Elektrische aandrijflijn: aandrijflijn van de toekomst?

Auto’s, schepen en andere voertuigen worden over het algemeen aangedreven door benzine- of dieselmotoren, maar sinds enkele jaren is de elektrische aandrijflijn aan een flinke opmars bezig. Of eigenlijk aan een terugkomst. In het Nationaal Automobiel Museum van Louwman staan al vol-elektrische en hybride voertuigen van rond 1900! De lage energiedichtheid van de accu’s van toen maakte dat de nadelen van dit type aandrijving niet opwoog tegen de voordelen van benzine- en dieselmotoren. Dat is echter snel weer aan het veranderen door de ontwikkelingen in batterijtechnologie van het afgelopen decennium. Daardoor komen de superieur eigenschappen van elektromotoren (stille, trillingsvrije loop, emissievrij, hoog koppel vanaf stilstand, onovertroffen efficiëntie) veel beter tot hun recht in het moderne autoverkeer. De elektrische aandrijflijn is hard onderweg om de aandrijving van de toekomst te worden.

Op de hoogte blijven als we nieuwe informatie en onderwerpen toevoegen? Schrijf je in op onze nieuwsbrief.

De batterij is waar de inhaalslag wordt gemaakt
Conversie van een aandrijflijn naar elektrisch
Versnellingsbak laten zitten of weghalen?
Regels van het RDW en nieuwe keuring
Levensduur van de aandrijflijn
Een oldtimer ombouwen naar elektrisch

De batterij is waar de inhaalslag wordt gemaakt

De elektrische aandrijflijn werd dus al meer dan 100 jaar in auto’s toegepast, maar de batterijen hadden in die tijd gewoonweg niet voldoende capaciteit. Hierdoor waren het bereik, de kracht en de snelheid van voertuigen te laag om te kunnen concurreren met benzinemotoren. Echter, de technische ontwikkelingen hebben zeker niet stil gestaan in de afgelopen eeuw. Met name de batterij-technologie heeft in de afgelopen decennia flinke stappen vooruit gezet, vooral gedreven door de komst van mobiele telefoons, tablets en andere portable elektronica. De ontwikkeling van krachtige en compacte lithium-batterijen is intussen zo ver dat elektrisch aangedreven auto’s zeer competitieve prestaties kunnen combineren met een acceptabele actieradius. Ook de ontwikkelingen in de (snel-)laadtechnologie zorgen ervoor dat het nadeel van lang moeten wachten tot de batterij weer is opgeladen een ding uit het verleden aan het worden is. En de ontwikkelingen staan niet stil natuurlijk. Het is de verwachting dat de prestaties van de elektrische aandrijflijn alleen maar beter zullen worden in de toekomst. Voeg daar aan toe dat een elektrische aandrijflijn een zeer hoog rendement heeft, trillingsarm, ruisarm en emissievrij is en het is meteen duidelijk waarom de elektrische aandrijflijn vaker en vaker wordt gecombineerd met een verbrandingsmotor in een hybride systeem. In veel gevallen vervangt elektrische aandrijflijn de verbrandingsmotor al volledig.

Conversie van een bestaande aandrijflijn naar elektrisch

De conversie van de bestaande aandrijflijn naar een elektrische aandrijflijn kan op meerdere manieren geschieden, die vooral verschillen in de mate waarin aanpassingen aan het originele voertuig worden gedaan. Onderscheid wordt gemaakt naar de mate van aanpassingen aan het voertuig en naar voltage van het elektrische aandrijfpakket. In het diagram zijn deze variabelen in beeld gebracht, met een aantal voorbeelden van toepassingen.

Structureel/niet-structureel ombouwen

Bij een niet-structurele modificatie worden chassis en carrosserie volledig intact gelaten. Hierbij wordt alleen gebruik gemaakt van de vrijgekomen ruimtes na demontage van de motor en benzinetank en worden de nieuwe elektrische aandrijflijn en accupakket door middel van adapterstukken in de auto geplaatst. De originaliteit van de auto wordt op deze manier geen geweld aangedaan en hij zou zelfs (indien gewenst) weer teruggebouwd kunnen worden naar een verbrandingsmotor!

Bij een structurele modificatie wordt een ingreep gedaan in het chassis en/of de carrosserie op het moment dat dat noodzakelijk is om de nieuwe elektrische aandrijflijn en/of accupakket te kunnen plaatsen. Dit kan nodig blijken omdat de elektromotor(en) meer of een andere plaats nodig hebben dan de verbrandingsmotor. Tevens kan het zijn dat, als gevolg van een wens om de actieradius te maximaliseren, er meer accu’s geplaatst dienen te worden dan de standaard beschikbare ruimte toeliet.

