Rekuperationsbremse
Englisch: regenerative braking
Bremsform bei manchen Elektrofahrzeugen zusätzlich zum Hauptbremssystem, bei der die Bewegungsenergie beim Bremsen durch Nutzen der Fahrmotoren als Generatoren in Strom umgewandelt und ins Stromnetz zurückgespeist wird.
Rekuperatives Bremsen: Bewegungsenergie als elektrischer Strom zurückgewinnen
Rekuperatives Bremsen wandelt die Bewegungsenergie eines bremsenden Fahrzeugs in elektrischen Strom um, indem der Antriebsmotor umgekehrt als Generator arbeitet. Wenn der Fahrer bremst oder das Fahrzeug bergab ausrollt, treiben die Räder den Motor durch den Antriebsstrang rückwärts an. Diese umgekehrte Drehung erzeugt Spannung, die die Batterie auflädt oder Energie zurück ins Stromnetz speist. Bei Elektrobussen, Lokomotiven und industriellen Aufzügen kann rekuperatives Bremsen 20 bis 40 Prozent der Energie zurückgewinnen, die sonst als Wärme in konventionellen Bremsanlagen verloren gehen würde.
Das System benötigt drei Hauptkomponenten: einen umkehrbaren Antriebsmotor (üblicherweise Drehstrom-Asynchronmotor oder Permanentmagnet-Gleichstrommotor), einen bidirektionalen Stromrichter zur Steuerung des Stromflusses in beide Richtungen sowie eine kompatible Batterie oder Stromversorgung. Der Stromrichter muss erkennen, wenn die Motorspannung die Versorgungsspannung übersteigt, dann den Motor in den Generatormodus schalten und den Strom zurück in den Speicher leiten. Mechanische Reibungsbremsen bleiben zwingend erforderlich und parallel geschaltet; rekuperative Systeme können ein Fahrzeug zuverlässig nicht selbst stillsetzen, besonders bei niedrigen Geschwindigkeiten, wo die Gegenelektromotorische Kraft des Motors unter brauchbare Werte fällt.
Praktische Grenzen und Kompromisse
Die Rückgewinnungseffizienz hängt von Bremsintensität und Fahrzeuggeschwindigkeit ab. Sanftes Bremsen über längere Strecken gewinnt mehr Energie zurück, da der Motor in seinem optimalen Generatorbereich arbeitet. Hartes Notbremsen erzeugt Strom schneller, als die Batterie ihn sicher aufnehmen kann, wodurch die Reibungsbremsen den Großteil der Energie absorbieren müssen. Kalte Batterien können die Ladung völlig ablehnen und den gesamten Bremsvorgang auf das Reibungssystem verlagern. Die Gewichtsverteilung spielt eine Rolle: schwerere Fahrzeuge und solche mit größeren Höhenunterschieden erzielen absolut größere Energierückgewinnung, der prozentuale Rückfluss bleibt aber konstant.
Rekuperatives Bremsen belastet Motor und Antriebsstrang ungewöhnlich. Der wiederholte Wechsel der Drehmomentrichtung belastet Lager und Getriebebauteile. Versiegelte, robuste Motoren, die für bidirektionalen Betrieb ausgelegt sind, kosten mehr als einfache Einzelrichtungsmotoren. Manche Systeme haben eine Freilaufkupplung eingebaut, um den Antriebsstrang beim Ausrollen zu entkoppeln; das reduziert den mechanischen Verschleiß, verzichtet aber auf diese Energierückgewinnung. Wartungspläne für Fahrzeuge mit rekuperativem Bremsen schreiben üblicherweise frühere Inspektionen von Lagern und Bürsten vor als reine Reibungsbremssysteme.
Der Name spiegelt die Grundfunktion wider: Das System regeneriert die elektrische Stromversorgung, indem es die in der Bewegung enthaltene Energie nutzt. Im Personen- und Güterverkehr, im Bergbau und in der Materialhandhabung, wo Fahrzeuge häufig fahren und über steile Strecken gehen, verlängert rekuperatives Bremsen die Batterieleistung je nach Einsatzprofil um 15 bis 50 Prozent. Schienenverkehrssysteme nutzen rekuperatives Bremsen, um Betriebskosten und Wärmebelastung auf Stationslüftungen zu senken; manche Systeme speisen Überschussstrom ins Netz zurück, wenn mehrere Züge gleichzeitig bremsen.