Draadloos je auto opladen

Mogelijkheden, knelpunten en toekomst

Knelpunten

Hoewel het draadloos opladen van EV's op het eerste gezicht ideaal lijkt, gewoon parkeren en klaar, zijn er beperkingen en belangrijke knelpunten. Er zijn bijvoorbeeld technische knelpunten, organisatorische knelpunten en bezwaren uit kostenoogpunt.

Oplossing voor welk probleem?

Een algemene vraag is: welk probleem lost het op? Vooral bij niet-EV-rijders speelt het idee dat het inpluggen van een laadkabel en het gebruik van laadpassen veel gedoe is, en dan klinkt draadloos laden als een veel beter alternatief. Is dat ook zo? Volgens Bram van Eijsden van Elaad lijkt het erop dat er enkele jaren geleden meer aandacht voor draadloos laden was dan nu. "EV's waren toen vrij nieuw. Ze hadden een vrij kleine accu, dus je moest ze vaak opladen. Dat betekende dus dat je als EV-rijder dagelijks in de weer moest met laadkabels. Zeker in combinatie met range anxiety, dus de angst dat je je bestemming niet haalt, had dat een afschrikwekkend effect, vooral voor mensen die nog op fossiele brandstof reden. Tegenwoordig zijn de accu's veel groter en zijn de meeste bestemmingen prima haalbaar. Je ziet nu dat mensen niet meer dagelijks inpluggen, maar bijvoorbeeld twee keer per week. Er gaat nu veel meer R&D-tijd zitten in techniek om het vermogen voor snelladen te verhogen dan in draadloos laden."

Zo erg is het aansluiten van een laadkabel ook weer niet

Rendement en efficiëntie

Bij het laden van apparaten is altijd sprake van energieverlies, onder andere vanwege de omzetting van wissel- in gelijkstroom en door warmteproductie. De eerste draadloos oplaadbare smartphones hadden een efficiëntie van 60 tot 75 procent, maar tegenwoordig zou dit circa 85 procent zijn. Volgens de TU Delft zijn rendementen van meer dan 90 procent voor EV's haalbaar bij een afstand van 20cm tussen de spoelen. Tijdens de proef in Rotterdam lag de efficiëntie op 87 tot 92 procent. Het Duitse Fraunhofer Gesellschaft haalde, weliswaar in een controleerde omgeving, zelfs een rendement van 93 procent.

Speciale aandacht gaat uit naar de afstand tussen de twee spoelen. In principe geldt: hoe groter de afstand, hoe minder efficiënt. Toch bleek dit tijdens praktijktests geen probleem te zijn. In Rotterdam was het systeem geoptimaliseerd voor een bepaalde afstand en was het resultaat niet beter als de spoelen dichter bij elkaar werden geplaatst. Bovendien hadden de spoelen verschillende groottes, zodat al snel een groot contactoppervlak werd gerealiseerd. Wel moeten zender en ontvanger goed uitgelijnd zijn.

Opladen via een stekker is en blijft efficiënter, maar het verschil lijkt niet extreem groot. Als we uitgaan van 85 procent in de praktijk, is het verschil 5 tot 10 procent. Hoewel dat relatief meevalt, gaat het toch om een aanzienlijk aantal kilowattuur per laadbeurt. Uitgaande van een 64kWh-accu, wat momenteel groter is dan gemiddeld, verlies je dan dus grofweg 10 procent, oftewel ongeveer 6kWh. Dat komt neer op meer dan de helft van het dagelijkse energiegebruik van een gemiddeld huishouden. Op jaarbasis tikt dit wel aan, laat staan als iedereen dit gaat doen. Ter relativering: verbrandingsmotoren gooien momenteel circa driekwart van de energetische waarde van fossiele brandstof weg tijdens het rijden - er valt dus hoe dan ook nog een hoop te winnen.

Positionering

Wie zijn smartphone draadloos laadt, weet dat het belangrijk is om hem goed neer te leggen op een oplaadmat; de twee spoelen moeten goed uitgelijnd zijn. Als dat niet het geval is, is het laden minder efficiënt of begint het simpelweg niet. Een tandenborstel stop je in de houder, waardoor hij automatisch goed uitgelijnd is, maar met een auto, net als met een smartphone, ligt dat helemaal aan de dimensies.

Tijdens de pilot in Rotterdam werd de bestuurder naar de juiste positie geleid via een drempel en markeringen op het parkeervlak. Er werd ook nagedacht over een beweegbare lader, maar dat bleek niet nodig te zijn. Bram van Eijsden van Elaad: "Soms was het nodig om uit het raam te hangen om dat goed te doen, maar tegenwoordig zijn veel auto's uitgerust met een functie om automatisch te parkeren en dat zou prima gecombineerd kunnen worden met het uitlijnen van de spoelen. Verder bleek er best wat marge te zijn. Een grote spoel in de grond en een kleine in de auto konden prima samenwerken, waardoor de koppelingsfactor uiteindelijk voldoende was om efficiënt te laden."

Straling

Bij het draadloos laden is sprake van elektromagnetische straling. Straling kan schadelijk zijn voor mensen en dieren, al is dat natuurlijk afhankelijk van de hoeveelheid. Tijdens de proef in Rotterdam heeft een gespecialiseerde partij uitgebreid onderzocht hoe dit zit bij het draadloos opladen van auto's. De conclusie was dat mensen in de auto en daaromheen geen gezondheidsrisico lopen. De straling is ongeveer even hoog als bij een inductiekookplaat. Er zijn uitzonderingen; mensen met een pacemaker kunnen last hebben van de elektromagnetische straling als ze dicht in de buurt komen, mede-afhankelijk van het type.

