Elektroauto Ladeverluste: AC oder DC – was ist effizienter?

Stromverluste beim Aufladen von Elektroautos lassen sich nicht vermeiden. Der ADAC hat gemessen, unter welchen Bedingungen man die Verluste am geringsten halten kann: beim AC-Laden zu Hause oder an der DC-Schnellladesäule? Worauf es ankommt.

• Höchste Verluste beim Laden an der Steckdose

• DC-Laden mit bedeutenden Vor- und Nachteilen

• Wallbox-Laden am kosteneffizientesten

Wissen Sie, wie viel Strom Ihr Elektroauto verbraucht? Klar, denken Sie, den Verbrauch zeigt ja der Bordcomputer an. Doch das ist leider nicht die ganze Wahrheit. Denn beim Laden von Elektroautos geht Energie verloren, die von Ihnen bezahlt wird, aber nicht in der Batterie landet. Und diesen Verlust zeigt der Bordcomputer eben nicht an.

Verhindern lassen sich Ladeverluste nicht gänzlich. Doch in Zeiten von Energieknappheit und hohen Strompreisen sollte man darauf achten, die Verluste möglichst gering zu halten. Und das ist für jeden Nutzer tatsächlich möglich – man muss nur wissen, wie.

Grundsätzlich gilt: Beim Wechselstrom-Laden (AC) daheim und Gleichstrom-Laden (DC) an der Schnellladesäule bestehen große technische Unterschiede. Und die wirken sich nicht nur in Bezug auf die Ladekosten und die Ladedauer, sondern auch in Bezug auf die die Energie-Effizienz aus. Im Zentrum dieser Studie stehen Messungen zur Energie-Effizienz.

Studie Teil I: AC-Laden daheim

Zunächst zu den Möglichkeiten, das Elektroauto daheim aufzuladen. Hier geschieht das am Wechselstrom-Netz (AC), je nach technischer Ausstattung mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten.

Die einfachste Möglichkeit ist das Laden an der Haushaltsteckdose, auch wenn das aus Sicherheitsgründen nicht zu empfehlen ist. Laden an der Steckdose findet mit einer Ladeleistung von 2,3 Kilowatt statt. Technisch aufwendiger ist das Laden mit einer Wallbox, das dann mit immerhin bis zu 11 Kilowatt oder mit 22 Kilowatt geschieht, sofern das Auto diese Ladeleistung realisieren kann. Eine weitere spezielle Möglichkeit ist das Wallbox-Laden mit reduzierter Ladeleistung – entweder durch eine Fahrzeugeinstellung oder beim Photovoltaik-Überschussladen.

1 von 3

Um zu erfassen, an welcher Stelle im System wie viel Energie verloren geht und wie Nutzer von Elektroautos diese Verluste minimieren können, hat der ADAC an der Haushaltssteckdose, einer 11 kW Wallbox und mit reduzierter Ladeleistung (Fahrzeugeinstellung) nachgemessen. Dies ist der erste Teil der Studie.

Dabei wurden die Fahrzeugbatterien vier verschiedener Elektroautos stets unter gleichen Bedingungen um 20 % aufgeladen. Anschließend wurden die jeweiligen Strommengen am geeichten Stromzähler (inkl. Ladeverluste) mit der in der Batterie gespeicherten Energie aus dem Batteriemanagementsystem verglichen.

Die Ergebnisse zeigen eindeutig: Je nachdem, wie geladen wird – zu Hause an der "normalen" Wechselstrom-Steckdose, an der Wallbox mit bis zu 11 kW oder mit einer halbierten Leistung –, fallen die Ladeverluste sehr unterschiedlich aus, wie die Tabelle zeigt.

AC-Ladeverluste: Messwerte

Bei allen vier Testfahrzeugen fällt die Effizienz des Ladens an der Wallbox besser aus als an der Haushaltssteckdose. Am weitesten auseinander klafft die Differenz beim Renault Zoe, am wenigsten beim VW ID.3. Die wenigsten Ladeverluste sind beim Fiat 500e zu verzeichnen, der offenbar auf eine gute Lade-Effizienz hin ausgelegt worden ist.

In einer dritten Messreihe wurde untersucht, wie groß die Ladeverluste ausfallen, wenn mit fahrzeugseitig reduzierter Ladeleistung an der Wallbox operiert wird. Das kann in der Praxis vorkommen, wenn ein Lastmanagement die abrufbare Ladeleistung auf zwei oder mehrere Fahrzeuge verteilt, oder wenn Solarstrom von der PV-Anlage geladen werden soll. Auch bei diesen Messungen zeigt sich eindeutig, dass die niedrige Ladeleistung zu höheren Ladeverlusten führt.

Wie sind Ladeverluste zu erklären?

