Elektromobilität Energiebilanz von Elektroauto auf dem Prüfstand

Mit der Temperatur sinkt die Reichweite von Elektroautos – dies ergaben Untersuchungen der Energiebilanz von Elektroautos bei der DEKRA. Während bei sommerlichen Temperaturen von 22 °C rund 56% der geladenen Energie auf der Straße ankommen, sinkt der Wirkungsgrad bei –5 °C im Winter auf 22%.

Fahrer von Elektroautos sollten bei der Routenplanung in der dunklen Jahreszeit auch das Thermometer im Auge behalten. Denn im Unterschied zu herkömmlichen Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor hängt die Reichweite von E-Fahrzeugen stark von der Außentemperatur ab. Dies haben Versuchsfahrten im Prüflabor des DEKRA Technology Centers ergeben. Bei einem Citroen C-Zero verringerte sich die Reichweite bei –5 °C um rund die Hälfte verglichen mit dem Aktionsradius bei plus 22 °C Außentemperatur.

Im Winter sinkt der Wirkungsgrad au 22%

Bei den Tests auf dem Rollenprüfstand gingen die Experten der Frage nach, wie viel Ladeenergie beim Elektroauto auf der Straße ankommt, wo Energieverluste auftreten und wie hoch der Wirkungsgrad von Elektroautos ausfällt. Bei plus 22 °C erreichte das kleine Elektroauto im Neuen Europäischen Fahrzyklus (NEFZ) eine Reichweite von 138 km. Bei –5 °C legte das Elektroauto mit einer Batterieladung nur noch 65 km zurück. Damit reduziert sich der Aktionsradius um 53%.

Realitätsnahe Tests mit Lüftung und Heizung

Bei den Versuchen beachteten die Experten die Bedingungen der ECE-Regelung 101, die zur Messung von C0₂ und Kraftstoffverbrauch vorgeschrieben sind. Um die Tests realitätsnaher zu gestalten, schalteten sie bei „sommerlicher“ Fahrt (22 °C) zusätzlich die Fahrzeuglüftung (Mittelstellung) zu. Bei der simulierten „Winterfahrt“ (–5 °C) arbeitete die Heizung auf Volllast, außerdem waren für jeweils 10 Minuten die Heckscheibenheizung und die Sitzheizung aktiv, zudem stand das Gebläse auf Automatik.

Die Speicherkapazität des Akkus sinkt mit der Temperatur

Unter diesen Bedingungen kamen bei sommerlichen Temperaturen von der Ladeenergie (18,30 kWh) etwa 56% als mechanische Antriebsenergie (10,17 kWh) auf der Straße an. Bei winterlichen Bedingungen (–5 °C) stehen für die Antriebsmechanik nur noch 22% der Ladeenergie (4,11 kWh) zur Verfügung. Dafür ist vor allem die stark reduzierte Speicherkapazität der Batterie bei niedrigen Temperaturen verantwortlich.

Starke Energieverluste in Akku, Leistungselektronik und Antrieb

Auch die Frage, welche Energieverluste beim Elektroauto im Detail auftreten, wurde untersucht. Neben der stark reduzierten Speicherkapazität der Batterie bei Kälte treten verschiedene Energieverluste in den Bereichen Batterie, Leistungselektronik und Antrieb auf.

Im Winter steigen die Verluste an der Batterie enorm

An der Batterie geht bereits bei 22 °C Außentemperatur fast ein Fünftel der Ladeenergie (4,1 kWh/19%) durch Verluste an der Hochvoltbatterie verloren. Bei –5 °C steigt dieser Anteil auf 48% (9,5 kWh).

Steuergeräte und Beleuchtung brauchen viel Energie

Relativ geringe Verluste treten im Bereich der Fahrzeugelektrik auf. Negativ zu Buche schlagen die für das 12-V-Bordnetz benötigte Energie (0,68 kWh), zum Beispiel für den Betrieb von Steuergeräten und Beleuchtung. Hinzu kommen geringe Verluste von 0,2 kWh im Konverter, der die Batteriegleichspannung in Drehstrom für den Elektromotor umwandelt, sowie elektrische Verbraucher wie die Heizung, die im Winterszenario 1,96 kWh benötigt.

Größere Wirkungsgradverluste am Antriebsstrang

Größere Wirkungsgradverluste treten am Antriebsstrang zwischen der Leistungselektronik und der verfügbaren mechanischen Antriebsenergie auf. Im Neuen Europäischen Fahrzyklus liegt der Wirkungsgrad hier im Schnitt über 60%. Auch bei –5 °C fällt er nicht unter 50%.

Rekuperation verbessert die Energiebilanz

Positiv wird die Energiebilanz durch die Rückgewinnung von Bremsenergie (5,9 kWh) verbessert. In den Versuchen bei 22 °C flossen beim Bremsen 56% der Bremsenergie als Ladeenergie wieder in die Batterie zurück. Damit steht 18% (3,3 kWh) mehr Energie für den Betrieb des Fahrzeugs zur Verfügung.

Elektroautos sind sehr energieeffizient

„Die Analyse der Energiebilanz am Elektroauto zeigt, dass diese sehr effizient mit der Energie umgehen. Auch wenn aktuelle verfügbare Fahrzeuge mit elektrischem Antrieb noch eine geringere Reichweite haben, als Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor“, sagt Andreas Richter, Leiter DEKRA Competence Center Elektromobilität. „So ist insbesondere die Abhängigkeit der Reichweite des Fahrzeugs von der Außentemperatur zu beachten. Auffällig ist, dass ein Elektroauto bei sommerlichen Temperaturen deutlich effektiver mit der aufgewandten Energie umgeht als ein Verbrennungsmotor, bei Frost allerdings der Wirkungsgrad deutlich sinkt.“

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