Anders dan bij een auto met verbrandingsmotor gaat alle aandacht bij elektrische auto’s niet naar de motor, maar naar de ‘voeding’ met elektrische energie. Dat legt de focus op de batterij als het hart van de elektrische aandrijving, bepalend voor het rijbereik, de laadcapaciteit en de daaraan gelinkte laadtijd.
Aanvankelijk was het beperkte rijbereik het grootste struikelblok om kopers warm te maken voor elektrisch rijden. Die angst is inmiddels grotendeels weggenomen, maar heeft plaats gemaakt voor een aantal andere praktische punten zoals de beschikbaarheid van laadinfrastructuur, de snelheid waarmee geladen kan worden en niet in het minst de herhaald opduikende berichten over felle branden bij elektrische voertuigen.
Wanneer elektrische of hybrideauto’s met Lithium-Ion-batterij vuur vatten, dan branden ze anders dan auto’s met conventionele verbrandingsmotoren. Wanneer een dergelijke batterij doorslaat (Thermal Runaway) dan komt het tienvoudige van de elektrische lading vrij als warmte. In minder dan één minuut brandt het volledige interieur uit. Steekvlammen vergelijkbaar met de uitlaat van een straaljager resulteren in een waar inferno. De temperaturen kunnen oplopen tot boven 1000°C!
Experts in brandbestrijding geven aan dat ongeveer 22.000 liter water nodig is om de batterij van een Tesla S af te koelen tot er geen verder brandgevaar meer bestaat. Daarbij veroorzaakt elke liter water tot 1700 liter hete waterdamp, waardoor de brandbestrijding in gesloten ruimtes als (parkeer)garages extra bemoeilijkt wordt.
Laadproces niet lineair
Het laadproces verloop nooit lineair, maar piekt veelal kort na het aansluiten om vervolgens terug te vallen. Het samenspel tussen het thermomanagement van de auto en de laadinfrastructuur kan dan ook tot grote verschillen leiden in de benodigde laadtijd. Zo mat het Duitse ADAC in februari 2020 het volgende:
De Audi levert na een half uur laden -10% rijbereik t.o.v. de theoretische waarde die zou volgen uit een lineair voortzetten van de eerste 10 minuten. De Renault blijft vrijwel constant doorladen, terwijl het gewonnen rijbereik bij de Nissan lichtjes stijgt (+3,33%).
Laadproces
Hoewel al een tijdlang discussies over een groter brandgevaar bij elektrische auto’s fel oplaaien, is er tot op heden geen sluitend bewijs hiervoor geleverd. Wel is er een hoogstwaarschijnlijk verband tussen het snel laden van elektrische auto’s en de kans op brand. De chemische structuur van een lithiumbatterij maakt dat wanneer ze in rusttoestand is (lees: niet in werking als energieleverancier voor de elektrische aandrijving) het laden ervan als een ‘brutale’ verstoring van die rusttoestand wordt ervaren. Bij snelladen is dat des te meer het geval.
Daarom is ‘intelligent thermomanagement’ uiterst belangrijk bij elektrische voertuigen. Het monitoren en beïnvloeden van de batterijtemperatuur speelt een grote rol voor de veiligheid, de levensduur, het rijbereik, de laadsnelheid en ten slotte ook voor het klimaatcomfort aan boord.
Tijdens de IAA kondigde Hella een nieuw managementsysteem aan voor 48V batterijen (toepassing bij mild-hybrid) dat vanaf de zomer 2024 zal worden uitgeleverd aan een Duits premiummerk. 
Bij de ‘Immersion’-koeling van Mahle stroomt een elektrisch niet-geleidende koelvloeistof rond de batterijcellen. Door deze koelvorm daalt de batterijtemperatuur aanzienlijk.
Een doelgerichte verdeling van warmte en koude verhoogt de efficiëntie van de batterij en zorgt ervoor dat alle ermee verbonden componenten in hun optimaal thermisch werkingsbereik opereren. In het auto-interieur draagt intelligent thermomanagement bij tot een aangenaam klimaat. De klimaatregeling (verwarming, airco) kan geïntegreerd worden in het thermomanagement en ingezet worden voor het verwarmen en koelen van de batterij. Dat is vooral belangrijk bij snelladen, waar de airco voldoende koelcapaciteit kan leveren om de opwarming van de batterij te counteren. Door het respecteren van de temperatuurgrenzen wordt de levensduur van de batterij verlengd terwijl de laadsnelheid hoger mag liggen. Thermomanagement speelt overigens niet alleen bij BEV’s, maar ook bij PHEV’s.
