Hoewel de EV -of het nou een plugin hybrid (PHEV) is of een volledig elektrische auto (BEV) is- steeds meer in opkomst is, bestaat er nog veel onduidelijkheid over laadtijden, bereik en accu capaciteiten.

Vooropgesteld: Ik ben een groot fan van elektrisch rijden. Auto’s en motoren vind ik mooi. Ik heb naast mijn dagelijkse hybride auto nog een BMW M5 E39 en een Kawasaki Z750R motor. De hybride staat bij mij op de lijst om vervangen te worden door een Tesla Model S, alleen moet ik daar nog eventjes op wachten.

500km bereik op één accu
Op Autoblog en Groen7 lees je vaak dat men een EV wil die 500 kilometer kan rijden, maar dan ook binnen 5 minuten kan worden opgeladen. Dat is behoorlijk onrealistisch, om meerdere redenen. Ik wil met dit artikel proberen uit te leggen hoe en waarom. Het belangrijkste voor bereik van een EV is de accucapaciteit. Dit drukken we uit in kWh (kilowattuur) en is precies het zelfde als wat je thuis afrekent aan de energiemaatschappij. Een kWh verbruik je door één uur lang precies één kW, ofwel 1000 Watt te verbruiken.

Een gemiddelde waterkoker verbruik zo’n 1000 Watt. Laat deze een uur lang aan staan op vol vermogen en je hebt één kWh verbruikt. Wil je nu een EV maken die 500 km ver komt dan heb je een grote accu nodig, hoe meer kWh je in de accu kwijt kan, hoe verder je kan rijden. Neem een Nissan Leaf als voorbeeld, deze auto heeft een accu van 24kWh. Het verbruik bij een EV druk je uit in Wh/KM, hiermee geef je aan hoe veel Wh (1000e kWh) de auto per kilometer verbruikt. Een Nissan Leaf komt op zijn accu van 24 kWh ongeveer ~140 km ver. Het verbruik is dan: 24.000 Wh / 140 km = 171 Wh/km

Hoe ga je dan de EV bouwen die de 500 km haalt? Minder Wh/KM verbruiken of een grotere accu? Het antwoord is een beetje van beide, maar vooral met een grotere accu. De aandrijflijnen van een EV hebben al een rendement van >90%, daar valt dus weinig winst meer te behalen. Een leuk feit is dat een liter benzine zo’n 10 kWh aan energie bevat. Een Leaf heeft dus omgerekend zo’n 2.5 liter benzine aan boord.

Heb je een auto die 1:15 rijd, dan verbruik je elke 15 kilometer dus 10.000 Wh. Let wel: 10.000 / 15 = 666 Wh/km. Dit hoge energieverbruik van een benzinestoker komt door het feit dat het rendement daar gewoon erg laag ligt, zo ongeveer op 30%. En 30% van 666 Wh is zo’n 199 Wh, behoorlijk in de buurt van de Nissan Leaf!

Om dus terug te komen op de EV met een bereik van 500 km, het antwoord is: een grotere accu! De Tesla Model S die ik besteld heb heeft een accu met een capaciteit van 85 kWh, dat is dus ruim 3x de accu van een Leaf. Tesla claimt een bereik van 480 km met deze 85 kWh: 85.000 Wh / 480 km = 177 Wh. De Model S zou dus iets meer verbruiken dan de Leaf. Op zich niet gek, het is immers een grotere auto. We zien dus al dat 85 kWh nog te weinig is om 500 km ver te komen, met het gegeven van ~175 Wh per kilometer kunnen we wel uitrekenen wat we nodig hebben: 175 Wh * 500 km = 87.500 Wh. Een accu van 87.5 kWh zou ons dus in theorie 500 km ver kunnen brengen.

