Geladene vs getankte Kilowattstunden

Inhaltsverzeichnis

In meinem 40-Liter-Benzintank gebiete ich über gut 388 kWh Energie, schließlich enthält ein Liter Superbenzin rund 9,7 kWh. Was also darf ich dann von einem 35,8-kWh-Akku im neuen e-Golf erwarten? An jeder Raststätte eine halbe Stunde Kaffee trinken neben der Ladesäule?

Der Fahrer eines Verbrenner-Autos hat es schwer, die tatsächliche Reichweite eines Elektromobils anhand ein paar technischer Daten einzuschätzen. Doch er kennt sich recht gut mit dem Verbrauch und damit der Reichweite seines Benzinmotors aus.

Bild 1 von 5

Geladene vs getankte Kilowattstunden (5 Bilder)

Seine Verwirrung ist daher durchaus gerechtfertigt: Sein modernes Fahrzeug verbraucht bei normaler Fahrweise rund 7 Liter Benzin. Mit einem 40-Liter-Tank kommt er gut 500 km weit – 5 Liter Reserve wird er sich sicherlich bewahren. Das heißt aber auch, dass er dabei 7*9,7 kWh, also fast 68 kWh auf gerade mal 100 km durch den Auspuff gejagt hat!

Vom Tank zum Rad

Wieso soll ein e-Golf mit 36-kWh-Batterie nach dieser Rechnung also weiter als 50 km kommen? Ganz maßgeblich bestimmen die unterschiedlichen Wirkungsgrade von E-Motor und Verbrenner die Realität. Aber auch die Fähigkeit, Bremsenergie statt in die Erwärmung der Bremsscheiben wieder zurück in Strom zu verwandeln, verschafft dem E-Mobil Vorteile; Rekuperation heißt diese Methode.

Stationäre Verbrennungsmotoren (also feste Drehzahl, optimiert auf einen Betriebspunkt) schaffen vielleicht 40 Prozent, Diesel etwas mehr. Weit mehr als die Hälfte der eingesetzten Energie geht als Abwärme verloren. Mehr noch: Sie muss auch noch aufwändig über Kühlsysteme abgeführt werden.

Im Auto ist die Bilanz noch schlechter, denn hier gibt es fast kein Fahren im günstigsten Betriebspunkt, was den Wirkungsgrad weiter drastisch senkt. E-Motoren hingegen bieten einen Wirkungsgrad von mehr als 90 Prozent, weit weniger abhängig von Belastung und Drehzahl.

Für die Reichweite ist die Effizienz „Tank/Akku to Wheel“ ausschlaggebend, also vom Energiespeicher bis ans Rad. Da liegen selbst gute Benziner bei nur rund 25 Prozent Wirkungsgrad, während man bei E-Autos – nicht zuletzt wegen der Rekuperation – weiterhin mit mehr als 90 Prozent rechnen darf. Anders gesagt: 75 Prozent der Energie des 40-Liter-Tanks kommen nicht auf der Straße an, sondern werden in Wärme umgesetzt. Mehr als 100 kWh nutzbare Energie bietet der 40-Liter-Tank also nicht.

Spillerig = effizient

Weitere Faktoren zehren am Vorsprung des Verbrenners: Weil Akkus mit jeder zusätzlichen Kilowattstunde schwerer und teurer werden, muss der Hersteller ein Optimum aus Preis, Gewicht und Reichweite finden, mit dem sich das Auto verkaufen lässt. Das gesamte Gebilde muss also an allen möglichen Stellen auf Effizienz optimiert werden, damit noch genug Nutzen rausspringt. Gute Aerodynamik (cW-Werte) und geringer Rollwiderstand (schmale Räder) haben hier erheblich höhere Priorität als bei herkömmlichen Fahrzeugen. Für Verbrenner war das lange Zeit irrelevant, weil der NEFZ gute Aerodynamik nicht belohnte. Nicht zuletzt kommen E-Autos mit sehr einfachen Getrieben (oder gar ganz ohne) aus, was hier die Reibungsverluste weiter senkt.

