Energiebilanz von Elektroautos
DEKRA: Mit der Temperatur sinkt die Reichweite
Fahrer von Elektroautos sollten bei der Routenplanung in der kalten Jahreszeit auch das Thermometer im Auge behalten. Denn mit Minustemperaturen kann die Reichweite um mehr als 50 Prozent gegenüber einem warmen Sommertag absinken.
Versuchsfahrten im Prüflabor des DEKRA Technology Centers haben ergeben, dass die Reichweite von E-Fahrzeugen im Unterschied zu herkömmlichen Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor stark von der Außentemperatur abhängt. Bei einem Citroen C-Zero verringerte sich die Reichweite bei -5 °C um rund die Hälfte verglichen mit dem Aktionsradius bei +22 °C Außentemperatur.
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 +22 °C erreichte das kleine Elektroauto im Neuen Europäischen Fahrzyklus (NEFZ) eine Reichweite von 138 Kilometern. Bei -5 °C legte das Elektroauto mit einer Batterieladung nur noch 65 Kilometer zurück. Damit reduziert sich der Aktionsradius um 53 Prozent, also mehr als die Hälfte.
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.
Unter diesen Bedingungen kamen bei sommerlichen Temperaturen von der Ladeenergie (18,30 kWh) etwa 56 Prozent als mechanische Antriebsenergie (10,17 kWh) auf der Straße an. Bei winterlichen Bedingungen (-5 °C) stehen für die Antriebsmechanik nur noch 22 Prozent der Ladeenergie (4,11 kWh) zur Verfügung. Dafür ist vor allem die stark reduzierte Speicherkapazität der Batterie bei niedrigen Temperaturen verantwortlich.
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.
- Batterie: An der Batterie geht bereits bei +22 °C Außentemperatur fast ein Fünftel der Ladeenergie (4,1 kWh/19 Prozent) durch Verluste an der Hochvoltbatterie verloren. Bei -5 °C steigt dieser Anteil auf 48 Prozent (9,5 kWh).
- Leistungselektronik: Relativ geringe Verluste treten im Bereich der Fahrzeugelektrik auf. Negativ zu Buche schlagen die für das 12-Volt 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.
- 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 Prozent. Auch bei -5 °C fällt er nicht unter 50 Prozent.
- Rekuperation: Positiv wird die Energiebilanz durch die Rückgewinnung von Bremsenergie (5,9 kWh) verbessert. In den Versuchen bei +22 °C flossen beim Bremsen 56 Prozent der Bremsenergie als Ladeenergie wieder in die Batterie zurück. Damit steht 18 Prozent (3,3 kWh) mehr Energie für den Betrieb des Fahrzeugs zur Verfügung.
„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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