Rekuperation und Rekuperation

Was ist Rekuperation?

Bei der sog. Rekuperation wird Bremsenergie zurückgewonnen. Dies geschieht beim Bremsen indem die freigesetzte Energie im Generator (bei Stromer S-Pedlecs dem Nabenmotor) in elektrische Energie umgewandelt wird. Diese Energie wird in den Akku zurückgespiesen und kann für die Unterstützung im Fahrbetrieb wieder verwendet werden. Das Prinzip kennt man von alten Fahrrädern wo der Dynamo die Fahrradlampe mit Strom versorgte, dann ganz aktuell bei den E-Autos wo Bremsenergie ebenfalls in den Akku zurückgespiesen wird und schon sehr lange bei Zügen.

• Bewegungsenergie: Wenn du bremst oder bergab fährst, besitzt das Fahrzeug Bewegungsenergie (kinetische Energie).

• Nabenmotor als Generator: Der Nabenmotor, der sich in der Radnabe befindet, wird durch die Bewegung des Rades angetrieben. Anstatt das Rad anzutreiben, wird er nun selbst angetrieben und wirkt wie ein Generator.

• Umwandlung in elektrische Energie: Der Nabenmotor wandelt die mechanische Bewegungsenergie in elektrische Energie um. Dies geschieht durch Induktion, ein physikalisches Prinzip, bei dem eine Bewegung von Magneten in einer Spule elektrische Spannung erzeugt.

• Rückspeisung in die Batterie: Die erzeugte elektrische Energie wird in die Batterie des Fahrzeugs zurückgespeist. Dadurch wird die Batterie aufgeladen und die Reichweite des Fahrzeugs erhöht.

Funktionsweise bei Stromer

Der Vorteil eines Nabenmotors ist die Möglichkeit der Rekuperation. Der von Stromer verwendete TDCM Nabenmotor wirkt dabei wie ein Dynamo. Er wandelt die Rotationsbewegung des Hinterrads in Strom um, welcher den Akku wieder auflädt. Speziell bei Bergabfahrten ist das interessant wo die Rekuperation als Motorbremse genutzt wird.

Das System hatte bei den 36 V Modellen (ST1, V1, V1.1 mit externem Display) eine Ebene, bei Modellen mit dem Omni-Display zwei Ebenen:

Display am Lenker

Die Rekuperation wird mit einem Reedkontakt am rechten Bremshebel aktiviert. Sie wird erst ab 50% Akkuladung und darunter aktiv und muss auch im Menü vorher aktiviert werden (Code 1009 = 1). Mit dem Code 1011 kann die Stärke der Motorbremse eingestellt werden (geht bis 99). Es gibt Rekup 1 (leichtere Bergabfahrten) und Rekup 2 (steilere Bergabfahrten).

Omni Dipslay

1. Ebene: Rekuperation über die Bremshebel

Im ersten Drittel des Bremshebelwegs wird über einen Reedkontakt im Bremshebel die elektrische Rekuperation aktiviert. Zieht man den Hebel weiter, wirkt das mechanisch/hydraulische Bremssystem. Die Rekuperationstärke im linken Bremshebel ist dabei etwa 1/3 bis 1/2 von der im rechten Bremshebel. 

Mit dem Firmware-Update SUI FW 4.5.0.3 vom 05.03.2025 wird die Rekuperation zusätzlich verstärkt, wenn beide Bremshebel betätigt werden. Dadurch kann die Rekuperation noch besser dosiert werden.

Der Balken oberhalb des Akkuladestandes zeigt den aktuellen Energiefluss. Baut sich der Balken von links nach rechts auf, ist das Bike im Rekuperationsmodus. Strom fliesst zurück in den Akku. Je länger der Balken ist, umso grösser ist der Energiefluss. Der Maximalausschlag liegt bei ca. 2/3 der Displaybreite.

Um die Rekuperationsstärke einzustellen, drückt man im Omni Display auf MENÜ > BIKE > BREMSEN > ‚Stärke‘ und stellt diese mit der Plus- und Minus-Taste ein. In der OMNI APP liegt die Einstellung unter KONFIGURATION – SENSOREN > ‚Bremssensor‘. Die Einstellung wirkt über alle Unterstützungsstufen ist aber unabhängig von den Rekuperationsstufen im Bedienring.

2. Ebene: Rekuperation über den Bedienring mit der [-] und [+] Taste

Die zweite Ebene wird durch drücken (2 Sek.) der [-] Taste auf dem Bedienring aktiviert und kann durch wiederholtes drücken von [+] und [-] in 5 Stufen variiert werden. Mit längerem drücken auf [+] und [-] wird sie deaktiviert. Letzteres geschieht ebenfalls automatisch, wenn die Geschwindigkeit unter ca. 10 km/h fällt.

Die Wirkung der Rekuperation ist geschwindigkeitsabhängig. Ist man bereits in einer steileren Abfahrt schnell unterwegs und schaltet die RECUP zu, wirkt diese nicht so stark wie wenn man die RECUP schon zu Beginn der Abfahrt, bei noch moderatem Tempo, einschaltet.

Sie schaltet sich in einer steilen Abfahrt mit hoher Geschwindigkeit (bei ca. 55-60 km/h) ab weil der maximale Ladestrom des Akkus von 15 A überschritten würde, wird aber automatisch reaktiviert, fällt die Geschwindigkeit wieder unter diese Grenze.

