Benzinepomp van de toekomst

Accu laden net zo snel als tanken

Vandaag de dag is een elektrische auto al lang geen bijzonderheid meer. Zelfs de huurauto is over niet al te lange tijd een elektrische nu één van werelds grootste verhuurders 100.000 Tesla’s heeft besteld. Het wachten is echter op alle andere voertuigen. Mondjesmaat zie je al elektrische vrachtauto’s en bussen, maar met name het laden daarvan is nog lastig. Met de nieuwe laders van ABB zijn we echter weer een stap dichter bij het volledig uitbannen van de verbrandingsmotor voor personen- en goederenvervoer.

Dat onze auto’s in de nabije toekomst elektrisch moeten gaan worden, is geen nieuws. Ondertussen is er al een behoorlijk netwerk aan laadstations langs snelwegen en op openbare parkeerplaatsen om onze auto te kunnen laden. Probleem blijft echter de laadtijd. Een auto met een brandstofmotor is binnen een minuut of 10 volgetankt, maar tot nu toe duurt het laden van de accu’s toch echt veel meer. Zelfs met een snellader is het prettig als er een verkooppunt voor koffie in de buurt is.
De lange laadtijd maakt dat de elektrische auto nog altijd niet echt populair is. Erger wordt het als het gaat om bestel- en vrachtauto’s. Het laden van hun accu’s duurt met de huidige laders veel te lang. Daarvoor zijn laders nodig die echt ‘power’ kunnen leveren.

AC- en DC-laders
In het ABB E-mobility Innovation Lab in Delft, onder de rook van de TU worden laders voor elektrische voertuigen ontwikkeld. Een spin off van de universiteit begon daar laders te ontwikkelen voor elektrische voertuigen en was daarmee zo succesvol dat ABB ondertussen de eigenaar is geworden. In een fraaie pand waar ze nog maar sinds 2019 in huizen, werken techneuten vanuit de hele wereld aan de ontwikkeling van de laders voor bijna elk denkbaar elektrisch voertuig (afbeelding 1). Als eerste zijn dat natuurlijk de vele verschillende personenauto’s, maar ook voor vrachtauto’s bussen, zware landbouwvoertuigen, grote vorkheftrucks en andere grote voertuigen die nu nog uitgerust zijn met een verbrandingsmotor, heeft men laders.
Grofweg zijn de laders in twee groepen in te delen, namelijk de AC- en de DC-laders. Bij de AC-laders kun je je afvragen of de term lader wel helemaal correct is. In feite is het een unit die de netspanning doorgeeft aan het voertuig en eventueel de stroom volgt voor de afrekening van de geladen energie. Het echte laden van de accu wordt door de elektronica in het voertuig uitgevoerd, waarbij we moeten opmerken dat deze elektronica over het algemeen niet gemaakt is voor laden met hoge spanningen en stromen. Voor het snel laden van de accu moet er een externe lader gebruikt worden die stroom en spanning zo kan regelen dat de accu in het voertuig snel en goed geladen wordt. En omdat de accu met gelijkspanning geladen moet worden, zijn dit dan ook laders die geen wisselspanning maar gelijkspanning leveren.

De snelladers die we overal tegen komen zijn dit soort DC-laders die rechtstreeks de accu laden. Het in het accupakket aanwezige batterijmanagementsysteem controleert daarbij het laadproces en communiceert met de lader over de te leveren spanning en stroom alsmede over de voortgang van het laden. De externe lader en de BMS moeten hierbij een hechte samenwerking aangaan om het laadproces goed te laten verlopen. Voor de ontwikkelaars van de lader is dit een grote uitdaging, omdat de lader immers geschikt moet zijn voor elk type voertuig. Hoe groot deze uitdaging is, wordt helder als je in de centrale ruimte van het pand E-mobility Innovation Lab binnen loopt. Deze ruimte is zo groot dat vrachtauto’s en bussen probleemloos binnen kunnen staan en zelfs een grote landbouwtrekker of vorkheftruck kan aan de ene kant binnen door de ontwikkelaars aan alle type laders gekoppeld worden om te kijken of alles wel zo verloopt zoals gepland (afbeelding 2).
Probleem voor ABB is dat niet iedere voertuigproducent zich volledig aan alle protocollen en normen houdt aangaande het laden van de accu’s in voertuigen. Ondanks dat er al de nodige afspraken zijn, moet dus toch nog elk elektrisch voertuig gecontroleerd worden. ABB moet er immers in de lader voor zorgen dat deze op een goede manier kan samenwerken met de elektronica in het voertuig. Met aanpassingen in de software van de lader kan men meestal de problemen het hoofd bieden waarna de aangepaste software vanuit Delft naar alle laders in de wereld gestuurd wordt om zo alle geplaatste laders up to date te houden.