Laden an der Haushaltssteckdose

Weil die Traktionsbatterien des Elektroautos nur Gleichstrom speichern können, aus dem Stromnetz aber Wechselstrom geliefert wird, muss das OnBoard-Ladegerät diesen Strom in Gleichstrom umwandeln. Schon hier entstehen erhebliche Verluste.

Weitere relevante Verluste entstehen im 12-Volt-Bordnetz. Grund: Während des Ladens sind eine Reihe von Steuergeräten aktiv. Allein 100 bis 300 Watt werden für den Betrieb von Komponenten für die Steuerung des Ladevorgangs benötigt. Hängt das Fahrzeug also bei geringer Ladeleistung länger an der Dose, fallen über die Zeit mehr Ladeverluste an.

In nicht unerheblichem Maß kann auch eine (lange) Zuleitung zur Steckdose an den Parkplatz oder zur Garage zu den Verlusten beitragen. Zulässig sind in der Hausinstallation übrigens bis zu vier Prozent Ladeverluste (Norm DIN VDE 0100). Das sollte man vor allem bei älteren Hausinstallationen beachten. Im Zweifel lohnt es sich, die Hausinstallation vorab von einem Elektriker prüfen zu lassen, um sicherzustellen, dass die Zuleitung zur Haushaltssteckdose für einen dauerhaften Betrieb geeignet ist.

Gering bis vernachlässigbar sind hingegen der Hausverteiler, das Ladekabel, die HV-Kabel im Fahrzeug sowie die HV-Batterie selbst. In der Regel ist für eine Ladung an der Haushaltssteckdose auch kein Temperaturmanagement der Batterie nötig.

In der Summe betragen die Ladeverluste an der Haushaltssteckdose 10 bis 30 Prozent.

Laden an der Wallbox

Das Laden an der heimischen Wallbox erfolgt im Normalfall dreiphasig (statt einphasig) und daher mit einer größeren Ladeleistung. Zudem werden Wallboxen vom Elektriker so angeschlossen, dass die Zuleitung stärker ausgelegt ist und somit kaum Leitungsverluste anfallen. Wandlungsverluste im OnBoard-Ladegerät fallen trotzdem an.

Der wichtigste Unterschied betrifft den Eigenverbrauch der Fahrzeugelektronik. Der ist im Vergleich viel geringer, da der Akku per Wallbox wesentlich schneller geladen wird und daher die Betriebsdauer der Nebenverbraucher deutlich kürzer ist.

In der Addition betragen die Ladeverluste an der Wallbox nur 5 bis 10 Prozent.

Wie man AC-Ladeverluste vermeiden kann

Beim Laden mit Wechselstrom gilt die Faustformel: Je höher die Ladeleistung, desto kürzer der Ladevorgang, desto geringer die Ladeverluste. Aus Kostengründen empfiehlt es sich also, stets an der Wallbox mit maximaler Ladeleistung zu laden. Die Batterie sollte immer möglichst schnell voll sein.

Kein wesentlicher Einfluss zeigte sich bei Messungen mit unterschiedlichem Ladehub. Egal ob der Akku um 20 oder 50 Prozent aufgeladen wurde: Die Ladeverluste wichen bei den ADAC Versuchen nur unbedeutend voneinander ab.

Auch wenn die Ladeverluste bei jedem Elektroauto etwas anders ausfallen: Die vier gemessenen Fahrzeuge decken exemplarisch einen großen Marktanteil der Elektroautos ab. Es handelt sich bei allen vier Modellen um beliebte Fahrzeuge auf dem Stand der Technik (zum Zeitpunkt der Studienerhebung).

Besonders am Beispiel des Renault Zoe zeigt sich, wie sehr es sich lohnen kann, konsequent an der Wallbox zu laden: 14,5 Prozent weniger Ladeverluste machen sich auf der Stromrechnung pro Jahr deutlich bemerkbar. Bei einer Jahresfahrleistung von 10.000 Kilometern lassen sich damit rund 120 Euro im Jahr einsparen. Die Anschaffung einer Wallbox kann sich über ein paar Jahre Nutzungsdauer bezahlt machen. Sicherer ist es allemal.

Studie Teil II: DC-Laden unterwegs

Der zweite Teil der Studie befasst sich mit dem DC-Schnellladen unterwegs. Hier gibt es hinsichtlich der Ladeverluste einen wesentlichen Unterschied: Während beim AC-Laden der Wechselstrom aus dem Netz durch das Ladegerät im Fahrzeug in Gleichstrom umgewandelt werden muss, ist das beim DC-Laden nicht der Fall. Aus dem DC-Ladekabel kommt schon Gleichstrom, die Umwandlung von Netzstrom in Gleichstrom findet in der Ladesäule statt. Das minimiert die Verluste erheblich, wie die Messungen zeigen.

