fbpx
tesla

Alles over laadtijden, bereik en accu’s

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.