Rekuperation erhöht die Reichweite von E-Bikes im hügeligen Gelände um bis zu 30 %
von belmedia Redaktion #Schweizweit Allgemein Alltag Alpin Berge business24.ch businessaktuell.ch Draussen Elektro elterntipps.ch Forschung hometipp.ch Innovation Inspiration Lifestyle Magazine Mobilität motortipps.ch Nachhaltigkeit nachrichtenticker.ch News Orte Produkte Regionen Schweiz Schweiz sportaktuell.ch Technik Technologie Themen Trends Verkehr Ⳇ Verbreitung
Moderne Elektroautos wandeln beim Bremsen Bewegungsenergie in elektrische Energie um und speisen diese wieder in den Akku ein. Ob sich dieses Prinzip der Rekuperation auch bei E-Bikes und Pedelecs lohnt, hat René Rasche in seiner Masterarbeit an der Hochschule Bielefeld (HSBI) untersucht. Die Ergebnisse zeigen: Im hügeligen Gelände kann sich die Reichweite von E-Bikes dadurch um 20 bis 30 Prozent erhöhen.
Für seine Masterarbeit entwickelte der Maschinenbau-Absolvent ein eigenes Elektrofahrrad mit Rekuperationsfunktion, führte umfangreiche Messfahrten unter definierten Bedingungen durch und testete das System unter anderem auf der Rennstrecke Bilster Berg bei Bad Driburg.
Mechanische Energie beim Bremsen in elektrische Energie umwandeln
Rekuperation beschreibt die Umwandlung von Bewegungsenergie in elektrische Energie während des Bremsvorgangs. Während diese Technologie bei Elektroautos und E-Lastwagen längst zum Standard gehört, kommt sie bei Elektrofahrrädern bislang kaum zum Einsatz. Genau dieser Frage widmete sich René Rasche in seiner Masterarbeit: Unter welchen Bedingungen ist Rekuperation bei E-Bikes technisch sinnvoll und welchen energetischen Nutzen bringt sie?
Zur Beantwortung entwickelte Rasche ein handelsübliches Mountainbike zu einem Elektrofahrrad weiter. Verbaut wurden unter anderem ein Hecknabenmotor, ein eigens entwickelter Lithium-Ionen-Akku, eine Motorsteuerung sowie eine im 3D-Druck gefertigte Gehäusekonstruktion. Mehrere Mikrocontroller übernehmen die Steuerung des Systems. Besonderes Augenmerk galt der kompakten Integration aller Komponenten, der Wärmeentwicklung sowie einer wartungsfreundlichen Bauweise.
Der Akku wurde als Lithium-Ionen-Akkupack in einer 13S6P-Konfiguration aufgebaut. Zum Einsatz kamen Samsung-INR21700-50E-Zellen sowie ein passendes Batteriemanagementsystem.
Messtechnische Analyse eines rekuperierenden Elektrofahrrads
Die Motorsteuerung erfolgte über das Open-Source-Projekt „Vedder Electric Speed Controller“ (VESC). Mithilfe der Software wurden Fahrprofile für den E-Bike-Betrieb bis 25 km/h sowie für S-Pedelecs bis 45 km/h eingerichtet. Über einen Mikrocontroller wird zwischen Beschleunigung, Neutralbetrieb und Rekuperation unterschieden.
Anschliessend absolvierte Rasche Vergleichsfahrten unter definierten Bedingungen sowie Testfahrten auf unterschiedlich anspruchsvollen Streckenprofilen. Dabei zeigte sich, dass Rekuperation im flachen Gelände nur geringe Energiemengen zurückgewinnt. Deutlich bessere Ergebnisse wurden auf Strecken im Weserbergland erzielt. Dort erhöhte sich die Reichweite im E-Bike-Modus um 20 bis 30 Prozent, im S-Pedelec-Modus um bis zu 15 bis 20 Prozent.
Für Professor Dr. Sebastian Hoffmann von der HSBI liefert die Untersuchung ein differenziertes Ergebnis. Rekuperation sei bei Elektrofahrrädern technisch sinnvoll, der tatsächliche Nutzen hänge jedoch stark vom Einsatzprofil ab. Wer überwiegend im flachen Gelände unterwegs sei, profitiere nur wenig. Bei langen Abfahrten oder grossen Höhenunterschieden lasse sich dagegen deutlich mehr Energie zurückgewinnen. Besonders E-Bikes könnten davon stärker profitieren als schnellere S-Pedelecs.
Neben den Erkenntnissen zur Rekuperation überzeugte die Masterarbeit auch durch das Zusammenspiel verschiedener Ingenieursdisziplinen wie Elektrotechnik, Mechanik und Softwareentwicklung.
Quelle: Hochschule Bielefeld (HSBI)
Bildquelle: BILSTER BERG