Elektrische auto

Uit Wikipedia, de vrije encyclopedie
Ga naar: navigatie, zoeken
Zie het artikel Dit artikel gaat over volledig elektrische auto's. Zie ook hybride auto, plug-inhybride, range extender, waterstofauto en zonnewagen voor andere auto's met elektromotor.
Een Nissan Leaf wordt opgeladen aan een Amsterdamse laadpaal
Laadpaal

Een elektrische auto is een auto met een elektromotor voor de aandrijving en een tractiebatterij voor de energie.

Geschiedenis[bewerken]

Tot de Tweede Wereldoorlog[bewerken]

Auke Hoekstra van de TU Eindhoven over de geschiedenis en vooroordelen van de elektrische auto

Waarschijnlijk was de eerste elektrische auto een schaalmodel, gemaakt door de Nederlander Sibrandus Stratingh in 1835[1]. Hij baseerde zijn auto op berekeningen van Michael Faraday. Het model bestaat nog steeds. Robert Anderson maakte een vroege koets aangedreven door elektrische energie uit batterijen.

Rond 1900 waren bijna alle auto's elektrisch.[2] Aan het eind van de 19e eeuw werd de brandstofmotor steeds beter, waardoor de elektromotor het uiteindelijk verloor. Elektrische auto's, in tegenstelling tot auto's met een interne verbrandingsmotor, hadden wel min of meer "tankstations".

Het fundamentele probleem met elektrische auto's was dat de energiedichtheid van oplaadbare batterijen circa 80 tot 300 keer kleiner is dan die van benzine en diesel. Daarom moesten elektrische auto's met zware interne batterijen worden uitgerust, waardoor de snelheid en het bereik ernstig beperkt waren. Er werden auto's op de markt gebracht die dit probleem omzeilden door twee motoren te gebruiken, een benzine- en een elektrische motor. Hoewel ingenieus, waren deze hybride auto's fragiel en erg duur. Mede hierdoor verloor de elektrisch aangedreven en hybride auto aan belang vlak na de Eerste Wereldoorlog.

Tweede Wereldoorlog tot eind 20e eeuw[bewerken]

Polygoonjournaal uit 1941. Elektrische taxi's in Den Haag.
Polygoonjournaal uit 1971. Proeven in Utrecht met een elektrische bestelauto van Van Gend & Loos.

Desondanks bleef men elektrische auto's ontwikkelen. Tijdens de Tweede Wereldoorlog kreeg de elektrische auto een tijdelijke opleving, mede veroorzaakt door het brandstoftekort. Daarna bleef het een tijd stil. Toen zich in de jaren zeventig twee energiecrises voordeden werd de ontwikkeling van de elektrische auto weer gestimuleerd. Rond deze tijd werd bijvoorbeeld het Witkarproject opgestart.

Chrysler ETV 1 eind jaren zeventig

In de jaren 90 experimenteerden de grote merken zoals Ford met de EV-Ranger en de Noorse 'FJORD' Th!nk, GM met de EV1 en Toyota met de RAV EV. In 1997 introduceerde Toyota de hybride auto Prius, die de voordelen van een elektromotor en een verbrandingsmotor combineerde. De auto werd een groot verkoopsucces.

De EV1 van General Motors werden als leaseauto's op de markt gebracht. De leasecontracten werden echter vroegtijdig opgezegd en de eigenaren werden verplicht de voertuigen in te leveren om te worden vernietigd[3]. De vernietiging bracht een schokgolf van protest teweeg die vooral in Hollywood weerklank kreeg. Bekende 'EVangelisten' zijn: Danny DeVito, Tom Hanks, George Clooney, Leonardo DiCaprio, Alexandra Paul, Cameron Diaz en nog vele anderen.[4]

2000-2010[bewerken]

