Elektrisch autorijden

Laadpalen

Laadpaal bij huis

Thuis opladen van de auto gaat met circa 3,3 kW en dat geeft een oplaadtijd van 7 à 8 uur. Dat past goed in een nachtelijke oplaadbeurt (daltarief).
Een thuislader is een oplaadpunt voor een enkel voertuig voor thuisgebruik of bij een kantoor. Een thuislader is een klein kastje dat gemonteerd kan worden tegen een muur of aan een paal. De stroom wordt afgenomen van de groepenkast en het maximale vermogen is hierdoor afhankelijk van de daarin toegepaste zekering. Er zijn typen die met een knop en die met een pasje aan en uitgeschakeld kunnen worden. De vermogens variëren van 3,7 tot 22 kW.

Openbare laadpalen

Openbare laadpalen leveren vaak krachtstroom en kunnen dan laden met 11 kW, 22 kW of soms zelfs 44 kW.
Bij een openbaar oplaadpunt duurt het opladen ongeveer twee uur, bij een snellaadstation ongeveer een half uur.

Vehicle-to-grid-laadpaal

Een vehicle-to-grid- of V2G-laadpaal kan behalve de accu van het voertuig opladen ook elektriciteit terugleveren aan het elektriciteitsnetwerk.
Overdag slaat een V2G-laadpaal lokale zonne-energie op in elektrische deelauto’s, op een geschikt moment wordt het energieoverschot teruggeleverd aan het net.

Laadpalen in Nederland

In Nederland zijn circa twaalf laadpasleveranciers, waarvan vier groene energie leveren. Op 22-10-2019 zijn er in Nederland 47.669 openbare laadpunten. Laadpalen zijn te gebruiken door ieder merk elektrische auto behalve de laadpalen van Tesla.
En er zijn meer dan 75.000 particuliere laadpunten (stand 2018).

Betalen voor het laden

Bij de meeste oplaadpalen in Nederland gaat betalen met een RFID-laadpas die het bedrag d.m.v. automatische incasso afschrijft van de bankrekening van de elektrische rijder.
Het tarief is per afgenomen kWh, dus onafhankelijk van de tijdsduur dat de auto verbonden is met de laadpaal. (Om te voorkomen dat laadplaatsen en laadpalen bezet blijven als de accu al vol is, gaat NUON nieuwe laadpalen plaatsen waarbij niet alleen wordt betaald voor het laden van de accu, maar ook voor het aantal uren dat men ingeplugd is.)
Bij enkele types laadpalen kan geladen en betaald worden met een smartphone-app.
Met Nederlandse laadpassen of apps kan maar zeer beperkt in het buitenland geladen worden.

Laadmethoden

Er zijn verschillende laadmethoden die worden aangeduid met een 'mode'.

• Mode 1 is het onbegrensd laden via een standaard 230-volt-stopcontact. Een dergelijke laadmethode werkt zonder stroombegrenzer en wordt daardoor voor grotere voertuigen nauwelijks toegepast.
• Mode 2 is het laden via een standaard 230-volt-stopcontact maar met gebruik van aan de kabel ingebouwde stroombegrenzer.
• Mode 3 is gedoseerd laden waarbij er communicatie is tussen het oplaadpunt en het voertuig over het juiste vermogen.
• Mode 4 is het laden met gelijkstroom. De omvorming van wisselspanning naar gelijkstroom vindt plaats in het laadpunt zelf. Dit wordt toegepast voor snelladen.

Elektrische auto's

Definitie

Een elektrische auto is een auto met een elektromotor voor de aandrijving. De energie wordt geleverd door een tractiebatterij of een brandstofcel.

De eerste elektrisch auto's

Waarschijnlijk was de eerste elektrische auto een schaalmodel, gemaakt door de Nederlander Sibrandus Stratingh in 1835.
Rond 1900 waren bijna alle auto's elektrisch.

Motor

De elektrische tractie kan uitgerust zijn met een single-motor of een multi-motorsysteem.

• Een single-motor is een centraal motorblok dat via een differentieel de verschillende wielen aandrijft (twee- of vierwielaandrijving).
• Een dual motorsysteem is een vierwielaandrijving waarbij ieder wielstel een motor met een differentieel heeft.
• Tot slot is een systeem mogelijk van vier onafhankelijke wielmotoren (In Wheel Motor). Hierbij worden de snelheidsverschillen door slip of bochten per wiel elektronisch op elkaar aangepast.

Bij een motor wordt de omwentelingssnelheid door een inverter geregeld die van de gelijkstroom van de accu een driefasige spanning maakt voor een driefasige asynchrone motor. De hierbij traploos te genereren frequentie bepaalt de snelheid. Hierdoor is geen versnellingssysteem nodig en heeft de motor bij iedere snelheid hetzelfde rendement. Via tandwielen wordt het koppel vergroot en een lagere omwentelingssnelheid gerealiseerd.
De tractie is vaak zo gemaakt dat de motor ook gebruikt kan worden voor recuperatief remmen waarbij de motor als dynamo gebruikt wordt om de accu op te laden. Indien de auto zodanig is afgesteld dat het loslaten van het gaspedaal leidt tot remmen, dan wordt gesproken van een one-pedalsysteem. Een elektrische auto heeft naast het remsysteem via de motor vrijwel altijd ook een mechanisch remsysteem.

