So wird die WLTP-Reichweite von Elektroautos berechnet

Die WLTP-Reichweite ist das Endergebnis einer kontrollierten Messkette und nicht die Strecke, die in einer einzigen Runde des Fahrzyklus zurückgelegt wird. Diese Kette verbindet eine definierte Fahrzeugkonfiguration, den Fahrwiderstand, die Batterieentladung, die gemessene elektrische Energie und geregelte Berechnungen.

WLTC ist die Fahrkurve, WLTP das Prüfverfahren

Der Worldwide harmonized Light vehicles Test Cycle, WLTC, gibt dem Bediener des Rollenprüfstands vor, wie sich die Fahrzeuggeschwindigkeit über die Zeit ändern muss. Das Worldwide harmonized Light vehicles Test Procedure, WLTP, definiert das umfassendere Prüfsystem: Fahrzeugklassifizierung, Prüfmasse, Ermittlung des Fahrwiderstands, Laborbedingungen, Batterievorbereitung, Messung, Berechnungen, Interpolation und Konformitätsanforderungen.

Für die leistungsstarken Pkw, die den Großteil heutiger Elektrofahrzeugvergleiche ausmachen, umfasst der WLTC der Klasse 3b vier Phasen:

niedrig: 589 Sekunden;
mittel: 433 Sekunden;
hoch: 455 Sekunden;
sehr hoch: 323 Sekunden.

Zusammen dauern sie 1,800 Sekunden, umfassen etwa 23,27 km und erreichen 131,3 km/h. Die Durchschnittsgeschwindigkeit einschließlich der Stillstandszeiten beträgt rund 46,5 km/h. Diese Zahlen beschreiben die Fahrkurve und begrenzen die Elektrofahrzeugprüfung nicht auf 23 km. Ein batterieelektrisches Fahrzeug muss so weit entladen werden, dass die für die Reichweitenberechnung erforderliche nutzbare Batterieenergie und der Energieverbrauch bestimmt werden können. UNECE: UN Regulation No. 154, Worldwide harmonized Light vehicles Test Procedure

Die Unterscheidung verhindert außerdem einen verbreiteten Irrtum: Ein japanischer Wert mit der Bezeichnung „WLTC“ muss nicht dieselbe Kombination der vier Phasen verwenden wie ein europäischer WLTP-Wert. Die Umsetzungsregeln des jeweiligen Marktes bestimmen, welche Phasen und Berechnungen in den deklarierten Wert eingehen.

Schritt 1: Das zertifizierte Fahrzeug festlegen

Ein Elektrofahrzeugtyp kann mit verschiedenen Radgrößen, Reifen, Ausstattungslinien und Optionskombinationen angeboten werden. Jede mögliche Ausführung zu prüfen wäre unpraktikabel; für alle nur ein optimales Ergebnis zu veröffentlichen wäre jedoch irreführend.

Deshalb arbeitet WLTP mit Fahrzeugfamilien und, sofern zulässig, mit Interpolation. Fahrzeug H stellt innerhalb einer Interpolationsfamilie die Konfiguration mit dem höheren Energiebedarf im Fahrzyklus dar, Fahrzeug L diejenige mit dem niedrigeren Bedarf. Die geprüften Grenzfahrzeuge und ihre Ergebnisse für Fahrwiderstand und Energieverbrauch bilden die Grundlage zur Berechnung der Werte einzelner Konfigurationen dazwischen.

Die Masse ist konfigurationsabhängig. Das Verfahren geht von der Masse des fahrbereiten Fahrzeugs aus und addiert geregelte Zuladungselemente, um die anwendbare Prüfmasse zu erhalten. Unterschiede bei Aerodynamik und Rollwiderstand infolge von Rädern, Reifen und Ausstattung werden über Fahrwiderstand, deklarierte Daten und die Familienregeln berücksichtigt.

Deshalb können zwei Versionen mit gleicher Batterie und gleichen Motoren unterschiedliche WLTP-Reichweiten haben. Ein größeres Rad kann den Rollwiderstand erhöhen, die frontale Luftströmung verändern und die Rotationsverluste steigern. Zusätzliche Ausstattung kann die Masse oder den Kühlbedarf erhöhen. Der zertifizierte Wert gehört zu einer definierten Konfiguration oder interpolierten Position und nicht lediglich zu einem Modellnamen.

Schritt 2: Den Fahrwiderstand ermitteln

Der WLTC gibt die Geschwindigkeit über der Zeit vor, sagt dem Rollenprüfstand aber nicht, welche Kraft ein bestimmtes Fahrzeug überwinden muss. Diese Kraft wird getrennt als Fahrwiderstand ermittelt.

