Elektrische transporttechnologie Is er toekomst?

CQS Group T Racing Team

Elektrische transporttechnologie Is er toekomst? Prof. Dr. Ir. Geert Waeyenbergh

Umicar One

E-Scoot

Umicar Imagine

Umicar Infinity

VDS Vision

Odyssee

Areion

Pegasus

ZERT 002

ZERT 001

Umicar Inspire

Roadmap 2004

2005

2006

2007

2008

2009

2010

2011

2012

Overzicht Projecten op Groep T EV‟s: problematiek & geschiedenis Elektrisch transport en oplaadinfrastructuur


Algemeen: huidige problematiek  Luchtvervuiling: ▫ Greenhouse effect ▫ Zure regen ▫ SMOG

 Olieproductie: ▫ Eindigheid van de fossiele brandstoffen ▫ Economische en politieke afhankelijkheid

 Conventionele verbrandingsmotor: slecht rendement




Olieproductie  Olievoorraden dalen, prijzen stijgen  Grote reserves vooral tussen 1950-1970 ontdekt  Vooral reserves het in Midden-Oosten  Negatieve invloeden op milieu

Bron: Elektrische en hybride voertuigen: een overzicht van de technologie met hun voor en nadelen - Prof. Joeri Van Mierlo VUB




Conventionele brandstofmotor  Slecht rendement  Zwaar en groot  Onderhoud (veel draaiende onderdelen)  Lawaai en trillingen  Uitstoot van # schadelijke uitlaatgassen

Conventionele brandstofmotor ICE

Ideale tractiekarakteristiek

EV


Geschiedenis  1ste elektrische voertuig, 1828 (Anyos Jedlik) (Hongaar)  Uitvinder van de elektrische motor

Geschiedenis  1ste elektrische trein, 1837 (Robert Davidson) (Schot)  1ste elektrische passagierstrein, 1879 (W. von Siemens)  1ste elektrische tram, 1881 (Werner von Siemens)

Geschiedenis  1880: 1ste elektrische trolley-bus (Werner von Siemens)

 1884: 1ste elektrisch vervoer (Thomas Parker)

Geschiedenis 1898 Lohne r- Porsche carriage

1ste serie hybride voertuig: 4 „inwheel‟ motoren + 300 expl. verkocht

Geschiedenis  Milestone from Belgium!  “La jamais contente”  1ste wagen die 100 km/h bereikt (105,882 km/u)  Belg: Camille Jenatzy  Elektrische recordauto (1899)

Geschiedenis  1899  Rue Cardinet – Parijs

 Elektrische taxi‟s  1ste batterij-wissel depot

Geschiedenis  1905 – 1925, Opmars verbrandingsmotoren  Ontdekking van veel oliebronnen & olievelden  daling olieprijs  Opkomst massaproductietechnieken

Geschiedenis  1908, Ford T  1ste betaalbare wagen  1ste in massageproduceerde wagen  1918: helft van de auto‟s in de wereld  Ford T  Brandstof was spotgoedkoop

Geschiedenis  1973  oliecrisis (start EV- research)  1980 - …  meer aandacht voor milieuproblematiek (Clean Air Acts – California)  1990 - … evolutie in vermogenelektronica

Geschiedenis  1997, GM brengt als eerste een elektrische wagen op de markt (leasing concept), EV1  2000: GM haalt al de EV 1-voertuigen van de markt en vernietigen alle geproduceerde EV1vertuigen

 “Who killed the electric car”

Geschiedenis  2008, Tesla Roadster  0-100 km/h in 4s, 1,74 l/100 km petrol equivalent  200 km/h top speed  Range: 250 km (afh. van rijgedrag)  Vermogen: 248 pk (185 kW)  Basisprijs: 105 000$ - 123 760$ (Base Model – Signature edition – Sport)

 Kosten batterij = 30 000$

Tesla Roadster

Tesla Roadster Model S


Elektrische transporttechnologie: Types BEV = Battery-electric vehicle ▫ Herlaadbare batterijen als enige energiebron (100% elektrisch)

HEV = Hybrid electric vehicle ▫ Elektrische energiebron PLUS “onboard power generation” ▫ Bijkomende energiebron: diesel, gas, fuel cell

Elektrische transporttechnologie: Types  100 % elektrisch betekent NIET 100 % emissievrij  100 % emissievrij = ZEV = Zero-emission vehicle  BESTAAT NIET IN DE PRAKTIJK !!!

