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ÖAMTC-Untersuchung: Ladeverluste bei Elektrofahrzeugen

Vier gängige Elektrofahrzeuge im Ladeverlustcheck.

Elektrofahrzeuge drängen zunehmend auf den Markt und werden dabei auch immer alltagstauglicher. Ein oft vernachlässigter Faktor beim Laden sind die Ladeverluste, die bei jedem Ladevorgang anfallen, technisch dabei jedoch unvermeidbar sind.

Um das Thema näher zu beleuchten hat der Mobilitätsclub die Ladeeigenschaften von vier gebräuchlichen Modellen unterschiedlicher Hersteller – Tesla Model 3, Peugeot e-2008, VW ID.3 und Hyundai Ioniq 5 – untersucht. Ziel dieser Untersuchung war es aufzuzeigen, wann und wo Ladeverluste entstehen, in welcher Größenordnung sie auftreten und wie sie sich bei den getesteten Fahrzeugen und den jeweils unterschiedlichen Ladetechnologien unterscheiden.

Markus Kaiser, E-Mobilitätsexperte beim ÖAMTC

„Die Elektromobilität hat in den vergangenen Jahren große Fortschritte gemacht. So werden die Ladetechnologien immer besser, die Energiedichten der Akkuzellen steigen und damit nehmen auch die Reichweiten zu – und bei der Energieeffizienz im Fahrbetrieb kann dem Elektromotor ohnehin keine andere Antriebsart etwas vormachen. Steigende Energiepreise und der möglichst effiziente Umgang mit vorhandenen Ressourcen hat uns jedoch dazu bewogen, die Ladeeigenschaften von Elektrofahrzeugen zu untersuchen und die anfallenden Ladeverluste genauer zu betrachten. Vielen E-Autofahrer:innen ist nämlich gar nicht bewusst, dass nicht der gesamte Strom, den sie laden – und bezahlen – tatsächlich in der Antriebsbatterie ankommt."

Von den vier getesteten Fahrzeugen zeigten sich in Bezug auf die in den Fahrzeugen verbauten Ladetechnologien teilweise deutliche Unterschiede. Getestet wurde unter jeweils möglichst ähnlichen Bedingungen, wie einer Umgebungstemperatur angepasst an die optimale Batterietemperatur von rd. 22°C. Zudem wurden die Fahrzeuge für einen fairen und korrekten Vergleich an jeweils demselben AC-Ladepunkt gemessen. Die Ladung wurde bei jedem Fahrzeug von 1 % bis 100 % Ladezustand durchgeführt, was einem Vollzyklus bezogen auf die nutzbare Batterie-Nettokapazität entspricht.

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Ladeverluste - Wie kommt es dazu?

Prinzip der Ladung an Gleichstrom (DC) und Wechselstrom (AC) © ÖAMTC Prinzip der Ladung an Gleichstrom (DC) und Wechselstrom (AC)

Die Ladeverluste selbst fallen an unterschiedlichen Stellen in der Kette zwischen Ladestation, Ladekabel und Fahrzeug an. Die Verluste, die im Ladekabel zwischen Ladestation und Fahrzeug bzw. in den Hochvoltleitungen im Fahrzeug von Ladeanschluss bis zur Batterie entstehen, sind verhältnismäßig gering und belaufen sich auf max. um die 1 %. Ebenso sind die Verluste direkt in der Batterie, bei der Speicherung der elektrischen Energie in die Akkumulatoren, ebenso mit 1-2 % vernachlässigbar gering. Unabhängig von der Ladung (AC oder DC) fällt der größte Teil der Verluste stets bei der Umwandlung von netzseitigen Wechselstrom in batterieseitigen Gleichstrom an.

Bei der Gleichstromladung erfolgt die Umwandlung von Wechselstrom in Gleichstrom direkt in der Ladestation, weswegen der größte Teil der Verluste für die E-Autofahrer:innen nicht direkt sichtbar ist. Das ist u.a. mit ein Grund, warum die Ladepreise an DC-Ladestationen im öffentlichen Bereich generell zumeist höher sind, als die Ladepreise an AC-Ladestationen. Betreiber von DC-Ladestationen geben so die auf ihrer Seite entstehenden Umwandlungsverluste durch einen höheren Ladepreis letztendlich wieder an die Endkund:innen weiter. Bei der Ladung an Wechselstrom an einer privaten Wallbox bzw. einer AC-Ladesäule im öffentlichen Bereich erfolgt die notwendige Umwandlung in batterieseitigen Gleichstrom erst im Fahrzeug, im sogenannten On-Board Charger (OBC).