Die repräsentierte Konfiguration wird mit ihrer anwendbaren Prüfmasse sowie den vorgeschriebenen Reifen, dem Reifendruck, der Radausrichtung, der Fahrhöhe und dem aerodynamischen Zustand vorbereitet. Eine übliche Ermittlungsmethode ist ein Ausrollversuch auf der Straße: Das aufgewärmte Fahrzeug verzögert im Leerlauf oder in einem speziellen Ausrollmodus, während Geschwindigkeit und verstrichene Zeit aufgezeichnet werden. Fahrten in entgegengesetzten Richtungen und geregelte Korrekturen verringern den Einfluss von Wind, Steigung, Luftdichte und Temperatur.

Der daraus entstehende Zielwert wird häufig so dargestellt:

F(v) = f0 + f1 × v + f2 × v²

Die Terme niedrigerer Ordnung enthalten einen großen Teil des Roll-, Lager- und Antriebsstrangwiderstands. Der quadratische Term wird von der aerodynamischen Luftwiderstandskraft dominiert. Die Fahrzeugform geht somit schon vor dem Befahren des WLTC in das WLTP-Ergebnis ein: Eine größere Stirnfläche, ein ungünstigerer Luftwiderstandsbeiwert, ein offener Kühlluftweg, eine andere Radumströmung oder eine größere Fahrhöhe können die Fahrwiderstandskurve erhöhen.

Der Zielfahrwiderstand wird anschließend in Einstellungen des Rollenprüfstands übersetzt. Rollen und Reifen erzeugen bereits einen Teil des Laborwiderstands; die elektrische Bremse stellt daher die zusätzliche Kraft bereit, die nötig ist, damit das Gesamtsystem dem Straßenziel entspricht. Ein Ausrollversuch auf dem Prüfstand bestätigt die Einstellung innerhalb der vorgeschriebenen Toleranz. Ein Kühlgebläse kann das stehende Fahrzeug anströmen, doch die kalibrierte aerodynamische Last wird von den Rollen nachgebildet und nicht durch die Kraft des Gebläses erzeugt. UNECE: UN Regulation No. 154, Worldwide harmonized Light vehicles Test Procedure EUR-Lex: Commission Regulation (EU) 2017/1151, consolidated WLTP requirements

Der Fahrwiderstand ist auch für die WLTP-Interpolation zentral. Fahrzeug H und Fahrzeug L definieren die Grenzen mit höherem beziehungsweise niedrigerem Energiebedarf für zulässige Konfigurationen; der deklarierte Wert einer individuellen Ausführung wird innerhalb dieser geregelten Familie berechnet. Räder, Reifen, Ausstattung und aktive aerodynamische Einrichtungen müssen daher nach den geltenden Prüf-, Berechnungs- und Familienregeln berücksichtigt werden.

Ein zu niedrig angesetzter Fahrwiderstand würde die in jeder Phase gemessene Batterieenergie verringern, wobei die aerodynamische Auswirkung in der hohen und sehr hohen Phase am größten wäre. Weil diese Eingangsgröße zu einflussreich ist, um undefiniert zu bleiben, regelt die Vorschrift Fahrzeugvorbereitung, Datenverarbeitung, Ausrollversuche und Prüfstandsverifizierung.

Schritt 3: Batterie und Labor vorbereiten

Das Fahrzeug wird nach dem vorgeschriebenen Verfahren vollständig geladen, konditioniert und vor der Prüfung temperiert. Das Normaltemperaturverfahren findet unter kontrollierten Laborbedingungen bei etwa 23 °C statt. Der genaue Ablauf umfasst Toleranzen, Pausen und Abbruchregeln; er entspricht nicht dem Start eines Kundenfahrzeugs an einem beliebigen Tag bei 23 °C.

Für vom Fahrer wählbare Modi gelten die entsprechenden Vorgaben. Nebenverbraucher und Klimatisierungslasten werden durch das Verfahren kontrolliert und nicht so gewählt, dass sie eine bestimmte Familienfahrt nachahmen. Der resultierende Wert ist daher als standardisierter Vergleich bei normaler Prüftemperatur zu verstehen und nicht als Prognose der Winterreichweite.

Separate Niedrigtemperaturverfahren sind ein sich entwickelnder Teil des Regelwerks, sollten jedoch nicht stillschweigend mit der bekannten kombinierten WLTP-Reichweite vermischt werden. Prüfungsbezeichnung, Temperaturbedingung und Werttyp müssen gemeinsam mit der Zahl angegeben werden.

Schritt 4: Die Batterie entladen

Die Regelung sieht für batterieelektrische Fahrzeuge eine konventionelle Prüfung mit aufeinanderfolgenden Zyklen und ein verkürztes Prüfverfahren vor.

