Verbrauch E-Auto mit Wohnwagen

Sehr oft werden wir gefragt, wie hoch unser Verbrauch ist. Da der Verbrauch aber von sehr vielen Parametern abhängt unterteilen wir den Verbrauch nachfolgend in 5 große Bereiche. In jedem Bereich wird die physikalische Grundlage dazu erklärt und Tipps zum Energiesparen (grün hinterlegt) aufgeführt.
Bei den Verbrauchsberechnungen setzten wir für ein E-Auto einen Wirkungsgrad von 80% an (Dieser Wirkungsgrad variiert natürlich von KFZ-Modell zu KFZ-Modell). Das bedeutet: 80% der im Akku gespeicherten Energie wird für das Fahren verwendet, die restlichen 20% werden hauptsächlich in Abwärme umgewandelt und sind für die Fortbewegung leider nicht nutzbar.

Das Bild (oben) zeigt die Werte unseres KIA EV6 nach einer Gespannfahrt mit unserem Klappi vom Brenner (dort hatten wir auf den Akku auf 85% geladen) nach Oberbayern, bei einer Außentemperatur von 5°. Bei der Fahrt über 146,4 km haten wir einen Durchschnittsverbrauch von 19,8 kWh/100km. Angekommen sind wir mit einer Restladung von 47% und der Bordcomputer errechnet eine verbleibende Reichweite von 141 km, aber dieser Wert stimmt eigentlich nie (meist zu hoch). Ist auch logisch, denn der KFZ kann ja nicht wissen, wohin die nächste Fahrt geht.

Als Fahrzeit werden 2:19h angegeben. Diese Zeit zeigt aber nur an, wie lange das KFZ nicht ausgeschaltet wurde. Wir lassen den KIA beim An- und Ab-hängen des Wohnwagen an Ladesäulen, oder bei einer Pinkelpause an, damit die Statistikwerte der Fahrt erhalten bleiben.

Roll-Widerstand

Wird ein Fahrzeug auf einer ebenen Fläche bewegt, muss dazu der Roll-Widerstand Fr überwunden werden. Dieser Widerstand ist umso höher, je schwerer das Fahrzeug – und je schlechter der Untergrund (z.B.: Sand) ist.

Um den Rollwiderstand zu überwinden benötigt man die Kraft:
Fr = m * g * cR
m = Masse (Gewicht) des Fahrzeug in kg
g = 9,81 m/s² (Gravitationskonstante)
cR = Rollwiderstandsbeiwert (abhängig vom Rad und Untergrund). Ein typischer Wert für PKW-Reifen auf Asphalt ist 0,013
Je 100 kg Gewicht ergibt sich für Fr = 12,75 J (Joule) oder Ws (Wattsekunde)
Wird der Rollwiderstand durch ein E-Auto überwunden, so ergibt sich ein Verbrauch von:

0,442 kWh/100 km je 100 kg Gewicht (unabhängig von der Geschwindigkeit).

Der Verbrauch errechnet sich aus: Kraft * Weg / Zeit * Wirkungsgrad. Bei einem PKW-Gewicht von 2.000 kg sind das dann 8,84 kWh/100km. Wenn zusätzlich ein Anhänger mit 1.000 kg gezogen wird, erhöht sich der Verbrauch auf:

Gespann-Verbrauch: 13,26 kWh/100 km.

Einsparen beim Roll-Widerstand

leichten Wohnwagen kaufen (weniger ist mehr )
weniger Gewicht mitnehmen (z.B.: keine oder nur eine statt zwei Gasflaschen, Verzicht auf ein Ersatzrad, Wassertank erst am Urlaubsort füllen, usw.)
Reifen mit kleinem Rollwiderstandsbeiwert kaufen (die Kraftstoffeffizienz wird vom Hersteller angegeben: mindestens B, besser A)
auf korrekten Reifendruck achten (niemals zu wenig Druck).

Luft-Widerstand

Wird ein Fahrzeug bewegt, wird dadurch Luft um das Fahrzeug geleitet – und das bremst. Um diesen Luft-Widerstand zu überwinden benötigt man die Kraft Fl

Fl = ½ * p * cw * A * v²
p = Dichte der Luft (1,225 kg/m³ bei 15° Temperatur auf Meereshöhe bei Normalwetter)
cw = Widerstandsbeiwert, abhängig von der Fahrzeugform (cw-Wert)
A = Querschnittsfläche, senkrecht zur Fahrtrichtung (Stirnfläche) in m²
v = Geschwindigkeit in m/s
(cw-Wert und Stirnfläche können beim KFZ-Hersteller erfragt werden)
Der Luft-Widerstand ist hauptsächlich von der Geschwindigkeit abhängig. Nachfolgend eine Tabelle eines E-Autos mit cw = 0,28 und Stirnfläche 2,5 m²:
Geschwindigkeit      Verbrauch
(in km/h)                    (in kWh/100km)
25                                       0,72
50                                       2,87
75                                       6,46
100                                    11,49
125                                    17,95
150                                    25,85
175                                    35,18
Der Verbrauch zum Überwinden des Luft-Widerstandes steigt mit der Geschwindigkeit im Quadrat:
doppelte Geschwindigkeit => vierfacher Verbrauch !
dreifache Geschwindigkeit => neunfacher Verbrauch !

