Die Bremstechnologie hat sich in den letzten hundert Jahren nicht sehr verändert, aber das regenerative Bremsen stellt eine grundlegende Veränderung in der Art und Weise dar, wie wir über das Bremsen denken. Anstatt Fahrzeuge mit roher Gew alt anzuh alten, indem sie wie ein Bauteil wie eine Bremsscheibe oder -trommel physisch festgeklemmt oder herausgedrückt werden, nutzt diese Technologie auf clevere Weise die Funktionsweise von Hybrid- und vollelektrischen Autos aus, um jedes Mal, wenn das Fahrzeug langsamer wird, tatsächlich ein wenig Energie zurückzugewinnen.
Wie funktionieren Bremsen in Autos und Lastwagen?
Fortschritte in der Bremstechnologie waren im Laufe der Jahre eher iterativ als innovativ, wie der Übergang von Trommelbremsen zu Scheibenbremsen. Es gab auch bedeutende Fortschritte bei den physikalischen Materialien, aus denen Bremsbeläge bestehen, was zu Reibmaterialien geführt hat, die länger h alten, weniger Staub erzeugen und weniger wahrscheinlich Geräusche verursachen. Auch Technologien wie das Antiblockiersystem haben die Bremstechnik sicherer gemacht, aber das zugrunde liegende Prinzip der Umwandlung von Bewegungsenergie in Wärme ist unverändert geblieben.
Herkömmliche Bremsen funktionieren ganz gut, aber sie sind von Natur aus enorm verschwenderisch. Jedes Mal, wenn Sie auf Ihr Bremspedal treten, klemmen Sie Ihre Räder effektiv mit der Kraft von Tausenden von Pfund Hydraulikdruck fest. Der präzise Mechanismus besteht aus scheibenförmigen Metallrotoren, die zwischen jedem Reifen und jeder Radnabe angeordnet sind und zwischen organischen, metallischen oder keramischen Bremsbelägen gequetscht werden.
In älteren Fahrzeugen und den Hinterradbremsen einiger leichter Lastwagen werden stattdessen weniger effiziente Trommeln und Bremsbacken verwendet. In beiden Fällen verlangsamt sich das Fahrzeug aufgrund der enormen Reibung, die zwischen Belägen und Scheiben oder Schuhen und Trommeln erzeugt wird. Diese Reibung wandelt kinetische Energie im Wesentlichen in Wärmeenergie (und manchmal viel Lärm) um, und Ihr Auto wird dadurch langsamer.
Das Problem mit herkömmlichen Bremsen ist, dass Ihr Motor viel Kraftstoff verbrauchen musste, um diese kinetische Energie aufzubauen, und sie wird im Wesentlichen verschwendet, wenn Ihre Bremsen sie in Wärme umwandeln.
Die Grundidee hinter dem regenerativen Bremsen ist, dass eine Vielzahl von Technologien es ermöglichen, einen Teil dieser kinetischen Energie zurückzugewinnen, in Strom umzuwandeln und dann wiederzuverwenden.
Wie funktionieren regenerative Bremsen?
Die gebräuchlichste Form der regenerativen Bremstechnologie nutzt einen Elektromotor als Generator, weshalb regenerative Bremsen häufig in Hybrid- und Elektrofahrzeugen zu finden sind.
Im Normalbetrieb bezieht der Elektromotor Strom aus der Batterie und bewegt damit das Fahrzeug. Beim Betätigen des Bremspedals kann der Elektromotor diesen Vorgang umkehren, zu einem Generator werden, der von den rotierenden Rädern angetrieben wird, und Strom in die Batterie zurückspeisen.
Da regenerative Bremsen die Batterie effektiv aufladen, ohne sie an ein Ladegerät anzuschließen, im Falle eines Elektrofahrzeugs oder die Verwendung der Lichtmaschine in einem Hybrid, wird die Gesamteffizienz des Fahrzeugs erhöht. Das bedeutet mehr Kilometer zwischen Aufladungen oder Tankvorgängen.
