Stromschwund - Wie entstehen Ladeverluste beim E Auto?

Beim Laden eines E-Autos können Verluste nicht vermieden werden. Doch warum ist das so? Ist es effizienter zu Hause oder an einer öffentlichen Ladestation zu Laden? Wir erklären den Ablauf der verschiedenen Ladevorgänge und wo bzw. warum die Ladeverluste entstehen.

 

Laden zu Hause (AC)

Bei einem Ladevorgang sind verschiedene Komponenten beteiligt. Diese setzen sich aus einer Drehstromladestation/Wallbox, einem Ladekabel, einem fahrzeugeigenen Bordlader sowie einer Batterie zusammen. Doch welche dieser Bestandteile verursacht den größten Ladeverlust?

Jeder elektrische Leiter hat einen elektrischen Widerstand. Somit entstehen auch beim Ladekabel Verluste, sobald ein elektrischer Strom durch einen der Leiter fließt.
Wurden die Leitungen jedoch fachgerecht installiert, so fallen die Leitungsverluste des Ladekabels mit etwa einem Prozent nicht ins Gewicht. Der Betriebsstrom der Wallbox ist mit ca. einem halben Prozent Verlust ebenso nicht entscheidend.

Jede Batterie verfügt über einen Innenwiderstand. Dieser besteht sowohl aus batterieinternen Leitungswiderständen als auch aus den Innenwiderständen der Zellen. Umso kälter oder älter die Zellen sind, desto höher ist auch der Innenwiderstand. Dennoch ist der Innenwiderstand auch bei einer kühlen oder älteren Batterie mit ein bis maximal zwei Prozent Ladeverlust nur gering.

Jede Batterie wird ausschließlich mit Gleichstrom (DC) geladen. Den Strom aus unserem Stromnetz beziehen wir jedoch immer in Form von Wechselstrom (AC). An dieser Stelle kommt also der fahrzeugeigene Bordlader – auch On-Board-Lader genannt (OBL) genannt – ins Spiel. Dieser ist eine leistungselektronische Komponente, die Wechselstrom möglichst verlustfrei in Gleichstrom umwandelt. Dennoch können bei diesem Vorgang Ladeverluste nicht komplett vermieden werden und es ergibt sich eine durchschnittliche Effizienz von etwa 90 Prozent. Folglich führt allein der OBL zu zehn Prozent Ladeverlust.

 

 Ladeverluste bei einem AC-Ladevorgang an einer 11 kW Ladestation

Leitungsverlust

ca. 1 %

Verlust der Wallbox

max. 0,5 %

Wandlungsverlust On-Board-Lader

ca. 6,5 %

Ladeverlust der Batterie

ca. 1 – 2 %

Ladeverlust gesamt

ca. 9 – 10 %

 

 

Laden an einer DC-Ladestation

Bei einer DC-Ladestation wird der Gleichrichter nicht im Elektrofahrzeug, sondern in der Ladestation selbst verbaut. Ähnlich wie bei dem On-Board-Lader wird der Wechselstrom aus dem Stromnetz gleichgerichtet und anschließend an die Batterie weitergegeben. Moderne High-Power-Charger können so Wirkungsgrade von ca. 94 Prozent erzielen. Das spiegelt sich jedoch häufig in einem höheren Ladepreis wider.

Bei einer High-Power-Ladestation wird das E-Auto so schnell wie möglich – also mit maximaler Leistung – geladen. Das führt jedoch zu einem deutlichen Anstieg der Leitungsverluste und zu einer starken Erwärmung der Zellen. Folglich könnte auch eine Aktivierung der Batteriekühlung ausgelöst werden. So entsteht bei einem halbstündigen Ladevorgang mit etwa 100 kW ein zusätzlicher Verlust von ca. sechs Prozent.

 

Fazit

Der größte Ladeverlust ist immer auf den Gleichrichter zurückzuführen. Eine DC-Ladestation ist zwar etwas effizienter als AC-Laden zu Hause, dafür aber auch deutlich teurer. Bei High-Power-Ladestationen entsteht der größte Ladeverlust.