Zu beachten ist zusätzlich, dass Gegenwind zur gefahrenen Geschwindigkeit addiert (und Rückenwind entsprechend abgezogen) wird.

Das Berechnen des Luft-Widerstandes eines Gespannes ist nicht korrekt möglich, da der Anhänger zum Teil im Windschatten des PKW fährt, was per Formel nicht einfach abgebildet werden kann. Zur Berücksichtigung des Windschattens ziehen wir 80% der Stirnfläche des KFZ von der Stirnfläche des Anhängers ab. Für einen Standard-Wohnwagen (2,3m Breite, 2,5m Höhe) ergibt sich dann eine zu berücksichtigende Stirnfläche von 3,29 m², für unseren Klappi (2m Breite, 1,45m Höhe) 0,5 m². Als cw-Wert für den Anhänger verwenden wir 0,5 (ähnlich einem modernen LKW). Daraus ergibt sich folgende Verbrauchsgrafik.

die rote Linie zeigt den Verbrauch zum Überwinden des Roll-Widerstandes an (unabhängig von der Geschwindigkeit)

die gelbe Linie zeigt den Gesamt-Verbrauch zum Überwinden des Roll+Luft-Widerstandes eines Gespanns mit einem Standard-Wohnwagen

die grüne Linie zeigt den Gesamt-Verbrauch unseres Gespanns mit dem Klapp-Wohnwagen

(ein gewaltiger Unterschied, ob man einen Standard-Wohnwagen oder unseren Klappi zieht):

Einsparen beim Luft-Widerstand

kleinen, aerodynamischen Wohnwagen kaufen (weniger ist mehr ). Ideal ist ein Klappwohnwagen.
Verzicht auf zusätzliche Anbauten (z.B.: Dachträger, SAT-Schüssel, Fahrradständer usw.)
geringere Geschwindigkeit (besonders bei Gegenwind)
Ein weiteres Einsparpotential ist eine möglichst gleichmäßige Geschwindigkeit. Werden z.B.: eine Strecke von 100 km mit dem Solowagen mit konstant 100 km/h in einer Stunde gefahren, so ist das sparsamer, als wenn die gleichen 100 km Strecke zur Hälfte mit 75 km/h und die andere Hälfte mit 125 km/h gefahren werden. Man erreicht das Ziel dann ebenfalls nach einer Stunde, hat aber einen ca. 3,5% höheren Verbrauch.

Trägheit (Beschleunigen und Bremsen)

Fährt ein Fahrzeug der Masse m mit der Geschwindigkeit v, so hat es eine kinetische Energie Ek

Ek = ½ * m * v²
Ein Gespann der Masse 3.000 kg hat bei einer Geschwindigkeit von 50 km/h eine kinetische Energie Ek50 von ½ * 3.000 kg * (50.000 m / 3.600 s)² = 289.352 kg*m²/s² = 289,4 kJ = 0,08 kWh (1 kJ = 1/3600 kWh)
Das gleiche Gespann hat bei einer Geschwindigkeit von 100 km/h eine kinetische Energie

Ek100 von 1.157,4 kJ = 0,32 kWh

=> Beschleunigt man das 3.000 kg Gespann vom Stand auf 100 km/h, so benötigt man hierfür wegen des Wirkungsgrades von 80% 0,4 kWh Energie aus dem Akku, unabhängig davon, ob man zügig oder langsam beschleunigt.

Diese Beschleunigungsenergie erklärt auch, warum der Bordcomputer des KFZ kurz nach dem Losfahren einen sehr hohen Durchschnittsverbrauch anzeigt. Angenommen man fährt konstant mit 100 km/h bei einem angenommen Durchschnittsverbrauch von 30 kWh/100 km, so sind das 0,5 kWh Energieverbrauch je Minute. In der ersten Minute addiert sich hierzu die Beschleunigungsernergie von 0,4 kWh und der Bordcomputer zeigt folglich einen Durchschnittsverbrauch von 54 kWh/100km (0,9 * 60) an. In der zweiten Minute werden dann 42 kWh/100km (1,4 * 30) angezeigt und nach insgesamt 60 Minuten sind es dann 30,4 kWh/100 km.

