen und vorausschauendes Fahren kann das regenerative Bremssystem die größtmögliche Energie auffangen und die Reichweite erhöhen.
• Es spart mehr als nur Energie: Der Einsatz von regenerativem Bremsen verringert auch den Verschleiß Ihrer herkömmlichen Reibungsbremsbeläge und spart Ihnen somit Geld bei der Wartung.
• Sicherheit geht vor: Ihr Auto hat immer ein Reibungsbremssystem für harte Stopps und als notwendige Unterstützung.