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Den Hintergrund dieses Kapitels bilden die Anforderungen, die eine gewöhnliche Rekuperation an das System stellt. Es wird sich zeigen, warum Kondensatoren für eine möglichst erfolgreiche Rekuperation zumindest zusätzlich notwendig sind. Für diese vorweggenommene Schlussfolgerung müssen wir erst einmal Kondensatoren von Batterien grundsätzlich unterscheiden.

Die beiden Elektroden stehen sich als Plus- bzw. Minuspol gegenüber, egal ob sich ein Elektrolyt oder eine isolierende Schicht (Dielektrikum, Separator) dazwischen befindet. Letztere trennt beim Kondensator (lateinisch: 'Verdichter') elektrisch leitende Folien, die sich im Gleichstromkreis positiv bzw. negativ aufladen. Wichtig zu bemerken, dass dabei keine chemische Reaktion stattfindet.

Das ist dann auch der große Unterschied zur Batterie. Ansonsten kann der Kondensator ebenso wie diese dann auch die aufgenommenen Ladungen speichern. Die fehlenden chemischen Reaktionen verschaffen dem Kondensator eine fast unbegrenzte Lebensdauer. Bei der Rekuperation geht es uns hier aber noch mehr um einen anderen Vorteil des Kondensators, nämlich unglaublich schnell sehr viel Ladung aufzunehmen.



1Aktivkohle
2Aluminium
3Separator
4Elektrode
5Separator
6Elektrode

Die Weiterentwicklung des gewöhnlichen elektrolytischen Kondensators ist der Elektrochemische Doppelschichtkondensator, auch 'Superkondensator' oder 'Supercap' genannt. Wie der Name schon sagt, laufen hier wohl chemische Prozesse ab, aber trotzdem wird er zu den physikalischen Stromspeichern gezählt. Das ist ein weites Feld mit großen Erwartungen und wohl in jedem Fall dem Vorteil der größeren Haltbarkeit.

Beim Superkondensator kommt zum Separator noch ein wohl nur wenige Moleküle dicker Elektrolyt auf beiden Seiten zu den Elektroden hinzu. Aus den beiden Grenzflächen jeweils zwischen Elektrolyt und Elektrode resultiert die Bezeichnung 'Doppelschichtkondensator'. Hier können also noch viel größere Ladungen als beim gewöhnlichen Kondensator gespeichert werden.

Hier zwei Beispiele aus dem Conrads-Angebot: Da gibt es den einfachen mit 820 Mikrofarad und 350 V. Um dessen speicherbare Energie zu bestimmen, muss man die Kapazität in Farad mit 0,5 und der Spannung zum Quadrat malnehmen, was etwas über 50 Joule ergibt. Wir vergleichen mit einem Superkondensator mit 500 Farad und 3 V, was 2.250 Joule ergibt, die 45-fache Energie.

Wohlgemerkt, die beiden unterscheiden sich äußerlich nicht wesentlich. Der Superkondensator hat statt 30 mm 35 mm Durchmesser und ist statt 70 mm etwas über 80 mm lang. Auch preislich ist der Unterschied nicht annähernd so groß, wie der enorme Energieunterschied verheißen mag. Der eine kostet knapp 10 Euro, der andere 26.

Was hat das nun speziell mit der Rekuperation zu tun und warum können Superkondensatoren die wesentlich kurzlebigeren LiIo-Zellen nicht ersetzen? Die Rekuperation ist ein Vorgang, bei der sehr schnell enorme Energiemengen anfallen. Wenn man die also nicht in der gegebenen Zeit verarbeiten kann, muss man anteilmäßig auf Rekuperation verzichten und die Aufgabe wieder eher der Fahrzeugbremse überantworten.

Ein weiterer Grund für den Verzicht können Sicherheitsauflagen sein, z.B. bei Glatteis die Bremskraft der anderen Achse jener des Antriebs anzugleichen. Bei genügend Haftung auf der Straße wäre es jedoch ideal, so viel Energie wie möglich einzusammeln, vielleicht wirklich nur noch abhängig von der Vorwahl durch den/die Fahrer/in bzw. das Bremspedal.

Es sind nämlich durchaus Zweifel angebracht, ob die verfügbare Rekuperationsenergie zurzeit wirklich voll genutzt wird. Überlegen Sie selbst, wie stark ein Bleiakkumulator maximal geladen werden darf. Man geht schon immer im Kfz-Bereich von etwa einem Zehntel der Kapazität aus, was bei 45 Ah nur 4,5 A wären.

Regelrechte Vollbremsungen sind mit bis maximal etwa 10m/s2 möglich. Gehen wir einmal von der Hälfte dieses Wertes aus und nehmen ein 2.000 kg schweres Elektroauto, dann beträgt die Energie 2.000 kg geteilt durch 2 mal 22 m/s (80 km/h) zum Quadrat, was 484 kJ ergibt. Bei einem 4,4 Sekunden dauernden Bremsvorgang ergeben sich 484 kJ geteilt durch 4,4 s, was wiederum 110 kW ergibt.

Vollbremsung aus 80 km/h: 220 kW Bremsleistung nötig.

Teilen Sie jetzt 110.000 Watt durch 12 V, dann führt das zu unglaublichen 9.167 A. Das ist nicht nur zu viel für eine Bleibatterie, auch ein 48V-System tut sich schwer mit den sich dann ergebenden 2.291 A. Da können Sie die Bremskraft so lange zwischen Betriebsbremse und Rekuperation aufteilen, wie Sie wollen, das kann das bisherige System nicht leisten.

Ein Ladevorgang ist mit einer zeitlich sehr begrenzten Rekuperation nicht zu vergleichen.

Ja Tesla lädt mit bis zu 125 kW. Aber bitte bedenken Sie, jeder Ladevorgang wird dokumentiert und damit auch für den/die nächste(n) Besitzer/in weitergegeben. Tolerabel findet man ein Drittel Supercharging. Das ist etwas völlig anderes als ein mit der Rekuperation dauerhaft verbundenes. Es müsste ohnehin für die letzten 20 Prozent, also bei relativ vollem Akku, zusätzlich noch drastisch heruntergeregelt werden.

Als Fazit bleibt, dass die möglichst vollständige Ausbeute aus der Rekuperation, so der/die Fahrer/in sie denn will, zurzeit nur durch Zwischenlagerung in Superkondensatoren möglich ist. Vermutlich wird es softwaremäßig abgewürgt, was schade für die Reichweite ist. Die LiIo-Batterie kann allerdings nicht durch solche Kondensatoren ersetzt werden, weil z.B. die Spannung zu schnell mit der Kapazität abfällt.

Und vergleicht man die verschiedenen Energiespeicher, dann ist das Verhältnis der speicherbaren Energie zum Eigengewicht beim LiIo-Akku etwa 25 mal besser. Zur Vermeidung von Frustrationen ersparen sie sich am besten den Vergleich mit Kraftstoff, denn Benzin ist, ebenfalls nach Wikipedia, noch 86 mal und Diesel über 90 mal energiedichter als die LiIo-Batterie.







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