Ondanks het succes van de hybride auto's, zoals de Prius, lieten de volledig elektrisch aangedreven modellen aan het begin van de 21ste eeuw veel te wensen over. Het Amerikaanse bedrijf ZAP had in 2006 de in China geproduceerde auto Xebra op de markt gebracht met een topsnelheid van 65 km/h en een bereik van 64 kilometer voordat de accu's weer moesten worden opgeladen. Van de Indiase REVAi, ook bekend als de G-wiz in Londen, werden 3000 exemplaren geproduceerd. De Reva haalt een top van 80 km/u en heeft onverwarmd een autonomie tot 80 km en verwarmd tot 60 km.[5]

Langzaamaan werd echter de opstap naar een volwaardige concurrent voor de auto met brandstofmotor gezet. In 2008 ging de volledig elektrisch aangedreven Tesla Roadster in productie. Het Noorse Th!nk werd herstart en ook grote autobedrijven als Toyota en Honda brachten hybride auto's op de markt. Door stijgende belangstelling begonnen andere fabrikanten ook belangstelling te krijgen voor de fabricage van hybride en elektrisch aangedreven auto's.

2010 tot heden[bewerken]

Elon Musk staand voor een Tesla Model S in 2011

Sinds 2010 haalt een nieuwe generatie elektrische wagens het voorplatform: Tesla Motors begon op grotere schaal elektrische sportwagens te verkopen, en General Motors en Nissan stortten zich op de markt van kleine stadsauto's met respectievelijk de Chevrolet Volt en de Nissan Leaf. BMW richtte het BMW i-gamma op, waarmee het op de premiumstadsauto's mikte met de BMW i3 en het duurdere marktsegment met de BMW i8. Vanaf 2014 was ook de Volkswagen E-Up beschikbaar in Nederland.

Op 12 juni 2014 maakte Tesla Motors bekend dat het voortaan al zijn patenten openstelde voor andere fabrikanten om de opgang van elektrische auto's te versnellen.[6] Rond 2010 hebben veel van de bekende automerken hun eerste elektrische auto's op de markt gebracht. In 2017 worden er 7 nieuwe modellen elektrische wagens op de markt gebracht. Een nieuwe ontwikkeling is de zelfrijdende auto gebaseerd op een elektrische aandrijflijn. Op Europees niveau zijn producenten, distributeurs en wetenschappers verenigd binnen AVERE.[7]

Landelijke ontwikkelingen[bewerken]

Nederland[bewerken]

1rightarrow blue.svg Zie Elektrische auto in Nederland voor het hoofdartikel over dit onderwerp.
Twee elektrische Smarts worden opgeladen in Amsterdam

In het Energieakkoord is vastgelegd dat een verbod op de verkoop van benzine- en dieselauto's pas in 2035 aan de orde mag zijn[8] en dat er na 2035 alleen nog emissievrije auto's verkocht mogen worden. Na 2050 mogen er alleen maar emissievrije auto's rondrijden.[9]

Verenigde Staten[bewerken]

In 1990 werd in de Amerikaanse staat Californië het Zero Emission Vehicle Program van kracht, dat een serie maatregelen inhoudt om fasegewijs te komen tot de verkoop van auto's (vrijwel) zonder uitstoot van schadelijke stoffen.[10]

Fabrikanten[bewerken]

Hyundai Ioniq Electric
Renault ZOE Q210
BMW i3 (2014)

In Nederland zijn er 14 autofabrikanten die volledig elektrische personenauto's of bestelbusjes (FEV) leveren. De fabrikanten zijn in alfabetische volgorde:

Merk Model
BMW i3
Citroën C-Zero
Ford Ford Focus Electric, C-Max Energi
Hyundai IONIQ
KIA Soul EV
Mercedes Mercedes-Benz B250e
Mitsubishi i-MiEV
Nissan Leaf, e-NV200 Evalia
Opel Ampera-e
Peugeot iOn, Peugeot Partner Electric
Renault Zoé, Twizy, Kangoo ZE
Smart Smart ForTwo Electric Drive
Tesla Model S, Model X
Volkswagen e-Golf, e-Up!

