Vorkonditionierung E-Auto

Bei tiefen Zelltemperaturen limitieren moderne Elektroautos den Ladestrom, um die Batterie zu schonen. Deshalb bieten immer mehr Modelle die Funktion zur Vorkonditionierung des Akkus an. Damit wird die Batterie schon während der Fahrt vorgeheizt, damit sie auf der idealen Temperatur für die Schnellladung ist. Wie viel mehr Energie das Auto durch die Vorkonditionierung braucht, und ob sich dadurch der Ladestopp verkürzt, wird bei dieser Studie untersucht.

Getestet wurden 5 Elektrofahrzeuge mit einer Akkukapazität zwischen 52 und 100kWh, welche laut Hersteller die Funktion zur Vorkonditionierung der Batterie unterstützen. 

• Nicht bei allen Fahrzeugen war ein deutlicher Unterschied der Ladeleistung messbar. 
• Die mittlere Ladeleistung war mit Ausnahme eines Modells mindestens 4% höher. Hierbei konnte eine Zeitersparnis von bis zu 9 Minuten beobachtet werden. Modelle mit bereits hohen Ladeleistungen und Akkukapazitäten, profitieren tendenziell von der Vorkonditionierung mehr als Modelle mit kleineren Batterien.
• Mit Ausnahme eines Modells stieg bei allen anderen Fahrzeugen der Verbrauch um mindestens 3% an. 

5 Testfahrzeuge wurden auf einer vordefinierten Strecke mit einem vordefinierten Zyklus gefahren und geladen. Hierbei wurden folgende Messwerte/Parameter erfasst:

• Innenraumtemperatur
• Aussentemperatur
• State of charge (SOC) – Ladezustand der Batterie in %
• OBD-Daten zu Batterie/Ladung (wo möglich)
• Verbrauch
• Geschwindigkeit
• Strecke
• Zeit
• Ladeleistung, -kapazität und -dauer

Es wurden verschiedene beliebte Fahrzeuge und Modelle von verschiedenen Herstellern und Konzernen getestet.

Mit sämtlichen Fahrzeugen wurde immer die gleiche Strecke gefahren und bei der gleichen Ladestation geladen. Hierbei handelt es sich um eine öffentliche Ladestation, welche laut Anbieter bis zu 300kW leistet. Gefahren wurde eine Distanz von 91.7km. Der Startpunkt war dabei auf 510m.ü.M, der höchste Punkt bei 866m.ü.M und die Ladestation, welche das Ziel darstellt, auf 515m.ü.M.

Dabei wurden pro Fahrzeug immer zwei Fahrten durchgeführt. Vor jeder Fahrt wurde das Fahrzeug am Vorabend draussen parkiert, damit die Batterie entsprechend kalt war bei Antritt der Fahrt. Einmal wurde mit der Routenführung über die Navigation aktiv gefahren, wodurch die Vorkonditionierung stattfinden sollte, und einmal ohne Routenführung aktiv, wobei die Vorkonditionierung nicht stattfindet. Hierbei wurde versucht, dass der SOC  der Batterie (Ladezustand der Batterie in Prozent)bei der Ankunft an der Ladestation bei ca. 18% liegt. Hintergrund hierfür ist, dass bei den meisten Fahrzeugen die maximale Ladeleistung primär bei tiefen Ladeständen zur Verfügung steht. Jedoch sollte der SOC nicht zu tief sein, da ansonsten Funktionen wie die Heizung oder evtl. sogar die Vorkonditionierung deaktiviert werden könnten.

Gestartet wurde dementsprechend jeweils mit einem berechneten Ladestand des Fahrzeuges in Abhängigkeit der Batteriekapazität, erwarteter Verbrauch und zu fahrende Distanz.

