Die Energierückgewinnung bei E-Bikes (Rekuperation)

Moderne Pedelec Nabenmotoren bieten bei Pedelecs den Vorteil der sogenannten Energierückgewinnung, auch Rekuperation genannt. 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. Auch beim Pedelec wird das Bremsen zur Energierückgewinnung genutzt; ein weiterer Aspekt ist daneben die Energiegewinnung bei Talfahrten. Welche 2014-er E-Bike-Modelle ermöglichen die Energierückgewinnung? Wir haben die Liste.

So funktioniert die Energierückgewinnung

Jeder weiß, dass es beim starken Bremsen zu einer Hitzeentwicklung kommt, die im schlimmsten Fall bei Autos die Reifen zum Qualmen bringt. Auch bei Fahrrädern sind die Reifen nach einem scharfen Bremsmanöver häufig zu heiß zum Anfassen. All das ist verschwendete Energie. Ein Elektromotor mit der Fähigkeit zur Rekuperation nutzt die beim Bremsen erzeugte Energie um sie in den Motor zurück zu speisen, statt sie als Wärme nur nutzlos in die Umgebung abzugeben und verpuffen zu lassen. So kann der Akku des Pedelecs zusätzlich unterstützt werden und hält länger.

Mal eben schnell die Batterie wieder aufladen…

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. 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. Die Kaufentscheidung für einen Motor mit der Möglichkeit zur Energierückgewinnung sollte daher nur fallen, wenn entsprechende Talfahrten überhaupt möglich sind.

Tretlagermotor, Nabenmotor: welcher Motor wird zur Rekuperation benötigt?

Nicht jeder Pedelec-Motor ist zur Energierückgewinnung geeignet. Ein Tretlagermotor, bei dem der Fahrer direkt auf auf die Fahrradkette einwirkt, kann beispielsweise nicht zur Rekuperation eingesetzt werden. Nur Nabenmotoren (wie zum Beispiel der GreenMover, der Panasonic-Naben-Getriebemotor oder die BionX-Motoren) können zur Rekuperation eingesetzt werden. 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. Der einzige Nachteil der Verbauung am Hinterrad ist, dass es dann nicht möglich ist, gleichzeitig eine Rücktrittbremse einzubauen.

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. Zugleich erzeugen die neuen Motoren 48 Volt und nicht mehr 37 Volt und bringen es auf 20km mehr Reichweite. Bei der Auswahl eines neuen Pedelecs sollte daher darauf geachtet werden, dass diese neueren leichten Motoren verbaut sind und nicht die bisher üblichen 37 Volt-Motoren. Selbstverständlich können ältere Peledecs und normale Fahrräder auch nachgerüstet werden.

Wieviel Energie kann durch Rekuperation gewonnen werden?

Hierbei müssen die beiden Energie Rückgewinnungsmethoden unterschieden werden. 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%. Gerade bei längeren Touren in bergigen Gebieten kann somit die Reichweite noch erhöht werden.

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 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. Desweiteren sind moderne Pedelec Akkus immer leistungsfähiger und können auch ohne Probleme schneller geladen werden.

Welche E-Bikes aus 2014 haben Rekuperation?

Wir haben hier mal einige 2014-er E-Bike-Modelle zusammengetrage, die über ihren Heckmotor die Energierückgewinnung bzw. Rekuperation ermöglichen. Natürlich gibt es weitere Modelle; dies soll nur einen Ausschnitt darstellen und einen ersten Einblick vermitteln.

  • YouMo ONE C Rekuperation
  • Flyer Vollbut mit 500 Watt Heck-Motor
  • Kalkhoff Pro Connect X24 28 Zoll 24-G
  • Focus Jarifa 29R 30-Gang (11 Ah)
  • Kalkhoff Pro ConnectX27 Wave 27-Gang
  • KTM Bikes Veneto Power Panasonic 47V 8,8
  • Bulls Green Mover Lavida Plus Damen
  • Bulls Green Mover E45 Trapez 30-Gang
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Über 

Klaus Müller-Stern (25) studiert aktuell Maschinenbau, beschäftigt sich daneben jedoch schon lange mit allen Aspekten rund um Selbstständigkeit und Unternehmensgründung. Eloquent und scharfsinnig bringt er Themen wie Social Media oder den Finanzsektor auf den Punkt. Darüber hinaus blickt der passionierte Laufsportler in seinen Beiträgen hinter die Kulissen erfolgreicher Startup-Firmen.

12 Comments

  1. Jochen Bonitz
    8. März 2012

    Das ist doch alles nur eine Frage der richtigen Technologie.Statt eines simplen Controllers benötigt man einen rückspeisefähigen Umrichter, mit dessen Hilfe der Motor selbst als Bremse benutzt und dabei als Generator den Akku lädt. Damit wird der Wirkungsgrad deutlich erhöht und es gibt auch keine Probleme mit dem Akku (Lebensdauer etc.). Natürlich ist das etwas teurer und nicht im 1000€-Bike zu machen, aber bei den hochwertigen sollte dies bald Stand der Technik werden.

    Antworten
    • 8. März 2012

      Hallo Jochen,
      vielen Dank für deinen informativen Kommentar. Wir würden uns freuen öfter mal ein Feedback von Dir zu bekommen.
      Viele Grüße Philipp & Timo

      Antworten
    • Roland Kroner
      17. Oktober 2012

      Wo und wie kommt man an einem „Umrichter“ bzw Schaltpläne und entsprechende Bauanleitungen?

