Inhoud. Elektrisch rijden: consequenties voor het ontwerp van de auto. Voorbeelden van elektrische auto s. Globale beschouwing elektrische aandrijving

Maat: px

Weergave met pagina beginnen:

Download "Inhoud. Elektrisch rijden: consequenties voor het ontwerp van de auto. Voorbeelden van elektrische auto s. Globale beschouwing elektrische aandrijving"

Christina van Loon
8 jaren geleden
Aantal bezoeken:

1 Elektrisch rijden: consequenties voor het ontwerp van de auto Igo Besselink Werktuigbouwkunde Kivi bijeenkomst 7 juni 2010 PAGE 1 Inhoud Voorbeelden van elektrische auto s Globale beschouwing elektrische aandrijving Project: de auto van de toekomst Ombouw VW Lupo 3L Samenvatting PAGE 2

Voorbeelden van elektrische auto s Globale beschouwing elektrische

2 Voorbeelden van elektrische auto s De eerste auto die harder dan 100 km/h rijdt (1899) PAGE 3 Voorbeelden van elektrische auto s Rond 1900 waren de meest verkochte auto s elektrisch PAGE 4

3 Voorbeelden van elektrische auto s In de jaren 1960/1970 hernieuwde aandacht oliecrisis/emissies, i i i i diverse prototypes t PAGE 5 Voorbeelden van elektrische auto s GM EV-1 ( ) zero emission i wetgeving Californie i poging tot consumentenproduct (ca exemplaren) PAGE 6

Voorbeelden van elektrische auto s GM EV-1 (1996-1999) zero emission i

4 Voorbeelden van elektrische auto s Tesla Roadster ( nu) acceleratie: km/h in 3.7 sec. topsnelheid: 200 km/h, actieradius: 200 tot 330 km 6831 laptop batterijen PAGE 7 Voorbeelden van elektrische auto s Nissan Leaf (2010) massaproductie (verwachte produktieaantallen t > ) 000) prijs: euro, komt eind 2010 naar Nederland PAGE 8

topsnelheid: 200 km/h, actieradius: 200 tot 330 km 6831 laptop batterijen PAGE 7

5 De elektrische aandrijflijn AC energy usage charger 80 % of nominal capacity battery inverter DC energy usage motor reduction di drive shaft wheel 80% efficiency 80% efficiency Als eerste benadering lijkt er een 80% vuistregel te gelden... rendementen: elektrisch plug-to-wheel : 64% benzine: tank to wheel : 18% diesel: tank-to-wheel : 22% PAGE 9 Hoe zwaar wordt de brandstoftank? uitgangspunt: energie aan de wielen energy carrier 10 kwh at the wheels characteristics drive train required energy carrier relative to petrol utilisation efficiency energy mass volume mass volume kwh/kg kwh/l factor - kwh kg L - - petrol diesel battery (lead-acid) battery (NiMH) battery (LiFePO4) battery (LiPo/LiCo) energieopslag in batterijen is minimaal i 25x zo zwaar als benzine en het bijbehorende volume is minimaal 10x zo groot vuistregel: 0.4*Cbatt,nom [kwh] = Vpetrol,eq. [L] PAGINA 10

uitgangspunt: energie aan de wielen energy carrier 10 kwh at the wheels characteristics drive train required energy carrier relative to petrol utilisation efficiency energy mass volume mass volume

6 Voorbeelden equivalente tankinhoud: 16 kwh = 6.4 L benzine Mitsubishi imiev: 16 kwh 24 kwh = 9.6 L benzine Nissan Leaf: 24 kwh 53 kwh = 21 L benzine Tesla Roadster: 53 kwh opladen : benzinepomp: 40Lperminuut normaal stopcontact (3.6 kw): ca. 1.5 L per uur (1600x langzamer) DC fast charging (50 kw): ca. 20 L per uur (120x langzamer) PAGINA 11 Fast charging Met behulp van fast charging kan de batterij sneller opgeladen worden, oplaadtijd ca. 30 minuten of minder (rendement? levensduur batterijen?) PAGE 12

stopcontact (3.6 kw): ca. 1.5 L per uur (1600x langzamer) DC fast charging (50 kw): ca.

