Elektrische fiets accutechnologie ontwikkelingen

bosh accu elektrische fiets
opengewerkt accupack van Bosch

Van de elektrische fiets is één onderdeel het meest kritisch, de accu. De accu is duur, zwaar, kost veel tijd hem te laden, neemt tijdelijk in capaciteit af bij lage temperaturen en heeft, in relatie tot de elektrische fiets, een zeer beperkte levensduur. Vooral de capaciteit van de accu is een punt van aandacht, want deze bepaalt de actieradius van de elektrische fiets. We zouden graag een accu zien die licht, goedkoop, oneindig en snel oplaadbaar is en een enorme capaciteit heeft.

Tijdens de evolutie van de elektrische fiets zijn al verschillende accutechnologiën gebruikt en die ontwikkelingen zullen in de toekomst gewoon doorgaan. Dit artikel gaat in op de gebruikte accutechnologie en de ontwikkeling daarin. Kunnen we in de toekomst een accu verwachten die laten we zeggen de actieradius van de elektrische fiets twee keer vergroot?

18650 versus AA accu elektrische fiets

Accucellen in accu pack's

Het accu pack van de elektrische fiets is een serie en parallel schakeling van een heel aantal kleine accucellen. De meest gebruikte cel is het "18650" type. Dat is een aanduiding van de afmetingen. Dit is een grote variant van de AA (penlight) batterij behuizing. Door meer cellen in serie te zetten wordt een hogere spanning bereikt zoals nu 48 Volt gebruikelijk is. Door accucellen parallel te schakelen wordt de capaciteit (in Wh) verhoogd.

Geschiedenis gebruikte accutechniek bij elektrische fietsen

Lang geleden: Loodaccu

In de eerste elektrische fietsen, en dat zien we nu als een vingeroefening, werden loodaccu's gebruikt als energiebron. Loodaccu's hebben vooral voor een elektrische fiets vele nadelen. Het meest belangrijke nadeel is het enorme gewicht, er zit immers heel veel lood in, en de enorm beperkte levensduur. Je mocht in je handen knijpen als je destijds de accu tweehonderd keer kon opladen.

Verleden: Nikkel Cadmium accu

Na de loodaccu is een tijdje de Nikkel Cadmium accu (Ni-Cd) toegepast. Deze had als voordeel dat hij veel lichter was en een langere levensduur had. Het nadeel van de eerste generatie Ni-Cd accu's wat dat deze een "geheugen" hadden. Wanneer je ze niet helemaal ontlaad en daarna weer oplaad konden ze daarna maar ontladen worden tot het punt waar ze de vorige keer opgeladen waren. Je moest ze dus helemaal ontladen en dan pas weer compleet opladen. Dat is natuurlijk reuze vervelend want de accu was natuurlijk midden in je fietstocht helemaal ontladen en kon je naar huis rijden zonder trapondersteuning.

Recentelijk: Nikkel Metaalhydride accu

De Nikkel Metaalhydride accu is een "enabler" geweest voor de elektrische fiets. Sinds fietsfabrikanten de Ni-Mh accu's konden toepassen is de populariteit enorm gestegen.

In 2001 startte Sparta met de bekende Sparta Ion elektrische fietsen (waarbij Sparta, waarschijnlijk onbedoeld, suggereerde dat deze een Lithium Ion accu gebruikte, maar in werkelijkheid werd de Ni-Mh accu als energiebron toegepast).

De Nikkel Metaalhydride accu is licht, relatief goedkoop en elimineerde het "geheugen effect" van de Ni-Cd accu. Helaas introduceerde de Ni-Mh accu een nieuw nadeel: een hoge zelfontlading. Wanneer je na een fietstocht de accu's helemaal opnieuw had geladen en zette de fiets een maand weg dan was je al 50% van de energie/capaciteit kwijt waardoor je actieradius navenant negatief werd beïnvloed. Daarom adviseerde elektrische fietsfabrikanten om de accu constant aan de accu lader verbonden te laten. Dat is milieutechnisch natuurlijk niet zo slim.

Een ander nadeel van de Ni-Mh accu was dat de levensduur niet zo lang was. Na driehonderd keer opladen was de accucapaciteit onder een bedenkelijke waarde gedaald en leidde dat deze vervangen werd door een nieuwe accu.

Heden: Lithium Ion accu

Vandaag de dag wordt in elektrische fietsen de Lithium Ion accutechnologie gebruikt (en ook in laptops, tablet, smartphones, accuboormachines, e.d.). Lithium Ion is feitelijk een verzamelnaam voor verschillende accu technieken die een ding gemeenschappelijk hebben: alle accu varianten beschikken over Lithium als een belangrijk materiaal.

De meest gebruikte vorm van de Lithium accu is op dit moment de Lithium Cobalt accu. Dit accutype is een flink stuk duurder dan de Ni-Mh accu maar de voordelen hebben de fietsfabrikanten toch over de streep getrokken om de Lithium Ion accu's toe te passen.

De belangrijkste voordelen van de Lithium Cobalt (LiCoO2) accu is de zeer geringe zelfontlading die haast verwaarloosbaar is en de veel langere levensduur dan de Ni-Mh accu. Daarnaast beschikt de Lithium Cobalt accu in een vergelijkbare ruimte (omvang) over meer accu capaciteit. De capaciteit per kg accu is ongeveer twee keer zo groot dan Ni-Mh accu's. Hierdoor konden de accu's dus een stuk kleiner en lichter worden in vergelijking met de Ni-Mh accu pack's. De meeste fabrikanten hebben echter gekozen om vrijwel dezelfde accu grootte aan te houden en meer accucapaciteit ter beschikking te stellen waardoor de actieradius van de elektrische fiets toenam.

