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Verbrauch, Ladeverlust und Wirkungsgrad im E-Auto

Der tatsächliche Energieverbrauch eines Elektroautos ist oft ein Diskussionsthema. Grundsätzlich sind zwei Sichtweisen möglich, die beide ihre Berechtigung haben, aber gleichzeitig auch die Grundlage für häufige Missverständnisse sind. Dieser Beitrag soll die Hintergründe etwas beleuchten und Grundlagenwissen liefern.

Direkter Verbrauch im E-Auto

Heizung Nissan Leaf 2011

Dieser Wert ist für alle Nutzer interessant, die eine möglichst realistische Einschätzung zur Reichweite des Elektroautos erhalten wollen. Üblicherweise über Onboard-Instrumente angezeigt bzw. hilfsweise über die OBDII-Schnittstelle des Autos ausgelesen wird der aktuelle Verbrauch, der jeweilige Akku-Ladestand und die daraus resultierende Prognose der Restreichweite angezeigt. Einkalkuliert in die Reichweitenschätzung werden ebenfalls die Energieaufwände für die Nebenverbraucher wie Heizung oder Klimaanlage.

Verbrauch aus Kostensicht

Um den Verbrauch eines Elektroautos sinnvoll aus tatsächlicher Kostensicht mit einem Verbrenner vergleichen zu können, müssen die echten Kosten „ab Steckdose“ ermittelt werden. Dazu wird zu Hause ein Stromzähler möglichst dicht am Ablesezähler des Stromanbieters benötigt bzw. der Abrechnungswert der öffentlichen Ladesäule ist das ausschlaggebende Kriterium. Mit dieser Sichtweise erhält man den tatsächlichen Strombezug, der bezahlt werden muss.

Ladeverluste

Die genannten beiden Verbrauch-Sichtweisen weichen deutlich voneinander ab, je nach Fahrzeug, Witterung und anderer Außeneinflüsse um 10% bis 30%, so schon eine Studie des Wuppertal Institut (PDF S.6) von 2007, die auch heute noch Gültigkeit hat. So viel mehr Strom wird benötigt, um ein Elektroauto wieder mit vollen Akkus zu versehen. Die Energie, die „unterwegs“ verloren geht, sind Ladeverluste. Davon sind alle aktuellen E-Autos betroffen. Ein eigener durchgeführter Stichprobentest mit einem BMW i3 hat laut Bordcomputer zu einem Verbrauch von 12,8 kWh/100 km geführt, tatsächlich mussten per Schuko-Steckdose 15,5 kWh nachgeladen werden, eine Abweichung von 21%. Ein Nutzer des Renault ZOE kommt laut Bericht in einem Forum auf 16% Ladeverlust.

Die Ursachen dafür sind vielfältig. Je näher der Ladezustand zum Beispiel beim Aufladen an die 100% herankommt, um so schlechter soll auch der Ladewirkungsgrad werden und so höher die Verluste. Kalte Akkus führen chemisch bedingt zu einer spürbar schlechteren Ladeleistung als vortemperierte Batterien. Im Winter müssen also deutlich höhere Verluste als im Sommer einkalkuliert werden. Eine Schnellladung (aktuell überwiegend noch bis zu 50 kW, 80% Ladung in 30 Minuten) führt ebenfalls zu höheren Defiziten als eine mehrstündige Normalladung (mit 3,6 – 11 kW). Ebenso können Leitungslängen und -querschnitte zu Veränderungen führen.

Die Ladeverluste an Gleichstrom-Schnellladesäulen (> 24 kW) werden von den Eichämtern mit 20% geschätzt. Da es aktuell immer noch keine eichrechtlich zugelassenen DC-Zähler gibt, darf hilfweise ein AC-Wechselstromzähler in der Säule verwendet werden. Weil dieser aber den AC-Strom vor der Gleichrichtung in DC misst, muss der Bezugswert um 20% vor der Abrechnung gekürzt werden. Diese Ausnahmeregelung soll bis April 2019 gelten. Allerdings ist nicht zu erwarten, dass bis dahin alle DC-Säulen mit dann zugelassenen modernen Zählern ausgestattet werden können.

Brutto-Akkukapazität vs. Nutzkapazität

Der in einem Elektroauto verbaute Akku wird technisch nie komplett für die Nutzung freigegeben. Stattdessen verbleibt ein Sockelbereich „unten und oben“ ungenutzt, um den Stromspeicher bestmöglich vor Tiefentladung und Überladung zu schützen. Viele Hersteller sehen das als Geheimnis an und veröffentlichen häufig nur die eingebaute Bruttokapazität. Erfahrungswerte und Messungen zeigen aber, dass oft nur bis zu 85% davon die tatsächliche Nutzkapazität ist. Beim ersten BMW i3 wurden offizielle Werte von 21,6 kWh nominell und 18,8 kWh als Nutzkapazität angegeben, somit 87%.

Nebenverbraucher

Die wesentlichen Verbrauchstreiber neben dem Antrieb sind die Heizung bzw. die Klimaanlage, die beide ihre Energie direkt aus den Hochvoltakkus beziehen. Diese führen damit je nach Intensität der Nutzung zu einem spürbar höheren Verbrauch und damit zu einer reduzierten Gesamtreichweite. Die aus dem 12V-Bordnetz betriebenen Nebenverbraucher wie Licht, Lüftung und Radio sind hingegen nahezu zu vernachlässigen. Eine genauere Auflistung gibt es an anderer Stelle hier im Blog.

Wirkungsgrad

Über den tatsächlichen Wirkungsgrad eines Elektroautos wird entsprechend stark gestritten. Der reine E-Motor ist mit über 90% im Vergleich zum Verbrenner mit rund 30% erst einmal stark überlegen. Wenn jedoch alle weiteren Faktoren aus der Energieproduktionskette mit einbezogen werden, wird es schon enger, insbesondere wenn der europäische Strommix mit der fossilen Energieerzeugung mit eingerechnet wird.

In verschiedenen Well-to-wheel-Berechnungen wurden diese Verluste bereits berechnet. Eine schöne Grafik hat die Oekostrom AG auf deren Blog veröffentlicht. Demnach kommen bei einem Diesel-PKW nur 15% der ursprünglich eingesetzten Energie letztlich für den Vortrieb an, bei einem E-Auto mit Strommix 40% und bei einem Elektroauto mit Ökostrom 77%.

Da der Wirkungsgrad bei Wasserstoff-Antrieben durch die zweifache Umwandlung der Energie in der Prozesskette und durch die Transportwege immer noch ziemlich schlecht ist, wäre dies nur eine sinnvolle Variante bei Überschussstrom, der auf diese Weise zwischengespeichert werden kann.

Letztlich ist das E-Auto immer zukunftsfähiger, je mehr regenerative Energie direkt in den Akkus ankommt – und das liegt nicht zuletzt an den Nutzern und deren persönlicher Ladeinfrastruktur.

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