In het vorige artikel heb ik besproken wat we nodig hebben om een elektrische auto een realistisch bereik van 500km te geven, namelijk: De accu van 100kWh. De vraag is nu echter, hoe lang gaat het opladen hier van duren?

Veel automobilisten zeggen pas over te willen stappen als het opladen binnen 5 of 10 minuten kan. Is dat wel realistisch? Is dat überhaupt mogelijk? Voordat we beginnen is een stukje basis elektrotechniek nodig. Een paar termen die van belang zijn in dit hele verhaal: Volts (V), Ampéres (A), Watts (W), Wisselstroom (AC) en Gelijkspanning (DC).

Dat klikt allemaal heel spannend, maar ik ga het proberen simpel te houden. Elektrisch vermogen druk je uit in Watts, dit is het resultaat van Voltage maal Amperage. Net zoals in het vorige artikel pak ik weer het voorbeeld van de magnetron die 1000 Watt gebruikt. Uit het stopcontact thuis komt 230 Volt. Zoals ik hier boven al noemde is Watts het resultaat van Voltage maal Ampérage, dus wanneer je 1000 Watt deelt door 230 Volt kom je uit op: 1000 / 230 = 4.35 Ampére.

Moeilijk? Nee, eigenlijk helemaal niet. Maar je moet het eventjes weten.

Dan hebben we nog Wisselspanning (AC) en Gelijkspanning (DC). Om het heel simpel te houden: Uit een stopcontact komt AC, maar dat is niet op te slaan, daarom slaan we DC op in batterijen. Wisselspanning is ook makkelijker te transporteren over een lange afstand, ook is gelijkspanning een stuk gevaarlijker dan wisselspanning. (Zie ook de Wikipedia artikelen over AC en DC die hier boven gelinkt zijn.) Hoe AC en DC precies werken is niet relevant voor dit artikel, maar het is wel belangrijk om te weten dat ze beide bestaan.

De 100kWh accu opladen
Terug naar de 100kWh accu en deze opladen. Hoe gaan we dat doen? Een regulier stopcontact in Nederland is afgezekerd op 16 Ampére bij 230 Volt, daar komt dus een maximaal vermogen uit van 3.6 KiloWatt (kW). Een uur lang 3.6kW aan vermogen uit dit stopcontact halen levert ons 3.6kWh aan energie op. De berekening is dan ook simpel om uit te rekenen hoe lang we er over doen om de 100kWh accu vol te laden: 100 kWh / 3,6 kW = 27,7 Uur

We zijn dus 27,7 uur bezig om een accu van 100 kWh geheel op te laden vanuit een regulier stopcontact. Helaas leven we ook hier wéér niet in een ideale wereld. Zoals aangegeven komt er uit het stopcontact AC, maar slaat de accu van de auto DC op. De lader in de auto moet dus AC omzetten in DC. Bij dit proces treed verlies op in de vorm van warmte en dat resulteert in een langere laadtijd.

Het rendement van het laden van een elektrische auto ligt zo rond de 90%, maar kan vanwege diverse factoren wisselen. Hierdoor verbruiken we dus ongeveer 110kWh om een accu van 100kWh vol te laden, dat zorgt er voor dat onze laadtijd over de 30 uur gaat. Naast het rendement van de lader speelt ook temperatuur een rol en kunnen accu’s vanaf 90% tot 100% niet met maximaal vermogen geladen worden, maar dat laat ik gemakshalve nu even achterwege.

Ruim 30 uur zijn we dus bezig, dat moet sneller kunnen, maar hoe?
Een gemiddeld huis in Nederland is aangesloten met een hoofdzekering van 35A of 40A. Dit kan per huis sterk verschillen in verband met het bouwjaar, maar laten we voor het gemak nu 40A aanhouden. We kunnen er voor kiezen om de 16A zekering voor het stopcontact te vervangen door eentje van 32A, dan gaat het laden ineens twee keer zo snel! Probleem is dan wel dat binnen een afzienbare tijd je waarschijnlijk brand in huis hebt, want de bedrading en het stopcontact zijn niet echt opgewassen tegen 32A. Met betere bedrading en een andere aansluiting is het wel mogelijk om 32A aan vermogen aan te leggen, maar je laadtijd is dan nog steeds een uurtje of 16.

