Energierückgewinnung (Rekuperation) bei E-Bikes: Funktion und Vorteile

Die neueren Pedelec Modelle bieten dem Fahrer einen besonderen Vorteil: die sogenannte Rekuperation - Energierückgewinnung. Der Fachbegriff Rekuperation leitet sich vom Lateinischen „recuperare“ für „wieder gewinnen“ ab und wird in der Fahrzeugtechnik verwendet, um die Rückspeisung der beim Bremsen erzeugten Energie in den Motor zu bezeichnen. Abgeleitet vom lateinischen „recuperare“ - „wieder gewinnen“ wird der Begriff verwendet, um die Rückspeisung der Bremsenergie in den Motoren zu bezeichnen.

Wie funktioniert die Rekuperation?

Durch die Rekuperation wird die beim Bremsen erzeugte Energie zurück in den Motor gespeist, statt sie als Wärme ungenutzt abzugeben. Auch beim Pedelec wird das Bremsen zur Energierückgewinnung genutzt; ein weiterer Aspekt ist daneben die Energiegewinnung bei Talfahrten. Ein Elektromotor mit der Fähigkeit zur Rekuperation nutzt die beim Bremsen erzeugte Energie, um sie in den Motor zurück zu speisen. Ähnlich funktioniert das Prinzip der Rekuperation auch bei Talfahrten: Auch hier wird mehr Energie erzeugt, als das Pedelec in diesem Moment benötigt, so dass die überschüssige Energie in den Motor zurückgeführt wird, um den Akku zu speisen. Bemerkbar macht sich dieser Effekt natürlich nur bei längeren Talfahrten. Allerdings ist dieser Effekt nur dann spürbar nützlich, wenn es sich um eine längere Talfahrt handelt und nicht lediglich um einige Meter im hügeligen Gelände.

Rekuperation funktioniert grundsätzlich dann, wenn kinetische Energie (Bewegungsenergie) das Zusammenspiel von Magneten und einer Kupferspule ermöglicht. Im Motor des E-Bikes erzeugen rotierende Elemente Energie. Dabei wirkt ein Widerstand auf die Rotation der Nabe.

Vorteile der Rekuperation

• Längere Akkulaufzeit: Diese Funktion unterstützt den Akku des Pedelecs zusätzlich - Der Akku hält deutlich länger!
• Zusätzliche Energiegewinnung: Bei Talfahrten wird grundsätzlich mehr Energie produziert als tatsächlich benötigt, die zurückgewonnene Energie ist somit unbegrenzt. Auch diese ungenutzte Energie verwenden Pedelecs und E-Bikes mit regenerationsfähigem Motor zur Unterstützung des Akkus.
• Effizienz im Stadtverkehr: Interessant wird es für die Nutzer vor allem im Straßenverkehr. Tests haben ergeben, dass man im Stadtverkehr bis zu 11% der Energie zurückgewinnen kann.

Welche Motoren sind für die Rekuperation geeignet?

Nicht jeder E-Bike-Motor ist zur Energierückgewinnung geeignet. Ein Tretlagermotor, bei dem der Fahrer direkt auf auf die Fahrradkette einwirkt, kann beispielsweise nicht zur Rekuperation eingesetzt werden. Ausschließlich Nabenmotoren können zur Rekuperation genutzt werden. Nur Nabenmotoren (wie zum Beispiel der GreenMover, der Panasonic-Naben-Getriebemotor oder die BionX-Motoren) können zur Rekuperation eingesetzt werden. Ob dieser am Vorderrad oder am Rückrad angebracht ist, ist im Prinzip egal. Dabei ist es im Prinzip egal, ob der Nabenmotor am Vorderrad oder am Hinterrad angebracht ist, doch in der Praxis befinden sich Motoren fast immer am Hinterrad: Das Vorderrad neigt eher zum Durchdrehen und ist vor allem bei Nässe und Glätte weniger belastbar als das Hinterrad, das auch den größten Teil des Gewichtes des Fahrers und möglicher transportierter Gegenstände trägt.