Laag/hoog voltage elektrische aandrijflijn

Als gevolg van de gewenste hoeveelheid vermogen en/of koppel wordt een bijpassende elektromotor gekozen. Bij lagere vermogens worden doorgaans kleinere elektromotoren gekozen (minder kosten, minder gewicht) die in het voltage gebied 48V – 110V opereren. Indien hogere vermogens verlangd worden, worden doorgaans hogere voltages gebruikt. Boven 360V wordt tevens snelladen een optie.

Het geleverde voltage aan een elektromotor heeft zijn invloed op het toerental. Simpel gesteld: als een elektromotor op de helft van zijn gespecificeerde maximale voltage wordt aangestuurd zal deze ook maar de helft van het maximale toerental draaien. Dit heeft uiteraard gevolgen voor de topsnelheid van het voertuig!

Waarschuwen voor hoge voltages

Hoge voltages kunnen gevaarlijk zijn. Algemeen wordt verondersteld dat, wanneer iemand met zijn hand een ontblote draad pakt met een spanning tot pakweg110V, deze persoon nog zelfstandig de draad kan loslaten. Bij hogere spanningen spannen de spieren van de hand automatisch aan en kan de draad niet meer worden losgelaten. Dit kan levensbedreigende situaties opleveren.

De RDW/Europese richtlijnen beschouwen voltages boven 60V als hoogspanning en alle bekabeling waar een hoger voltage dan 60V door wordt gevoerd dient oranje gekleurd te zijn, dan wel door een oranjekleurige mantel te lopen.

Versnellingsbak laten zitten of weghalen?

Er bestaat bij conversie van een verbrandingsmotor naar elektrische aandrijving wat onduidelijkheid over het nut van de versnellingsbak. Er is geen algemene waarheid, maar de volgende argumenten kunnen meewegen bij het maken van een keuze:

Hergebruik van bestaande onderdelen

Om zoveel mogelijk gebruik te maken van reeds voorhanden en beproefde onderdelen kan het zin hebben om de versnellingsbak (en eventueel differenteel) te laten zitten. De elektromotor dient dan middels een adapterstuk aan het bellhouse bevestigd te worden, waarna de kracht via bak, differentieel en aandrijfassen wordt overgebracht. Anders dan soms wordt aangenomen heeft een elektromotor een beperkt maximaal toerenbereik dat soms vergelijkbaar is met dat van een verbrandingsmotor. Oftewel: om de topsnelheid van de auto te kunnen handhaven dient de totale overbrengingsverhouding gelijk te blijven aan de oorspronkelijke situatie. En dat gaat het makkelijkst met de bestaande componenten!

Achteruitversnelling

Op het moment dat de versnellingsbak blijft zitten, kan ook de achteruitversnelling gehandhaafd blijven, tot en met de schakeling van de achteruitrijverlichting. Dan zijn er dus geen speciale voorzieningen nodig om de auto achteruit te laten rijden. Het is echter, anders dan bij een verbrandingsmotor, wel heel goed mogelijk om de draairichting van een elektromotor om te keren. Maar dat dient dan wel gepaard te gaan met een speciale voorziening waarmee de achteruitstand wordt ingeschakeld en waarmee de achteruitrijverlichting wordt aangeschakeld.

Kosten versus gewicht

Het is goed mogelijk om de versnellingsbak weg te laten. Dit heeft voordelen op het gebied van gewichtsreductie en creëren van extra ruimte. Daardoor is er weer meer plek voor de accu’s, zonder toename van het totaalgewicht. Reken wel op een toename van de kosten, aangezien er tevens voorzien moet worden in een nieuw differentieel en nieuwe aandrijfassen.

Motorvermogen en -koppel

Weglaten van de versnellingsbak kan alleen als het toerenbereik en vermogen van de elektromotor en de uiteindelijke eindoverbrenging van aandrijfas naar de wielen zodanig op elkaar afgestemd worden dat de auto zowel de gewenste acceleratie haalt in het stadsverkeer, als de gewenste topsnelheid voor op de snelweg. Een elektromotor levert doorgaans een hoog koppel, dat al beschikbaar is vanaf stilstand (anders dan een verbrandingsmotor, waar het maximale koppel pas bij enkele duizenden toeren per minuut wordt geleverd).

Uiteraard dient bij de afweging om de versnellingsbak te laten zitten wel goed nagegaan worden of de elektromotor die de verbrandingsmotor vervangt niet te sterk is voor de bestaande aandrijflijn (versnellingsbak, differentieel en aandrijfassen).

Regels van het RDW en keuring

De Nederlandse wetgeving voorziet in de mogelijkheid om één van de drie hoofdcomponenten van een auto (chassis, carrosserie, aandrijflijn) te veranderen met behoud van kenteken. In geval van conversie naar elektrische aandrijving betreft het dus verandering van de aandrijflijn en dienen chassis en carrosserie onveranderd te blijven. Hiermee kan een geconverteerde oldtimer zijn originele kenteken behouden. De auto dient wel aan een Individuele Keuring te worden onderworpen bij de RDW. Deze keuring kan alleen op het RDW testcentrum Lelystad (TCL) worden uitgevoerd.

