Aandrijving en prestaties van een elektrische auto

Alles over de prestaties van een plug-in hybride en elektrische auto. Waarom zijn elektrische auto's zo snel en hoe worden ze aangedreven?

Introductie

De elektrische auto maakt een stevige opmars. Maar wat wordt nu verstaan onder een elektrische auto en welke verschillende technische oplossingen zijn er? Waarom zijn de prestaties van een elektrische auto als de Tesla Model S zo goed?

Techniek

Wat is een Elektrische Auto?

Wat onder een elektrische auto verstaan wordt is vooral een definitiekwestie. Strikt genomen is een elektrische auto een personenvoertuig dat door middel van elektrische aandrijving voortbeweegt. In feite geldt de term dus aleen voor 100% elektrische voertuigen. De afgelopen jaren zijn er echter nogal wat technieken ontwikkelt die ook de naam 'EV' dragen. In dit artikel staat een overzicht van de meest voorkomende EV soorten.

Strikt genomen zijn de eerste drie soorten geen elektrische voertuigen. De elektrische aandrijving en accu vormt echter bij alle soorten een belangrijk onderdeel in de aandrijving van het voertuig. Daarmee onderscheiden deze voertuigen zich van voertuigen die puur op fossiele brandstof rijden. Ook onderscheiden ze zich van reguliere hybride voertuigen waar de elektrische aandrijving alleen ter ondersteuning van de brandstofmotor dient.

Alle voertuigen binnen de EV Database hebben als eigenschap dat een afstand van minimaal 10 kilometer volledig elektrisch af te leggen moet zijn en dat de accu via het lichtnet op te laden moet zijn. Het spreekt voor zich dat alle auto's die alleen op fossiele brandstof rijden daarmee afvallen, maar ook alle hybrides zonder stekker worden niet opgenomen in de EVDB.

1. Plug-in Hybride Elektrisch Voertuig (PHEV)

In een PHEV wordt een brandstofmotor gecombineerd met een of meer elektrische motoren. Ook is een accu aanwezig om energie in op te slaan. Een PHEV kan gemiddeld tussen 30 en 70 kilometer elektrisch afleggen. Zodra de accu leeg is neemt een brandstofmotor de aandrijving over. Bij alle huidige PHEV's kan de brandstofmotor ook bijspringen als de accu nog niet leeg is. Dit gebeurt bijvoorbeeld wanneer veel vermogen wordt gevraagd bij hard optrekken.

Voorbeelden: Mitsubishi Outlander, Golf GTE, Volvo V60, Audi A3, Mercedes C350e

2. Elektrisch Voertuig met Range Extender (EVER of EREV)

Bij een EREV vindt aandrijving in principe altijd elektrisch plaats. Er is echter ook een brandstofmotor aanwezig in de vorm van een range extender. Deze brandstofmotor is in principe alleen aanwezig om het bereik van de auto te vergroten als de accu leeg is. Bij een EREV wordt de brandstofmotor gebruikt om de accu op te laden. De aandrijving is dus altijd elektrisch. In de EVDB worden EREV's aangeduid als hybride aandrijflijn omdat er voor de gebruiker feitelijk geen verschil tussen een EREV en een PHEV is.

Voorbeelden: Fisker Karma (uit productie), Opel Ampera en BMW i3 REx

3. Fuel-Cell Elektrisch Voertuig (FCEV)

Bij een FCEV is de aandrijving, net als bij een BEV, volledig elektrisch. Net als bij een BEV ontbreekt de brandstofmotor en is er een accu in de auto aanwezig. De accu dient hier echter alleen als kleine opslagbuffer. De energieopslag is in de vorm van gecomprimeerde waterstof. Waterstof wordt onder hoge druk in een tank opgeslagen en in een zogenaamde fuel-cell (brandstofcel) omgezet in elektrische energie. De energie wordt vervolgens gebruikt om de elektromotoren aan te drijven. In feite is de waterstoftank dus gelijk aan de accu in een BEV. In de EVDB zijn op dit moment geen FCEV opgenomen omdat de techniek nog maar zeer beperkt beschikbaar is. Bovendien kan de auto niet opgeladen worden.

Voorbeelden: Hyundai ix35 FCEV

4. Batterij Elektrisch Voertuig (BEV)

Zoals hierboven beschreven staat is de BEV feitelijk de enige echte elektrische auto. Bij een BEV ontbreekt een brandstofmotor volledig en gebeurt alle aandrijving via een of meerdere elektromotoren. De enige vorm van energieopslag in een BEV is de accu. De enige optie om het bereik van BEV te vergroten is dan ook het opladen van de accu. Het gemiddelde bereik hangt sterk samen met de accucapaciteit en kan varieren van 100 tot 450 km op een volle accu.