De “500km” accu
Het woord “theorie” heb ik met opzet in de vorige zin gebruikt, want helaas liggen theorie en praktijk vaak ver uit elkaar. We leven niet in de ideale wereld. Het wil wel eens waaien, regenen, koud of warm zijn. We rijden ook niet 500 kilometer lang met 90 km/h op de cruise-control zonder ook maar één keer te stoppen. Met andere woorden, ons gemiddelde verbruik ligt een stuk hoger dan het theoretische verbruik. Kennen we dit ook niet al van het verbruik van een benzinegestookte auto? De fabriekswaarden liggen vaak verder van de praktijk.

Ik heb al heel wat gereden met een Tesla Roadster en reken zelf vaak met 200 Wh/km. Willen we dus echt 500 km kunnen rijden, dan hebben we nodig: 200 Wh * 500 km = 100.000 Wh. We hebben dus een accu van zo’n 100 kWh nodig om echt 500 km ver te komen.

De 100 kWh accu
De 100 kWh accu kent echter wel een prijskaartje. We kunnen nu prima een 100 kWh accu in een auto leggen, alleen zal de auto dan niet goedkoop zijn. Ook ga je dan geen lichtgewicht auto bouwen, want een 100 kWh accu gaat nogal wat wegen. De grootste uitdagingen zitten hem dan ook in zo veel mogelijk Wh per Kilo accu te verkrijgen. De Tesla Roadster had een accu die zo’n 200 Wh/kg kon opslaan, de Model S gebruikt al accu’s van 300 Wh/kg en in de laboratoria zitten we al op 500 Wh/kg.

Het is dus een kwestie van tijd alvorens we accu’s met dergelijke capaciteiten gaan zien. Het moet namelijk ook wel praktisch haalbaar zijn.

Snelheid vs verbruik
Nu we dat hebben vastgesteld is er nog één groot obstakel te overwinnen en dat is: luchtweerstand. Rond de 100 km/u is voor elke moderne auto een beetje het punt waarop deze het zuinigste is. De ene kan bij 90 km/u het zuinigste lopen, de ander doet dit bij 105, maar het schommelt allemaal rond die cijfers. Ga je harder rijden met een auto, dan gaat hij logischerwijs meer verbruiken. De luchtweerstand blijft namelijk alleen maar toenemen.

Bij een EV neemt het bereik echter heel hard af zodra je harder gaat rijden, het verschil tussen 100 en 120 km/u is groot, dat kan in de tientallen procenten lopen. Om dit te begrijpen moeten we een stukje terug gaan in dit artikel. De aandrijflijn van een EV heeft een rendement van >90%, waar een conventionele auto zo’n 30% haalt. Een brandstofmotor gaat echter efficiënter draaien naarmate je deze zwaarder belast. Het rendement kan dus van 25% stijgen naar 35% als je er hard mee gaat rijden. Een EV doet dit niet, deze is namelijk altijd al superefficiënt. Dat zie je ook wel aan de hoeveelheid energie die je mee neemt. De Leaf komt op 2.5 liter “benzine” zo’n 140km, waar een Prius na 50km al stil staat.

Het heeft allemaal te maken met de hoeveelheid energie die we verbruiken om ons door deze luchtweerstand heen te drukken. Boven de 100 km/u gaat de luchtweerstand de boventoon voeren en gaat bijna alle energie op aan de auto daar doorheen duwen. Dit is simpele natuurkunde, daar gaan we niets aan veranderen. Wat we wel kunnen doen is het ontwerp van auto’s aanpassen. Dichte wielkasten, andere banden, geen grote grill, etc, etc. Dat gaat wellicht ten koste van de looks, maar het zorgt er wel voor dat je minder energie nodig hebt om het zelfde te bereiken. Of we dat met zijn allen mooi vinden? Dat is een hele andere discussie.

Voor nu ga ik het hier bij laten. Ik heb met opzet een aantal factoren weggelaten over de effecten van temperatuur op de accu, het feit dat een accu eigenlijk alleen maar tussen de 10 en 80% geladen wil worden en een aantal andere zaken. Het opladen van deze accu’s is voor een volgend artikel, dat is namelijk weer hele andere materie!