 Emissies MOET men beschouwen over de volledige energie-cyclus, energieproductie inclusief

Elektrische transporttechnologie: Types ZEV  Solar Challenge Cars

Umicar Inspire

Elektrische transporttechnologie: vergelijking  Well-to-Wheel  specifieke LCA om de efficiëntie van voertuigen te vergelijken (appelen met appelen vergelijken)

 Autofabrikanten (uitstoot van de wagens zelf) CO2-uitstoot in Tank-to-Wheel cijfers

 Well-to-Wheel = Well-to-Tank + Tank-to-Wheel Ook CO2-uitstoot !!!

Elektrische transporttechnologie: vergelijking

Bron: Cursus Elektrische transporttechnologie – Prof. Dr. Ir. Johan Driesen KU Leuven

Elektrische transporttechnologie: BEV

Reva

Nissan Leaf

Renault ZOE Z.E.

Tazzari-zero

Mitsubishi MiEV

Citroën C-ZERO

Tesla Roadster

Elektrische transporttechnologie: BEV

Elektrische transporttechnologie

Voordelen van elektrische voertuigen  Verbruiken niets bij stilstand  Regeneratief remmen (generatorwerking)  Elektrische motor heeft hoog rendement (EM: 70-90% ; ICE 10-30%)  Geluidloos

Voordelen van elektrische voertuigen  Elektrische wagen heeft geen uitstoot van schadelijke gassen (geen plaatselijke vervuiling)  Lage verbruikskost  Emissies worden verplaatst naar de productie van elektriciteit (efficiëntie stijgt in elektriciteitscentrales)

Nadelen van elektrische voertuigen  Autonomie  beperkt bereik (100-250 km)  Oplaadinfrastructuur nodig ! “Er zijn geen elektrische voertuigen in België omdat er geen laadpunten zijn, anderzijds zijn er geen laadpunten omdat er geen elektrische voertuigen zijn” – Etienne Schoepen

 Opladen = traag  Hoge aanschafprijs (2 x hoger dan benzine- of dieselwagen)

 Batterijen zijn duur en zwaar

Nadelen van elektrische voertuigen  Distributienet is niet voorzien op een grootschalige introductie van de elektrische voertuigen  Geluidloos (veiligheid)  Nieuw businessmodel nodig (leasing + onderhoud valt grotendeels weg )

 Eindigheid zeldzame aardmetalen  Clean energy‟s dirty little secret  Hoge efficiëntie heeft ook z‟n nadelen (bv. verwarming?)

Opbouw van een EV Batterij

 Batterijpakket

 Power-invertor (convertor)  Elektromotor  Overbrenging (reductie)

Convertor

Elektrische motor

Reductie

De elektrische aandrijflijn (algemeen) Batterij

Convertor

Elektrische motor

Reductie

De elektrische aandrijflijn: Batterij  Lood-zuur  Nikkel Cadmium  Nikkel-metaal-hydride  Zink lucht  Natrium Nikkel Chloride  Lithium-ion

Lithium-ion: vergelijking  GSM, laptops, … allemaal lithium-ion vandaag

Lithium-ion: voordelen  Hoge energiedichtheid  Hoge stromen  Lichter in gewicht  Geringe zelfontlading  Op dit moment de beste energiedragers  Recycleerbaar

Lithium-ion: opbouw & werking

Lithium-ion: nadelen  Onvoldoende lithium voor grootschalige introductie van de elektrische wagen  Levensduur: eindig aantal laadcycli  Ontploffingsgevaar  70% van de winbare reserves bevindt zich in de “Lithium triangle” – Chili, Argentinië en Bolivia

Ijskoud Bijzonder zoute lucht Hel wit licht

De Uyuni-woestijn (Bolivia) herbergt 70% van de voorraad lithium.