De Fiat 500e staat niet in dit lijstje omdat deze uitsluitend in Amerika leverbaar is. De Th!nk City van de Noorse fabrikant Th!nk is in 2009 door de RDW toegelaten op de Nederlandse wegen, maar het bedrijf is in 2011 failliet gegaan. Daarnaast zijn er 89 modellen plug-inhybride voertuigen (PHEV) van 10 fabrikanten en 4 modellen elektrische voertuigen met range extender van 3 fabrikanten.[11] De Fisker Karma is ook een elektrische auto met range extender die op de Nederlandse wegen te zien is, maar is niet meer leverbaar. Opvallende afwezige in het rijtje van FEV-fabrikanten is de grootste autofabrikant Toyota[12] (de Toyota I-Road is niet in Nederland te koop). Audi, Porsche en Volvo leveren uitsluitend PHEV-modellen, geen FEV's. Deze drie fabrikanten hebben wel aangekondigd volledig elektrische modellen op de markt te brengen in 2018 of 2019. Renault en Nissan leveren géén PHEV-modellen. Tesla maakt uitsluitend FEV's.

Motor[bewerken]

Tesla motoraandrijving (links) en invertor (rechts) aan de achterzijde

De elektrische tractie kan uitgerust zijn met een single-motor of een multi-motorsysteem. Een single-motor is een centraal motorblok dat via een differentieel de verschillende wielen aandrijft (twee- of vierwielaandrijving). Een dual motorsysteem is een vierwielaandrijving waarbij ieder wielstel een motor met een differentieel heeft. Tot slot is een systeem mogelijk van vier onafhankelijke wielmotoren (In Wheel Motor). Hierbij worden de snelheidsverschillen door slip of bochten per wiel elektronisch op elkaar aangepast.

Bij een motor wordt de omwentelingssnelheid door een invertor geregeld die van de gelijkstroom van de accu een driefasige spanning maakt voor een driefasige asynchrone motor. De hierbij traploos te genereren frequentie bepaalt de snelheid. Hierdoor is geen versnellingssysteem nodig en heeft de motor bij iedere snelheid hetzelfde rendement. Via tandwielen wordt het koppel vergroot en een lagere omwentelingssnelheid gerealiseerd.

De tractie is vaak zo gemaakt dat de motor ook gebruikt kan worden voor recuperatief remmen waarbij de motor als dynamo gebruikt wordt om de accu op te laden. Indien de auto is afgesteld dat het loslaten van het gaspedaal leidt tot remmen wordt gesproken van een one-pedalsysteem. Een elektrische auto heeft naast het remsysteem via de motor, vaak ook een mechanisch remsysteem.

Accu[bewerken]

1rightarrow blue.svg Zie tractiebatterij voor het hoofdartikel over dit onderwerp.

De elektrische energie wordt opgeslagen in een tractiebatterij. Werden voorheen loodaccu's gebruikt, sinds de opkomst van lithium-ion voor de mobiele telefoon en laptop wordt ook bij de elektrische auto van dit type accu gebruik gemaakt. Een tractiebatterij bestaat uit een aaneenrijging van duizenden batterijcellen. Bij elkaar geven deze een voltage van enige honderden volt. De capaciteit van een accu wordt uitgedrukt in kilowattuur (kWh).

Het doel van wetenschappers is om een batterij te ontwikkelen die de elektrische auto een even grote actieradius geeft als de benzineauto (800 km)[13] en 1000 maal kan opladen en ontladen zonder capaciteitsverlies.[14] Voorbeelden van batterijen in ontwikkeling zijn de metaal-luchtbatterij[15], lithium-luchtbatterij[13] en redox-flow-accu.[16] De Goodenough glasbatterij zou een doorbraak kunnen worden door de hogere energiedichtheid en lage prijs.[17] Door de inzet van nanotechnologie kan een batterij zelfs na 1000 oplaad/ontlaad cycli nog 97% van de oorspronkelijke capaciteit behouden.[18]

De prijs van accu's is gedaald van duizend dollar per kWh in 2010 tot 227 dollar in 2016 en zal naar verwachting in 2020 gezakt zijn naar 100 dollar per kWh, een factor tien goedkoper in tien jaar tijd.[19] Kostte bijvoorbeeld een 30kWh-accu (aanwezig in het 2017 model van de Nissan Leaf) in 2010 nog 30.000 dollar, en in 2017 7500 dollar, in 2020 zal dat 3000 dollar zijn.

