Technologische trends op het gebied van elektromobiliteit: Dit verandert in 2023 voor e-auto’s

De elektrische aandrijving lijkt minder complex dan een verbrandingsmotor. Op het eerste gezicht is dit juist, omdat de complexe motor- en transmissietechnologie komt te vervallen. En natuurlijk kan ook de nabehandeling van uitlaatgassen achterwege blijven. Anderzijds omvat de elektrische aandrijving complexe vermogenselektronica en het al even gecompliceerde laad- en thermomanagement.

Er zijn verschillende manieren om de elektromotor en de vermogenselektronica te implementeren: afzonderlijk of in een enkele eenheid. Om de kosten te drukken, maken veel autofabrikanten gebruik van complete aandrijfeenheden. Naast de elektromotor (400-800 V) en de vermogenselektronica bevatten ze ook een transmissie met één of twee versnellingen. Bij bedrijfsvoertuigen maken soms zelfs de remsystemen met inbegrip van de recuperatiefunctie deel uit van de aandrijfeenheid, d.w.z. een volledige e-as. Vooral fabrikanten van sportieve voertuigen voorzien elke as van een eigen elektromotor, waardoor een auto met vierwielaandrijving ontstaat. Het voordeel: De elektronica kan de motoren afzonderlijk aansturen - afhankelijk van de belasting, de rijomstandigheden en de omgevingsomstandigheden - waardoor de koppels (op elk wiel > torque vectoring) exact worden verdeeld. Gewoonlijk worden op de aandrijfas permanent bekrachtigde synchrone motoren gebruikt. Voertuigen met vierwielaandrijving worden ondersteund door een asynchrone motor. Nieuwe technologieën zoals siliciumcarbide halfgeleiders of speciale haarspeldwikkelingen op de stator verbeteren de motorprestaties.

Naast gewichts- en kostenbesparing is energiedichtheid de doorslaggevende factor bij accu’s. Momenteel worden vooral lithium-ionaccu's gebruikt. De technologie is volwassen, de levensduur is goed, ze werken veilig en betrouwbaar. Maar er zijn ook nadelen: Li-ionaccu's zijn relatief zwaar en de oplaadtijden zijn relatief lang. Snelle laadtechnologieën moeten eerst meer ingeburgerd raken, wat ook afhangt van de prestaties van de netwerkinfrastructuur. De kosten zijn ook relatief hoog. Deze zullen echter afnemen naarmate de productie toeneemt. Bovendien bevatten Li-ion-accu's materialen die schadelijk kunnen zijn voor het milieu als ze onjuist worden gerecycled. Maar ook de recyclingprocessen worden voortdurend verbeterd.

Veelbelovende alternatieven voor Li-ion-accu's zijn vastestofaccu's. Bij dit soort accu’s worden geen vloeibare elektrolyten gebruikt. Het voordeel is de hogere energiedichtheid en de grotere veiligheid. Daarnaast worden ook natrium-ion- en zink-luchtaccu's ontwikkeld. Vooral de zogenaamde SALD-accu (Spatial Atom Layer Deposition) is interessant. Op basis van Li-ion-technologie worden nanotechnologieën toegepast. In de toekomst zullen e-auto’s een bereik hebben dat ruim boven de 1000 km ligt. De oplaadtijd is vijf keer sneller. Er gebeurt dus veel op het gebied van accutechnologie!

In combinatie met de airconditioning van het voertuig beschikken e-auto’s dus over een zeer complex en geavanceerd thermomanagementsysteem met meerdere koelcircuits en verschillende koelmedia. Daarom verbindt HELLA met de zogenaamde Coolant Control Hub (CCH) de koelcircuits voor de accu, de elektromotor en het interieur van het voertuig in één eenheid. Door deze centralisatie zorgt de CCH voor een hoger rendement, kortere oplaadtijden en een groter bereik. De thermische energiestromen kunnen optimaal worden verdeeld.

In moderne e-auto’s worden elektrische lucht- of waterverwarmingen (zowel laagspanning als hoogspanning) gebruikt om het interieur te verwarmen en de hoogspanningsaccu's te conditioneren. Bij luchtverwarming wordt de lucht net als bij een haardroger langs verwarmingsspiralen geleid die de lucht verwarmen. Hiervoor worden PTC-verwarmingselementen (Positive Temperature Coefficients) gebruikt. Bij een waterverwarming wordt het water (ook elektrisch) in een circuit verwarmd en wordt de warmte vervolgens in het interieur van het voertuig afgegeven.