3-fase wisselspanning
Deze term zal je waarschijnlijk niets tot weinig zeggen, maar toch is het overal om ons heen. In de volksmond ook wel ‘krachtstroom’ of ‘380’ genoemd. Het zijn die rode “stopcontacten” die je ziet in een gemiddelde werkplaats. Veel mensen praten bij elektriciteit over de ‘min’ en ‘plus’, dat gaat echter alleen op bij DC. Bij AC heb je een Live (L) en een Neutral (N). Voor wie wel eens een stopcontact heeft aangesloten: een reguliere is met de bruine draad aangesloten op de L en met de blauwe draad op N. Bij 3-fase spanning heb je niet één Live, maar 3: L1, L2 en L3. Een krachtstroomstekker heeft in totaal 5 pinnen: L1, L2, L3, N en een Aarde (Gnd).

Rode cee stekker

Waar komt dan de term ‘380’ vandaan? Als je bij 3-fase spanning een voltage meter zet tussen L1 en N zal je een voltage meten van 230 Volt. Zet je de meter tussen L1 en L2 dan zal je een voltage meten van 400 Volt. Vroeger was het voltage in Nederland 220 Volt en daarmee was het voltage tussen L1 en L2 380 Volt. Om het netwerk in Europa gelijk te trekken is besloten dit te verhogen naar 230 en 400 Volt. Het mooie is dat je met 3-fase spanning dus 3 keer zo veel vermogen tot je beschikking hebt! De standaard rode stekkers gaan tot 16 of 32A, grotere stekkers voor 63A en 128A bestaan ook, maar die zal je niet snel tegen komen.

Uit een 3-fase aansluiting kan je dus 3x16A of 3x32A halen, dat levert op:
((230 * 32) * 3) = 22kW

Uit een 32A 3-fase aansluiting kunnen we dus 22kW aan vermogen halen! Terug naar de 100kWh accu: 100kWh / 22kW = 4.5 Uur
In de ideale wereld (zie eerdere uitleg) kan je met een 3-fase aansluiting in zo’n 4,5 uur de accu opladen. In de echte wereld zal dit echter zo’n 5 tot 5.5 uur duren.

N.B. voor de techneuten: Ik weet dat (230 * 32) * 3) niet te correcte berekening is, echter is dit wel zo simpel voor het voorbeeld.

3-fase spanning is overal!
Ons gehele distributie netwerk, eigenlijk over de gehele wereld, geschied met 3-fase spanning. Het Wikipedia-artikel kan je er alles over vertellen. Bijna elk huis in Nederland krijgt 3-fase spanning binnen in de meterkast, maar vaak zijn we maar op 1-fase aangesloten.

Waarom niet veel vermogen over één fase?
Hoe meer Ampére je gebruikt, hoe dikker de kabel moet zijn. Wil je dus 22kW aan vermogen vanaf één fase, dan heb je nodig: 22.000 Watt / 230 Volt = 95.6 Ampére. Een kabel voor 95.6 Amperé is ongelofelijk dik en onbruikbaar. Daarnaast dient een 3-fase netwerk ook in balans te blijven. Als er op L1 héél veel vermogen verbruikt wordt en op L2 en L3 bijna niet dan zullen er verderop in het netwerk problemen ontstaan. Door alle drie de fasen evenredig te belasten voorkom je dit.

Onze 100kWh accu opladen duurt nog steeds 5 uur!
Een belletje naar je netbeheerder is voldoende om je huis (mits de meterkast geschikt is) aan te laten sluiten op alle 3 de fasen met 40 Ampére. Je betaald daar jaarlijks wel extra vastrecht voor, maar je kan je auto dan wel met 3x32A opladen. Voor thuis is dat prima, maar langs de weg wil je sneller opladen dan 5 uur. Zó gezellig is het bij de McDonald’s nou ook weer niet. De standaard connector voor het opladen van elektrische auto’s in Nederland is de “Type 2” connector, die vaak ook ‘Mennekes’ wordt genoemd (de naam van de fabrikant).