Voor- en nadelen[bewerken]

De voordelen en nadelen van de volledig elektrische auto met accu ten opzichte van een auto met een verbrandingsmotor op benzine zijn:

Voordelen[bewerken]

  • geen versnellingsbak
  • snelle acceleratie door hoog koppel
  • stationair draaien niet nodig
  • bij remmen en afdalen kan de energie gebruikt worden om de accu op te laden
  • toelevering van elektriciteit aan elektriciteitsnet mogelijk
  • weinig warmteproductie
  • bij een accubodemplaat een robuustere en daarmee veiligere auto
  • de elektromotor heeft hogere energetische efficiency dan benzine- en waterstofauto (zie: Energie-efficientie)
  • potentieel duurzame energie: hoe meer elektriciteit uit wind- en zonne-energie in plaats van uit kolencentrales afkomstig is, hoe duurzamer de elektriciteit is waarop de auto rijdt (zie: Milieuaspecten)
  • de gebruiker van de elektrische auto kan zijn voertuig bij diverse oplaadpunten van energie voorzien
  • op lokaal en nationaal niveau: milieuvriendelijker, want geen stikstofoxidenuitstoot (zie: Milieuaspecten)
  • op lokaal niveau: minder doden door minder fijnstof
  • op globaal niveau: gunstig voor het verminderen van klimaatopwarming door minder of geen CO2 uitstoot (zie: Milieuaspecten)
  • op nationaal niveau: minder afhankelijk van fossiele brandstoffen bij de productie van elektriciteit uit zon, water - en windenergie
  • prijs per kilometer is lager[20] omdat elektriciteit meestal goedkoper is
  • de auto is stabieler doordat het zwaartepunt lager ligt (de accu bevindt zich in de bodem van de auto)[21]
  • elektromotor is stiller dan de benzine of dieselmotor, wat bij lage snelheden in een lawaaireductie van het voertuig resulteert[22]
  • elektromotor is kleiner en lichter dan de benzine of dieselmotor[2][23]
  • minder onderhoud omdat de aandrijflijn eenvoudiger is dan de benzine- of dieselmotor (zie: Onderhoud)
  • fiscale voordelen voor eigenaren (zie: Belastingen)
  • je kan thuis opladen
  • elektrisch opladen is beduidend goedkoper dan benzine of diesel tanken

Nadelen[bewerken]

  • hogere aanschafprijs, de aanschafprijzen van de auto lagen in 2016 in Nederland tussen de 9000 en 17.000 euro hoger dan bij vergelijkbare handgeschakelde auto's op benzine of diesel.[20] De hogere aanschafprijs is een van de belangrijkste bezwaren om een elektrische auto aan te schaffen.[24] Overheden ondervangen dit met subsidies en belastingvoordelen.
  • landelijk dekkende laadinfrastructuur van voldoende laadpalen dient te worden opgezet en te onderhouden
  • actieradius is minder dan bij benzine-, diesel- of waterstofauto (2017). Dit wordt ervaren als een van de belangrijkste bezwaren tegen de aanschaf van een elektrische auto[24] (zie ook: Actieradius). Dit heeft te maken met de lagere energiedichtheid van de Li-ion batterij.
  • opladen duurt langer dan bij benzine-, diesel-, waterstofauto. Dit geldt voor thuis opladen en voor openbare laadpunten, maar snellaadpalen laden binnen een half uur op. Een alternatieve oplossing voor dit probleem zijn verwisselbare batterijen (maar deze zijn nog niet beschikbaar), of auto's met een range extender.
  • het gewicht is iets hoger (motor licht, accu zwaarder) (zie: Brandstofverbruik)
  • de energiedichtheid van een accu is veel lager dan van benzine en diesel waardoor de accu groter is dan de benzine- en dieseltank[25]
  • omdat elektromotoren nauwelijks warmte produceren moeten ze 's winters met stroom uit de batterij verwarmd worden, terwijl de batterijen bij lage temperaturen juist minder presteren. Daardoor wordt de actieradius kleiner. Een auto met een verbrandingsmotor wordt verwarmd met warmte van de motor en hoeft dus 's winters relatief minder extra energie te gebruiken, maar zomers kost het koelen (airco) relatief meer energie in vergelijking met een elektrische auto.[bron?]
  • vooral bij snelheden tot 30 km/u horen voetgangers en fietsers de auto niet aankomen vanwege de stille motor. Sommige fabrikanten (Nissan) hebben daarom kunstmatig geluid toegevoegd.
  • nog beperkte mogelijkheden om caravan of aanhangwagen trekken. De Tesla Model X de eerste volledig elektrisch aangedreven personenauto die een aanhangwagen of caravan mag trekken (2017). Bij een caravan gewicht van plm. 1500 kg daalt het bereik van 400 km naar 200 km.[26]
  • onzekere (toekomstige) inruilwaarde van de auto,[27] mede doordat pas sinds 2010 elektrische auto's op de Nederlandse markt verschenen
  • onduidelijkheid over de levensduur van de accu (capaciteitsverlies door inwendige degradatie is een nog niet geheel begrepen proces)[28]
  • onduidelijkheid over recycling mogelijkheden van de accu.[29]