Energieverluste fallen beim DC-Schnelladen aber an anderer Stelle an. Der Grund ist die Wärmeentwicklung in der Batterie, die durch die hohen Ladeströme erzeugt wird. Lithium-Ionen-Batterien mögen es weder zu kalt noch zu warm. Daher muss ein Elektroauto bei hohen Ladeleistungen oft die Kühlung anwerfen, damit die Batterie nicht überhitzt. Den Strom, den die Kühlung braucht, nimmt sich das Elektroauto direkt von der Ladesäule. Als Konsequenz landet diese Energie nicht in der Batterie und steht damit auch nicht zum Fahren zur Verfügung. Diese Energie muss aber trotzdem aufgewendet und vom E-Autofahrer bezahlt werden.

Noch größer sind die Energieverluste, wenn die Batterie bei kalten Umgebungstemperaturen aufgeheizt werden muss. Sonst lädt die Batterie schlecht und der Ladevorgang dauert wesentlich länger. Auch die Heizenergie wird direkt aus der Ladesäule genommen.

DC-Ladeverluste: Messwerte

Die Umwandlungsverluste in der Schnellladesäule betrugen durchschnittlich 3 Prozent. Das Heizen der Batterien an der Ladesäule hatte zusätzliche Energieverluste von zwei bis 8 Prozent zur Folge. Grund: Zu Beginn des Ladevorgangs werden die Batterien mit mehreren Kilowatt Leistung aufgeheizt.

Interessante Aspekte dabei: Je mehr Energie insgesamt geladen wird, desto weniger fällt die anfängliche Heizenergie ins Gewicht. Die Batterie schon während der Fahrt aufzuwärmen spart zwar Zeit beim Ladestopp, aber keine Energie. Denn dann wird zwar an der Ladesäule keine zusätzliche Energie zum Heizen mehr nötig, aber der Energieverbrauch im Auto ist auf dem Weg zur Säule entsprechend angestiegen.

Die ADAC Messungen zum DC-Laden fanden mit vier marktrelevanten Elektroautos statt: Hyundai Ioniq 6, Renault Megane E-Tech Electric, Tesla Model Y sowie VW ID.3.

Dabei wurden drei verschiedene Ladeszenarien untersucht, wobei der Renault und der VW keine Funktion zur aktiven Batteriekonditionierung besitzen:

• Warme Batterie mit Fahrt/Vorkonditionierung

• Kalte Batterie mit Fahrt/Vorkonditionierung

• Kalte Batterie ohne Fahrt/Vorkonditionierung

Jedes Auto wurde während des Tests mit 30 kWh geladen, wobei gemessen wurde, wie viel Energie dafür aus dem Stromnetz kam, wie viel Energie die Ladesäule verließ und wie viel tatsächlich in der Batterie ankam. Als Verlust gilt in der Studie jede Energie, die dem Stromnetz entnommen wird, aber nicht zum Fahren zur Verfügung steht.

Alles zusammen genommen betragen die Energieverluste beim DC-Laden zwischen 5 und 15 Prozent.

Fazit: Am besten AC-Laden daheim

Effizienzvorteile hinsichtlich der geladenen Energie existieren beim DC-Laden, wenn der Akku zum Aufladen weder gekühlt noch geheizt werden muss. Wird witterungsbedingt zusätzliche Energie für Kühlen oder Heizen aufgewendet, sind die Effizienzvorteile gering.

Betrachtet man die Kosten, gilt: Die höheren Stromkosten beim öffentlichen DC-Laden können durch die Effizienzvorteile nicht aufgefangen werden. Nur wenn im Ladetarif für AC-Laden und DC-Laden der gleiche Preis pro kWh aufgerufen wird, ist DC-Laden etwas günstiger.

Tipps für den Verbraucher

• DC-Laden ist am effizientesten, AC-Laden meist am kostengünstigsten.

• Die fahrzeugseitige Reduzierung der Ladeleistung (sofern möglich) kann beim DC-Laden die Energieverluste minimieren, verlängert aber die Ladedauer.

• Die Batterie schon während der Fahrt aufzuwärmen spart zwar Zeit, aber keine Energie.

Was Hersteller gegen Ladeverluste tun können

• Die Hersteller sollen die anfallenden Ladeverluste transparent darstellen, so dass Elektroauto-Nutzer sich danach richten können.

• Die Effizienz von OnBoard-Ladegeräten sollte verbessert werden. Das AC-Laden spiegelt den Großteil der Ladevorgänge wider, deshalb besteht hier großes Potential, um Energie einzusparen.

• Das 12-Volt-Bordsystem sollte während eines Ladevorgangs auf ein absolutes Minimum heruntergefahren werden.

Fachliche Beratung: Luis Kalb, ADAC Technik Zentrum