Helaas heeft de Lithium accu ook, naast zijn stuk hogere prijs nog een ander nadeel. Met het ouder worden van de accu neemt ook de capaciteit af. Het maakt daarbij niet uit of je de accu wel of niet gebruikt, de capaciteit (in Wh) neem gewoon af. Je begint met bijvoorbeeld een 300 Wh accu en na een paar jaar is nog maar 150 Wh overgebleven. Dat resulteert dus gelijk in een actieradius vermindering van 50%.

De Lithium Ion accu kan ongeveer 500 keer opnieuw geladen worden, daarmee neemt de capaciteit snel af tot een onbruikbaar niveau.

Een variant op de Lithium Ion accu is de Lithium Polymeer accu (LiPo). Deze worden niet veel in elektrische fietsen toegepast. LiPo accu's zijn bij gelijkblijvende capaciteit kleiner en lichter maar hebben het nadeel dat ze duurder zijn dan andere Lithium accu's. LiPo wordt vooral toegepast in mobiele telefoons en tablets.

Mogelijk binnenkort: Lithium IJzer Fosfaat (LiFePO4)

Een doorontwikkeling van de Lithium Ion accu is de Lithium ijzer fosfaat accu. Deze wordt vaak afgekort tot LIFE of LFP (De LI of L van Lithium en FE van Ferro=ijzer of bij LFP staat de P voor Phosphate wat in Nederlands Fosfaat).

Dit LIFE accu heeft een veel langere levensduur dan Li-Ion accu's. Bij gebruik in elektrische fietsen, waar flinke stromen uit de accu's wordt getrokken, zullen ongeveer 1000 laadcycli mogelijk zijn.

Hoewel de LIFE accu een stuk duurder is maar veel vaker geladen en ontladen kan worden is hij over de gehele levensduur gemeten een stuk goedkoper. Nadeel van de LIFE accu is dat de energiedichtheid, dus de capaciteit per volume eenheid wat lager is dat Li Ion accu op basis van Cobalt maar weer hoger dan Ni-MH accu's. De accu zal dus wat groter / zwaarder zijn dan de Lithium Cobalt accu die nu gangbaar is om dezelfde actieradius te geven.

Toekomst: sneller laden, langere levensduur en goedkoper

Ryden dual carbon battery
Zal de Ryan dual carbon accu binnenkort in de elektrische fiets verschijnen?

Vooral doordat elektronica steeds meer "mobiel" is, zoals telefoons, tablet, laptops maar ook de wens om elektrisch met auto's te rijden zijn vele onderzoekscentra al jaren op zoek naar steeds betere accutechnieken. Een teleurstelling die we moesten verwerken was dat we in wetenschappelijke literatuur lazen dat de energiedichtheid al aardig tegen het maximum zit en dat we daar geen grote verbeteringen op hoeven te verwachten. De winst die te behalen valt met nieuwe accutechnieken zijn een snellere laadtijd en een langere levensduur.

In mei 2015 meldde Power Japan Plus de "Ryden dual carbon battery" nog in 2015 op de markt te brengen die 20x sneller zich laad laden en 3000x geladen kan worden. Daarnaast claimt men dat de accu zonder gevaar geheel ontladen en geladen kan worden. Dat lijkt iets heel logisch maar dat is het zeker niet. Bestaande accutechnieken zoals de Lithium Ion techniek zal een veel langere levensduur hebben als je de accu niet helemaal oplaad en zeker maar beperkt ontlaad, dus maar een deel van de accucapaciteit gebruikt. In het artikel "levensduur verlengen van de elektrische fiets accu" gaan we daar dieper op in.

De Ryden dual carbon battery heeft als groot voordeel dat geen vreemde / exotische en giftige stoffen worden gebruikt zoals Lithium. Een belangrijke grondstof is koolstof (carbon) en dat is op onze aarde haast onuitputtelijk. Mochten elektrische fietsen van dit soort accu's worden voorzien dan is een van de grootste ergernissen voorbij: de vrij korte levensduur van de accu. Daarnaast kan onderweg in een paar minuten de accu vol geladen worden. De actieradius van een fietstocht zal dan niet meer beperkt zijn tot de capaciteit van de accu. Onderweg "tank" je gewoon even bij.

Hoewel wij zeer terughoudend zijn als we dit soort ontwikkelingen lezen (we lezen door de jaren heen wel meer van dit soort artikelen), lijkt deze aankondiging om serieus rekening mee te houden. Een van de ontwikkelaars heeft ook aan de wieg gestaan van de Toyota Prius die ook voor een deel op elektriciteit werkt.

Doordat naarstig naar nieuwe accutechnieken wordt gezocht verwachten wij dat de prijs per Wh in de toekomst flink zal gaan dalen. Dat klinkt voor de (toekomstige) elektrische fiets bezitter als muziek in de oren. De accu is namelijk het duurste onderdeel van de fiets. Wordt die goedkoper dan zal de hele elektrische fiets goedkoper worden. En wanneer de accu vervangen zal moeten worden zal dat niet meer een vermogen kosten zoals dit nu wel het geval is.


Foutje of aanvulling? Gebruik het reactieformulier.

nieuws

uitgelicht

acculader elektrische fiets

Sneller dan 25 km/u?

Wat is een speed pedelec en mag die op het fietspad?

acculader elektrische fiets

Wat is beter?

Een snelle acculader of een langzame?


wij gebruiken cookies
dat accepteer ik
meer informatie