Beim Verfahren mit aufeinanderfolgenden Zyklen wiederholt das Fahrzeug die anwendbare Zyklusfolge, während der Ladezustand der Batterie sinkt. Der letzte Zyklus wird nach den vorgeschriebenen Abbruch- und Berechnungsregeln behandelt. Dieses Verfahren ist konzeptionell direkt, kann bei einem Elektrofahrzeug mit großer Reichweite jedoch viele Wiederholungen und zahlreiche Laborstunden erfordern.

Das verkürzte Prüfverfahren reduziert diese Zeit, behält aber gemessene Zyklusabschnitte bei hohem und niedrigem Ladezustand bei. Sein grundlegender Ablauf lautet:

Mit einer vollständig geladenen und konditionierten Batterie beginnen.
Den ersten WLTC-Abschnitt bei hohem Ladezustand fahren.
Einen geregelten Konstantgeschwindigkeitsabschnitt mit mindestens 100 km/h nutzen, sofern das Fahrzeug dies zulässt, um Energie schneller zu entnehmen.
Einen weiteren WLTC-Abschnitt bei niedrigem Ladezustand fahren.
Bis zum vorgeschriebenen Abbruchkriterium der Batterie weiterfahren.
Wiederaufladen und die erforderlichen Energiedaten erfassen.

Der mittlere Konstantgeschwindigkeitsabschnitt wird nicht wie eine gewöhnliche WLTC-Fahrt angerechnet. Er ist ein zeitsparender Entladungsabschnitt. Die gemessenen WLTC-Abschnitte dienen zur Bestimmung des Energieverbrauchs im Zyklus, während die Gesamtprüfung die nutzbare Batterieenergie bestimmt. Die detaillierten Gleichungen berücksichtigen Strecke, Änderung des Ladezustands und den unvollständigen Schlussabschnitt. Das verkürzte Verfahren wurde eigens entwickelt, damit Elektrofahrzeuge mit immer größerer Reichweite nicht Dutzende identischer Zyklen absolvieren müssen. UNECE: Development of the WLTP shortened test procedure for electrified vehicles

Wann genau endet die WLTP-Entladeprüfung?

Das Erreichen von 0% im Kombiinstrument ist nicht das Abbruchkriterium. Im verkürzten Verfahren ist der Endpunkt erreicht, wenn das Fahrzeug im zweiten Konstantgeschwindigkeitsabschnitt am Prüfungsende die vorgeschriebene Toleranz der Geschwindigkeitskurve vier aufeinanderfolgende Sekunden oder länger überschreitet. Danach wird die Fahrpedalsteuerung deaktiviert und das Fahrzeug innerhalb von 60 Sekunden zum Stillstand gebracht. UNECE: UN Regulation No. 154, Worldwide harmonized Light vehicles Test Procedure UNECE: Development of the WLTP shortened test procedure for electrified vehicles

Dies ist ein betrieblicher Endpunkt bei einem definierten Leistungsbedarf. Er bedeutet nicht, dass die Zellen den elektrochemischen Nullpunkt erreicht haben. Das Batteriemanagementsystem behält eine Schutzreserve oberhalb des schädlichen Niederspannungsbereichs.

Erreicht die Anzeige 0%, bevor das Fahrzeug die Fähigkeit verliert, der letzten Kurve zu folgen, bleibt die nach den angezeigten 0% verbrauchte Gleichstromenergie Teil der gemessenen Entladeprüfung. Wird der Antrieb begrenzt, bevor auch die letzte Wattstunde entnommen wurde, die bei geringerer Last noch nutzbar wäre, endet die Prüfung mit noch physisch vorhandener Energie.

Diese Unterscheidung ist wichtig, weil die Klemmenspannung unter Last sinkt. Nahe der unteren Ladezustandsgrenze könnte eine Batterie noch langsame Fahrt ermöglichen, aber nicht mehr einen höheren Geschwindigkeits- oder Beschleunigungsbedarf erfüllen. Ein kontrollierter Konstantgeschwindigkeitsabschnitt nahe dem Abschaltpunkt verringert diese Schwankungsquelle gegenüber einem Ende an einer beliebigen Stelle eines dynamischen Zyklus.

Schritt 5: Die nutzbare Batterieenergie messen

Während der Entladeprüfung werden Gleichspannung und Gleichstrom der Batterie gemessen. Die Integration der Gleichstromleistung über die Zeit ergibt die Energie, die dem wiederaufladbaren Energiespeichersystem nach dem Verfahren entnommen wurde.

Vereinfacht:

Gleichstromenergie = Integral aus Batteriespannung × Batteriestrom über die Zeit

Die so ermittelte nutzbare Batterieenergie ist verfahrensabhängig. Sie hängt vom vorgeschriebenen Vollladezustand und vom Abbruchkriterium der Batterie ab. Sie entspricht nicht automatisch der beworbenen Bruttokapazität und muss nicht der bei allen Bedingungen für den Fahrer zwischen angezeigten 100 und 0 verfügbaren Energie entsprechen.