Voor loslopende dieren zijn bepaalde maatregelen wenselijk. Metaal warmt op in een magnetisch veld, dus een kat met een halskettinkje kan daar last van hebben. Tijdens pilots zijn hiervoor onder andere afschriksystemen ingezet. Om straling zoveel mogelijk te beperken, werd tijdens de proef in Rotterdam isolatiemateriaal gebruikt in omgebouwde auto's, bijvoorbeeld in de bumper, waar ook een oplaadpunt kan worden verwerkt. Idealiter wordt dit af-fabriek geoptimaliseerd, zodat het systeem als 'veilig' gecertificeerd kan worden. Verder is er sprake van een veiligheidssysteem waarbij de verbinding wordt onderbroken als er geen goed contact is tussen beide spoelen.

Standaardisatie

Voor laden met een kabel zijn er inmiddels internationale standaarden. Voor inductieladen niet, hoewel er wel een algemeen laadprotocol is waarin draadloos laden al is opgenomen. Dat protocol heet ISO 15118, of in Nederland: NEN-EN-ISO 15118-8:2020. Hierin worden de eisen van de fysieke en datalinklaag van draadloze high level communication tussen elektrische voertuigen en de electric vehicle supply equipment gespecificeerd. De draadloze communicatietechnologie wordt gebruikt als alternatief voor de bedrade communicatietechnologie zoals gedefinieerd in ISO 15118-3 en omvat de algemene informatie-uitwisseling tussen alle actoren die betrokken zijn bij de uitwisseling van elektrische energie. Dit wordt vaak aangeduid als wireless power transfer. De norm waarin vooral WPT wordt beschreven, is IEC 61980-1:2020. Hierin wordt gesproken over voedingsspanningen van 1000V AC en 1500V DC.

Een protocol is een belangrijke eerste stap, maar lang niet het enige standaardisatieknelpunt. Veruit het grootste knelpunt is dat autofabrikanten geen gezamenlijke afspraken hebben gemaakt over de implementatie. Bijvoorbeeld of de spoel aan de voorkant of achterkant van de wagen wordt geplaatst en vervolgens in welke positie. Op dit moment is BMW de enige autofabrikant die vanuit de fabriek draadloos laden ondersteunt, en niet eens op de elektrische i3 of iX3, maar op de hybride BMW 530e iPerformance. BMW maakt hiervoor gebruik van een los inductielaadstation dat op de grond kan worden geplaatst, de GroundPad. Deze kan zowel buiten als in een garage worden geplaatst. De GroundPad steekt wat naar boven uit, waarbij er ongeveer 8cm ruimte overblijft tussen beide spoelen. Het systeem heeft een capaciteit van 3,2kW en heeft ongeveer 3,5 uur nodig om de accu op te laden. Volgens BMW heeft het systeem een efficiëntie van ongeveer 85 procent.

Voor een aantal auto's zijn opbouwkits verkrijgbaar van bijvoorbeeld Plugless, Qualcomm en Connected Kerb. Dat ombouwen is geen sinecure, want onder andere de can-bus moet worden afgetapt en de lader moet aangesloten worden op de accu, waarbij de interne lader van de auto wordt omzeild. Tot slot moet er een ontvanger onder de auto worden geplaatst. Doordat auto's onderling sterk verschillen, vereist dit maatwerk. Plugless biedt de ombouw aan voor de Tesla Model S, BMW i3 en Nissan Leaf. Autofabrikanten en dealers zijn echter niet blij met modificaties door andere bedrijven. Ze kunnen ten koste gaan van de garantie en kunnen reparaties complexer maken. Het zou veruit het beste zijn als autofabrikanten zelf een dergelijke optie af-fabriek kunnen leveren, maar dat lijkt, op BMW na, nog niet in zicht.

Onder de grond

Een bovengrondse laadplaat is vrij eenvoudig te implementeren en is op eigen terrein een prima oplossing. Op de openbare weg is dat anders. Idealiter wordt de plaat, al dan niet gedeeltelijk, ondergronds geplaatst, inclusief de bijbehorende bekabeling. Dat betekent wel dat de weg opengebroken moet worden en dat de laadplaat door een gespecialiseerd bedrijf moet worden geplaatst. Dat is meer werk dan voor een reguliere laadpaal. Daarnaast is er, los van een laadplaat, ruimte nodig voor omvormers en een koelsysteem. Het is ook niet helemaal zeker of laadpalen wel echt uit beeld zullen verdwijnen, omdat veel van de huidige oplossingen ook nog een bovengrondse unit gebruiken.

Kosten

Een laatste knelpunt betreft de kosten. De auto moet worden uitgebreid met een ontvanger die geschikt is voor draadloos en daarnaast is een grondplaat nodig, evenals een aansluiting daarvan op de meterkast. BMW berekent 950 euro voor de optie en de grondplaat kost 2380 euro. Dat is duurder dan een standaardlaadpaal, die normaal 500 tot 1500 euro kost. Een laadsysteem van Plugless begint bij 6000 dollar. Je moet dus wel heel graag af willen van de handeling om een stekker aan te sluiten.

• Volgende pagina 6. Tot slot