Energie- & milieu-informatiesysteem voor het Vlaams Gewest

MVV - Zwaar verkeer elektromotor batterij

iesel  | LPG  | Aardgas  | Waterstof  | Elektrisch  | Brandstofcel | Hybride 

 

Een elektrisch voertuig is een voertuig dat wordt aangedreven door een elektrische motor gevoed met energie uit batterijen of op een of andere manier direct is gekoppeld aan het elektriciteitsdistributienet. Elektrische tractie is gangbaar in het openbaar vervoer (trein, metro, tram), in vorkheftrucks, golfwagentjes, op spoorwegperrons en luchthavens. Elektrisch aangedreven wagens, bussen en vrachtwagens vormen echter nog een uitzondering op de wegen.

Het aandrijfsysteem van een elektrische auto bestaat uit de volgende elementen:

• batterijlader (in- of extern),
• batterijen,
• elektrische motor met elektronische regeling,
• transmissie en
• overbrenging op de wielen.

Verschillende types motoren kunnen gebruikt worden om elektrische voertuigen aan te drijven. Deze elektrische motoren zijn veel efficiënter dan verbrandingsmotoren. Het motorvermogen en de maximum snelheid (80-100 km/h) zijn over het algemeen lager dan bij vergelijkbare conventionele wagens.

In vergelijking met een gewone verbrandingsmotor beschikt een elektromotor over een hoger koppel bij lage toerentallen zodat vaak geen overbrengingen nodig zijn. Dit resulteert in een beter rijcomfort van het elektrisch voertuig. Andere belangrijke kenmerken van de elektrische motor zijn verder het geluids- en trillingsarm draaien en het afwezig zijn van een traagloop.

De achilleshiel van de elektrische voertuigen is de opslag van energie in het voertuig. De actieradius van elektrische voertuigen is beperkt (70 tot 100km), het gewicht aan batterijen relatief groot en de hoeveelheid batterijen levert beperkingen op voor de laadruimte.

Sommige wagens zijn uitgerust met lood-zuur batterijen. Voordeel van deze batterijen is de relatief lage kost, nadeel is de lage oplaadcapaciteit per eenheid gewicht. Daarnaast worden ook NiCd-batterijen gebruikt. Deze hebben een hogere kost, maar ook een hogere capaciteit en een langere levensduur. Met meer geavanceerde batterijtechnologie kan het gewicht nog verder worden gereduceerd. Op de wat langere termijn bieden lithium batterij waarschijnlijk de beste mogelijkheden. Op wereldvlak wordt heel wat energie gestoken in het ontwikkelen van deze geavanceerde batterijen.

Technologie	Energiedichtheid Wh/kg	Vermogens-dichtheid Wh/kg	Kosten fl/kg	Rendement %
Lood-zuur	26-36	80-120	0.3-0.5	75-90
Natrium-zwavel	300%-400%	100%	200%	91
Nikkel-cadmium	200%	200%	400%	75
Zinkbromide	200%	100%	200%	75
Lithium	500%	≥	≥	95

Andere belangrijke aspecten bij het gebruik van batterijen zijn de temperatuurs- en stroomafhankelijkheid van de capaciteit en de stilstandverliezen. Hierdoor kan de autonomie van het voertuig sterk gereduceerd worden. Bij nieuwe ontwikkelingen wordt dan ook aandacht aan deze problemen besteed.

Naast de opslag van elektrische energie wordt momenteel ook de opslag van elektrische energie in capaciteiten bekeken. Deze technologie is echter nog in ontwikkeling. Voordelen hier zijn de dynamiek (piekstromen) en de compactheid.

Elektrische aandrijfsystemen zijn zeer geschikt voor de recuperatie van remenergie. Tijdens het afremmen werkt de motor als generator. Zo kan een gedeelte van de bewegingsenergie van het voertuig weer worden omgezet in elektrische energie, die wordt opgeslagen

Milieu

Het rendement van een elektrische auto is zo’n 50% (benzine auto ca. 16%):

• Efficiency van een elektrische aandrijving (motor, regeling en transmissie) is groter dan 75%.
• Cyclusrendement van een conventionele lood-zuur batterij is ongeveer 75%.
• Rendement van het oplaadsysteem is circa 90%.

Een overall rendement van 50% betekent dat 50% van de energie die uit het stopcontact wordt gehaald als nuttige energie aan de wielen komt. Door regeneratie van remenergie kan in het stadsverkeer 10 tot 17% van de op de wielen overgebrachte energie worden teruggewonnen waardoor het rendement nog gunstiger wordt.

Elektrische voertuigen produceren geen uitlaatgassen op de plaats van gebruik, maar het is ook niet zo dat de voertuigen emissievrij zijn. De benodigde elektriciteit wordt in een elektriciteitscentrale opgewekt en de daarbij vrijkomende emissies moeten naar rato van energiegebruik aan elektrische voertuigen worden toegerekend. Emissies van elektrische voertuigen hangen dus af van de samenstelling van het elektriciteitspark. In principe zijn elektrische voertuigen geschikt om volledig op hernieuwbare energiebronnen als waterkracht en zonne-energie te lopen, in praktijk wordt in veel landen minder milieuvriendelijke methoden van elektriciteitsopwekking gebruikt.

Emissies elektrische personenauto’s vergeleken met emissies van conventionele zware voertuigen	CO	SO2	NOx	PM	CO2
Europees gemiddelde
elektriciteit als % van benzine	3%	250%	50%	-	45%
elektriciteit als % van diesel	20%	230%	33%	0%	50%
Belgisch elektriciteitspark
elektriciteit als % van benzine	-	180%	40%	-	35%
elektriciteit als % van diesel	-	180%	21%	0%	50%

Marktsituatie

Met de huidige mogelijkheden is elektrische tractie met opslag van elektrische energie in het voertuig vooral geschikt voor middelzware toepassingen. Zwaardere bussen kunnen wel als trolley worden uitgevoerd, waarbij de elektriciteit via een bovenleiding wordt aangevoerd.

De actieradius van elektrische bussen is beperkt tot zo’n 100 km. De maximum snelheid is gelijkaardig aan die van de conventionele stadsbussen (60 tot 70 km/h). Voor stadsvoertuigen is dit dan ook geen probleem.