Ladeverluste bei Elektroautos – Wohin fließt die Energie?

Wenn dein Elektroauto eine Batteriekapazität von 58 kWh hat, bedeutet das noch lange nicht, dass zum vollen Aufladen der Batterie auch genau 58 kWh benötigt werden. Denn überraschenderweise brauchst du zum Laden mehr Strom, als das E-Auto tatsächlich aufnimmt. Folglich musst du auch mehr dafür bezahlen. 

Laut ADAC beträgt der Ladeverlust beim Laden von Elektroautos 10 bis 25 %. Das ist ganz schön viel, oder? 

Leider lässt sich dies in der Regel auch nicht vermeiden – auf dem Weg zum Fahrzeug geht die Energie ganz einfach verloren. Aber warum? Und was kannst du tun, um den Ladeverlust zu minimieren? 

Sehen wir uns das etwas genauer an!  

Immer wenn Energie von A nach B transportiert wird oder aus einer Energieform in eine andere umgewandelt wird, entstehen Ladeverluste. Dies geschieht also auch, wenn du dein E-Auto, Tablet, Smartphone oder ein anderes Gerät, das einen Akku enthält, auflädst. 

Auch wenn du dich mit Physik nicht so gut auskennst, hast du bestimmt schon einmal Einsteins Regel gehört: Energie kann weder erzeugt noch vernichtet, sondern nur von einer Energieform in eine andere umgewandelt werden.

Wenn du zum Beispiel läufst, wird die Energie, die von deinem Körper kommt, in Wärme umgewandelt. Dasselbe gilt für das Laden von Elektrofahrzeugen. 

Die Energie verschwindet also nicht, aber ... was passiert mit ihr? Wohin fließt sie? 

Am Ladevorgang mit einem AC-Ladegerät sind mehrere Komponenten beteiligt:

• das Bordladegerät

• das Ladekabel

• die Ladeleistung

• die E-Auto Batterie

Jede dieser Komponenten trägt zum Leistungsverlust und zur Senkung des Wirkungsgrades beim Laden bei.

Leider sind die Bordladegeräte eines E-Autos die größten Sündenböcke bezüglich des Ladeverlusts, da sie in der Regel nur einen Effizienzgrad zwischen 75 und 95 Prozent aufweisen. 

Sehen wir uns an, warum.

Die Hauptfunktion des Bordladesystems besteht darin, Wechselstrom in Gleichstrom umzuwandeln.

Diese Umwandlung erzeugt Wärme, weshalb die Leistungselektronik des Elektroautos normalerweise flüssigkeitsgekühlt werden muss. Doch auch das schützt dich nicht vollkommen vor Energieverlusten.

Besonders ineffizient arbeiten die Bordladesysteme, wenn zu wenig Strom fließt. In dieser Phase des Prozesses kannst du im Grunde jedoch nichts unternehmen, um den Ladeverlust zu verhindern.

Auch beim Transport durch das Ladekabel geht etwas Energie verloren. 

Dies liegt am Widerstand. Je kürzer das Ladekabel, desto geringer ist der Ladeverlust. 

Warum? Weil der Widerstand dann geringer ist.

Höhere Leistungen erzeugen auch mehr Wärme. Und wie du weißt, ist Wärme die Energieform, in die Elektroenergie normalerweise umgewandelt wird. 

Ein dickes Ladekabel ist eine Möglichkeit zur Reduzierung der Wärme und folglich auch des Ladeverlusts. Je höher die Ladegeschwindigkeit, desto dicker sollte das Kabel sein. 

Nehmen wir einmal an, du lädst dein Elektroauto einmal mit 11 kW und einmal mit 22 kW – jedes Mal mit demselben Kabel, das für eine 11-kW-Ladestation vorgesehen ist.

Was geschieht dann? 