Milieuaspecten auto's met accu[bewerken]

De milieu-effecten van de elektrische auto tijdens de gehele levenscyclus kunnen opgedeeld worden in drie fases: de productie van de auto (inclusief productie van de accu), het rijden (inclusief de elektriciteitsproductie die nodig is om de accu op te laden) en de recycling van auto en accu.

Elektrische wagens produceren tijdens het rijden plaatselijk geen verbrandingsproducten zoals koolstofdioxide en stikstofoxide. Door slijtage van de remmen en banden komen wel fijnstofdeeltjes vrij. Door het regeneratief remmen vindt er minder slijtage aan de remblokjes plaats, maar door het typisch hogere gewicht vindt er juist meer slijtage van de banden en het wegdek plaats ten opzichte van een gemiddelde verbrandingsauto. Hoe groot het lokale effect hiervan is ten opzichte van een benzineauto is nog niet goed onderzocht.[30]

Tijdens het rijden verbruikt de auto elektrische energie. Wanneer de auto wordt opgeladen bij een oplaadpunt aan huis waarvan de elektriciteit afkomstig is van zonnepanelen of een groene stroom leverancier, dan rijdt hij op duurzaam geproduceerde elektriciteit. Wordt de auto geladen bij openbare oplaadstations, dan hangt de duurzaamheid af van de energiebron van het oplaadstation.[31] De snellaadstations van Fastned leveren 100% groene stroom van zon en wind.[32] De energiebron van andere laadpalen is moeilijker vast te stellen.[33] Volgens TNO, die de gehele cyclus van bron tot verbruik met alle ins en outs heeft uitgerekend, produceert een elektrische auto beduidend minder CO2 dan een conventionele auto. Bij de elektriciteitsmix van 2014 stoot een volledig elektrische auto zo'n 35% minder CO2 uit dan een conventionele auto. Dit kan nog verbeteren als het percentage duurzame elektriciteit omhoog gaat en de efficiëntie van de auto's verder stijgt.[34]
Wat betreft de geluidsoverlast tijdens het rijden presteert de elektrische auto beter dan de auto met verbrandingsmotor, vooral binnen de bebouwde kom.

De milieubelasting die optreedt bij de productie en afschrijving van elektrische auto's, exclusief de accu, is gelijk aan of kleiner dan die bij traditionele auto's. Elektrische auto's hebben echter zwaardere accu's. De milieubelasting van productie en afschrijving hangt af van het type accu. De metalen nikkel, kobalt en ijzer in nikkel-metaalhydride-accu's (NIMH) zijn goed recyclebaar.[35] Bij lithium-ion-accu's zijn er twee fasen: het tweede leven van de accu als energieopslagsysteem in gebouwen en bij het einde van de levensduur kunnen vooral aluminium, koper en kobalt teruggewonnen worden.[35]