Da regenerative Bremsen kinetische Energie effektiv in Strom umwandeln, können sie ein Fahrzeug zusätzlich zum Laden der Batterie verlangsamen. Es gibt jedoch Einschränkungen hinsichtlich der Effizienz eines regenerativen Bremssystems. Eines der Hauptprobleme ist, dass regenerative Bremsen bei niedrigen Geschwindigkeiten nicht so gut funktionieren wie bei hohen Geschwindigkeiten. Aufgrund dieser inhärenten Einschränkung beim regenerativen Bremsen sind die meisten Fahrzeuge auch mit einem zusätzlichen herkömmlichen Bremssystem ausgestattet.
So wie traditionelle Lenk-, Brems- und Beschleunigungssteuerungen oft als Backup für Drive-by-Wire-Systeme enth alten sind, können herkömmliche Bremsen als Backup für regeneratives Bremsen dienen. Herkömmliche Systeme greifen möglicherweise nur ein, wenn ein Geräteausfall vorliegt, oder sie können die ganze Zeit zusammen mit regenerativem Bremsen verwendet werden.
Einschränkungen regenerativer Bremsen
Zusätzlich zum natürlichen Abfall der regenerativen Bremswirkung bei niedrigen Geschwindigkeiten leidet die Technologie auch unter einer Reihe anderer Einschränkungen. Einige der bemerkenswertesten sind:
- Regeneratives Bremsen funktioniert nur bei Antriebsrädern: Wenn ein Elektrofahrzeug keinen Allradantrieb hat, mit einem Motor für jedes Rad, dann sind es die Räder ohne Rotoren nicht in der Lage, von regenerativem Bremsen zu profitieren.
- Probleme mit Notbremsungen: Regenerative Bremsen liefern normalerweise nicht genügend Bremskraft bei Notbremsungen. Das ist ein Bereich, in dem traditionelle Bremsen immer noch viel besser funktionieren.
- Batterie- und Motorbegrenzungen: Die Effizienz eines regenerativen Systems wird durch Faktoren wie die Kapazität des Energiespeichersystems und die Leistung des Elektromotors begrenzt.
- Funktioniert nur mit Elektro- und Hybridfahrzeugen: Herkömmliche regenerative Systeme sind mit nicht-elektrischen, nicht-hybriden Fahrzeugen nicht kompatibel. Da diesen Fahrzeugen Elektromotoren fehlen, ist die Implementierung des regenerativen Bremsens kostspielig und kompliziert.
- Dynamische Bremseinschränkungen: Einige regenerative Systeme sind gezwungen, zusätzliches „dynamisches Bremsen“zu verwenden, das die zurückgewonnene kinetische Energie nicht speichert.
Kapazitive Bremsen und traditionelle Verbrennungsmotoren
Da regenerative Bremssysteme normalerweise auf ihre Elektromotoren angewiesen sind, um Strom zu erzeugen, sind sie von Natur aus nicht mit Fahrzeugen kompatibel, die Verbrennungsmotoren verwenden. Es gibt jedoch einige alternative regenerative Technologien, die auf traditionelle Verbrennungsmotoren angewendet werden können.
Ein solches System verwendet große Kondensatoren, um Elektrizität schnell zu speichern und abzugeben, die dann durch einen Abwärtstransformator geleitet wird. Der 12-Volt-Ausgang wird dann in das Bordnetz des Fahrzeugs eingespeist, was den Motor etwas entlastet. Diese Technologie kann derzeit die Kraftstoffeffizienz um bis zu 10 Prozent steigern, steckt aber noch in den Kinderschuhen.
Welche Autos verwenden regenerative Bremsen?
Die meisten Hybrid- und Elektrofahrzeuge verwenden eine Art regeneratives Bremssystem. OEMs wie Chevrolet, Honda, Nissa, Toyota und Tesla waren alle schon früh mit regenerativer Bremstechnologie in ihren Hybrid- und Elektrofahrzeugen an Bord. Nicht-Hybridfahrzeuge, die eine Art regeneratives Bremsen verwenden, sind deutlich seltener, aber BMW und Mazda waren beide frühe Anwender der Technologie in bestimmten Modellen.