Op de markt
Bosch verwacht tegen 2035 dat 60% van de wereldwijd geproduceerde auto’s EV’s zullen zijn. Het levert alle componenten nodig voor E-rijden en bijgevolg ook thermomanagement.
Toeleverancier Hella bracht al in 2016 een thermomanagement uit voor hoogspanning batterypacks, geschikt voor toepassing in zowel EV’s, PHEV’s als full hybrid. Tijdens de IAA kondigde Hella een nieuw managementsysteem aan voor 48V batterijen (toepassing bij mild-hybrid) dat vanaf de zomer 2024 zal worden uitgeleverd aan een Duits premiummerk.
Nieuw in het landschap van automotive toeleveranciers is de Chinese multinational Huawei. De naam is in onze kontreien een begrip voor smartphones. Op de IAA in München toonde Huawei zich als partner voor autoconstructeurs met al een achtenswaardig aanbod, waaronder ook thermomanagement. Het haalt de kennis hiervoor uit een jarenlange ervaring met de bouw en exploitatie van datacenters.
Mahle ontwikkelde een nieuw type koeling voor batterijen met focus op het sneller laden. ‘Immersion’-koeling (onderdompeling) is de vooruitgeschoven technologie. Een elektrisch niet-geleidende koelvloeistof stroomt rond de batterijcellen. Door deze koelvorm daalt de batterijtemperatuur aanzienlijk en wordt de warmteontwikkeling in de batterij veel gelijkmatiger verdeeld. Mahle ziet de ‘Immersion’-koeling als mogelijkheid om kleinere batterijen in EV’s te gebruiken, waardoor minder grondstoffen nodig zijn voor de bouw ervan.
Wat zegt de handleiding?
Hoewel we best weten dat de doorsnee autogebruiker de handleiding van zijn auto geen blik waardig gunt, vonden we het hoogst interessant om die van een VW ID.3 erop na te lezen. Een willekeurige keuze, met verrassend eerlijke communicatie door de autoconstructeur.
We lazen: “Voor dagelijkse (korte) ritten naar het werk raadt VW een bovenste oplaadlimiet van 80% aan en een onderste oplaadlimiet van 20% in de zomer / 40% in de winter.”
We interpreteren: het geadverteerde rijbereik is dus nergens te vinden, 425 km wordt nog 255 / 170 km naargelang zomer of winter.
Verder vermeldt de handleiding nog doodeerlijk – maar tot onze teleurstelling, daar we niet thuis kunnen laden – dagelijks DC-laden te vermijden.
We lazen verder: “Voor de vakantiereis met lange trajecten op autosnelwegen, mag men wel gebruik maken van DC-snelladen en mag de bovenste oplaadlimiet via de instellingen in de oplaadmanager verlengd worden naar 100%. Daar staat dan weer de waarschuwing ‘stilstanden vermijden’, alsook ‘bij volledig (100%) opladen aansluitend onmiddellijk vertrekken’…”. Dat willen we natuurlijk ook op weg naar de vakantiebestemming, maar toch.
Schaeffler ziet het voordeel van thermomanagement vooral in het vergroten van het rijbereik. Op de IAA in München stelde het een ‘stand-alone’-systeem voor dat constant de temperatuur bewaakt en bijstuurt van zowel de batterij, de elektromotor, evenals de vermogenselektronica. Bovendien kan het systeem zorg dragen voor een aangename temperatuur aan boord van de wagen. Door het uitbalanceren van de koelwerking voor het geheel, worden maximaal rijbereik en comfort verenigd. De centrale unit voor koel- en koudevloeistoffen die Schaeffler voorstelde bevat twee elektrische waterpompen, de centrale stuurelektronica voor de pompen en kleppen, alsook een interface voor het koudecircuit. In vergelijking tot conventionele, niet-geïntegreerde systemen is tot 60% minder inbouwruimte nodig. Het hydraulisch geoptimaliseerd ontwerp draagt bij tot een hoge graad van efficiëntie voor het geheel.
De laadsnelheden zullen nog aanzienlijk toenemen door gebruik te maken van 800V accutechniek (bijvoorbeeld Audi e-tron GT – laadt max. 270kW) i.p.v. de nu bekende 400V techniek. Bij 800V techniek wordt laden tot 350kW mogelijk, waar dat bij 400V maximaal rond 150kW ligt. Onnodig te zeggen dat thermomanagement dan nog belangrijker wordt voor de batterijconditie en de brandveiligheid.