Grün auch ohne grüne Welle

In der Stadt ist das E-Auto der King: Der Großteil der fürs Beschleunigen benötigten Energie kann an der nächsten roten Ampel gleich wieder durch Rekuperation in den Akku zurückgeholt werden. Der reine Verbrenner kann das nicht bieten. Die innerstädtischen NEFZ-Verbrauchswerte der Benziner sind bekanntlich die höchsten. Ähnliches gilt auch für das Fahren in den Bergen: Bergauf kostet Benzin, bergab reicht Leerlauf oder heute sogar Segeln. Der E-Mobilfahrer indes leert bergauf die Batterie, bergab wird sie per Rekuperation wieder befüllt. E-Rallye-Fahrer können aus der Praxis bestätigen, dass der Verbrauch kaum höher liegt als in der Ebene.

Auf der Autobahn indes freut sich der Verbrennerfahrer immer wieder, wenn der stolze Tesla S, der ihn eben noch mit seiner mörderischen Beschleunigung geschockt hat, wieder rechts einfädelt, weil sein Fahrer gerade einen Blick auf die Ladestandsanzeige geworfen hat: Je schneller es voran geht, desto mehr Energie muss gegen Luft- und Rollwiderstand aufgebracht werden – und Rekuperation findet bei konstanter, zügiger Fahrt nicht statt.

Brettern kostet Energie – immer!

Da ist der Verbrennerfahrer allerdings gar nicht besser dran. Wer ordentlich aufs Pedal tritt, verbraucht mehr, egal mit welchem Antrieb. So kommt es auch nicht von ungefähr, dass die Motoren von Luxus-Limousinen oder großen SUVs, die mit 250 km/h Topspeed in der Preisliste stehen, typischerweise 200 kW (270 PS) und aufwärts leisten.

Wie viel Energie zum Erreichen und wie viel zum Halten der Höchstgeschwindigkeit benötigt werden, lass ich mal dahingestellt. Für eine einfache Rechnung sei hier angenommen, man müsse tatsächlich 270 Pferdchen für dauerhafte 250 km/h galoppieren lassen. Dann verbläst man also 200 kW und saugt damit selbst einen üppigen 100-kWh-Akku der Oberklasse in 30 Minuten leer – wobei man 125 km weit kommt.

Ein vergleichbarer Benziner ist da im Grundsatz auch nicht besser dran, wie obiges Beispiel zeigt, denn sein 40-Liter-Tank birgt ja auch nur 100 kWh nutzbare Energie. Während es bei PS-starken Verbrenner-Fahrzeugen aber ein Leichtes ist, einen doppelt großen Tank einzubauen, wäre derzeit ein 200-kWh-Akku eher etwas für Busse: Der 100-kWh-Akku eines Tesla S etwa wiegt schon 750 kg – den verdoppelt man nicht "mal eben" auf 1500 kg. Nebenbei bemerkt: Der Benziner würde bei Vollast Wirkungsgrad verlieren, weil dabei Benzin auch noch zum Kühlen in den Zylindern (Anfetten) benutzt wird. Es ist also fraglich, ob er mit seinen 80 Litern im Tank tatsächlich doppelt so weit kommt wie ein vergleichbares E-Mobil.

Schlechter Start

Elektro-Autos sind noch längst kein Massenphänomen. Sie sind teuer, die heute immer noch nötige Suche nach Ladestationen ist nicht jedermanns Sache und die lange Ladezeit (verglichen mit Tanken) passt einfach nicht zu jedem Nutzungsprofil.

Die E-Mobilität hatte zusätzlich einen schlechten Start, weil zu Beginn durchaus einiger Murks in die Läden kam. Speziell die ersten E-Golfs (noch mit 24-kWh-Akku) haben sich nicht mit Ruhm bekleckert. Mein Kollege Axel Kossel von c't war geradezu erschüttert: Das war der erste Testwagen, der auf einem Transporter statt auf den eigenen vier Rädern bei der Redaktion vorfuhr.

