Ladeverluste beim Elektroauto: Wie hoch sind sie wirklich?

Stromverluste beim Aufladen von Elektroautos sind technisch bedingt. Der ADAC hat gemessen, unter welchen Bedingungen sie am höchsten bzw. am niedrigsten sind. Und wie weit man sie vermeiden kann.

• Höchste Verluste an der Haushaltssteckdose

• DC-Laden mit bedeutenden Vor- und Nachteilen

• Wallbox-Laden kostet am wenigsten

Wissen Sie, wie viel Strom Ihr Elektroauto verbraucht? Klar, denken Sie, den Verbrauch zeigt ja der Bordcomputer an. Doch das ist nicht die ganze Wahrheit. Denn beim Laden von Elektroautos geht Energie verloren, die bezahlt werden muss, 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 beim Gleichstrom-Laden (DC) an der Schnellladesäule bestehen große technische Unterschiede. Und die wirken sich nicht nur in Bezug auf die Ladekosten und die Ladedauer aus, sondern auch in Bezug auf die die Energieeffizienz. Im Zentrum dieser Studie stehen Messungen zur Energieeffizienz.

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 und je nach Einstellungen mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten. Die einfachste Möglichkeit ist das Laden an der Haushaltssteckdose, auch wenn das schon allein aus Sicherheitsgründen nicht zu empfehlen ist.

Deutlich besser ist das Laden mit einer Wallbox, das mit immerhin bis zu 11 Kilowatt oder mit 22 Kilowatt geschieht, sofern Auto und Elektroinstallation dafür ausgelegt sind.

Ein dritter, inzwischen immer häufigerer Fall ist das Laden von selbst erzeugtem Photovoltaik-Strom (PV-Strom), was besonders bei PV-Stromüberschuss sinnvoll ist. Dies geschieht über die Wallbox mit reduzierter Ladeleistung.

Doch wo entstehen weniger Ladeverluste: an der Haushaltssteckdose oder an der Wallbox? 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 nachgemessen:

• Laden an der Haushaltssteckdose mit 2,3 kW (1 x 10 A)

• Laden an der Wallbox mit der maximalen Ladeleistung von 11 kW bzw. 22 kW

• Laden an der Wallbox mit der minimalen Ladeleistung von 4,1 kW (3 x 6 A), um das PV-Laden mit minimaler Stromstärke bei drei Stromleitern zu simulieren

In jedem der drei Szenarien wurde ein definierter Ladehub nachgeladen. Um eine Verfälschung der Ergebnisse durch Balancing gegen Ende des Ladevorgangs sowie durch das Aufheizen oder Kühlen der Batterie auszuschließen, wurden sämtliche Messungen in einem SoC-Bereich (Batterie-Ladestand) zwischen 10 und 90 Prozent durchgeführt. Darüber hinaus lag die Batterietemperatur zu Beginn jeder Ladung zwischen 20 und 30 Grad Celsius. Testfahrzeuge fünf verschiedener Marken wurden dabei überprüft.

Ursache für die Ladeverluste sind verschiedene Komponenten im Fahrzeug. Die wesentlichen Anteile machen die Energieverluste im On-Board-Charger des Fahrzeugs aus, nämlich bei der Wandlung von Wechselstrom in Gleichstrom, sowie die Nebenverbraucher im Fahrzeug, die während der Ladung aktiv sind. Dazu kommen Verluste im Ladekabel und der Batterie.

AC-Ladeverluste an der Steckdose am höchsten

Auffällig ist, dass bei allen Testfahrzeugen die Ladeverluste an der Wallbox deutlich geringer sind als an der Haushaltssteckdose. Die höchsten Ladeverluste an der Steckdose weist der Mercedes CLA EQ mit 24,2 Prozent auf. Offenbar haben die Stuttgarter beim On-Board-Ladegerät gespart, denn das Bordladegerät des CLA lädt nur mit 8 Ampere statt mit den sowieso schon geringen 10 Ampere. Bei den anderen Testkandidaten fallen die Verluste an der Steckdose mit zwischen 12,7 (Tesla Model Y) und 15,3 Prozent (VW ID.7) deutlich geringer aus.

Beim Laden an der Wallbox mit 11 bzw. 22 kW wurden bei allen Fahrzeugen die niedrigsten Ladeverluste ermittelt. Diese lagen zwischen 5,1 und 7,0 Prozent, was ungefähr der Halbierung der Verluste an der Steckdose gleichkommt. Die Anschaffung einer Wallbox ist also nicht nur aufgrund der höheren Sicherheit und des höheren Komforts angeraten, sie amortisiert sich auch über die Zeit durch die geringeren Stromkosten.

Ladeverluste zwischen 8,0 und 12,8 Prozent beim Photovoltaik-Überschussladen sind praktisch unvermeidlich, können aber insofern in Kauf genommen werden, als die eingesetzte Energie ja aus der eigenen kostengünstigen Stromerzeugung stammt.

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 On-Board-Ladegerät diesen Strom in Gleichstrom umwandeln. Schon hier entstehen erhebliche Verluste.

Weitere relevante Verluste entstehen im 12-Volt-Bordnetz. Grund: Während des Ladens ist 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 4 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 sind hingegen die Ladeverluste der Hausverteiler, des Ladekabels, der HV-Kabel im Fahrzeug sowie der HV-Batterie selbst. In der Regel ist für eine Ladung an der Haushaltssteckdose auch kein Temperaturmanagement der Batterie nötig.

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 On-Board-Ladegerät fallen trotzdem an.

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

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 deshalb, an der Wallbox stets mit maximaler Ladeleistung zu laden. Die Batterie sollte immer möglichst schnell voll sein.

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. Sie muss aber trotzdem aufgewendet und vom E-Auto-Fahrer 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.

Verluste beim Schnellladen gering

Das Ergebnis der ADAC Messungen: Die Umwandlungsverluste in der Schnellladesäule betrugen durchschnittlich 3 Prozent. Das Heizen der Batterien an der Ladesäule hatte zusätzliche Energieverluste von 2 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 aufwärmen 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 Mégane E-Tech Electric, Tesla Model Y und 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 sollten die anfallenden Ladeverluste transparent darstellen, sodass Elektroauto-Nutzer sich danach richten können.

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

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

Fachliche Beratung: Matthias Vogt, ADAC Technik Zentrum