UPDATE: lees ook deel 2, over het opladen van een 100kWh motor.

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

Leuk artikel! De feiten kloppen aardig om het duidelijk te houden en heb het met plezier gelezen.

Over EV’s, ze zijn prachtig. Alleen is het vervelend dat die accu’s zo verschrikkelijk zwaar zijn in verhouding met een litertje peut.

Het gekeelde loremo concept is een goeie combinatie van aerodynamica en prakticaliteit. Dynamisch is ‘een skateboard’ platform het beste maar bij de loremo heb je plaats voor een accu pack tussen de tegen elkaar liggende zetels – zodat je de inzittenden zo laag mogelijk kan steken en dus uw auto zo laag mogelijk maken. De negatieve gevolgen voor de dynamica zullen miniem zijn want het gewicht zit nog altijd op een geschikte plaats – de auto zal een hoger zwaartepunt hebben tegenover het skateboard maar zal heel gemakkelijk van richting veranderen omdat de massa in het midden zit.

Het is ook mogelijk om de druppel vorm te benaderen – en – ik denk – is het tub-achtige chassis erg geschikt voor het iStream productie concept.

De in- en uitstap zal waarschijnlijk niet voor iedereen zijn. Maar – als je de deuren enzo ontwerpt zodat je erin kan rechtstaan wanneer de wagen open is – en gezien de wagen redelijk laag is – kan dit ook meevallen. Eventuele grijphendels om recht te geraken.

Buizenframe + hennepcomposiet : als carbon credits in productie worden toegepast heeft dit soort auto wel een kans. Zeker als je met auto delen werkt waardoor de onpraktische kanten wegvallen (je kan altijd een camionet nemen als het moet) en de voordelige kanten naar voor komen (low credits).

Die oplossing met het meedraaiende stuur is een mogelijkheid. Maar voor minder complexciteit is een joystick misschien aangewezen – samen met googles geautomatiseerde rijden bvb.

De Loremo is vind ik wel een slag te klein. Je kan de zetels ook schuiven om persoonlijke ruimte te creëren. Met een Mclaren stijl bestuurder in het midden kan je er misschien 5-6 personen in kwijt. Dan kan je bijvoorbeeld de electromotor achteraan in het midden plaatsen met de passagiers (hun benen vooral) aan beide kanten. Als je vooraan al 3 mensen kwijt kunt zal dit vooral koffer ruimte zijn. De drijfassen gaan dan onderdoor de benen vd twee achterse passagiers – die licht naar elkaar gekeerd zitten – eventueel – om beenruimte te creëeren. Oftewel één volwassen zit in het midden achteraan en twee kinderzitjes-noodzitjes (om ruimte te geven voor de electromotoren.)

De T25 kent wel een groot parkeervoordeel (lower credits). Maar ik vermoed – de cw waarde vd loremo zal beter zijn. Dat maakt van de Loremo een beter lange afstands voertuig terwijl de T25 een betere stadswagen is.

Dus:
google voor de maps-automatisatie
McLaren voor de onboard CO2, rijgedrag, etc… meting – intergratie vd auto met het systeem
Apple voor de iMirror interface (heads-up – touchscreen – credit-watch – navigation – BigBorther – retinal enableing – smartphone acces – …)
Gorden Murray design (en Saab bvb) voor de klasse 1 stadswagentjes en eventueel anderen
Instagram-facebook voor de communicatie naar de klant toe – geïntegreert met google maps.

dan nog groene energie leveranciers en het distributie netwerk…

Misschien – eens we het ‘vloeibare’ mobiliteits concept op poten hebben gezet – kunnen de werknemers van gesneulvelde Europese en Amerikaanse fabrieken met een deel van hun ontslagpremie en investeerders (zoals fabriekanten) in een soort CoOp structuur een iStream lijn op poten zetten die voor allerlei merken bereid is autos te bouwen. Omdat een iStream lijn kleiner is dan een traditionele fabriek – en eventueel milieu vriendelijker – dan kunnen deze lijnen ook in de gemeenschap worden gebouwd. Willen rapper dan bvb hun geld gebruiken voor de gemeenschap dan kunnen ze het samenleggen om in die gemeenschap zo’n lijn op te zetten.

