Allgemein

Reichweite-Variablen im Elektroauto

Reichweitendiskussionen sind nach wie vor das Top-Thema bei jedem Austausch rund um Elektrofahrzeuge. Folgend daher eine Zusammenstellung der verschiedenen Faktoren und deren tatsächliche Auswirkung auf die Gesamtreichweite. Wir freuen uns auf Rückmeldungen sowohl zum Inhalt als auch zur Verständlichkeit der Ausführungen.

Normreichweite WLTP

Von DmitryKo – Eigenes Werk; created in Excel using test data from WLTP-DHC-12-07 [1], CC BY-SA 3.0

Nachdem Mitte 2018 der alte NEFZ-Fahrzyklus durch das neue WLTP-Prüfverfahren ersetzt wurde, sind die Abweichungen zwischen Rollenprüfstand-Messwerten und realen Fahrdaten nicht mehr ganz so groß wie früher. Von den NEFZ-Reichweiten mussten bis dahin 20-25% abgezogen werden, um auf „realitätsähnliche“ Zahlen zu kommen.

Die Angaben nach dem WLTP-Standard im WLTC-Messverfahren (siehe Grafik) sind nun realitätsnäher, müssen sich aber noch der Praxis bewähren. Denn immer noch wird für die Vergleichbarkeit ein Rollenprüfstand eingesetzt, jetzt mit 30 Minuten Laufzeit auf 23.25 km Fahrstrecke (NEFZ 20 Minuten und 11 km), auch wenn die Rahmenbedingungen der Praxis besser angenähert wurden.

Die Daten der ersten ermittelten Werte für Elektroautos scheinen allerdings inhaltlich teilweise noch fragwürdig. Eine Liste kann dazu im Wikipedia-Eintrag abgerufen werden. Als Beispiel sei der Peugeot iOn genannt (Quelldaten dazu kommen vom ADAC): ein WLTP-Verbrauch mit 17 kWh/100 km klingt wenig glaubwürdig, wenn das Auto mit 14,5 kWh-Akku angegeben wird (wobei das nur 2011 galt und danach ein 16,0 kWh-Akku verbaut wurde), gleichzeitig aber die Reichweite mit 100 km angegeben wird. Demnach wäre der Verbrauch bei neuem Akku 16 kWh/100 km – was auch tatsächlich der Realität entspricht.

Es zeigt sich, dass jede normierte Prüfung aufgrund der zahlreichen zusätzlichen Faktoren niemals die Verbrauchswerte im tatsächlichen Echtbetrieb darstellen kann. Immerhin lässt sich so eine vergleichende Größenordnung zwischen den einzelnen Modellen erhalten.

Heizung (bis 4,5 kW)

Die Raumheizung ist der wesentliche Zusatzverbraucher in einem Elektroauto. Vereinfacht dargestellt blasen „zwei Haartrockner“ parallel warme Luft in den Innenraum. Der Verbrauch liegt üblicherweise bei 3,0 bis 4,5 kW. Wenn man die typische Akku-Kapazität von 40 kWh in aktuellen E-Modellen zu Grund legt, läßt sich die Heizung das Fahrzeugs rund 10 bis 13 Stunden in Volllast im Stand betreiben, bis die Akkus geleert wären, ohne einen einzigen Kilometer gefahren zu sein.

Die Klimaautomatik im ersten Nissan Leaf (bis 2016) heizt anfänglich mit bis zu 4,5 kW das Fahrzeug auf und kommt nach Erreichen der gewünschten Temperatur mit Verbräuchen zwischen 1,5 und 2,0 kW aus. Im vorgewärmten Zustand läßt sich so dann noch eine Reichweite von jeweils 88 km statt 100 km ohne Heizung realisieren (-12%).

Kurzstreckenfahrten mit jeweils ausgekühlter Fahrgastzelle erhöhen den Verbrauch durch die anfänglich höhere Heizlast um 25%. Entsprechend deutlich reduziert sich die mögliche Gesamtreichweite.

Durch den Einbau von modernen Wärmepumpen in die Klimatisierung der Fahrzeuge lässt sich der Verlust spürbar reduzieren.

Klimaanlage (1,5 kW)

Ähnlich zur Heizung verhält sich die Klimaanlage. Die Verbräuche sind je nach Fahrzeug zwar mit rund 1,5 kW etwas niedriger, wirken jedoch ebenfalls auf die Reichweite. Der Energiebedarf wird direkt aus der Hochvolt-„Fahrbatterie“ entnommen, die Prognose der möglichen geschätzten Restreichweite wird damit im Betrieb sofort nach unten angepasst.