      Antworten
      • 19. Oktober 2012

        Hallo Roland,

        leider kann ich Dir hier nicht weiterhelfen. Die Hersteller arbeiten aktuell selber noch an besseren Lösungen.

        Viele Grüße,

        Philipp

        Antworten
  2. Benito
    8. April 2012

    Akkus:
    Es sind zwei Akku-Familien verbreitet: Welche, die auf Nickel und die, die auf Lithium basieren. Der sogenannte Memory-Effekt (d. h. Kapazitätsverlust des Akkus) tritt nur bei NiCd-Akku (Nickel-Cadmium) auf!

    Antworten
    • 23. Mai 2012

      Hallo Benito,

      danke für den Hinweis, allerdings ist in dem Artikel auch nicht die Rede von einem Memory-Effekt. Der Memory Effekt ist auch nicht der einzige Faktor der einen Kapaziztätsverlust oder eine Verkürzung der Lebensdauer zur Folge hat. Tiefenentladungen sind beispielsweise für alle Akku-Familien schädlich. Bei der Kritik, die einige an der Rekuperation üben, geht es um Spannungsspitzen beim Laden. Diese können den Akku schädigen.

      Antworten
  3. Jürgen Michael
    28. Mai 2012

    Kleiner Hinweis zum winzigen Fehler in dem Abschnitt:
    „Welcher Motor wird zur Rekuperation benötigt?“

    Dort im vorletzten Satz müsste es 37 V anstatt 48 V lauten denn in Kontext ist ja die „alte“ sprich 37 V Variante der Motoren gemeint die möglichst nicht verbaut sein sollte wenn ein neues Bike angeschafft wird.

    Gruß,
    Jürgen

    Antworten
    • 29. Mai 2012

      Hallo Jürgen,

      vielen Dank für den Hinweis, haben wir geändert.

      Viele Grüße,

      Philipp

      Antworten
  4. 5. April 2014

    Rekuperation in der Praxis!

    Ich fahre ein KTM eRace 2012 mit einem BionX Nabenmotor. Die in der Werbung angepriesene Rückladung wirkt sich in der Praxis eher bescheiden aus.
    In einer gemischten Tour im Flachland mit einigen Weinbergen und dadurch eher gemäßigte Abfahrten ist die zu erwartende Rückgewinnung nicht mehr als ca. 5 – 8%…
    allerdings ist das auch nicht so wichtig, denn die Ladung für so eine Tour reicht für ca. 80 Kilometer, die fährt man sowieso nicht immer…
    Wichtiger ist der positive Effekt der Motorbremse durch die Rückladung, wenn man diesen mal gewohnt ist möchte man drauf nicht mehr verzichten.
    Und wenn das Wetter mal nicht so mitspielt kann man mit der Rekuperation im FLACHEN optimal trainieren. So eine Runde mit der stärksten Stufe der Rekuperation und du glaubst du bist im Hochgebirge… LG, Oskar

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  5. Achim
    27. März 2015

    Hallo Klaus!

    In Deinem Test über Rekuperation ist zu lesen
    „Bei unseren Tests haben wir bis zu 11% der Energie zurückgewinnen können.“

    Worauf beziehen sich diese 11%, sprich 11% wovon?

    Grüße von

    Achim

    Antworten
    • Klaus Müller-Stern
      28. März 2015

      Eingereicht am 28.03.2015 um 07:32 | Als Antwort auf Achim.
      Hallo Achim,

      die 11% beziehen sich auf die kinetische Energie des “Fahrzeugs” zum Zeitpunkt des Beginns der Rekuperation.

      Lieben Gruß,

      Klaus

      Antworten
  6. Heiner Oden
    23. Juli 2016

    Hallo Klaus,

    vielen Dank für diesen interessanten Bericht. Leider fand ich ein paar der Ausführungen etwas unglücklich.

    Es wird die „Energieerzeugung durch Bremsen“ beschrieben. Damit soll wohl ein gewisses Bremsmoment beschrieben werden, den die E-Maschine im Generatorbetrieb erzeugt, während Energie rückgespeist wird.

    Desweiteren heißt es, dass „mehr Energie beim Talfahren erzeugt wird, als das Padelec benötigt“. Wie viel Energie benötigt das Padelec denn? Es ist wohl die potentielle Energie gemeint, die Fahrer und Rad auf einem Höhenniveau haben, die aufgrund einer Wunschgeschwindigkeit des Fahrers ausreichen kann um zusätzlich den Generator zu betreiben.

    Auf welchen Wert beziehen sich die angegeben Prozentangaben? Sind dies Prozentpunkte des Batteriestandes?

    Wenn es der prozentuale Anteil der kinetischen Energie vor Bremsbeginn ist, bedeutet dies einen Wirkungsgrad von 11%. Haben Sie dazu die kinetische Energie bei einer gewissen Geschwindigkeit bestimmt und die Leistungsabgabe des Generators über die entsprechende Bremsdauer gemessen?

    Ich danke Ihnen für die Antwort.

    Hochachtungsvoll
    Heiner Oden

    Antworten

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