Accu

De elektrische energie wordt opgeslagen in een tractiebatterij.
Werden voorheen loodaccu's gebruikt, sinds de opkomst van lithium-ion voor de mobiele telefoon en laptop wordt ook bij de elektrische auto van dit type accu gebruik gemaakt.
Een tractiebatterij bestaat uit een aaneenrijging van duizenden(?) batterijcellen. Bij elkaar geven deze een voltage van enige honderden volt. De capaciteit van een accu wordt uitgedrukt in kilowattuur (kWh).
Het doel van wetenschappers is om een batterij te ontwikkelen die de elektrische auto een even grote actieradius geeft als de benzineauto (800 km) en 1000 maal kan opladen en ontladen zonder capaciteitsverlies.
Voorbeelden van batterijen in ontwikkeling zijn

• de metaal-luchtbatterij
• lithium-luchtbatterij
• redox-flow-accu
• De Goodenough-glasbatterij zou een doorbraak kunnen worden door de hogere energiedichtheid en lage prijs. Door de inzet van nanotechnologie kan een batterij zelfs na 1000 oplaad/ontlaadcycli nog 97% van de oorspronkelijke capaciteit behouden.

In 2010 kostte een 30kWh-accu $ 30.000, in 2017 $ 7500 dollar, in 2020 zal dat $ 3000 zijn.

Milieuaspecten

De milieu-effecten van de elektrische auto tijdens de gehele levenscyclus kunnen worden opgedeeld in drie fases: de productie van de auto (inclusief productie van de aandrijfbatterij), het rijden (inclusief de elektriciteitsproductie die nodig is om de aandrijfbatterij op te laden) en het recycleren van auto en aandrijfbatterij.

De milieubelasting die optreedt bij de productie en afschrijving van elektrische auto's, exclusief de aandrijfbatterij, is gelijk aan of kleiner dan die bij traditionele auto's. Elektrische auto's hebben echter zwaardere aandrijfbatterijen. De milieubelasting van productie en afschrijving hangt af van het type aandrijfbatterij. De metalen nikkel, kobalt en ijzer in nikkel-metaalhydride-accu's (NiMH) zijn goed recycleerbaar. Bij lithium-ion-accu's zijn er twee fasen: het tweede leven van de aandrijfbatterij als energieopslagsysteem in gebouwen en bij het einde van de levensduur kunnen vooral aluminium, koper en kobalt teruggewonnen worden.

Mensenrechten

Een ander, zowel ecologisch als ethisch pijnpunt is de ontginning van met name kobalt, veelal in Congo, nodig voor de productie van batterijen. Deze mijnbouw is niet alleen ecologisch twijfelachtig, maar impliceert vaak ook kinderarbeid. In 2018 werd een proefproject opgestart om de ontmijning van kobalt in de zogenaamde artisanale mijnen van begin tot einde op te volgen om zo de problematiek van slechte arbeidsomstandigheden en kinderarbeid aan te pakken en te verzekeren dat de kobalt die men aankoopt op een ethische manier is ontgonnen.

Energie-efficiëntie

Elektrische auto's hebben een energie-efficiëntie waarbij 74% tot 94% wordt omgezet in voortbeweging. Een auto met benzinemotor haalt een efficiëntie van 14% tot 30% en de hybride 25% tot 40%. Het grootste energieverlies van een auto met benzinemotor is de warmte die deze produceert en niet voor de voortbeweging gebruikt kan worden.

Onderhoud

Een auto op brandstof heeft zo'n 800 losse delen, een elektrische auto zo'n 20, inclusief de vier wielen. Een 100% elektrische auto heeft geen verbrandingsmotor, geen benzinetank, geen versnellingsbak, geen uitlaat, geen katalysator, veel minder bedrading, geen distributieriem, geen bougies, geen motorolie en filters. Minder onderdelen betekent dat er minder kapot kunnen gaan of aan slijtage onderhevig zijn. Daardoor is het onderhoud goedkoper. Verder betekent minder bewegende onderdelen dat er minder energie in de vorm van warmte verloren gaat door wrijving tussen de onderdelen. Hoe minder onderdelen, hoe groter de efficiëntie.

Wel zullen tijdens de levensloop van de auto de accu's een keer vervangen moeten worden.

Bronnen

Oplaadpunt (laadpaal bij Wikipedia)
Elektrische auto (Wikipedia)
Is afschrijving een groot probleem voor elektrische auto’s? (artikel 2015)
Engie (bedrijf van laadpalen)
Nederland elektrisch
Wat is groener, je oude benzinebak oprijden of zo snel mogelijk een e-auto nemen?