Ladeverluste am Schnelllader: Wie viel Energie geht verloren?

Wo immer Energie übertragen oder umgewandelt wird, entstehen Verluste. Das dürfte klar sein und gilt auch für das Schnellladen des Elektroautos. Aber wie viel Energie genau geht beim Schnellladen verloren? Und woher kommen die Verluste? Das hat nun der Automobilclub ADAC untersucht. Mit überraschenden Ergebnissen, denn hier geht es nicht um Leitungsverluste oder Umwandlungsverluste in der Batterie.

Für die Untersuchung wurde ein 300-kW-Lader von Alpitronic genutzt, der auch an vielen öffentlichen Ladeparks eingesetzt wird. Vier Fahrzeuge – Tesla Model Y, VW ID.3, Ioniq 6 und Renault Megane – wurden bei verschiedenen Außentemperaturen geladen. Dabei erfassten Sensoren, wie viel Strom aus dem Netz kam und wie viel davon in der Fahrzeugbatterie ankam. Das Ergebnis: Die Ladeverluste sind deutlich niedriger als beim Laden an der Wallbox. Sie sind aber nicht null. Und der Ladeverlust hängt stark von den Bedingungen ab.

Vor ein paar Jahren maß der ADAC bereits die Energieverluste beim Laden mit Wechselstrom. Dabei zeigte sich, dass beim Laden an der Wallbox sechs bis zehn Prozent verloren gehen, an der Haushaltssteckdose sogar bis zu 24 Prozent. Die Verluste entstanden durch Leitungsverluste, vor allem aber bei der Umwandlung von Wechselstrom (aus der Wallbox) in Gleichstrom (für die Batterie) im Bordlader. Beim Laden mit Gleichstrom (DC) fällt diese Wandlung weg, deswegen sind die Ladeverluste hier geringer. 

Und die Verluste die Ladeverluste beim Schnellladen entstehen hauptsächlich durch das Aufheizen der Batterie. Um beim Schnellladen vernünftige Ladeleistungen zu erreichen, muss sich der Akku in einem bestimmten Temperaturfenster befinden. Folglich muss der Akku bei niedrigen Temperaturen aufgeheizt werden, was Energie kostet. Die Verluste hängen deshalb stark von der Batterie- und Umgebungstemperatur ab.

Bei warmer Batterie sind die Ladeverluste mit einem bis vier Prozent recht gering. Bei kalter Batterie steigen die Ladeverluste jedoch auf sechs bis zehn Prozent. Diese Energie stammt aus der Ladesäule, deshalb zahlt man auch dafür – auch wenn sie nicht zum Aufladen genutzt wird.

Beim Schnellladen selbst sind die Verluste am geringsten, wenn die Batterie vorkonditioniert wurde - aber fürs Vorkonditionieren braucht man ebenfalls Energie

Bild von: ADAC e. V.

Eine Batterie-Vorkonditionierung, wie sie viel Elektroautos bieten, kann die Batterie bereits während der Fahrt zur Ladesäule aufheizen. Dann fallen zwar beim Ladevorgang weniger Verluste an, aber die zum Aufheizen nötige Energie wird aus der Batterie entnommen, der Energieaufwand und damit die Kosten bleiben im Grunde die gleichen.

Kann man trotzdem etwas gegen zu hohe Ladeverluste tun? Durchaus, schreibt der ADAC. Denn wenn der Akku schon aufgeheizt werden muss, dann sollte man möglichst viel Energie in die Batterie laden. Dann fällt der Heizverlust prozentual weniger ins Gewicht.

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Unter dem Strich

Was nehmen wir von den beiden Untersuchungen des ADAC zum Thema Ladeverluste mit? Beim Wechselstromladen geht es vor allem um die Verluste beim Wandeln in Gleichstrom, beim Gleichstromladen dagegen um das Aufheizen der Batterie. Denn ein Akku braucht meist um die 25 Grad, um die maximale Ladeleistung zu erreichen.

Kann man die Energie grob abschätzen, die zum Aufheizen des Akkus nötig ist? Auf einer Website zur Lithium-Ionen-Batterietechnik haben wir einen Wert für die spezifische Wärmekapazität einer Lithium-Ionen-Batterie gefunden, er liegt bei rund 0,2 Wattstunden pro Kilo und Kelvin. Das heißt, um "ein Kilo Batterie" um ein Grad zu erwärmen, braucht man 0,2 Wattstunden. Bei einer 500-Kilo-Batterie und 10 Grad Aufheizung ist das immerhin schon eine Kilowattstunde. Wenn man nur 10 kWh nachlädt, ergibt das einen Verlust von 10 Prozent, wenn man 20 kWh lädt, sind es nur fünf Prozent.