Vor Begin der Fahrt, wurden jeweils die Zähler im Fahrzeug zurückgesetzt und bei Ankunft an der Ladestation ausgelesen. Wenn möglich wurden die OBD-Daten (On-Board-Diagnose) ebenfalls aufgezeichnet. Während der Fahrt selbst wurde die Heizung auf 22°C und «Automatik» gestellt. Sitz- oder Lenkradheizung wurden nicht aktiviert. Gefahren wurde jeweils mit dem adaptiven Tempomat, wodurch ein möglichst ähnliches Fahrprofil der einzelnen Fahrten gewährleistet werden soll.

Auffällig ist dabei, dass bei Fahrzeug D der Verbrauch mit vermeintlich aktivierter Vorkonditionierung geringer wurde. Da bei diesem Fahrzeug keine OBD-Daten zur Verfügung stehen, und das Resultat auch bei einer erneuten Fahrt mit Vorkonditionierung gleichblieb, ist davon auszugehen, dass die Vorkonditionierung nicht funktioniert hat und der leicht geringere Verbrauch durch die 2°C Temperaturdifferenz der Aussenluft resultiert. Bei Fahrzeug A ist der Unterschied ebenfalls sehr gering. Trotz Auswertung der OBD-Daten, konnte nicht belegt werden, dass die Vorkonditionierung funktioniert hat. Es ist ebenfalls davon auszugehen, dass der Unterschied durch die Temperaturdifferenz von 1.5°C resultiert. Bei sämtlichen anderen Fahrzeugen ist ein Mehrverbrauch von 6.0% bis 8.15% festzustellen.

Erhofft wird durch die Vorkonditionierung meist ein Zeitgewinn an der Ladestation. Niemand wartet gerne, wodurch diese Funktion einen bedeutenden Einfluss auf den Komfort von Reisen mit Elektrofahrzeugen hat.

Während bei den Fahrzeugen A und D ohne Vorkonditionierung insgesamt weniger Energie geladen werden musste, was sich anschliessend in kaum merkbaren Unterschieden bei der Dauer niederschlägt, konnten bei den restlichen Fahrzeugen eine Zeitersparnis zwischen rund 18% bis 28% beobachtet werden. In Zahlen formuliert: es konnten zwischen 6 und 9 Minuten an der Ladesäule gespart werden.

Die Studie hat gezeigt, wie viel Zeit durch die Vorkonditionierung an der Ladestation gespart werden kann. Doch wie viel mehr kostet die zusätzlich verwendete Energie?

Basieren auf einem Vergleich verschiedener Preise bei Anbietern von Schnellladestationen des TCS liegt der Durchschnittliche Preis pro kWh bei 60-80 Rappen. Die daraus resultierenden Mehrkosten sind wie folgt:

In der obigen Tabelle wird das Fahrzeug D nicht aufgeführt, da der Verbrauch mit vermeintlich aktiver Vorkonditionierung geringer war als ohne, weshalb angenommen werden kann, dass die Vorkonditionierung nicht funktioniert hat.

Die unterschiedlichen Mehrkosten pro 100km der für die Studie verwendeten Fahrzeuge bewegen sich im Bereich zwischen 0.42-1.32CHF bei einem Preis von 60Rappen/kWh bzw. 0.56-1.76CHF bei einem Preis von 80Rappen/kWh.

Die Studie hat gezeigt, dass es deutliche Unterschiede zwischen den einzelnen Modellen gibt. Falls die Vorkonditionierung, wie vorhergesehen funktioniert, ist die Zeitersparnis deutlich. Der dadurch entstehende Mehrverbrauch ist nicht zu vernachlässigen, jedoch sind die Mehrkosten überschaubar.

Modelle mit bereits hohen Ladeleistungen und Akkukapazitäten profitieren tendenziell mehr von der Vorkonditionierung als Modelle mit kleineren Batterien.

Für den Fahrer ist nicht in jedem Modell ersichtlich, ob die Funktion aktiv ist oder nicht. Das kann Zweifel aufkommen lassen, ob die Routenführung korrekt eingestellt wurde bzw. die Funktion überhaupt unterstützt wird. Weiter gibt es nur bei wenigen Modellen die Funktion zur manuellen Aktivierung der Vorkonditionierung, weshalb auch bei bekannter Route das Navigationssystem verwendet werden muss.