Elektrische voertuigen opladen: is het tijd om de stekker eruit te trekken?

Inductie is niets nieuws: de elektromagnetische manier om elektrische stroom te verplaatsen zonder draad of kabel werd bijna tweehonderd jaar geleden ontdekt. En het wordt vaak gebruikt voor mobiele telefoons en tandenborstels. Maar voor elektrische voertuigen was het onhandige snoer tot nu toe een soort van verplichting.

Draadloos opladen is al lang een veelbesproken onderwerp voor zowel auto's als zware voertuigen, maar om een aantal redenen heeft de technologie nog geen ingang gevonden. Maar er zijn veel aanwijzingen dat het misschien tijd is om de stekker eruit te trekken. Bovenal is de technologie enorm geëvolueerd.

Een voorbeeld is een nieuw draadloos systeem met hoog vermogen, ontwikkeld aan de Chalmers University of Technology in Göteborg, Zweden, waarbij elke eenheid draadloos 500 kilowatt kan verzenden, wat meerdere keren meer vermogen is dan een normale snellader met kabel, en met zeer lage verliezen.

Deze grote stap in de ontwikkeling is mogelijk gemaakt door een nieuw type halfgeleider met hoog vermogen op basis van siliciumcarbide, de zogenaamde SiC-componenten. Deze zijn bestand tegen grotere hitte, hogere spanning en een veel hogere wisselstroomfrequentie dan traditionele componenten. Dit is belangrijk omdat de frequentie van het elektromagnetische veld de hoeveelheid stroom beperkt die tussen de stroomspoelen kan worden overgedragen (zie kader).

Daarnaast is er een nieuw type koperdraadspoel ontwikkeld voor elektrische voertuigen, waarin duizenden draden, die zo dun zijn als een haar, op een nieuwe manier met elkaar verweven zijn, waardoor er zeer weinig vermogen verloren gaat tijdens de overdracht.

"Eerdere draadloze oplaadsystemen voor auto's gebruikten frequenties van rond de 20 kHz, net als bij een gewone kookplaat. Ze werden log en de energieoverdracht was niet erg efficiënt. We werken nu met frequenties die vier keer zo hoog zijn. Dan wordt inductie opeens aantrekkelijk", legt Yujing Liu, professor aan Chalmers, uit.

Opladen onderweg

Er is nu niet slechts één manier om een voertuig draadloos op te laden. Er zijn verschillende proefprojecten uitgevoerd, onder andere in Zweden en Duitsland, waar de weg zelf op verschillende manieren is geëlektrificeerd. In sommige gevallen worden bovenleidingen en stroomafnemers op het dak gebruikt zoals bij treinen, in andere gevallen wordt een stroomrail in het asfalt gefreesd waarop een arm onder de vrachtwagen past. Op het Zweedse eiland Gotland ligt een weg waar sinds een paar jaar inductieplaatjes in het wegdek zijn gegoten, zodat vrachtwagens kunnen worden opgeladen terwijl ze passeren. Het doel van deze oplossingen is dat de voertuigen tijdens het rijden kunnen worden opgeladen en dus aan kleinere accu's genoeg hebben.

Tegelijkertijd evolueert de technologie en worden batterijen steeds goedkoper. Onlangs opende vrachtwagenfabrikant Scania zijn eigen fabriek in het Zweedse Södertälje om zelf batterijen te produceren en deze in zijn voertuigen te installeren, waardoor zowel de kosten als het gewicht worden verlaagd. Tegen 2030 zal de helft van Scania's vrachtwagenproductie elektrisch zijn.

Studies bereiden voor op draadloos

Over de hele wereld wordt er gewerkt aan een groot aantal initiatieven op het gebied van draadloos inductieladen. Een voorbeeld is Göteborg, waar Vattenfall samenwerkt met onder andere autofabrikant Volvo in een project waarbij taxi’s tussen de ritten door draadloos worden opgeladen. Op parkeerplaatsen in de stad wordt een plaat met een oplaadspoel in de straat geïnstalleerd. Wanneer de chauffeur het voertuig boven de spoel parkeert, begint het opladen automatisch en wordt de laadstroom via inductie naar de ontvangereenheid van de auto gestuurd. Tegelijkertijd wordt het verbruik geregistreerd en wordt de gebruiker gefactureerd via het betalingssysteem van Vattenfall. De auto's zullen tijdens de proefperiode, die duurt tot 2025, 12 uur per dag en 100.000 kilometer per jaar rijden. Lees hier meer over het proefproject en de Gothenburg Green City Zone (ENG).

Ook op het gebied van zwaar transport loopt een aantal studies waaraan Vattenfall deelneemt. Eén daarvan is het REEL-project, dat de elektrificatie van zware voertuigen (ENG) in regionaal verkeer wil versnellen. Net als bij taxi's gaat het hier om voertuigen die relatief korte afstanden afleggen en vaak stoppen bij distributiecentra en andere logistieke knooppunten, die daarom moeten worden uitgerust met oplaadapparatuur. En hoewel inductieladen geen deel uitmaakt van het huidige onderzoek, is het nu al duidelijk dat draadloze oplaadtechnologie grote en doorslaggevende voordelen zal hebben.

"Het is belangrijk de vrachtwagens te kunnen opladen terwijl die laden en lossen. Met conventionele oplaadapparatuur bestaat het risico dat de voertuigen deze beschadigen. Daarom is het een groot voordeel als de oplaadapparatuur wordt ingebouwd in de vakken waar de auto's geparkeerd staan. Bovendien wordt chauffeurs de extra taak van het hanteren van onhandige kabels en connectoren bespaard", zegt Christian Gruffman, programmamanager bij de ontwikkelingsafdeling van Vattenfall.

De industrie denkt er hetzelfde over als Gruffman. In een interview met het Commercial Carrier Journal (ENG) zegt Paul Giopsis, CEO van Zeem Solutions in Californië: "Wat ik fijn vind aan draadloos is dat het ingegraven is, je bent niet afhankelijk van een oplader. Dus vanuit dat oogpunt is het geweldig. Inductieladen heeft een groot potentieel voor zware vrachtwagens."

Wat is de toekomst van draadloos opladen voor elektrische voertuigen?

Gruffman argumenteert als volgt: "Er valt veel te zeggen voor inductieladen en eerlijk gezegd dacht ik dat deze technologie al ingang zou hebben gevonden. Ik denk dat we dit op zijn vroegst zullen zien bij personenauto's en dan voornamelijk in het topsegment. Er zijn veel eigenaren van elektrische voertuigen die bereid zijn te betalen om geen last te hebben van onhandige, vieze kabels voor het opladen. Bovendien zijn openbare oplaadstations blootgesteld aan diefstal en sabotage, terwijl de draadloze apparatuur beschermd is onder het asfalt. Als het gaat om zwaar transport zou draadloos opladen geweldig zijn. Het zal zeker komen, bij sommige segmenten eerder dan andere.”