Ladeverluste an der DC-Ladesäule: Beispiele, Ursachen und Tipps
Schnellladen mit Gleichstrom, kurz DC-Laden, ist die wichtigste Lademethode für lange Strecken mit dem Elektroauto. Doch auch beim Schnellladen geht ein Teil der Energie verloren. Man spricht von den typischen Ladeverlusten beim Laden von E-Autos.
Die aktuellen Messungen des ADAC zeigen: Beim DC-Laden liegen die gesamten Energieverluste je nach Fahrzeug, Batterietemperatur und Ladesituation bei etwa 5 bis 15 %. Dabei entsteht ein Teil der Verluste an anderen Stellen als beim AC-Laden. Die Wechselstrom-Gleichstrom-Umwandlung erfolgt nicht im Fahrzeug, sondern bereits in der Schnellladesäule. Dadurch fällt ein wichtiger Verlustfaktor des AC-Ladens weg. Dafür können beim DC-Laden insbesondere die Temperierung der Batterie und die hohen Ladeleistungen zusätzliche Energie benötigen.
Wie unterscheiden sich AC- und DC-Laden?
Der wichtigste technische Unterschied liegt darin, wo der Wechselstrom (AC) in Gleichstrom (DC) umgewandelt wird.
Beim AC-Laden kommt Wechselstrom aus dem Stromnetz. Das Elektroauto kann seine Batterie jedoch nur mit Gleichstrom laden. Deshalb übernimmt der sogenannte On-Board-Charger im Fahrzeug die Umwandlung von Wechselstrom (AC) in Gleichstrom (DC).
Beim DC-Laden übernimmt diese Aufgabe die Schnellladesäule. Aus der Ladesäule kommt bereits Gleichstrom, der direkt zur Batterie des Elektroautos fließt.
| AC-Laden | DC-Laden | |
|---|---|---|
| Strom aus dem Netz | Wechselstrom | Wechselstrom |
| Umwandlung AC → DC | Im Fahrzeug | In der Ladesäule |
| Hauptkomponente | On-Board-Charger | Leistungselektronik der Ladesäule |
| Typischer Einsatz | Zuhause, Arbeitsplatz | Autobahn, Langstrecke |
| Ladeleistung | meist bis 11 bzw. 22 kW | häufig deutlich höher |
| Hauptproblem bei Verlusten | On-Board-Charger und Nebenverbraucher | Batterietemperierung und Ladesäule |
| Gesamtverluste | stark abhängig von Fahrzeug und Ladeleistung | laut ADAC etwa 5–15 % |
Beim AC-Laden sind die Verluste des On-Board-Chargers besonders relevant. Beim DC-Laden wird dieser Umwandlungsschritt aus dem Fahrzeug heraus in die Ladesäule verlagert.
Das bedeutet allerdings nicht, dass DC-Laden grundsätzlich immer effizienter ist. Entscheidend sind die konkreten Bedingungen während des Ladevorgangs.
Wie hoch sind die Ladeverluste beim DC-Laden?
Als realistische Größenordnung können Sie beim DC-Schnellladen mit etwa 5 bis 15 % Gesamtverlusten rechnen.
Diese Spanne stammt aus den aktuellen ADAC-Messungen mit vier Elektroautos. Dabei wurden jeweils 30 kWh geladen und verschiedene Batterietemperaturen sowie Situationen mit und ohne Vorkonditionierung untersucht.
Die Verluste setzen sich aus mehreren Faktoren zusammen:
- Umwandlungsverluste der Schnellladesäule
- Energie für die Kühlung oder Heizung der Batterie
- Verluste innerhalb der Batterie
- Verluste in Kabeln und elektrischen Komponenten
- Energieverbrauch von Fahrzeug- und Batteriemanagement
Besonders interessant ist, dass die Umwandlungsverluste der DC-Ladesäule mit durchschnittlich etwa 3 % vergleichsweise gering sind. Einen deutlich größeren Einfluss kann dagegen die Batterietemperierung haben. Dafür ermittelte der ADAC zusätzliche Energieverluste von 2 bis 8 %.
Warum sind die Verluste beim DC-Laden nicht höher?
Beim AC-Laden muss das Fahrzeug den Wechselstrom selbst in Gleichstrom umwandeln. Beim DC-Laden geschieht diese Umwandlung bereits in der Ladesäule. Dadurch entfällt der On-Board-Charger als zentrale Verlustquelle im Fahrzeug. Gleichzeitig sind DC-Ladesäulen auf hohe Leistungen ausgelegt und verfügen über entsprechend leistungsfähige Elektronik.
Die Verluste verschwinden also nicht vollständig, sondern verlagern sich teilweise von der Fahrzeugseite auf die Ladesäule.
Wo entstehen die Ladeverluste beim DC-Laden?