Zoals Aston Martin de Toyota Qi heeft omgebouwd om de CO2 emmissies van hun bedrijf te reduceren – kunnen ze dan hun eigen versie vd T25 (of Loremo…) creëeren en die laten bouwen in Finland(of was het Sweden)/Genk/Detroit/… Misschien zullen er design studios uit de grond schieten die wagens ontwerpen voor deze lijnen. RUF kan hun filosofie erop toepassen, Pagani,… Ze kunnen deze wagens in hun eigen bezit houden en eraan verdienen via het “iMobile” programma. Als ze cash nodig hebben kunnen ze ze alsnog verkopen. De wagens zelf maken winst zolang ze rijden dus ze zijn een soort asset.

Dan kan een iMobility gebruiker een voorkeur uitdrukken voor een bepaald model/merk. En de verzameling van al die voorkeuren kan dan gebruikt worden om autos aan te schaffen en te distribueren. Komt Roc-A-Fella met zijn eigen model – ontworpen door Murray Design bvb – dan zal deze in het NY gebied wel populair zijn. Het leuke zal ook zijn dat je regionale diversiteit krijgt in auto cultuur.

Er zullen misschien niet zoveel mensen kunnen werken als voorheen maar dat houd ontslagen werknemers niet tegen om investeerders te worden in de toekomst van hun gemeenschap. Voor overheden die zo’n fabrieken subsidiëren zou het ook een betere investering zijn mits het bedrijf (deels) in handen is vd gemeenschap en niet meteen naar China zal vertrekken met het geld. Wanneer olie nog zeldzamer word zal deze vorm van lokale productie financieel interesanter worden.

Omdat de fabrieken meerdere merken en modellen kunnen bouwen zal het economisch een veel stabieler bedrijf zijn. Met 3D printers kunnen ze lokaal zelf de tools creëeren voor specifieke modellen.

En dit allemaal is voor Google/Facebook vooral misschien een ‘echtere’ stroom van inkomsten dan advertenties – en voor apple een manier om met hun expertice (gecompresseerde hardware) een nieuwe markt te betreden. Als hardware specialist kunnen ze ook hun eigen wagen ontwerpen en laten bouwen waar hij gebruikt zal worden.

Voor google bijvoorbeeld is het ook een manier om hun geautomatiseerde voertuigen te introduceren. Aan particuleren geraak je dat initieel moeilijk kwijt maar als een soort taxi die je via een app kan oproepen kan je het veel vlugger commercialiseren. Mogen autonome voertuigen rijden zonder bestuurder? Zou wel handig zijn.

Deze bedrijven zijn competitie op dezelfde markten. Dat is wel een manier (via de keuze vd consument) om kwaliteit te creëeren, maar niet noodzakelijk. Ik vind het ook een beetje verlies van energie om als grote bedrijven op krak hetzelfde terrein te vechten – neem bvb Apple Maps. Om met twee versies van Maps te werken is een beetje absurd. Maps was zonder ‘grote’ concurrentie ook al een degelijk product. Of misschien net vanwege de competitie het enige grote.

Als lid vd CoOp kan je ook eruit gesmeten worden. En er bestaat wel een drang om kwaliteit te creëeren buiten dat vd concurrentie. Maar dat is vooral een kwestie van bedrijfscultuur. Als je een management hebt gericht op puur geldlust (neem 70-80-90 GM bvb) dan zal zelfs concurrentie geen kwaliteit creëeren. Maar als je een bedrijf hebt geleid door mensen met een passie voor de innovatie en het vakmanschap dan wil je uw klanten imponeren zelfs als heb je geen dwingende competitie.