Het bijkomende gebruik van een warmtepomp biedt hierbij extra rendement. Een PTC-bijverwarming wordt alleen gebruikt voor hoge of snelle verwarmingsbehoeften. De warmtepomp onttrekt zelfs aan de koude buitenlucht in de winter nog warmte-energie. Dit maakt het mogelijk om van één kilowattuur energie uit de accucellen van de e-auto tot drie kilowattuur om te zetten in warmte. En het kan nog effectiever: De elektrische motor en de accu's zelf produceren ook warmte, zij het in geringe mate. Deze afvalwarmte kan ook worden gebruikt voor de verwarming van het interieur van het voertuig.

Het laadproces is natuurlijk specifiek voor elektrische voertuigen: De elektronische laadklepactuator (eLA) van HELLA ondersteunt bijvoorbeeld het laadproces. Met behulp van de eLA kunnen extra individuele speciale functies worden geïntegreerd voor meer comfort en veiligheid. Innovatieve lichtcomponenten visualiseren de status van de accu en de laadmodus. En dan hebben e-auto’s een neveneffect dat eigenlijk positief is: Ze maken nauwelijks geluid. Dit kan echter leiden tot veiligheidsrisico's voor voetgangers en fietsers, vooral in stedelijke omgevingen. De voertuigen worden gewoon niet gehoord. Daarom zorgt het akoestische waarschuwingssysteem AVAS (Acoustic Vehicle Alerting System) van HELLA voor meer akoestische aanwezigheid in het wegverkeer bij lage snelheden. Het systeem simuleert als het ware het motorgeluid van de verbrandingsmotor. Zo draagt het AVAS bij tot de verkeersveiligheid en worden de voertuigen opgemerkt.

In principe verschillen banden van voertuigen met verbrandingsmotoren en elektrische auto’s niet van elkaar. De specificaties voldoen aan dezelfde eisen. Goede grip op nat wegdek en goede remprestaties zijn bijvoorbeeld even belangrijk. Er kunnen echter vier eigenschappen worden geformuleerd die voor elektrische voertuigen belangrijk zijn.

- een geluidsarm rolgedrag, het e-voertuig zelf produceert nauwelijks rijgeluiden -een hoog koppel- en slijtvastheid. Het soms zeer hoge koppel van e-voertuigen is onmiddellijk en direct beschikbaar - de rolweerstand: hoe lager de rolweerstand, hoe groter het bereik -de belastingsindex, d.w.z. het draagvermogen van de band, dat door sommige bandenfabrikanten wordt aangepast vanwege het hogere voertuiggewicht

E-auto’s hebben minder aandrijfcomponenten die regelmatig moeten worden gecontroleerd en onderhouden. De motor- en transmissieolie komen eveneens te vervallen, hoewel in elektrische aandrijvingen niet-geleidende oliën worden gebruikt voor smering en temperatuurdissipatie. Essentieel is echter het thermomanagement, dat in de toekomst in het middelpunt van de belangstelling zal staan bij autoservice. Deskundigen noemen het onderhoud van e-voertuigen al het nieuwe "olie verversen" als het gaat om het onderhoud van het thermomanagementsysteem en het vervangen van de koelmedia. Bovendien kan men ervan uitgaan dat bijvoorbeeld chassisonderdelen zoals lagers of dempers aan hogere slijtage onderhevig zijn. E-auto’s zijn gewoon zwaarder en hebben soms meer vermogen.

Om de "e-technologie" onder de knie te krijgen, moeten werknemers van autowerkplaatsen een passende bijscholing volgen. Er zijn verschillende kwalificaties nodig om aan hoogspanningsvoertuigen te mogen werken. HELLA biedt hiervoor uitgebreide opleidingen aan. Dan is er nog de passende werkplaatsuitrusting. Dit begint al bij het hefplatform, dat meer gewicht moet heffen; de werkplek moet ook voorzien zijn van passende veiligheidsmaatregelen. Automobielbedrijven zullen echter niet zonder werk komen te zitten. Integendeel: Ze kunnen met "veel spanning" uitkijken naar nieuwe taken!