Eine nach WLTP gemessene nutzbare Energie kann eine Reserve unterhalb der angezeigten 0% einschließen, wenn das Fahrzeug die vorgeschriebene Kurve weiterhin bewältigt. Energie, die unterhalb der Antriebsabschaltung geschützt ist, wird nicht berücksichtigt. Aus der nutzbaren Energie allein lässt sich die Reserve unter null nicht erkennen; dazu müssen der angezeigte Ladezustand oder Batteriemanagementdaten zusammen mit der Gleichstromentladung aufgezeichnet werden.

Nach der Entladung wird das Fahrzeug entsprechend dem geregelten Ablauf wieder aufgeladen. Für die Angabe des elektrischen Energieverbrauchs kann die Wechselstromenergie aus dem Stromnetz gemessen werden, wodurch Ladeverluste erfasst werden. Die Reichweitenberechnung selbst nutzt die geregelte Beziehung zwischen nutzbarer Batterieenergie und Gleichstromverbrauch im Zyklus. Bevor ein WLTP-Verbrauchswert zur Rückrechnung einer Batteriekapazität dient, muss deshalb geklärt werden, ob er gleichstrom- oder wechselstromseitig gemessen wurde.

Schritt 6: Zyklusverbrauch und Reichweite berechnen

Das verkürzte Verfahren kombiniert den gemessenen Energieverbrauch der WLTC-Abschnitte bei hohem und niedrigem Ladezustand nach der Gewichtungsmethode der Regelung. Vereinfacht dargestellt:

Elektrische WLTC-Reichweite = nutzbare Batterieenergie / gewichteter WLTC-Gleichstromverbrauch

Wird die nutzbare Batterieenergie in kWh und der Verbrauch in kWh/km angegeben, ergibt der Quotient Kilometer. Die tatsächliche Regelung enthält vorgeschriebene Bestimmungen zu Phasen, Korrektur, Gewichtung, Abbruch und Rundung; die kurze Gleichung zeigt die physikalische Beziehung, ersetzt aber keine Homologationsberechnung.

Der kombinierte Wert nutzt die vollständige anwendbare Phasenkombination. Ein Stadtwert wird aus den urbanen Teilen abgeleitet, vor allem aus der niedrigen und mittleren Phase des anwendbaren Pkw-Zyklus. Jeder Wert beantwortet eine andere Frage zum Geschwindigkeitsprofil.

Bei einer Interpolationsfamilie werden die Prüfergebnisse von Fahrzeug H und Fahrzeug L verwendet, um den deklarierten Wert jeder Konfiguration zu bestimmen. Der Hersteller reicht deklarierte Werte ein, doch sie müssen die vom Verfahren geforderte Beziehung zu den Messergebnissen sowie die Validierungs- und Konformitätsanforderungen der Genehmigungsbehörde erfüllen. WLTP ist ein geregeltes Typgenehmigungssystem und keine uneingeschränkte Herstellerschätzung.

Warum die WLTP-Reichweite oft von der Autobahnreichweite abweicht

Der Zyklus enthält Stillstände, Niedriggeschwindigkeitsbetrieb und Möglichkeiten zur Rekuperation. Seine sehr hohe Phase erreicht Autobahntempo, doch die vollständige Gewichtung über 30 Minuten ist keine Dauerfahrt mit 120 oder 130 km/h. Bei konstant hoher Geschwindigkeit kann der aerodynamische Leistungsbedarf dominieren, während kaum Bremsenergie zurückgewonnen werden kann.

Die Normaltemperaturprüfung schließt außerdem den anhaltenden Energiebedarf für Innenraum- und Batterieheizung vieler Winterfahrten aus. Umgekehrt kann ein effizientes Elektrofahrzeug im dichten Stadtverkehr bei mildem Wetter seine kombinierte WLTP-Reichweite übertreffen.

Die Abweichung ist fahrzeugspezifisch. Eine feste Regel wie „20% abziehen“ verwirft genau die Unterschiede, die ein sinnvoller Vergleich sichtbar machen sollte.

WLTP-Werte richtig vergleichen

Prüfen Sie, ob beide Werte:

aus derselben Marktumsetzung und Prüfgeneration stammen;
entweder kombinierte oder Stadtwerte sind und nicht jeweils einer davon;
zur relevanten Rad-, Reifen- und Antriebsstrangkonfiguration gehören;
zertifiziert und nicht vorläufig sind;
bei einem Verbrauchsvergleich dieselbe Messgrenze verwenden.

WLTP eignet sich am besten als kontrollierter Vergleich gleichartiger Konfigurationen. Weniger geeignet ist es als Versprechen für eine Route, deren Geschwindigkeit, Wetter und thermische Lasten wenig mit dem Verfahren gemeinsam haben.