De volgende keuringen zijn van toepassing voor een auto met bouwjaar vóór 1998 en in het bezit van een Europese typekeur (met CVO, Certificaat van Overeenstemming, of gelijkvormigheidsattest):

a).  Keuring elektrische veiligheid R100. Hierbij wordt gekeken en getest of alle componenten waarop hoogspanning staat (>60V) voldoende afgeschermd zijn en voldoende gemarkeerd (o.a. oranjekleurige bedrading).

b). EMC testrapport volgens R10_5 voor de gehele auto dan wel op componentniveau (ESA, Electronic Sub Assemblies). Hierbij dient de gehele elektrische aandrijflijn gekeurd te worden, inclusief de accu- en laadinrichting.

c). Permanente eisen, vergelijkbaar met APK: of de auto als geheel nog steeds APK-waardig is en nog steeds voorzien is van bijv. voorruitontwaseming, achteruitrijverlichting, claxon, etc.

Levensduur van een elektrische aan drijflijn

Een elektromotor is onderhoudsvrij en heeft een zeer lange levensduur, langer dan de gemiddelde benzinemotor. De lithiumcellen hebben een levensduur van 2000 volledige cycli (hierbij tellen deelladingen slechts voor hun deel mee, dus 4x een 25% deellading telt als 1 cyclus). In de praktijk betekent dat, afhankelijk van het type gebruik, minstens 10 jaar rijplezier.

Een oldtimer ombouwen naar elektrisch

Veel mensen overwegen om een oldtimer auto om te bouwen naar elektrisch zodat de auto ook de komende jaren goed mee kan met het moderne verkeer. Afhankelijk van de zwaarte van de ingreep blijft de originaliteit van de oldtimer wel of niet behouden. Bij de lichtste vorm van conversie worden slechts de motor en de benzinetank verwijderd en worden geen structurele modificaties aan de auto gedaan. Indien de motor en benzinetank geconserveerd en bewaard worden blijft de mogelijkheid altijd bestaan om de verbrandingsmotor weer terug te bouwen. Zodoende blijft de originaliteit behouden.

Elke verdergaande vorm van conversie, waarbij structurele modificaties worden gedaan, zullen de originaliteit in meer of mindere mate geweld aan doen.

Actieradius. Een belangrijke keuze

Theoretisch kun je van actieradius nooit genoeg hebben. Echter, in het geval van elektrisch rijden dient dit onderwerp extra goed afgewogen te worden. Het is namelijk kostbaar om teveel aan actieradius mee te dragen. Accupakketten maken een substantieel deel uit van de begin-investering en het totaalgewicht van de conversie. De vraag die men zich dus moet stellen is: “heb ik al die kilometers écht wel nodig?”.

Elektrisch rijden is ideaal voor stadsgebruik: de afstanden zijn klein en de mogelijkheden om te laden (laadpalen, openbare parkeerplaatsen of thuis) zijn legio en altijd dichtbij. In veel praktijkgevallen rijdt een auto dagelijks niet meer dan 30km, dus dan zou het zonde zijn om voor 300km aan accucapaciteit te monteren! Voor snelweggebruik is het raadzaam om een actieradius van 200+km te overwegen, eventueel met snellaadmogelijkheid. Bij snelladen is het accupakket binnen 20 minuten weer voor 80% vol en klaar voor het vervolg van de reis.

Kostenafweging

Bij een elektrische conversie betaal je eigenlijk vooraf voor de komende 10 jaar je brandstof. De aanschaf van accu’s is namelijk relatief kostbaar, maar het laden ervan kost weer heel weinig, zeker als dat middels duurzame energie-opwekking gebeurt (windmolen, zonnepanelen). Grofweg zijn de verbruikskosten van een elektrische auto per kilometer circa 85% lager dan die van een benzineauto!

Gewichtsoptimalisatie

Om een elektrische conversie ook technisch zo optimaal mogelijk te doen is het van belang om het totaalgewicht en de gewichtsverhouding tussen voor- en achteras zoveel mogelijk gelijk te houden aan de originele auto. Een teveel aan accu’s als gevolg van een onnodig hoge actieradius maakt de auto log en traag en dat is uiteindelijk nadelig voor de wegligging. Het is in veel gevallen mogelijk om een elektrische conversie “gewichtsneutraal” te doen, dat wil zeggen dat de auto grofweg hetzelfde gewicht heeft als voor de elektrische conversie.

Zeker in het geval van snelladen is een elektrische auto snel (circa 20 minuten) weer voor 80% volgeladen en kan er dus weer een aanzienlijke afstand mee gereden worden. Maar ook met reguliere laadpalen kan een wat kleiner accupakket van een stadsauto binnen enkele uren weer volledig opgeladen zijn.

Schrijf je hieronder in op onze nieuwsbrief.