Mennekes stekker

Deze connector is ontwikkeld om een maximaal vermogen van 3x63A te leveren richting de auto. 3x63A komt neer op een vermogen van 43kW, daar kunnen we weer mee rekenen: 100kWh / 43kW = 2.5 uur opladen. Dit vermogen zul je thuis niet snel krijgen, maar voor een middelgroot kantoorpand of een restaurant is zoiets prima aan te leggen. Als je echter de berekening er bij pakt, dan zijn we nog steeds 2.5 uur aan het laden om die accu van 100kWh vol te krijgen. De Renault ZOE die in 2013 op de markt komt heeft een accu van 22kWh, maar is in staat om met 3x63A te laden. 22kWh / 43kW = 30 minuten. Die auto kan dus met 30 minuten worden vol geladen bij een 63A oplaadpunt. Deze korte laadtijd is enkel mogelijk doordat de accu simpelweg kleiner is.

Hoe dan toch binnen 5 minuten?
Dat gaat niet meer lukken met de 3-fase wisselspanning, dat houdt op bij 63A. Je komt dan op het terrein van het snelladen! Snelladers leveren hun vermogen door middel van gelijkspanning (DC) met een voltage van 500 Volt. Bij wisselspanning (AC) wordt er gebruik gemaakt van de interne lader van de auto die de AC omzet in DC voor de accu. Bij snelladen wordt de snellader direct met de accu van de auto verbonden en bevindt de lader zich in de grote kast die er staat.

De snelladers in Nederland kunnen een vermogen van 50kW leveren, maar bijvoorbeeld de SuperCharger van Tesla kan tot wel 90kW aan vermogen leveren. Met 50kW doen we er alsnog 2 uur over om onze 100kWh accu op te laden en met een Tesla SuperCharger zou het met een uurtje kunnen. Een uurtje is nog steeds niet wat we willen, we willen die 5 minuten! Met 400kW aan vermogen zouden we de 100 kWh accu in 15 minuten vol krijgen, willen we door naar 5 minuten dan hebben we 1200kW nodig. 1200kW aan vermogen komt overeen met 1200 magnetrons die op vol vermogen aan staan.

Is 1200kW realistisch?
Nee, verre van. 1200kW aan vermogen is om meerdere redenen onrealistisch:
• Een kabel waar 1200kW door heen moet gaan kan door geen enkel mens getild worden, laat staan aan een auto worden aangesloten.
• Accu’s hebben er grote moeite mee zo snel geladen te worden, laat staan dat ze het überhaupt aan kunnen.
• 1200kW is een zeer grote hoeveelheid aan vermogen. Dat brengt een zéér grote stress met zich mee voor het energienet.

Het feit is dat om de laadtijd te halveren, het laadvermogen moet worden verdubbelt. Gaan we terug van 5 minuten naar 10 minuten, dan zouden we nog ‘maar’ 600kW nodig hebben. We moeten ons goed realiseren dat bij het toenemen van accucapaciteit de laadtijd daarbij óók toe neemt. Een laadtijd van onder de 30 minuten voor dergelijke grote accu’s is onrealistisch en kunnen we ook niet snel verwachten. Echter, een laadvermogen van 200kW zal op een bepaald moment wél mogelijk worden, daarmee kunnen we onze accu dan in 30 minuten opladen.

De addertjes onder het gras
Het is niet bepaald makkelijk om dergelijke grote accu’s snel te laden. Eigenlijk is het voor elke accu lastig om in minder dan 30 minuten geladen te worden. Veel onderzoek gaat deze richting in, maar het vermogen wat we richting de auto kunnen sturen blijft een limitatie. Als je het huidige snelladen bekijkt zie je ook vaak staan: 80% in 30 minuten. Dit komt doordat accu’s niet van 0% tot 100% met het zelfde vermogen geladen kunnen worden. Boven de 80% kunnen accu’s minder snel vermogen opnemen, waardoor het laden dus begint af te bouwen.

Dat moet je ook nog mee nemen in alle bovenstaande berekeningen. Die komen allemaal uit de ideale wereld waar geen verliezen optreden en accu’s vrolijk alles blijven accepteren wat je hun kant op stuurt.