Der Kollege wollte dann abends damit die 32 km lange Heimfahrt antreten – kein Problem bei 160 km angezeigter Reichweite. Die fiel aber nach nur 2 km Stadtfahrt bereits um 25 km. Sowas verunsichert ungemein, aber die Prognose beruht halt auf dem Momentanverbrauch. Sind "Heizung an" und "Bleifuß" zum Testen des Drehmoments die ersten Aktionen, dann passiert eben genau das. Der Kollege gelangte denn auch problemlos heim und zurück.

An der mittlerweile deutlich gestiegenen Akzeptanz für E-Mobile gebührt vor allem Elon Musk mit Tesla Respekt für ein großes Verdienst: „Mal eben“ LiIon-Akkus für Notebooks in ein sexy Auto zu packen und damit eine neue Reichweiten-Dimension aufzutun, hat die etablierten Hersteller seinerzeit echt geschockt. Aus gutem Grund: Erinnert sich noch jemand an explodierende LiIon-Akkus in HP-Notebooks? Oder Samsungs Fiasko mit den Akkus im Galaxy Note 7?

Lithium-Ionen-Akkus müssen sehr sorgfältig geladen werden, mit sehr viel Elektronik-Aufwand, damit sie nicht überhitzen. Tesla war da außerordentlich mutig. Bis dahin dominierten in E-Fahrzeugen die gutmütigeren NiMH-Akkus, die aber weniger Kapazität bei gleichem Gewicht boten.

Praxis heute

Noch sind die meisten Verbräuche nach NEFZ angegeben, auch bei E-Mobilen. Der aktuelle e-Golf verbraucht danach 12,7 kWh/100 km, der reale Verbrauch liegt im Schnitt bei ungefähr 16 kWh/100 km. Bei größeren Fahrzeugen und etwas sportlicherer Fahrweise sollte man lieber einen realen Verbrauch von bis zu 20 kWh einkalkulieren.

Im Winter muss man für die Heizung zusätzlichen Verbrauch berücksichtigen. Denn die Abwärme von Batterie und Antrieb erreicht mit maximal 10 Prozent (Akku to Wheel) nicht annähernd die Höhe der thermischen Verluste, die ein Verbrennungsmotor zum Heizen spendieren kann. Im E-Mobil arbeitet man daher gleich mit einer Wärmepumpe, die mit 1 bis 2 kW Input 2 bis 7 kW Heizleistung erzeugt, unabhängig vom Tempo.

Wer es darauf anlegt, wird bestätigen können, dass 10 kWh auf 100 km möglich sind – wenn man im Frühling bei lauen Temperaturen auch auf Bundesstraße und Autobahn 90 km/h als Obergrenze durchhält. Doch wer tatsächlich auf maximale Reichweite fahren muss, wünscht sich dann dringend moderne Assistenten als Standardausstattung und nicht als Luxus-Option: Ein automatischer Abstandstempomat, der für softes Beschleunigen sorgt und das langweilige Windschattenfahren hinter LKWs gefahrlos ermöglicht, sollte genauso dazugehören wie exakte Reichweitenangaben. Ebenso sollten energiesparende Lichtkonzepte mit LEDs statt Halogenscheinwerfern so selbstverständlich sein wie Wärmepumpen für eine energie-effiziente Heizung.

Haben wir's denn nicht genauer?

Klares Nein. Kollege Clemens Gleich verbrauchte im Nissan Leaf der 1. Generation im Schnitt 16,7 kWh/100 km. Im aktuellen VW e-Golf hatte er einen Schnitt von 14,3 kWh/100 km; im VW e-Up kam er auf 11,8 kWh auf der Landstraße. Und all das unter der Maßgabe, dass die Ladesäulen-Anzeigen genauso wenig schwindeln wie die Füllstandsanzeigen der Akkus und die daraus errechneten Reichweitenangaben. Zurück zur Ausgangsfrage: Wie weit komm ich denn mit 36 kWh? Grundsätzlich schafft man es wohl 360 km weit.

Also nur Öko-Askese und no Fun? Aber nein! Man gewinnt per Drehmoment jedes Beschleunigungsduell und ist der Held der Kurzstrecke. Doch wer emsig aufs Pedal tritt, der muss auch emsig bei jeder sich bietenden Gelegenheit laden. (gr)