Terra 360
Nu ondertussen de elektrische personenauto heel gewoon begint te worden, is het tijd voor de grotere voertuigen zoals bestel- en vrachtauto’s en zeker ook bussen om elektrisch te gaan worden. Voor beide typen geldt dat er geladen moet worden met grote vermogens, waarbij het bij het vrachtvervoer veelal gaat om veel elektrische lading om vele kilometers onder weg kunnen zijn. Bij bussen en dan met name de bussen voor stadsverkeer, is de af te leggen afstand minder belangrijk. Met laders op plekken waar de bussen wat langer stil staan, kun je ook een heel eind komen. Het accupakket kan dan kleiner zijn wat vele voordelen heeft. Wel moet er ook nu weer snel geladen worden, want de bus moet weer verder om passagiers te vervoeren.
Snel laden, betekent een hoog vermogen en daar heeft ABB onlangs een hele fraaie lader voor uitgebracht. De ABB Terra 360 kan een vermogen leveren tot 360 kW, genoeg om een personenauto razendsnel te laden (100 km rijbereik in minder dan 3 minuten laden – afbeelding 3). Ook voor grote voertuigen is dit een vermogen dat dusdanig groot is dat de laadtijd acceptabel is. Een bus of en vrachtauto

kan volledig geladen worden in een nacht.
De lader levert afhankelijk van de vraag van het voertuig een spanning van 150…920 V en binnenkort stromen per aansluiting tot 500 A. Om deze hoge stroom mogelijk te maken, wordt er een aansluitkabel gebruikt die voorzien is van vloeistofkoeling. Op deze manier weet men de kabel nog hanteerbaar te houden.
Intern is de lader opgebouwd uit modules die 30 kW aan laadstroom kunnen leveren. Met in totaal 12 modules die parallel geschakeld kunnen worden, komt men op het maximale vermogen van 360 kW. Op de lader kunnen twee (en binnenkort zelfs vier) voertuigen aangesloten worden waarover het maximaal te leveren vermogen verdeeld wordt. Er is dus de keuze voor één outlet met 360 kKW, twee outlets met 180 kW of vier outlets met 90 kW. Hiermee is het apparaat dan ook uitermate geschikt voor laadstations op drukke snelwegen. (afbeelding 4)

Voor de installateur
ABB heeft de lader zo ontwikkeld dat het plaatsen en in gebruik nemen niet echt ingewikkeld is. Noodzakelijk zijn wel een goede fundering, want niet alleen is het een zware lader wat betreft het vermogen, ook de totale massa is dusdanig dat er een kraan of een vorkheftruck nodig is bij het plaatsen. Ook de elektrische aansluiting moet zwaar zijn. Het opgenomen vermogen bij volledige belasting is 385 kVA vanuit een 400 V aansluiting met drie fasen en een nul. Zeker op plekken waar meerdere laders komen te staan, heeft dit de nodige consequenties voor de netaansluiting. Een eigen transformator is in veel gevallen nodig om het vermogen te kunnen leveren dat voor het laden gevraagd wordt.
Naast de netspanning heeft het apparaat ook een internetaansluiting nodig via het standaard ingebouwde 4G/5G modem. Deze wordt o.a. gebruikt voor het beheren van de lader, het afrekenen van de geleverde energie, maar ook voor het updaten van de software. Nieuwe auto’s en nieuwe merken kunnen daardoor ook probleemloos gebruik maken van de ABB Terra 360.
Als de lader eenmaal geplaatst en aangesloten is, dan wordt hij door een technicus van ABB in bedrijf gesteld. De installateur heeft hier dus nagenoeg geen werk aan en weet dat hij een goed werkend systeem oplevert aan zijn klant.