1. Umwandlung in der Schnellladesäule
Die Schnellladesäule bezieht Wechselstrom aus dem Stromnetz und wandelt ihn in Gleichstrom um.
Diese Leistungselektronik arbeitet zwar sehr effizient, aber nicht verlustfrei. Ein Teil der Energie wird beispielsweise in Form von Wärme abgegeben. Der ADAC ermittelte bei seinen Messungen durchschnittlich etwa 3 % Umwandlungsverluste in der Schnellladesäule.
2. Batterietemperierung / Vorkonditionierung
Eine der wichtigsten Besonderheiten beim DC-Schnellladen ist die hohe Ladeleistung. Beim Laden mit hohen Strömen entsteht Wärme innerhalb der Batterie. Damit die Zellen nicht zu heiß werden, muss das Fahrzeug die Batterie gegebenenfalls kühlen.
Bei einer kalten Batterie passiert das Gegenteil: Sie muss zunächst auf eine geeignete Temperatur gebracht werden, damit sie die hohe Ladeleistung aufnehmen kann.
Diese Temperierung benötigt Energie, die anschließend nicht vollständig zum Fahren zur Verfügung steht.
Der ADAC ermittelte für die Batterietemperierung zusätzliche Verluste von 2 bis 8 %.
3. Batterie selbst
Auch die Batterie ist keine verlustfreie Energiespeicheranlage. Beim Laden entstehen unter anderem elektrische und elektrochemische Verluste. Ein Teil der Energie wird in Wärme umgesetzt. Im Vergleich zur Batterietemperierung und zur Leistungselektronik fällt dieser Anteil jedoch meist weniger stark ins Gewicht.
Der ÖAMTC nennt für die direkten Verluste in der Batterie Größenordnungen von etwa 1 bis 2 %.
4. Kabel und Leitungen
Auch Kabel und elektrische Leitungen weisen einen gewissen Widerstand auf. Bei hohen Strömen können dadurch Wärmeverluste entstehen.
Bei modernen DC-Ladesystemen sind diese Verluste jedoch vergleichsweise gering. Der ADAC beziffert die Verluste in Ladekabeln und Hochvoltleitungen auf maximal etwa 1 %.
5. Fahrzeugelektronik
Auch beim DC-Laden benötigt das Elektroauto Energie für Batteriemanagement, Steuergeräte, Kommunikation und weitere Systeme.
Dieser Anteil ist jedoch anders zu bewerten als beim langsamen AC-Laden. Beim DC-Schnellladen ist die Ladezeit wesentlich kürzer, sodass zeitabhängige Nebenverbraucher weniger lange aktiv sind.
Welche Rolle spielt die Vorkonditionierung der Batterie?
Die Vorkonditionierung der Batterie ist beim DC-Schnellladen besonders wichtig.
Eine Lithium-Ionen-Batterie kann ihre maximale Ladeleistung nicht bei beliebigen Temperaturen aufnehmen. Ist der Akku im Winter sehr kalt, muss er zunächst erwärmt werden. Bei hohen Außentemperaturen kann dagegen eine Kühlung notwendig sein.
Moderne Elektroautos können die Batterie deshalb gezielt auf eine geeignete Temperatur bringen, bevor sie an der Schnellladesäule ankommen. Das geschieht häufig automatisch, wenn im Navigationssystem eine DC-Schnellladestation als Ziel ausgewählt wird.
Vorkonditionierung reduziert die Ladeverluste
Die aktuellen ADAC-Messungen zeigen den Effekt sehr deutlich.
Bei einer Batterietemperatur von 0 °C wurden vier Elektroautos jeweils mit und ohne Vorkonditionierung beziehungsweise entsprechende Fahrt zur Schnellladesäule vom ADAC getestet:
| Fahrzeug | 0 °C mit Vorkonditionierung | 0 °C ohne Vorkonditionierung |
|---|---|---|
| Hyundai Ioniq 6 | 1 % | 6 % |
| Renault Mégane E-Tech | 6 % | 8 % |
| Tesla Model Y | 4 % | 10 % |
| VW ID.3 | 5 % | 7 % |
Die Werte zeigen: Eine kalte Batterie kann die Ladeverluste deutlich erhöhen. Beim Tesla Model Y beispielsweise stiegen die gemessenen Verluste von 4 auf 10 %, wenn keine Vorkonditionierung erfolgte.
Allerdings gibt es einen wichtigen Punkt: Vorkonditionierung bedeutet nicht, dass weniger Gesamt-Energie benötigt wird. Wenn das Fahrzeug die Batterie bereits während der Fahrt erwärmt, wird zwar an der Ladesäule weniger Energie für die Temperierung benötigt. Die für das Heizen benötigte Energie wurde dann aber bereits während der Fahrt aus der Batterie entnommen.
Der große Vorteil der Vorkonditionierung liegt deshalb vor allem darin, dass die Batterie schneller und unter besseren Bedingungen laden kann.