Cruise Control (Tempomat)

Mit der Funktion Cruise Control (ab der Stromer Firmware Version 4.4.3.3. – 20.11.2023) wird der bisherige Rekuperationsmodus mit einem Abfahrtsassistenten ergänzt.

Die Cruise-Control-Funktion passt den Motorwiderstand (Rekuperation) automatisch an, um die Geschwindigkeit auch bei wechselndem Gefälle zu halten. Dabei wird versucht die Geschwindigkeit ab dem Moment der Aktivierung (langes Drücken der Minus-Taste) zu halten. Die Cruise-Control-Geschwindigkeit kann mit der Plus- oder Minustaste am Buttonring in vordefinierten Temposchritten nach unten oder nach oben angepasst werden.

Im OMNI unter Menü > Bike > Recup Mod… können Einstellungen am Rekuperationsmodus vorgenommen werden. Hier kann mit MODUS zwischen Cruise Control (Standardfunktion) oder dem bisherigen Recup-Modus gewählt werden. Ebenfalls können mit GESCHWINDIGKEIT die Temposchritte (Standard: 5 km/h) und mit PEDALLIEREN die Pedalkraft für die automatische Deaktivierung der Rekuperation eingestellt werden.

> Zum ganzen Flussdiagramm des OMNI geht es hier.

Tipp: Aktiviere Cruise Control bzw. Recup zu Beginn der Abfahrt, so kann die Geschwindigkeit besser gehalten werden. Ist man bereits schnell unterwegs können beide Modi die Geschwindigkeit nicht mehr halten und man wird schneller.

Reichweitengewinn

Stromer spricht von einem Reichweitengewinn von bis zu 20 % bei Einsatz der Rekuperation.

Praxisversuch

Streckenlänge: 3.8 km Gefälle: 10-18% | Ø = 11.6%
Motor-Anfangstemperatur: 77 °C
Umgebungstemperatur: 28 °C
Systemgewicht: 130 kg
Rekuperationsstärke: Maximal= roter Balken
SoC-Start: 66%
SoC-Ende: 73%
Rekuperationsgewinn = 7%

Problem: Motortemperatur-Warnung nach 3 km: 145° C (Warndreieck im Omni)
> Siehe auch Hauptmenü: PROBLEME – MOTOR – ‚Motor überhitzt‘

Zusammenfassung

Die Rückgewinnung von Energie funktioniert tatsächlich gut. Allerdings gibt es Einschränkungen:

• Ein relevanter Lade- bzw. Reichweitengewinn benötigt eine längere Abfahrt mit grösserem Gefälle (> 8%), damit man die volle Energierückgewinnung nutzen kann (roter Balken im Omni).
• Der Akku darf nicht voll sein.
• Der Motor produziert bei Anwendung der Rekuperation Abwärme. Bei Stufe 5 (100% Rekup) und längeren, steilen Abfahrten läuft der Motor ind den Überhitzungsschutz (gelbes Warndreieck). Nimmt man die Rekup zurück leidet der ‚Ladegewinn‘ des Akkus, man kann aber länger rekuperieren.
• Rekuperation in den Stufen 4 und 5 ‚drückt‘ zuviel Strom in die Zellen und überschreitet deren max. Ladestrom.was für die Lebensdauer des Akkus nicht zuträglich ist. Siehe Kasten unten.
• Um in die zweistellige %-Gewinnzone zu gelangen wären sicher 2 längere Abfahrten oder mehrere kurze auf der Tour nötig. Bevor man allerdings runterfahren kann ist vorher meist hochfahren nötig, womit sich die Sache relativiert.
• Bei schwachen Gefällen ‚versinkt‘ der Rekuperationsgewinn im Grundrauschen des Verbrauchs und ist zumindest optisch an der Kapazitätsanzeig in % nicht ablesbar.

Gut zu Wissen

Der «Cruise Control» und «Recup» Modus kann nicht aktiviert werden, wenn der Akku zu 100% geladen ist oder die Akkutemperatur < 0 ºC bzw. > 50 ºC ist.

Bei sehr heissem Akku > 50 ºC (z.B. nach einer längeren Steigung oder Abfahrt mit Rekup, sowie Aussentemperaturen > 30 ºC) kann ein Systemfehler E210105 (Überhitzungsalarm des Akkus) auftreten. I.d.R. spürt man bereits vorher eine abnehmende Unterstützung bzw. den Ausfall der Rekuperation. Da auch das OMNI einfriert, lässt sich der Fehler nur durch einen Reset des OMNI (langes drücken des Ein/Aus-Knopfs) lösen.
Stromer empfiehlt unbedingt eine Pause einzulegen um den Akku abkühlen zu lassen. Erst danach ist die Rekuperation wieder verfügbar.

Die Stromstärke der Rekuperation beträgt maximal 15 Ampère, beim alten ST1, je nach Firmware, 4.5 bis 6 A. Zum Schutz des Akkus wird diese bei zunehmendem Akkuladestand verringert. Dies führt dazu, dass bei fast vollem Akku die Rekuperation nur schwach oder nicht mehr fühlbar ist.

Die Rekuperationsstufe 4 & 5 “drückt” ca. 2.5 A Strom in jeden Zellenstrang eines 13S/6P Akkus. Dieser Wert liegt rund 0.8 A, oder 50 %, über dem empfohlenen Ladestrom von 1.7 A einer Panasonic NCR 18650 GA (u.a. verwendet beim BQ983) und kann deren Lebenszeit verringern. Die Stufen 4 & 5 sollten also mit Bedacht eingesetzt werden.