Hoe dan naar Zuid-Frankrijk?
Dat is voor een EV geen enkel probleem, je doet er alleen wat langer over. Tesla zal voor Model S -en toekomstige modellen- het SuperCharger-netwerk ook in Europa uitrollen, waarmee je Tesla’s 85kWh accu in ongeveer 1 uur en 15 minuten kan opladen. Vervolgens kan je weer zo’n 400km rijden. De wijze van reizen zal veranderen, het is niet meer vol ‘gas’ rijden, snel de tank vol gooien en door rijden, dat zal er met een EV niet meer inzitten.

De EV met range-extender blijft in zulke situaties natuurlijk wel ideaal. Accu leeg? Benzine er in en rijden maar. Je rijdt hiermee niet volledig elektrisch, maar je behoudt wel de vrijheid van de lange ritten. Niet iedereen (zoals ik) rijd naar Zuid-Frankrijk, voor mij past een EV dan ook prima. Dat moet iedereen voor zijn situatie bekijken.

Lees ook deel 1 met alles over laadtijden, bereik en accu’s.

Deze gastbijdrage is afkomstig van Wido Den Hollander, fulltime petrolhead die echter zweert bij de elektromotor. Zorgde ervoor dat het driefasenladen bij Tesla op de agenda kwam en wacht sindsdien met een oplaadstekker in de hand op het moment dat zijn Model S arriveert.


Meer lezen over: , , , , , , ,

Deel dit artikel

Gerelateerde artikelen

Dankjewel voor de uitleg Wido. Ik stroom over van jaloezie, (jij een Tesla Model-S, ik een BMW Diesel) 🙂

Ik riep het al bij dit artikel. Opladen in 5 minuten zoals de Koreanen claimen, zal helaas niet mogelijk zijn en worden. Maar voor gebruik in Nederland is een 100KW accu meer als voldoende. ik kan er mee leven. voor de vakantie zal dan een andere oplossing gezocht moeten worden. Een range-extender in de vorm van een aggregaat op aanhanger misschien? of achteraf een peec-power inbouwen onder de Front-trunk. Ruimte zal daar dacht ik.

Bron:

Accu in 5 minuten opladen: http://www.groen7.nl/elektrische-auto-met-magnesium-lucht-accus-rijdt-800-km/

Peec-power:
http://www.groen7.nl/peec-power-nederlandse-doorbraak-voor-de-elektrische-auto/

@flyingd: Inderdaad, 5 minuten opladen van een grote accu gaat nu niet werken en nooit niet.

In de praktijk is de 3-fase 16A of zelfs 32A die uit een publiek laadpunt komt echt genoeg voor 99% van de laadbehoeften.

Het probleem is nu vooral dat totdat de Model S of ZOE op de weg komt er geen EV is die ook écht 3-fase kan laden.

Enkel-fase 16A schiet gewoon echt niet op, 32A is leuk, maar nog steeds maar 7kW. 3-fase 16A is al 11kW aan laadvermogen en dat tikt aan.

@ceessss: Ik verwacht inderdaad geen problemen. Denk dat iedereen snel wil ruilen voor een weekje!

Om op vakantie te gaan ruil je die Model S toch gewoon met iemand die een lekkere BMW 535d heeft? Er staan mensen genoeg te springen om eens een week of twee met een elektrische auto te rijden 🙂

Ik vind de investering in het zoeken naar betere batterijen goed maar niet fantastisch belangrijk. Waterstof in een brandstofcel is sowieso de toekomst. Het zelfde als tanken, hupsakidee, weer extra km’s. Achja, maar met batterijen zijn mensen nu eerder vertrouwd dus het zal nog even duren voor de normale jan met de pet met een Waterstofbrandcel zal rondrijden. En idd ook, waar ga je tanken met je patserbak op H2’tjes? Ook het feit dat redoxreacties een beetje ingewikkelder zijn dan een ontploffinkje in een cilinder heeft er sowieso ook mee te maken. Wacht nog 15-20 jaar en het zal wel een beetje beter gaan met waterstof motoren …

@sollie: Waterstofcellen verspillen 50% van de beschikbare energie doordat de productie van waterstof enorm veel energie kost. Er is electriciteit nodig om waterstof te maken. In jouw ideale wereld gooien we dus de helft van de energie weg. Niet heel efficient

De fabrikant kan ook de spanning van de batt verdubbelen dan word de stroom gedeeld 12V bij 1A = 24V 0.5A ga zo maar door

Reactie plaatsen

Je moet ingelogd zijn om reacties te posten.