Voorbeelden: BMW i3, Nissan LEAF, Renault ZOE, Tesla Model S

Prestaties

Koppel en acceleratie

Iedereen die weleens in een elektrische auto heeft gereden weet het: ze zijn snel weg. Of het nou vanuit stilstand of al rijdend is, zodra je het gaspedaal intrapt lijk je direct vooruit te schieten. Het is een van de kenmerkende eigenschappen van een EV en een groot voordeel ten opzichte van voertuigen met een brandstofmotor. Dit grote verschil komt door de elektromotor. In tegenstelling tot een brandstofmotor kan een elektromotor direct maximaal koppel (Nm) leveren.

Koppel is één van de belangrijkste factoren bij acceleratie: het is het draaimoment dat de wielen op de weg brengen. Hoe groter dit draaimoment, hoe sneller een auto in beweging wordt gebracht. Bij een EV is dit koppel bij iedere snelheid direct maximaal beschikbaar, bij een brandstofmotor hangt het koppel vaak sterk af van het toerental. Naast het direct beschikbare koppel hebben elektromotoren vaak ook nog eens veel koppel beschikbaar. De combinatie van deze factoren geeft elektrisch aangedreven voertuigen altijd directe acceleratie.

Vermogen en topsnelheid

De topsnelheid van een auto wordt vooral bepaald door het vermogen (kW of pk) dat een motor in een auto kan leveren. Elektromotoren doen over het algemeen niet onder voor brandstofmotoren op het gebied van vermogen. In theorie kunnen EV's dus net zo makkelijk hoge topsnelheden bereiken als auto's met een brandstofmotor. Het probleem voor EV's is echter dat rijden op hoge snelheid zeer veel energie kost.

Doordat luchtweerstand evenredig is met het kwadraat van de snelheid is bij rijden op topsnelheid enorm veel energie nodig om de luchtweerstand te overwinnen. Brandstofmotoren hebben een flinke voorraad aan energie in de vorm van benzine of diesel in de brandstoftank. Bovendien komt bij het vervoer van de brandstof van de tank naar de motor amper warmte vrij. Bij een EV is de energievoorraad echter beperkt: een accu bevat relatief gezien veel minder energie dan een brandstoftank. Bovendien warmen de accu en de kabels van de accu naar de elektromotor enorm op als er lange tijd veel energievraag is. Om te voorkomen dat een accu snel leeg raakt of de kabels te heet worden, is de topsnelheid van een EV vaak gelimiteerd.

Actieradius

Tegenover de vele technische voordelen van een elektrische auto staan natuurlijk ook enkele nadelen. Het grootste nadeel is altijd de beperkte actieradius geweest. Voor veel mensen staat de elektrische auto dan ook nog steeds synoniem voor een langzaam voertuig dat eigenlijk alleen in de stad bruikbaar is. Het langzame imago is aan het vervagen, maar beperkte actieradius blijft voor veel mensen een probleem.

De ontwikkeling van accu's gaat echter snel. Met name de prijs van de accu's die in elektrische voertuigen gebruikt worden is sterk gedaald en zal op korte termijn nog sneller gaan dalen. Dit maakt voertuigen met een steeds grotere actieradius mogelijk. De Tesla Model S was het eerste elektrische voertuig met een werkelijk bereik van meer dan 400 km. Een Tesla Model S is door de grote accu echter duur en dat staat massa adoptie in de weg.

Voor een echte massa adoptie van EV's is een lagere prijs noodzakelijk. En dit gebeurt dan ook: inmiddels hebben zowel Tesla als Opel voertuigen aangekondigd met een actieradius van meer dan 300km met een prijs lager dan 40.000 euro. Ook andere automerken zijn voertuigen met vergelijkbare specificaties aan het ontwikkelen.

Naast het ontwikkelen van EV's met een grotere actieradius speelt ook snelladen een belangrijke rol. Wanneer een auto immers zeer snel bij te laden is, speelt de actieradius op een volle accu een minder groot belang. Ook maakt snelladen het afleggen van lange afstanden met een EV net zo makkelijk als met een fossiele auto. Door slim gebruik te maken van snelladers is het zelfs met een Renault Zoe (actieradius ongeveer 150km) nu al mogelijk om enorme afstanden af te leggen.

Aandrijving en prestaties van een elektrische auto