Lithium-ionbatterijen verliezen, afhankelijk van de omgevingstemperatuur, na 5 tot 20 jaar zo'n 20% van hun capaciteit. Met name langdurige blootstelling aan temperaturen boven de dertig graden Celsius heeft een nadelig effect. Andere nadelige factoren zijn snel optrekken en remmen en hoe vaak er gebruikgemaakt wordt van snelladen.[36]

Lithium-ionbatterijen bevatten hoofdzakelijk nikkel, kobalt, mangaan en lithium en daarnaast in kleinere hoeveelheden ijzer, aluminium en koper. Deze metalen zijn recyclebaar.[37] Lithium maakt maar 1 procent van het accugewicht uit en is daardoor geen grote beperkende factor.[35] Uit milieu oogpunt is recycling beter, maar of recycling van deze grondstoffen economisch rendabel is hangt af van de grondstofprijzen op de wereldmarkt.

Energie-efficiëntie[bewerken]

Elektrische auto's hebben een energie-efficiëntie waarbij 74% tot 94% wordt omgezet in voortbeweging.[38] Een auto met benzinemotor haalt een efficiëntie van 14% tot 30%[39] en de hybride 25% tot 40%.[40] Het grootste energieverlies van een auto met benzinemotor is de warmte die deze produceert en niet voor de voortbeweging gebruikt kan worden.

Actieradius[bewerken]

De actieradius, ook wel bereik of range, is de afstand die een voertuig kan afleggen met een volle tank of accu. De eerste elektrische auto, ontworpen door Ferdinand Porsche, uit 1898 had een actieradius van 49 mijl (79 km).[41] In 2017 is de elektrische auto met de grootste actieradius de Tesla Model S 100D met 515 kilometer.[42] De actieradius wordt hoofdzakelijk bepaald door de capaciteit (kWh) van de accu, en daarnaast door factoren als de efficiëntie van de motor, stroomlijn, rolweerstand van de banden, recuperatief remmen, totaalgewicht van de auto, buitentemperatuur, (tegen)wind, en rijgedrag van de bestuurder.[43]

Onderhoud[bewerken]

Een auto op brandstof heeft zo'n 800 losse delen, een elektrische auto zo'n 20, inclusief de vier wielen.[44] Een hybride auto is complexer doordat hij zowel een benzinemotor als een elektromotor heeft. Een 100% elektrische auto heeft geen verbrandingsmotor, geen benzinetank, geen versnellingsbak, geen uitlaat, geen katalysator, veel minder bedrading, geen distributieriem, geen bougies, geen motorolie en filters.[45][46] Minder onderdelen betekent dat er minder kapot kunnen gaan of aan slijtage onderhevig zijn. Daardoor is het onderhoud goedkoper. Verder betekent minder bewegende onderdelen dat er minder energie in de vorm van warmte verloren gaat door wrijving tussen de onderdelen. Hoe minder onderdelen, hoe groter de efficiëntie. Dit alles geldt niet voor een elektrische auto met range extender.

Oplaadpunten[bewerken]

1rightarrow blue.svg Zie Oplaadpunt voor het hoofdartikel over dit onderwerp.

Voor het opladen van een elektrische auto is een oplaadpunt nodig. Er zijn diverse vermogens. Opladen kan via het lichtnet maar ook krachtstroom wordt gebruikt, met name voor zwaardere auto's. Er bestaan ook snelladers die vooral bij tankstations langs snelwegen geplaatst worden. Diverse autofabrikanten experimenteren met draadloos opladen.

Toekomst[bewerken]

Wereldwijd werd in 2016 de mijlpaal van 2 miljoen elektrische auto's ((BEV's en PHEV's) gepasseerd, zestig procent meer dan een jaar eerder. Volgens schattingen van de autofabrikanten worden er dat in 2020 9 tot 20 miljoen en in 2025 tussen de 40 en 70 miljoen.[47][48]

Volvo brengt vanaf 2019 alleen nieuwe modellen op de markt die geheel of gedeeltelijk op een accu rijden.[49] Het is de eerste grote autofabrikant ter wereld die dit gaat doen.

Portal.svg Portaal Auto