7 Totale voertuiggewicht vuistregel bij ombouw: gewicht van de batterijen optellen bij gewicht benzinevoertuig Lotus Elise R batterijen Tesla Roadster (2008) Mini One Mini E (2009) Mitsubishi i Mitsubishi i Miev (2009) voertuiggewicht [kg] PAGE 13 Recent voorbeeld VW Golf Blue-E-motion (2010) benzine: 1117 kg (1.4 16v) volledig elektrisch: 1545 kg (26.5 kwh) PAGINA 14

Mitsubishi i Miev (2009) 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 voertuiggewicht [kg] PAGE 13 Recent

8 Nissan Leaf 100% ontworpen als een elektrisch voertuig, gewicht??? PAGINA 15 Dus? zwaarder, kleine tankinhoud, traag laden waarom is een elektrische auto toch interessant? de elektrische auto is de meest efficiente manier om duurzaam opgewekte energie naar de wielen te krijgen het ultieme flexi-fuel voertuig: kan rijden op gas, kolen, waterkracht, biomassa, kern-, wind- en zonne-energie lokaal gèèn emissies goede (tussen-) acceleratie eigenschappen relatieve eenvoud, minder onderhoud stiller in het stadsverkeer kan op termijn helpen bij het stabiliseren van het elektriciteitsnet PAGINA 16

de elektrische auto is de meest efficiente manier om duurzaam opgewekte energie naar de wielen te krijgen het ultieme flexi-fuel voertuig: kan

9 Umdenken opladen zal hoofdzakelijk thuis ( s nachts) gedaan worden, incidenteel fast charging voor de langere ritten. hoeveel actieradius heb je werkelijk nodig? gemiddelde benzineauto rijdt 30 km per dag en staat 23 uur per dag stil ( maar de gebruiker wil flexibiliteit!) car usage: distance per trip > 50 km % 40 to 50 km 30 to 40 km 20 to 30 km 10 to 20 km 5 to 10 km 0 to 5 km PAGINA 17 Ontwerp van een elektrische auto Hoe ziet een slim, aantrekkelijk, evenwichtig design er uit? geen rare/aparte auto geen exclusieve, niche sportauto geen vrachtwagen om batterijen te transporteren

gemiddelde benzineauto rijdt 30 km per dag en staat 23 uur per dag stil ( maar de gebruiker wil flexibiliteit!

10 De auto van de toekomst initiatief van stichting Natuur & Milieu milieuvriendelijk individueel vervoer 3 TU project, TU/e: aandrijflijn en onderstel voertuig: de c,mm,n, c,mm,n 1.0 powertrain mock-up AutoRAI 2007 PAGINA 19 Van c,mm,n 1.0 naar 2.0 AutoRAI 2009: c,mm,n 2.0 overstap van waterstof naar elektrisch de auto van de toekomst gaat rijden! cmmn20 c,mm,n 2.0 powertrain mock-up AutoRAI 2009 PAGINA 20

0 powertrain mock-up AutoRAI 2007 PAGINA 19 Van c,mm,n 1.0 naar 2.0 AutoRAI 2009: c,mm,n 2.