Wann sollten Sie die Batterie vorkonditionieren?
Wenn Ihr Elektroauto diese Funktion unterstützt, ist die Vorkonditionierung insbesondere sinnvoll:
- bei niedrigen Außentemperaturen
- vor einem geplanten DC-Schnellladestopp
- bei längeren Strecken
- wenn Sie möglichst schnell laden möchten
- wenn die maximale Ladeleistung des Fahrzeugs genutzt werden soll
Am einfachsten funktioniert das bei Fahrzeugen, die die Batterie automatisch vorkonditionieren, wenn eine Schnellladestation als Ziel in der Fahrzeugnavigation ausgewählt wird.
Was kostet der Ladeverlust beim Schnellladen?
Ladeverluste sind nicht nur eine technische Größe. Sie wirken sich unmittelbar auf die tatsächlich bezahlte Energiemenge aus.
Nehmen wir zur Veranschaulichung an, dass Sie 50 kWh Energie in der Batterie benötigen.
Bei 5 % Ladeverlust müssen dafür rund 52,6 kWh aus dem Stromnetz beziehungsweise der Ladesäule bezogen werden. Bei 15 % sind es bereits rund 58,8 kWh.
Bei einem beispielhaften Strompreis von 60 Cent/kWh ergeben sich folgende Kosten:
| Ladeverlust | Energiebezug für 50 kWh in der Batterie | Kosten bei 60 ct/kWh |
|---|---|---|
| 5 % | 52,6 kWh | 31,58 € |
| 7 % | 53,8 kWh | 32,28 € |
| 10 % | 55,6 kWh | 33,33 € |
| 15 % | 58,8 kWh | 35,29 € |
Ergebnis: Der Unterschied zwischen 5 und 15 % Ladeverlust beträgt in diesem Beispiel rund 3,71 €.
Die tatsächlichen Kosten hängen natürlich vom jeweiligen Ladetarif ab. Gerade beim DC-Laden ist außerdem zu beachten, dass öffentliche Schnellladetarife häufig teurer sind als Haushaltsstrom. Die Effizienzvorteile des DC-Ladens können daher die höheren öffentlichen Ladekosten normalerweise nicht ausgleichen.
AC-Laden oder DC-Laden: Was ist effizienter?
Die Antwort lautet: Es kommt auf die Bedingungen an.
Für das tägliche Laden zu Hause ist AC-Laden an einer Wallbox in der Regel die sinnvollere Lösung. Beim Laden an einer Wallbox entstehen nur relativ geringe Ladeverluste. Es ist komfortabel, günstig und verursacht bei geeigneter Ladeleistung eben geringe Verluste.
Ein E-Auto kann auch an einer normalen Haushaltssteckdose geladen werden. Allerdings treten beim Laden an Steckdosen hohe Ladeverluste auf.
Beim DC-Laden kann die Effizienz ebenfalls sehr gut sein, insbesondere wenn die Batterie bereits eine geeignete Temperatur hat. Dafür sind die Ladeverluste stärker von Batterietemperatur und Thermomanagement abhängig.
| Kriterium | AC-Laden | DC-Laden |
|---|---|---|
| Ladegeschwindigkeit | niedrig bis mittel | sehr hoch |
| Typischer Einsatz | Zuhause, Arbeitsplatz | Langstrecke, unterwegs |
| Umwandlung | im Fahrzeug | in der Ladesäule |
| Ladeverluste | bei Wallbox typischerweise niedrig | insgesamt etwa 5–15 % |
| Temperaturabhängigkeit | meist geringer | besonders relevant |
| Vorkonditionierung | selten entscheidend | häufig sehr wichtig |
| Stromkosten | meist günstig | meist höher |
| Empfehlung | tägliches Laden | schnelles Nachladen unterwegs |
Was man aus diesen Beobachtungen mitnehmen kann: DC-Laden kann energetisch effizient sein, während AC-Laden zu Hause meist die kostengünstigere Lösung ist.
Warum DC-Laden trotz Ladeverlusten sinnvoll ist
Der entscheidende Vorteil ist die Geschwindigkeit. Wer auf einer längeren Fahrt innerhalb kurzer Zeit mehrere hundert Kilometer Reichweite nachladen möchte, kommt am DC-Schnellladen kaum vorbei. Die zusätzlichen Energieverluste sind in diesem Zusammenhang der Preis für eine sehr hohe Ladeleistung.
Außerdem können moderne Elektroautos mit einer geeigneten Batterietemperatur und einer effizienten Ladekurve sehr schnell und vergleichsweise effizient laden.
Entscheidend ist deshalb nicht, DC-Laden grundsätzlich zu vermeiden, sondern es gezielt einzusetzen.