Häufig wird beim Aktivieren der Lüftung auf die Frontscheibe automatisch die Klimaanlage zum Entfeuchten mit eingeschaltet. Der Kompressor benötigt selbst im Winter zusätzliche Energie, wenn eine Kühlung nicht angefordert wird. Daher sollte im Heizbetrieb darauf geachtet werden, dass „AC“ möglichst immer deaktiviert ist.

Sitzheizung (0,15 kW)

Sitzheizungen werden aus dem 12V-Bordnetz betrieben und verbrauchen je nach Fahrzeugtyp 100 bis 150 Watt pro Sitz. Ein direkter Einfluss auf die prognostizierte Restreichweite ist damit erst einmal nicht erkennbar, wirkt jedoch indirekt über das Wiederaufladen der 12V-Batterie aus dem Hochstrom-Akku (identisch zur Lichtmaschine im Verbrenner). Bei 200 Watt ist die Reichweitenreduzierung entsprechend gering – es gehen nicht einmal 1,5 km bei gefahrenen 100 km verloren.

Lenkradheizung (0,05 kWh) 

Eine Lenkradheizung ist in Kombination mit der Sitzheizung eine sehr sinnvolle Investition in einem Elektroauto. Führt dies doch dazu, dass einerseits die erzeugte Wärme sehr schnell den Körper über Beine, Rücken und Hände erreicht, anderer genau dies oftmals komplett die energieintensivere Raumheizung ersetzt. 

Heckscheiben-Heizung (0,3 kW)

Die Heckscheibe wird ebenfalls mit rund 300 Watt aus dem 12V-Netz erwärmt. Es gelten daher die Ausführungen der Sitzheizung. Dennoch sollte das Abschalten nach einigen Minuten nicht vergessen werden, wenn die Sicht bereits wieder frei ist.

Innenraum-Lüfter (0,1 bis 0,4 kW)

Je nach Gebläsestufe verbraucht die reine Lüftung (ohne Klimatisierung oder Heizung) zwischen 80 und 400 Watt. Die Auswirkungen auf die Reichweite fallen entsprechend gering aus.

Scheibenwischer und  Scheinwerfer (jeweils 0,15 kW)

Auch die Sicherheit muss in einem Elektroauto nicht zu kurz kommen. Mit Licht bei Regen zu fahren verkürzt die theoretische Reichweite je 100 km um höchstens 1-2 km durch Nutzung von Scheibenwischer und Scheinwerfer.

Navigationssystem, Radio und Außenspiegel-Heizung (jeweils unter 0,1 kW)

Zuletzt muss auch auf den Media-Komfort beim Fahren nicht verzichtet werden. Radio und Navi belasten die Reichweite bei Verbräuchen deutlich unter 100 Watt ebenfalls sehr unwesentlich.

Weitere Verbraucher aufgezählt

Nebelscheinwerfer 0,1 kW, Nebelschlussleuchte 0,04 kW, elektrische Fensterheber 0,1 kW.

Geschwindigkeit

Roll- und Luftwiderstand Elektroautos

Der wesentliche Einflussfaktor auf die Gesamtreichweite ist die gefahrene Geschwindigkeit. Es gelten die normalen physikalischen Gesetze zur Überwindung des Luftwiderstandes und des Rollwiderstandes. Die zusätzlichen Faktoren der inneren Reibungskräfte und Trägheitskräfte werden in dieser Beispielgrafik vernachlässigt. Die zur Erhaltung der Geschwindigkeit (km/h) benötigte Kraft (N) kann in der Grafik abgelesen werden.

Grob gilt: bei einer Verdoppelung der Geschwindigkeit vervierfacht sich die zu überwindende Widerstandskraft und entsprechend mehr Energie wird benötigt.

Je langsamer gefahren wird, desto weniger Energie muss eingesetzt werden und desto höher wird die Reichweite (so weit die erforderlichen anderen Verbraucher, insbesondere Heizung, die Ersparnis über den längeren Fahrzeitraum nicht wieder neutralisieren).

Zusätzlich gilt, dass eine möglichst gleichmäßige lineare Geschwindigkeit energiesparender ist als wechselnde Fahrgeschwindigkeiten, die in der Summe die selbe Fahrzeit ergeben würden (Beispiel 1 Stunde mit Tempo 100 ist besser als 30 Minuten mit Tempo 70 und 30 Minuten mit Tempo 130 = 6,5% mehr benötigter Kraftaufwand).

Und zuletzt: auch wenn Bremsenergie im Elektroauto durch Rekuperation (Energierückgewinnung) zum Teil wieder in den Akku zurückgespeist werden kann, so gewinnt man damit nie die vorher eingesetzte Energie komplett zurück. Verluste zwischen 30 und 70% werden von unterschiedlichen Quellen genannt.