Ein hochwertiger Motor kann über bis zu vier verschiedenen Stufen der Energierückgewinnung verfügen. Ein hochwertiger Motor wie der BionX-Elektromotor, der über insgesamt vier Stufen der Energierückgewinnung verfügt, wiegt heute nur noch 3,7 kg und verbraucht daher weniger Energie als ältere schwerere Modelle. Die Motoren neuerer Generation erzeugen zudem 48 Volt, ältere Modelle nur 37 Volt, was dazu führt, dass die neueren Modelle bis zu 20km mehr Reichweite erbringen. Zugleich erzeugen die neuen Motoren 48 Volt und nicht mehr 37 Volt und bringen es auf 20km mehr Reichweite. Auch das Gewicht spielt eine erhebliche Rolle: Moderne Motoren wiegen heutzutage um die 3,7kg, deutlich weniger, als ihre Vorgänger. Auch dies führt zu enormen Energieerparnissen.

Rekuperation im Alltag

Rekuperation bei Talfahrt

Die Rekuperation bei einer Talfahrt ist aus verschiedenen Gründen umstritten. Um bei einer Talfahrt Energie zurück zu gewinnen muss auf Geschwindigkeit verzichtet werden. Es muss also gebremst werden. Für viele Pedelec Fahrer ist die Energiegewinnung bei Talfahrten also nicht interessant, da sie entweder nicht langsam einen Berg hinunter fahren wollen, oder nicht viele Talfahrten auf der Strecke haben. Bei der Rekuperation bei einer Talfahrt kann prinzipiel unendlich viel Energie zurückgewonnen werden. Dies würde allerdings auch voraussetzen, dass man unendlich lange bergab fährt. Bei unserem Versuchen lag die Rekuperation bei einer 10 minütigen Abfahrt mit einer Neigung von durchschnittlich 7% bei 5%.

Rekuperation im Stadtverkehr

Die Bremskraft Rückgewinnung im Stadtverkehr ist für alle Pedelec Nutzer interessant aber nicht immer lohnenswert. Bei unseren Tests haben wir bis zu 11% der Energie zurückgewinnen können. In Zukunft wird aber sicherlich noch mehr möglich sein. Wichtig ist hier vor allem, dass die Hersteller die Controller weiterentwickeln, denn gerade in der Abstimmung zwischen Controller, Motor und Akku liegt noch viel Potential.

Kritische Aspekte

Kritische Stimmen behaupten, dass die Rekuperation die Lebenszeit des E-Bike Akkus verkürzen kann. Dies soll durch Spannungsspitzen und zu schnelles Laden des Akkus geschehen. Wir haben leider noch keine Ergebnisse aus Langzeittests die diese Behauptung wiederlegen, allerdings sollte durch eine gute Abstimmung des Controllers dieser Effekt verhindert werden können.

Nachrüstung und Alternativen

Es ist davon abzuraten, ein billiges oder veraltetes E-Bike aufzurüsten - die neuen Kräfte, die dann auf das Rad wirken, könnte es nicht aushalten. Außerdem geht - wie bereits erwähnt - die Garantie durch das Nachrüsten flöten. In vielen Fällen kommt man tatsächlich günstiger weg, wenn man sich ein gebrauchtes oder neues E-Bike mit Rekuperation kauft. Wenn man allerdings sein geliebtes E-Bike aufpimpen möchte, lohnt sich die Anschaffung und Installation eines hochwertigen Nachrüstsets.

E-Auto Rekuperation

Elektroautos können einen Teil der zum Fahren aufgewendeten Energie durch Rekuperation zurückgewinnen. Wie viel das unter welchen Bedingungen sein kann und welche Autos dabei besonders gut oder weniger gut sind, hat der ADAC ermittelt.

ADAC-Test: Rekuperation bei Bergfahrten

Für die Messungen einer Bergfahrt hat sich der ADAC den bayrischen Kesselberg zwischen dem Kochel- und dem Walchensee ausgesucht. Dazu wurde dessen Strecken- und Steigungsprofil aufgezeichnet und im ADAC Prüfstand nachgestellt, da am Prüfstand alle störenden Einflüsse aus Witterung, Wetter und Verkehr ausgeschlossen werden können und so die Messgenauigkeit höher ist als bei einer Realfahrt. Die 5,5 Kilometer lange Strecke wurde bergauf und dann wieder bergab gefahren, mit Abschnitten von bis zu zehn Prozent Steigung beziehungsweise Gefälle.