11 De auto van de toekomst gaat rijden eerste stap: conversie van een bestaande auto C,MM,N 2.0 Lupo 3L dimensions 3750x1650x x1621x1455 mm wheelbase mm frontal area m 2 drag coefficient mass without drive train 650 kg 595 kg PAGINA 21 Pakket van eisen uitgangspunten: kleine vierzitter topsnelheid > 120 km/h acceleratie km/h < 15 sec. actieradius 200 km opladen binnen 8 uur op een normaal stopcontact gewicht van het complete voertuig: < 1000 kg omwille van de doorlooptijd: zoveel mogelijk gebruik maken van bestaande componenten PAGINA 22

29 mass without drive train 650 kg 595 kg PAGINA 21 Pakket van eisen uitgangspunten: kleine vierzitter topsnelheid > 120 km/h acceleratie 0-100

12 Elektromotor/versnellingsbak gewicht 85 kg (dieselmotor+bak: 180 kg) vermogen 50 kw (dieselmotor: 45kW) max. koppel 270 Nm (dieselmotor: 140 Nm) één versnelling watergekoeld PAGE 23 prestaties e versnelling 45 kw diesel 50 kw elektrisch rijweerstand 4000 trekkrac cht [N] e versnelling 3e versnelling 4e versnelling 5e versnelling rijsnelheid [km/h] PAGE 24

versnelling 45 kw diesel 50 kw elektrisch rijweerstand 4000 trekkrac cht [N] 3000 2000 1000 2e

13 Batterijen batterij: 91 cellen, 300 V gewicht: 273 kg volume: 180 liter energie: 27kWh fossiele brandstof: 10 liter benzine (8 kg) 8 liter diesel (7 kg) PAGE 25 Actieradius (constante snelheid) actieradiu us [km] snelheid [km/h] PAGE 26

(7 kg) PAGE 25 Actieradius (constante snelheid) 500 450 400 350 actieradiu

14 Is elektrisch rijden goedkoper? euro/100 km energiekosten (diesel : 1.20 euro/l, elektriciteit: 0.23 euro/kwh) diesel (1.20 euro/l) electric (0.23 euro/kwh) energy costs NB: VW Lupo 3L is een exteem zuinig voertuig ca. 1 L op 27 km velocity [km/h] PAGINA 27 C02 uitstoot? "well to wheel" C02 emissions diesel (3.19 kg C02/L) electric (100 g C02/kWh) electric (550 g C02/kWh) electric (1000 g C02/kWh) kolencentrale ns [gr/km] C02 emissio huidige mix 50 groen velocity [km/h] PAGINA 28

1 L op 27 km 2 1 0 0 50 100 150 velocity [km/h] PAGINA 27 C02 uitstoot? 300 250 "well to wheel" C02 emissions diesel (3.

15 Samenvattend ondanks forse vooruitgang: batterij blijft de bottleneck van de elektrische auto (energiedichtheid, levensduur, veiligheid, kosten, ) de huidige elektrische auto kan de ICE auto nog niet voor alle toepassingen vervangen Kun je leven met een auto met een benzinetank van ca. 10 liter, welke iedere dag opnieuw gevuld is? (en incidenteel fast charging) in ieder geval zal het aandeel batterijen en elektronica in de aandrijflijn de komende jaren sowieso toenemen (hybride, plug-in hybride, range extended electric vehicles) grote C02 reducties mogelijk indien indien gebruik wordt gemaakst van hernieuwbare bronnen (water/zon/wind) PAGINA 29 De ultieme droom huidige stand van de techniek: ca. 30 m 2 zonnepaneel nodig in Nederland PAGE 30

(en incidenteel fast charging) in ieder geval zal het aandeel batterijen en elektronica in de aandrijflijn de komende jaren sowieso toenemen (hybride, plug-in hybride, range extended

16 Vragen? PAGE 31

Vergelijkbare documenten

Inhoud. Van stekker tot wiel: rendementen. Energieopslag in batterijen. Het laden van de batterijen. Actieradius: constante snelheid en ritcycli

Inhoud. Van stekker tot wiel: rendementen. Energieopslag in batterijen. Het laden van de batterijen. Actieradius: constante snelheid en ritcycli De keten van het elektrisch rijden (W102) Eigenschappen van volledig elektrische personenauto s Dr.Ir. Igo Besselink Werktuigbouwkunde, Dynamics and Control Kivi jaarcongres, 6 oktober 2010 Arnhem PAGE