Witterung: Regen, Nebel und Wind

Leider nur wenig vom Fahrer beeinflussbar ist die aktuelle Wetterlage. Eine feuchte Straße verändert den Widerstand für die Reifen erheblich. Man spricht hier vom Schwallwiderstand, bei dem das Wasser auf der Straße vom rollenden Rad verdrängt werden muss. Abhängig von der Fahrgeschwindigkeit, der Reifenbreite und der Wasserhöhe ist ein Mehrverbrauch von 10 – 20% zu erwarten, bei geringen Geschwindigkeiten in der Stadt sogar bis zu 30%.

Ebenfalls wirken sich höhere Windgeschwindigkeiten, insbesondere bei überwiegendem Gegenwind, spürbar auf die Gesamtreichweite aus. Es erhöht sich der Luftwiderstand, vergleichbar mit einer erhöhten Geschwindigkeit. Auch hier sind Verbrauchsveränderungen von bis zu 25% bei identischer Geschwindigkeit zu erwarten.

Reifen-Luftdruck

Eine Erhöhung des Luftdruckes führt zu einer direkten Reduzierung des Rollwiderstandes und damit auch zu einer Verringerung des Energieverbrauchs. Gleichzeitig erhöht sich jedoch der Bremsweg durch die geringere Reibung. Der Luftdruck sollte also niemals niedriger als angegeben sein, die Sollwerte aber auch nicht deutlich überschreiten.

Akku-Speicherkapazität im Winter

Bei tiefen Temperaturen unter 5° C sinkt nicht nur deutlich die entnehmbare Kapazität des Akkus, auch die Stromaufnahmefähigkeit beim Laden verringert sich. Beide Effekte gemeinsam sorgen dafür, dass die mögliche Reichweite eines Elektroautos im Winter spürbar (bis zu 25%) sinkt. Dies übrigens ganz unabhängig davon, in wie weit dann im Betrieb zusätzlich noch die Heizung eingesetzt wird (siehe oben). Über eine Akku-Isolierung und ein aktives Temperaturmanagement (Akku-Heizung) versuchen die Hersteller diese chemischen Prozesse einzudämmen. Grundsätzlich sollte möglichst häufig bei tiefen Temperaturen geladen oder gefahren werden. Dadurch bleiben die Akkus eher auf „Betriebstemperatur“ und können die Energie besser speichern und abgeben.

Zusatz-Gewicht durch Mitfahrer

Durch zusätzliches Gewicht wird der Rollwiderstand erhöht. Im Verhältnis zum Luftwiderstand ist dieser Wert jedoch eher gering. Bei einem durchschnittlich schweren Elektroauto (mit Fahrer) erhöhen drei weitere Mitfahrer den Rollwiderstand um rund 15-20%. Da am gesamten Kraftaufwand der Rollwiderstand aber nur zu 25-30% beteiligt ist, lässt ein voll besetztes Auto einen Mehrverbrauch von rund 5% erwarten.

Wenn ein E-Auto nur mit Fahrer besetzt 130 km bis zur nächsten Ladung fahren kann, so wäre die Reichweite bei identischer Fahrweise und drei Mitfahrern auf 124 km beschränkt.

Topografie

Der Steigungswiderstand ist ebenfalls eine nicht zu vernachlässigende Größe bei der Ermittlung der möglichen Reichweite. Bei einem ebenen Geländeverlauf ist die Gesamtreichweite spürbar höher als bei häufigerer Berg- und Talfahrt, ausgelöst durch anteilige Verluste an Bewegungsenergie trotz Rekuperation. Bei einer Fahrplanung sollten daher unbedingt auch die topografischen Besonderheiten mit angeschaut werden.

Leitsätze zur Reichweitenmaximierung

  • eine gemäßigte gleichmäßige Geschwindigkeit maximiert die Reichweite
  • Segeln (im Leerlauf rollen lassen) statt Beschleunigung und Rekuperation
  • Autobahnfahrten in LKW-Geschwindigkeit sind eine gute Wahl zwischen Verbrauch und Hindernis aus Unfallgefahrensicht
  • Windschattenfahrten sind unterhalb der erlaubten Mindestabstände, reduzieren aber spürbar den Energieverbrauch
  • Starkregenfahrten möglichst vermeiden, wenn es zeitlich machbar ist
  • Sitzheizung vor Raumheizung
  • Fensterlüftung vor Klimaanlage
  • Licht, Scheibenwischer, Navigation und Radio beruhigt in Betrieb halten
  • „Wer schneller fährt kommt oft später an“ – durch häufiger notwendige Zwischenladungen

Schreibe einen Kommentar

Deine E-Mail-Adresse wird nicht veröffentlicht. Erforderliche Felder sind mit * markiert.