Ladeverlusttest © ÖAMTC Ladeverlusttest

Diese Wandlungsverluste im OBC belaufen sich je nach Qualität und Effizienz des fahrzeugeigenen Ladegerätes auf rd. 7-9 %. On-Board Charger die heutzutage in modernen Elektrofahrzeugen verbaut werden haben einen Wirkungsgrad von bis zu 94 %. Höhere Wirkungsgrade könnten im Bereich der Gleichrichtung zwar mittlerweile erzielt werden, gehen jedoch mit einem größeren Bauraum, zumeist einem höheren Gewicht und vor allem mit einem höheren Preis aufgrund teurerer Komponenten einher.

Wird nun die gesamte Verlustkette von Leitungsverlusten in den Kabeln, über die Verluste bei der Umwandlung in Gleichstrom und den Ladeverlusten, die direkt in der Fahrzeug-Antriebsbatterie entstehen berücksichtigt, fallen unterm Strich Ladeverluste bei der Ladung an Wechselstrom von um die 10 % an. Bei der Ladung an Gleichstrom entsteht der überwiegende Anteil der Verluste direkt im Gleichrichter in der Ladestation, weswegen die Ladeverluste auf Seiten der E-Autofahrer:innen vergleichsweise gering ausfallen. Werden die Umwandlungsverluste in der DC-Ladestation jedoch auch berücksichtigt, fallen die Gesamtverluste zwar geringer aus, liegen aber in Summe in einem ähnlichen Bereich wie bei der Ladung an Wechselstrom.

Ergebnisse

AC-Ladeverlusttests

Testfahrzeug AC-Ladeverluste
  Prozentual / Absolut
Hyundai Ioniq 5

8,79 % / 6,68 kWh

Peugeot e-2008

9,92 % / 4,59 kWh

Tesla Model 3

6,69 % / 3,59 kWh

VW ID.3

8,25 % / 4,84 kWh

Die AC-Ladetests zeigten deutliche Effizienzunterschiede bei den in den Testfahrzeugen verbauten On-Board Chargern. Mit Abstand am besten hat hier das Tesla Model 3, vor dem VW ID.3, dem Hyundai Ioniq 5 und dem Peugeot e-2008 abgeschnitten. Beim Model 3 und dem für die AC-Ladung wirklich sehr effizienten OBC waren es Ladeverluste von nur 6,69 %.

AC-Ladetest © ÖAMTC AC-Ladetest

Bei den übrigen drei Testfahrzeugen fielen die Ladeverluste bei der AC-Ladung deutlich höher aus, was die immensen Effizienzunterschiede in der Gleichrichtung des Strom im Fahrzeug verdeutlichte. Der VW ID.3 verbuchte beim Ladetest Verluste von 8,25 %. Obwohl der Hyundai Ioniq 5 bei der DC-Ladung im Vergleich zu den anderen Testfahrzeugen über eine modernere 800V-Ladetechnologie verfügte, fielen die Ladeverluste bei der AC-Ladung mit 8,79 % im Vergleich zum Tesla recht hoch aus. Mit einem nachgemessenen Ladeverlust von 9,92 % zwischen Ladestation und Fahrzeug-Antriebsbatterie schnitt der Peugeot e-2008 bei der AC-Ladung im Vergleich zu den anderen Testfahrzeugen am schlechtesten ab.

Markus Kaiser, E-Mobilitätsexperte beim ÖAMTC

„Wie die Untersuchung gezeigt hat, geht es auch bei den effizientesten Fahrzeugen nie ganz ohne Verluste. Jedoch ist die Bandbreite der Ladeverluste unter den Testfahrzeugen ungewöhnlich hoch gewesen. Gerade in Zeiten steigender Preise und verstärkter Anstrengungen, Energie zu sparen, ist es notwendig, diese Verluste so weit wie technisch möglich einzudämmen.

Vor allem in der Umwandlung des netzseitigen Wechselstroms in batterieseitigen Gleichstrom steckt noch viel Verbesserungspotential. Die Fahrzeug- und Ladestationshersteller sind daher aufgefordert, die Effizienz bei ihren Komponenten weiter zu erhöhen. Das wäre im Sinne der optimalen Ressourcen-Nutzung, nicht zuletzt aber auch für die Geldbörse der E-Auto-Fahrer:innen positiv."

Testfahrzeuge und Ladeinfrastruktur

Anforderungen an die Testfahrzeuge

  • AC On-Board Charger: 3-phasig, 11 kW
  • DC max. Ladeleistung: ≥ 75 kW
  • Ladestandard: AC - Typ 2, DC - CCS

Getestete Fahrzeuge

  • VW ID.3 (58 kWh)
  • Peugeot e-2008 (50 kWh)
  • Hyundai Ioniq 5 (72,6 kWh)
  • Tesla Model 3 (53 kWh)

AC-Ladeinfrastruktur

  • Alfen Eve Double Pro Line 22 kW
  • Maximale Abgabeleistung 11 kW
  • Stets gleiches Typ 2 Ladekabel (3 phasig, 16 A, 5 m)
  • Von 1 % bis 100 % (voller Ladezyklus)