Bei 22 kW sind die Ladeverluste höher, da mehr Wärme erzeugt wird. Es ist also besser, ein Kabel zu nehmen, das für eine bestimmte Ladegeschwindigkeit oder sogar höher ausgelegt ist, da in diesem Fall der Energieverlust geringer ausfällt. 

In der Lithium-Ionen-Batterie wird elektrische Energie aus der Ladestation in chemische Energie umgewandelt.

Dieser Umwandlungsprozess verursacht Wärme und damit auch Ladeverluste. Glücklicherweise verfügen die meisten Batteriepacks für Elektrofahrzeuge – abgesehen vom Nissan LEAF – über ein Thermomanagement-System zur Reduzierung der Energieverluste beim Aufheizen oder Abkühlen der Batterie.

Beim Laden deines Autos an einem kalten Wintertag wirst du feststellen, dass der Ladevorgang langsamer als sonst abläuft. 

Die Batterie des Elektroautos muss nämlich erst warmlaufen, bevor sie mit dem Laden beginnt. Dazu wird Energie benötigt, die sonst direkt in die Batterie fließen würde. 

Heiße Sommertage sind für das Laden von Elektrofahrzeugen allerdings auch nicht ideal. 

Glücklicherweise haben die meisten Elektroautos einen Kühlkreislauf, der die Temperatur der Batterie beim Aufladen unter heißen Witterungsbedingungen reduziert.

Hierbei entstehen eigentlich keine direkten Leistungsverluste. Es kommt vielmehr zu einer zusätzlichen Leistungsaufnahme. Experimenten zufolge liegt die ideale Temperatur für das Laden und den Betrieb von Elektroautos bei 20 bis 25 °C.

Unser Ratschlag zum Aufladen der Batterie bei heißem Wetter ist recht offensichtlich: Parke dein Fahrzeug vorzugsweise im Schatten, um eine Überhitzung der Batterie zu vermeiden. 

Ein eindeutiges Ergebnis bekommt man, wenn man die Autobatterie von null auf 100 % auflädt und anschließend prüft, wie viel Strom verbraucht wurde. Diese Zahl kannst du mit der Kapazität deiner Autobatterie vergleichen, und voilà: Die Differenz ist gleich dem Ladeverlust. 

Aber Vorsicht! Ein solches Experiment birgt auch gewisse Risiken. Es ist keine gute Idee, eine Autobatterie fast vollkommen zu entladen.

Wie kannst du sonst herausfinden, welche Ladeverluste jedes Mal auftreten, wenn du das Ladekabel in dein EV einsteckst?

Du kannst dich auf die Angaben namhafter Testinstitutionen berufen. 

So hat zum Beispiel der ADAC einen Ecotest durchgeführt, bei dem zur Ermittlung der Ladeverluste die gleiche 22-kW-Wallbox (AC) unter denselben Umgebungsbedingungen (23 °C) eingesetzt wurde. Die Ladeverluste erwiesen sich als beträchtlich.

Die Ergebnisse zeigen zum Beispiel, dass zum vollen Aufladen der 105-kWh-Batterie eines BMW iX 125,2 kWh aufgewendet werden müssen. Auch beim „günstigeren“ Jaguar I-Pace sieht es nicht besser aus – hier sind 100,8 kWh für eine 90-kWh-Batterie erforderlich. 

Wie bereits erwähnt, treten Ladeverluste hauptsächlich bei der Umwandlung von Wechselstrom in Gleichstrom durch ein Bordladegerät auf. Dies gilt für das AC-Laden. 

Doch wie sieht es beim DC-Laden aus? Sollte der Energieverlust nicht deutlich geringer ausfallen, wenn die aus der Ladestation kommende Energie nicht umgewandelt werden muss?

Das ist im Grunde genommen richtig. Dennoch ist zu bedenken, dass das Laden mit Gleichstrom auch nicht ideal ist.

Weil in kürzerer Zeit mehr Strom fließt, werden Wärmeverluste verursacht. Diese Verluste sind aber gering – das DC-Laden ist somit auf jeden Fall effizienter.