So können Ladeverluste beim DC-Laden reduziert werden
1. Batterie vor dem Schnellladen vorkonditionieren
Wenn Ihr Fahrzeug diese Funktion unterstützt, sollten Sie sie vor einem geplanten Schnellladestopp nutzen. Idealerweise übernimmt das Fahrzeug die Temperierung automatisch, wenn Sie die Schnellladestation als Navigationsziel eingeben.
2. Bei kalten Temperaturen nicht direkt nach dem Start schnellladen
Eine kalte Batterie benötigt unter Umständen zusätzliche Energie für die Erwärmung und kann zunächst nur mit reduzierter Leistung laden. Wenn möglich, sollte der Schnellladestopp nach einer längeren Fahrt erfolgen oder die automatische Vorkonditionierung genutzt werden.
3. Die Schnellladung nicht unnötig bis 100 % fortsetzen
Bei vielen Elektroautos fällt die Ladeleistung mit zunehmendem Ladezustand deutlich ab. Besonders ab etwa 80 % kann sich der Ladevorgang erheblich verlangsamen. Für Langstrecken ist es deshalb häufig effizienter, nur so viel Energie nachzuladen, wie für die nächste Etappe benötigt wird.
4. Die Ladeleistung des Fahrzeugs berücksichtigen
Eine Schnellladesäule mit beispielsweise 300 kW bedeutet nicht automatisch, dass Ihr Elektroauto mit 300 kW lädt. Die tatsächlich mögliche Ladeleistung wird durch das Fahrzeug, die Batterie, den Ladezustand, die Temperatur und die Ladestation bestimmt.
Es gilt daher immer: Das schwächste Glied der Kette begrenzt die Ladeleistung.
5. Geeignete Schnellladesäulen nutzen
Moderne Schnellladesäulen verfügen über leistungsfähige Leistungselektronik und ein geeignetes Kühlkonzept. Eine hohe Nennleistung allein ist jedoch kein Qualitätsmerkmal. Entscheidend sind unter anderem die tatsächliche Ladeleistung, die Ladekurve und die Kommunikation zwischen Fahrzeug und Ladesäule.
6. Ladeleistung nicht unnötig reduzieren
Eine geringere Ladeleistung kann beim DC-Laden unter bestimmten Umständen die Energieverluste reduzieren. Gleichzeitig verlängert sich dadurch aber die Ladezeit. Wenn Sie schnell weiterfahren möchten, ist es deshalb nicht sinnvoll, die Ladeleistung ohne konkreten Grund stark zu begrenzen.
7. Ladezustand für Schnellladestopps sinnvoll planen
Die maximale Ladeleistung wird häufig nur in einem bestimmten Ladezustandsbereich erreicht. Mit steigendem State of Charge, kurz SoC, reduziert das Fahrzeug die Ladeleistung zunehmend. Für die Langstrecke ist deshalb häufig ein Ladefenster sinnvoll, bei dem relativ schnell Energie aufgenommen werden kann, anstatt möglichst lange an der Säule zu stehen.
8. Ladeverluste bei der Kostenberechnung berücksichtigen
Der Energieverbrauch des Fahrzeugs und die tatsächlich bezogene Energie sind nicht identisch. Wenn Sie die tatsächlichen Kosten des Schnellladens ermitteln möchten, sollten Sie deshalb die vom Ladepunkt abgerechnete Energiemenge und nicht ausschließlich die Anzeige des Fahrzeugs betrachten.
Was das für die Lade-Praxis bedeutet
Beim DC-Laden entstehen ebenfalls Ladeverluste, sie sind jedoch anders verteilt als beim AC-Laden.
Die aktuelle ADAC-Untersuchung zeigt Gesamtverluste von etwa 5 bis 15 %. Die Umwandlung von Wechselstrom in Gleichstrom in der Schnellladesäule verursacht dabei durchschnittlich nur rund 3 %. Deutlich relevanter kann die Energie für das Heizen oder Kühlen der Batterie sein, die zusätzliche 2 bis 8 % ausmachen kann.
Besonders wichtig ist deshalb die Batterietemperatur. Bei kalten Bedingungen kann eine fehlende Vorkonditionierung die Ladeverluste deutlich erhöhen. Im ADAC-Test stiegen sie beim Tesla Model Y beispielsweise von 4 % mit Vorkonditionierung auf 10 % ohne Vorkonditionierung.
Für den Alltag bleibt AC-Laden an einer Wallbox meist die wirtschaftlichste Lösung. Das DC-Schnellladen spielt seine Stärken dagegen auf längeren Strecken aus, wenn große Energiemengen in kurzer Zeit benötigt werden.
Die wichtigste Empfehlung lautet daher: Zu Hause möglichst effizient per Wallbox laden – unterwegs DC-Schnellladen gezielt einsetzen und die Batterie vor dem Ladestopp möglichst auf eine geeignete Temperatur bringen.