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Einheit
Prozent (%)
Einfach erklärt
Der Ladewirkungsgrad gibt an, wie viel Prozent der einem Akku beim Laden zugeführten elektrischen Energie tatsächlich als nutzbare Energie im Akku gespeichert wird. Werden einem Akku 10 kWh zugeführt und am Ende sind 9,2 kWh gespeicherte nutzbare Energie im Akku, beträgt der Ladewirkungsgrad 92 % – die restlichen 0,8 kWh gehen als Wärme durch innere Verluste verloren.
Moderne Lithium-Ionen-Akkus (wie sie in E-Autos, Wallboxen mit Speicher oder Heimspeichern eingesetzt werden) erreichen auf Zellebene typischerweise einen Ladewirkungsgrad von etwa 90–95 %. Zusätzlich entstehen aber weitere Verluste außerhalb der Zelle, etwa im Ladegerät, Batteriemanagementsystem oder in der Wallbox selbst (AC/DC-Umwandlung), die separat betrachtet werden sollten.
Merksatz: Der Ladewirkungsgrad bezieht sich meist auf den reinen Batterievorgang (Energie im Akku gegenüber der Batterie zugeführten Energie). Verluste durch das Ladegerät oder die Wallbox davor kommen zusätzlich dazu.
Fortgeschrittene Erklärung
Der Ladewirkungsgrad ηLaden ist definiert als ηLaden [%] = Egespeichert (kWh) / Ezugeführt (kWh) · 100, wobei Egespeichert die im Akku tatsächlich gespeicherte nutzbare Energie und Ezugeführt die der Batterie beim Ladevorgang zugeführte elektrische Energie ist. Die Differenz wird überwiegend als Wärme durch den inneren Widerstand der Zellen sowie durch chemische Nebenreaktionen abgeführt.
Für Lithium-Ionen-Zellen liegt der reine Round-Trip-Wirkungsgrad (einmal laden, einmal entladen) auf Zellebene meist im Bereich von 90–95 %, wobei der Wirkungsgrad von der Lade-/Entladerate (C-Rate), der Temperatur und dem Ladezustand abhängt: Bei sehr hohen Strömen und an den Rändern des Ladezustands (nahe 0 % oder 100 % SoC) sinkt der Wirkungsgrad tendenziell.
Zusätzlich zum reinen Zellwirkungsgrad entstehen in der Praxis weitere Umwandlungsverluste: Ladegeräte und Wallboxen wandeln Wechselstrom aus dem Netz in Gleichstrom um (bzw. steuern die Ladeleistung), was typischerweise weitere Wirkungsgradverluste von einigen Prozentpunkten verursacht – AC-Ladegeräte und Wallboxen erreichen häufig einen Wirkungsgrad von rund 90–97 %. In Summe kann der Wirkungsgrad „von der Steckdose bis in den Akku“ (Netz-zu-Akku) daher spürbar niedriger liegen als der reine Zell-Ladewirkungsgrad, oft im Bereich von etwa 85–92 %.
Fachlicher Hinweis: Die genannten Prozentbereiche sind typische Richtwerte für Lithium-Ionen-Systeme; genaue Werte hängen von Zellchemie, Temperatur, Laderate und der verwendeten Lade-/Wandlertechnik ab und sollten Datenblättern entnommen werden.
Wichtige Formeln und Zusammenhänge
Egespeichert ist die im Akku gespeicherte nutzbare Energie (kWh), Ezugeführt die der Batterie zugeführte Energie (kWh). Umgestellt: Egespeichert = η_Laden/100 · Ezugeführt, Ezugeführt = Egespeichert/(η_Laden/100). Verluste durch Ladegerät oder Wallbox (AC/DC-Wandlung) sind hierbei nicht enthalten und müssen für eine Netz-zu-Akku-Betrachtung separat multipliziert werden.
Beispiel und Vorgehensweise
Einem Akku werden Ez = 10 kWh zugeführt. Am Ende sind Eg = 9,2 kWh nutzbare Energie im Akku gespeichert. Damit ergibt sich η_Laden = 9,2/10·100 = 92 %.
- Zugeführte Energie Ez und gespeicherte Energie Eg (in kWh) notieren.
- η_Laden = Eg/Ez·100 berechnen.
- Ergebnis mit dem Richtwert von 90–95 % für Lithium-Zellen vergleichen.
Rückrechnung: Soll bei gleicher gespeicherter Energie von 9,2 kWh der Ladewirkungsgrad nur 90 % betragen (z. B. bei hoher Laderate), müsste die zugeführte Energie Ez = 9,2 kWh/(90/100) = 10,22 kWh betragen. Kommt zusätzlich noch ein Ladegerät mit 95 % Wirkungsgrad hinzu, wären netzseitig sogar noch einmal rund 5 % mehr Energie nötig, um dieselbe im Akku gespeicherte Energiemenge zu erreichen.
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