En natuurlijk – de grootste competitie van iMobility is het wagen eigenaarschap. De service moet alle voordelen van wagenbezit benaderen/evenaren/overstijgen en tegelijk goedkoper zijn, milieu vriendelijker. Traditioneel eiganaarschap is de competitie voor iMobility dus kunnen Apple/Google/Facebook/Murray/… gerust samenwerken want hun strijd is als prominente innoverende technologie bedrijven tegen de status quo van mobiliteit.

De mogelijk bestaat ook dat het openbaar vervoer ooit word geprivatiseerd (treinen-bussen-…) Hoewel het niet zo handig zou zijn om parralelle busritten te hebben naar dezeflde plaatsen. Maar mocht dit ooit gebeuren dan heeft iMobility al de technologie in huis om hier stevig te concurreren. Dan kan je bijvoorbeeld voor bedrijven speciale bussen regelen. Voor events. Is het NASCAR circus in de stad dan kunnen bussen ingezet worden.

misschien moeten we wel afstappen van het huidig concept van rijden op rijkswegen.
Stel u rijkswegen voor waarbij de nodige energie verkregen wordt via het wegdek(keuze van de rijder, opladen ook mogelijk). Dan kan je op intercitywegen rijden op niet gestockeerde energie. Om zich te verplaatsen van en naar die wegen heb je wel batterijcapaciteit nodig.
Op die geëlektrificeerde wegen zou je dan eventueel nog een intelligent wegennet ervan kunnen maken zodat botsen en files gereduceerd worden.

@actieradius: Voor een actieradius van 500 km heb je volgens de berekeningen van Wido Den Hollander ongeveer 100kWh nodig. Om dat in een redelijke tijd op te laden moet je bij 230 volt een fors amperage gebruiken. immers: watt=volt x ampère.
Bij 230 volt kom je op 435 ampère als je het in 1 uur wilt opladen, toch? Je komt dan in het domein van lasapparaten.

@energie via wegdek (bruma): Ik zie voor auto’s niets in stroomafnemers zoals bij de metro ook niet via boveleiding. Het principe van opladen zonder galvanisch contact lijkt dan een goede oplossing. Het wordt al toegepast bij tandenborstels en scheerapparaten, enzo. Alleen hebben die wel een lager vermogen.

@intelligent wegnet: Wat dacht je van intelligente chaufeurs die hun neiging tot snij- en bumperkleefgedrag leren beheersen en een verbeterde rijopleiding waarbij afstand houden wordt aangeleerd? Electronische snufjes zijn mooi, maar het lijkt wel alsof mensen steeds onoplettender en impulsiever rijden.

Even iets anders: Bovenaan dit artikel zie ik een foto van het prachtige TESLA platform. Geniaal concept. Motor achterin met aandrijving op de achterwielen. Ik vraag me wel af of er geen gevaar bestaat voor overstuur. Moeten we, zoals bij Kever-1/Porsche/Renault Dauphine/BMW 700/Sunbeam Chamois, ook betonnen tegels in de kofferruimte leggen?

@jnmjdekker: Je hebt bij het opladen met zeer hoge ampèrages ook het probleem dat je een klif krijgt in de locatie van de stroom. Als je een accu oplaadt komt er stroom in de accu en krijg je door een redox-reactie dat er meer lading in de accu zit. Echter als je dit heel snel doet gebeurd dit niet meer bij benadering homogeen en krijg je dus sterkere en zwakkere delen in lading. Hierdoor lijkt het alsof je accu vult, maar je raakt in werkelijkheid een klif en je accu zal misschien maar 30% opgeladen zijn. Een tijdje terug zijn er twee Nederlanders geweest dacht ik die een algoritme hebben bedacht waarmee te schatten is waar de accu die verzamelpunten zal krijgen en dan kun je dus met een slim netwerk de lading naar andere delen van de accu kunnen transporteren. Maar daar zijn we nog lang niet. Dus voorlopig blijven we nog even lange laadtijden houden.

Reactie plaatsen

Je moet ingelogd zijn om reacties te posten.