Lithium-ion: nadelen

Lithium-ion: nadelen  Kleine reserves in Nevada, Tibet, Australië en Rusland

 Evolutie in prijs sinds 2003: 350$/ ton 3000$/ton  Batterijen zijn nog altijd zwaar (veel cellen nodig)  Batterijen zijn enorm duur (nu nog) ! ± 18000€ voor 1 batterijpack + BMS

Lithium-ion: recycleerbaarheid  “Umicore gaat in Hoboken herlaadbare batterijen recycleren” 16/11/09

Lithium-ion: TO DO

Energiedichtheid: x 3 Levensduur: x 3 Kostprijs: / 3

De elektrische aandrijflijn: Convertor  Convertor = Vermogenelektronica  Doel: omzetting van elektriciteit + motorcontrole  Omzetting van: ▫ DC  DC (chopper) ▫ DC  AC (invertor)

 Spanningen zo hoog mogelijk (400 V)  minder verliezen

De elektrische aandrijflijn: Elektrische motor


Bron: Electrical Engineering van de Hong Kong Politechnic University



De elektrische motor: voordelen  Hoog rendement (70-90%)  Relatief laag gewicht  Klein / compact  Hoog startkoppel  Niet nieuw (industrie)  Kan werken als generator (Regeneratief remmen)

De elektrische motor: nadelen  Sturing nodig (controller)  vermogenelektronica  Sturing kan complex zijn (afh. van motor)  Vermogenelektronica = DUUR  Koeling nodig



SRM

PMSM

De elektrische aandrijflijn: Elektrische motor Het aantal “politieke grondstoffen neemt toe” !

Neodymium Nd

Terbium Tb

Dysprosium Dy

China mines more than 95% of the rare earth minerals that are taken out of the ground !!!


Neodymium Nd

11,4 kg zeldzame metalen in de Toyota Prius

Build Your Dreams


Helft van de wereldproductie in Baotou (Mongolië)

De elektrische aandrijflijn: Overbrenging

Mogelijke aandrijflijnconcepten 

25 mogelijke aandrijflijnconfiguraties - Voorwielaandrijving - Achterwielaandrijving - Vierwielaandrijving



Onderscheid tussen 4 soorten ▫ ▫ ▫ ▫

Conventionele aandrijfconcept Transmissieloze aandrijfconcept Cascade aandrijfconcept In-wheel aandrijfconcept

Mogelijke aandrijflijnconcepten 

25 mogelijke aandrijflijnconfiguraties - Voorwielaandrijving - Achterwielaandrijving - Vierwielaandrijving



Onderscheid tussen 4 soorten ▫ ▫ ▫ ▫

Conventionele aandrijfconcept Transmissieloze aandrijfconcept Cascade aandrijfconcept In-wheel aandrijfconcept

Overzicht Projecten op Groep T EV‟s: Problematiek, geschiedenis Elektrisch transport en oplaadinfrastructuur

Oplaadinfrastructuur EV‟s  30% EV‟s  + 4% bijkomende energieproductie (België)

 3 opties: ▫ Laden (thuis: 230 V) ▫ Snelladen (3-fase: 380 V) ▫ Batterij-wisselsysteem (± 3 min)

Information Geert Waeyenbergh Campus Manager GROUP T - Campus Intelligent Mobility Email: [email protected] Tel: +32 477 93 93 75

Elektrische transporttechnologie Is er toekomst?

Recommend Documents