Wanneer het elektriciteitsnet een snellader niet voldoende stroom kan leveren, is er een buffer nodig. Deze kan tijdens het laden snel de benodigde energie afgeven en weer langzaam worden bijgevuld. Dat kan door middel van een accu in de snellader maar de start-up Chakratec heeft een mechanische oplossing bedacht.
Buffer om ontoereikende capaciteit op te vangen
Het merendeel van de elektrische auto’s wordt thuis of op het werk opgeladen. Hiervoor wordt gebruik gemaakt van een wallbox die de accu oplaadt. Wie grotere afstanden op een dag aflegt, is afhankelijk van de snelladers langs de af te leggen route. Deze worden steeds krachtiger, laden met 250 kW is tegenwoordig niets bijzonders meer. Maar om auto’s zo snel te kunnen laden, moeten de snelladers ook zelf een krachtige stroomvoorziening hebben. Dat is lang niet overal zo maar mogelijk, en vaak ook kostbaar. Op die plaatsen zou een buffer in de snellader dus goed van pas komen, dan is een normale elektriciteitsaansluiting vaak al voldoende.
Mechanische oplossing
De meest voor de hand liggende oplossing voor die buffer is natuurlijk een accu. Omdat een snellader een groot aantal keren per dag gebruikt wordt, heeft een accu ook zijn beperkingen. Hij is immers maar geschikt voor een beperkt aantal laadcycli. Bovendien is een accu niet bepaald milieuvriendelijk om te vervaardigen en te recyclen. Daarom kan het Maar er zijn meer mogelijkheden. De Israëlische start-up Chakratec heeft nu een buffer ontwikkeld die puur mechanisch werkt. Deze zogenaamde “Kinetic Power Booster” (KPB) maakt geen gebruik van dure of zeldzame grondstoffen en heeft een veel langere houdbaarheid dan een accu.
Kinetic Power Booster
De Kinetic Power Booster (KPB) van Chakratec maakt gebruik van de kinetische energie van een vliegwiel. Een elektromotor die wordt aangedreven door de netspanning brengt een vliegwiel in beweging dat na een tijdje met 16.000 tot 18.000 omwentelingen per minuut draait. Dat vliegwiel bevat een enorme hoeveelheid kinetische energie die menigeen zal onderschatten. Als de stroom wordt uitgeschakeld, blijft het vliegwiel nog ongeveer vier dagen draaien. Dat kan doordat het is gemonteerd in extreem wrijvingsarme lagers en in een vacuümtank is geplaatst.
Meer vermogen voor een korte periode
Het is niet de bedoeling dat de elektriciteit wordt uitgeschakeld. De CPB is namelijk geen UPS, die is bedoeld om stroomstoringen te overbruggen, maar om gedurende een korte tijd meer stroom te leveren dan de normale elektriciteitsaansluiting aan kan. De benodigde hoeveelheid energie om de vliegwielen draaiende te houden, is vrij laag. Zodra een elektrische auto aan de laadpaal wordt aangesloten, wisselen de krachtsverhoudingen zich om. Dan werkt de elektromotor als generator, die wordt aangedreven door de vliegwielen.
Prototype
Het prototype dat Chakratec bij het hoofdkantoor in Tel Aviv heeft geplaatst, heeft een 50 kW elektriciteitsaansluiting. De Kinetic Power Booster kan gedurende een korte periode tot 100 kW vermogen leveren. Om een auto op te laden, wordt het vermogen uit het net en van het vliegwiel gecombineerd. De accu kan dus met maximaal 150 kW worden opgeladen. Daarmee zou een Audi e-tron in minder dan een half uur zijn opgeladen. Zodra de vliegwielen hun energie hebben afgegeven, kan de auto uiteraard alleen nog maar met het maximale vermogen van het elektriciteitsnet worden opgeladen.
Scheepscontainer
De vliegwielen van de Kinetic Power Booster zijn behoorlijk aan de maat. Bovendien zijn er meerdere van nodig. Het prototype heeft tien vliegwielen die in een zeecontainer zijn geplaatst. De KPB-130 versie die vanaf medio 2020 beschikbaar is, heeft 25 vliegwielen. Daarmee kan volgens Chakratec voor 75 kWh aan energie worden gebufferd. Het maximale laadvermogen bedraagt 180 kW. Wie meer auto’s verwacht, plaatst gewoon twee of meer containers.
Op termijn veel goedkoper
Qua aanschaf is een KPB aanzienlijk duurder dan een accu als buffer. Je moet rekenen op ongeveer $ 2000 per kWh. De KPB-130 kost dus meer dan een kwart miljoen. Diezelfde capaciteit kost met een conventionele lithium-ionaccu slechts zo’n 300 dollar per kWh. Een accu moet alleen al na ongeveer 2000 laadcycli worden vervangen. De vliegwielen zijn bestand tegen 200.000 laad- en ontlaadbeurten. Daardoor zijn de kosten per laadcyclus bij de CPB aanzienlijk lager, namelijk $ 0,01 tegenover $ 0,15 bij een accu. Volgens Zohar, het hoofd ontwikkeling van Chakratec, is een KPB alleen zinnig bij laadstations die veel gebruikt worden. Als er slechts enkele auto’s per dag komen laden, kan er net zo goed gebruik worden gemaakt van conventionele accu’s om de energie te bufferen.
Eerste KPB staat in Wenen, Škoda is ook overtuigd
Het idee heeft de luchthaven van Wenen, waar de eerste Kinetic Power Booster in gebruik is genomen, al overtuigd. Daar is de eerste Kinetic Power Booster al in gebruik genomen. Chakratec is ook in gesprek met een hotelketen in Duitsland die de parkeergarages wil uitrusten met CPB’s. Opmerkelijk is ook dat Škoda eveneens overtuigd is. De Tsjechische autofabrikant zal over enkele weken in Praag een CPB installeren. De Volkswagen Group heeft namelijk haar eigen lijn mobiele laadpalen met bufferaccu’s zodat deze keuze van Škoda best wel opmerkelijk is.