Testfahrzeuge waren ein Dacia Spring Electric Extreme 65, ein Tesla Model Y sowie ein BMW i7 - bewusst sehr unterschiedlich motorisierte und unterschiedlich schwere Elektrofahrzeuge.

Testfahrzeuge

• Dacia Spring Extreme 65: 33 kW | 1180 kg Testgewicht | Frontantrieb
• Tesla Model Y Max Range: 387 kW | 2186 kg Testgewicht | Allradantrieb
• BMW i7 xDrive 60: 400 kW | 2830 kg Testgewicht | Allradantrieb

Ergebnis der ADAC Messungen: Im Tal angekommen, hat der Dacia Spring 35 Prozent der bergauf eingesetzten Energie zurückgewonnen, der Tesla 40 und der BMW 50 Prozent. Umgekehrt gilt aber auch: Der schwere BMW benötigt bergauf am meisten Energie, der leichte Dacia mit Abstand am wenigsten. Entscheidend ist also die Bilanz zwischen verbrauchter und zurückgewonnener Energie. Und die sieht so aus: Der Dacia verbraucht bei dieser Berg- und Talfahrt im Schnitt 9,65 kWh/100 km, der Tesla 15,57 kWh/100 km und der BMW lag bei 16,54 kWh/100 km. In Bezug auf den Stromverbrauch dreht sich also das Bild: Trotz der geringsten Rekuperation zeigt sich der Dacia während der Bergfahrt unter dem Strich insgesamt als das effizienteste Fahrzeug.

WLTP: Rekuperation im Flachland

Der ADAC hat Messungen von Green NCAP ausgewertet, wie viel Energie aktuelle Elektroautos rekuperieren. Dort wird in einem an den offiziellen WLTP angelehnten Fahrzyklus gemessen. Die 19 untersuchten Elektroautos verschiedener Hersteller sind ein guter Querschnitt des Marktes.

Ergebnis: Aktuelle Elektroautos gewinnen im WLTP-Zyklus durchschnittlich zirka 22 Prozent der Energie zurück, die sie vorher zum Fahren investiert haben. Auffällig gut schneiden der Nio ET7 (31 Prozent) sowie der Hyundai Ioniq 6 (29 Prozent) ab. In den normalen Verkehrsbedingungen des WLTP rekuperiert mit Abstand am wenigsten Energie wiederum der Dacia Spring (9 Prozent). Der getestete Cupra Born rangiert mit einer Rate von 16 Prozent aber ebenfalls deutlich unter Durchschnitt.

Rekuperation je nach Streckenprofil

Ein Blick auf die verschiedenen Streckenprofile des WLTP zeigt, dass in der Stadt mit 33 Prozent im Durchschnitt am meisten Energie zurückgewonnen wird. Selbst das schlechteste Fahrzeug in der Studie holt innerorts immerhin noch 15 Prozent zurück. Außerorts liegt die Rekuperationsleistung bei 21 Prozent im Schnitt, auf der Autobahn (mit maximal 130 km/h) bei nur zwölf Prozent.

Während im Stadtzyklus durch Ampeln, Kreuzungen und Hindernisse häufig Bremsvorgänge vorgenommen werden, haben wir es im Landstraßen- und Autobahnzyklus mit einem eher gleichmäßig fließenden Verkehr zu tun. Hier gibt es also viel weniger Situationen für das Auto, Energie zurück zu gewinnen. Hinzu kommt, dass mit zunehmender Geschwindigkeit der Luftwiderstand und dessen eigene Bremswirkung an Bedeutung gewinnt.

Faktoren, die die Rekuperation beeinflussen

• Tempo und Gewicht des Fahrzeugs (bewegte Masse)
• Leistung des Elektroantriebs
• Batterietemperatur
• Ladezustand der Batterie

Einfach gesagt zeigen alle Messungen: Leichte E-Fahrzeuge verbrauchen weniger Energie, rekuperieren aber auch weniger, schwere E-Fahrzeuge verbrauchen mehr, rekuperieren dafür aber besser.

Tabelle: Rekuperationsraten im Vergleich

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