Bremst man am Ende der Fahrt auf den Stand ab, so entspricht dies einer negativen Beschleunigung. Die anfänglich benötigte Energie von 0,32 kWh wird wieder frei. Bei einem Verbrenner wird diese Energie in den Bremsen in Wärme umgewandelt. Beim E-Auto kann durch Rekuperieren (das Abbremsen erfolgt nicht über die Bremsen, sondern über den Antriebsmotor) wieder in elektrische Energie umgewandelt werden, welche den Akku lädt. Leider hat das Rekuperieren einen schlechten Wirkungsgrad, so dass nur ca. 60% der Bewegungsenergie in den Akku zurückgeführt werden kann (beim Gespann noch weniger, da die Auflaufbremse des Anhängers die Energie immer in Wärme umwandelt).

Von den zum Beschleunigen aufgewendeten 0,4 kWh werden nur ca. 0,19 kWh (0,32 * 60%) zurückgewonnen.

Einsparen beim Beschleunigen / Bremsen

konstante Fahrt (wenig Beschleunigen)
Rekuperieren statt Bremsen
wenig Bremsen bzw. Rekuperieren (wer bremst - verliert). Viele Bremsvorgänge können durch vorausschauende Fahrweise minimiert werden. Statt Bremsen bzw. Rekuperieren ist es sinnvoller die Bewegungsenergie zum Überwinden von Roll- und Luft-Widerstand zu verwenden (ausrollen lassen = „segeln“). In vielen E-Autos kann deshalb die sonst sinnvolle Rekuperation auch temporär ausgeschaltet werden (bei manchen Verbrennern kann ebenfalls „segeln“ statt Motorbremse eingestellt werden).
geringeres Gewicht hilft sparen (wie beim Roll-Widerstand).

Potentielle Energie

Fährt ein Fahrzeug bergauf, so muss dessen Gewicht angehoben werden. Hierzu benötigt man die Energie Pe

Pe = m * g * h (h = Höhe in m, um die die Masse m angehoben wird).

Fährt man mit dem 3.000 kg Gespann z.B.: von Innsbruck (Höhe 575m) zum Brennerpass (Höhe 1.370m) so benötigt man eine zusätzliche Potentielle Energie von 8,12 kWh zum Überwinden der 795m Höhendifferenz (unabhängig davon, ob man langsam oder schnell hinauf fährt).

1,02 kWh je 100m Höhendifferenz beim 3.000kg Gespann

Benötigt ein Gespann auf der Ebene z.B.: 30 kWh/100 km, so sind das für die 40km zum Brenner 12 kWh (Roll+Luft-Widerstand) zzgl. der 8,12 kWh für das Bergauf. Als Durchschnittsverbrauch zeigt der Bordcomputer dann 50,3 kWh/100km an.

Bergab wird die Potentielle Energie wieder freigegeben (vergleichbar dem Bremsen). Die Potentielle Energie wird zum Überwinden von Roll- und Luft-Widerstand verwendet und verringert dadurch den Verbrauch. Geht es steiler bergab (mehr als ca. 4%), wird mehr Potentielle Energie frei, als Roll- und Luft-Widerstand benötigt und das KFZ beschleunigt, oder muss gebremst werden.

Einsparen am Berg

bei größerem Gefälle (> ca. 4% Gefälle) macht es Sinn, vor der Bergab-Fahrt die Geschwindigkeit etwas zu reduzieren, damit das KFZ dann „segelnd“ schneller werden kann, ohne die Höchstgeschwindigkeit zu überschreiten
(Bitte dabei beachten, dass beim „segeln“, ohne Zug oder Druck auf die Anhängerkupplung, der instabilste Gespann-Zustand vorliegt und es somit leicht zum „Schlingern“ des Anhängers kommen kann).
Ein geringeres Gewicht hilft beim Sparen (wie beim Roll-Widerstand).

sonstige Einflüsse

Den größten Einfluss auf den Energieverbrauch hat beim E-Auto neben dem Gegenwind (siehe Luft-Widerstand) die Außentemperatur.
Die ideale Temperatur liegt bei ca. 20° - 25°. Wird es kälter, benötigt man Energie zum Heizen. Anders als beim Verbrenner, kann ein E-Auto keine Abwärme vom Motor zum Heizen verwenden, so dass mit Energie aus dem Akku geheizt werden muss (Je kälter, desto mehr).

Zudem nutzen viele E-Autos die Heizung auch zum Temperieren des Akkus, da kalte Akkus weniger Leistung haben. Auch der Luft-Widerstand wird bei Kälte größer, da die Dichte der Luft zunimmt.

Regen erhöht den Roll- und Luft-Widerstand

Auch das Vorkonditionieren des Akkus (vor dem Schnell-Laden) kostet Energie.

Einsparen beim Heizen / Kühlen

Bereits beim Kauf des KFZ kann man darauf achten, dass das KFZ eine Wärmepumpe hat (spart ca. 2/3 der Energie, die zum Heizen benötigt wird).
Zudem macht es Sinn, die Innenraum-Temperatur bei Kälte abzusenken und lieber die Sitzheizung zu verwenden
Bei kurzen Fahrten kann man ggf. komplett auf die Klimaanlage verzichten (lieber Sitzheizung oder Sitzkühlung verwenden).

Peter Erhard