Het zuiden verkennen in 4x4 “Electric Style”: Een reis richting puur elektrisch avontuur

Een 38.000 km lang Pure Electric Adventure, rijdend van Nederland naar Zuid-Afrika, uitsluitend aangedreven door zonne-energie.

Andreas Gutleben

Op 5 november 2022 begint een buitengewoon avontuur dat het opmerkelijke potentieel laat zien van het elektrisch autorijden over lange afstanden, zelfs in regio's waar nog geen elektrische infrastructuur aanwezig is. Bestemming: Zuid-Afrika.

Maak kennis met  Renske Cox en Maarten van Pel, een inspirerend Nederlands stel afkomstig uit Brabant. Renske is een ondernemer met expertise in marketing en communicatie, gespecialiseerd in het transformeren van bedrijven richting duurzame en milieuvriendelijke ondernemingen. Aan de andere kant is Maarten een ingenieur en een echte klusser, die veel creativiteit inbrengt in alles wat hij doet.

Ze hebben samen meer dan 15 bergen van meer dan 4000 meter beklommen en reisden met het openbaar vervoer door de natuurlijke wonderen van Nieuw-Zeeland, Fiji, Thailand, Costa Rica, Galapagos en Ecuador. Samen richtten ze de NGO 4x4ELECTRIC op, die deze missie zou uitvoeren.

Ondanks de toenemende acceptatie van elektrische voertuigen, kiezen velen nog steeds voor auto's op fossiele brandstof voor lange afstanden. Maarten en Renske wilden de wereld echter laten zien wat er mogelijk is als je lange afstanden rijdt met een elektrische auto, zelfs onder extreme omstandigheden en door landen waar elektrische auto's en oplaadpunten nog niet bestaan. Daarom zijn ze van plan een avontuur aan te gaan waarin ze met een volledig elektrische Skoda Enyaq van Nederland naar Zuid-Afrika rijden en weer terug. Onderweg zullen ze duurzame initiatieven bezoeken en de verhalen delen van individuen en projecten die duurzaamheid op verschillende inspirerende manieren hebben geïmplementeerd.

De Skoda Enyaq, gebouwd in 2021, is uitgerust met een watertank van 50 liter om te drinken en te douchen, een inductie en een geïntegreerde tent op het dak van de auto. Om het opladen in afgelegen gebieden te vergemakkelijken, hebben ze 60 zonnepanelen van 1m2 bij zich, opgeborgen in een frame met 6 laden. Deze zonnepanelen hebben elk een capaciteit van 180 Watt. Wat hun manier van opladen onderscheidt, is de innovatieve techniek die ze gebruiken; ze zetten DC direct om in plaats van het traditionele DC-AC-DC-proces, waardoor er geen batterij nodig is tussen de zonnepanelen en de auto. Het resultaat: een opmerkelijke vermindering tot 20% van de energieverliezen (Bron: https://4x4electric.com/).

photo credit: 4x4 Electric

Als pioniers op het gebied van accutests en -monitoring bij AVILOO wilden we graag deelnemen aan dit buitengewone avontuur en erkenden we de unieke leermogelijkheden die het bood. In samenwerking met 4x4ELECTRIC namen we de cruciale rol van grondcontrole voor de HV-batterij op ons, waarbij we 24 uur per dag toezicht hielden tot op celniveau. Het was onze missie om eventuele problemen of uitdagingen met betrekking tot de HV-batterij die zich tijdens de expeditie voordeden, snel te identificeren en aan te pakken, vooral tijdens het rijden door extreme omgevingen waar de temperatuur kon variëren van -6 °C tot 44 °C.

Deze expeditie stelde ons zeker voor uitdagingen. Om 4x4ELECTRIC volledig uit te rusten, voorzagen we hen van 3 AVILOO boxen en meerdere OBD-kabels als reserve voor het geval er hardware beschadigd raakte en niet meer functioneerde. Data en roaming vormden ook belangrijke uitdagingen. Gelukkig voorzag Magenta ons van een speciaal roamingpakket waarmee de AVILOO box in bijna alle landen in Afrika gegevens kan versturen. Er waren echter nog steeds landen waar roaming niet mogelijk was vanwege te hoge kosten. Daarom hebben we de AVILOO boxen uitgerust met grotere SD-kaarten dan normaal om tijdelijk grote hoeveelheden gegevens te verzamelen en op te slaan in landen zonder roaming. De gegevens worden dan verzonden wanneer we een land met roamingmogelijkheden binnengingen. Een andere uitdaging voor ons was het verkrijgen van GPS-gegevens. Helaas hebben we nooit gegevens ontvangen, ook al hebben we verschillende posities en locaties in de auto geprobeerd.

Desalniettemin hebben we een goede hoeveelheid gegevens verzameld die 4x4ELECTRIC ook kon gebruiken om inhoud over accu's te plaatsen. En met de medewerking van Itility, ook een partner van 4x4ELECTRIC, konden we enkele parameters weergeven op hun ontwikkelde dashboard op de 4x4ELECTRIC website.

Dashboard - Expeditie route (photo credit: 4x4 Electric)

Dashboard - Temperatuur, sccuniveau, hoogte (photo credit: 4x4 Electric)

Dashboard - Opladen onderweg (photo credit: 4x4 Electric)

We konden niet alleen een aantal van de verzamelde gegevens weergeven op het dashboard, maar we vonden ook interessante inzichten in de laadcyclus die wordt gecreëerd door het opladen met zonne-energie. Zoals te zien is in figuur 7, kwam de kromming van het vermogen tijdens het opladen met zonne-energie overeen met de positie van de zon.

Figuur 7. Oplaadcyclus voor zonne-energie in Marokko (nov. 2022)

De grafiek illustreert de laadcyclus die plaatsvond in Marokko in november 2022 en toont het bereik tussen de minimum- en maximumceltemperatuur (oranje), de laadstatusweergave of SOC-weergave (groen) en het vermogen (paars). De donkere lijnen geven de gemiddelde waarde van de signalen aan en de schaduwgebieden geven het bereik tussen de minimum- en maximumwaarde van de signalen aan.

De laadcyclus begon rond 9:45 's ochtends, met de SOC aanvankelijk op 21%. Toen de zon opkwam, namen zowel het laadvermogen als de SOC toe. Het vermogen bereikte een piek tussen 12:00 en 13:00 uur en bereikte 8 kWh, wat samenviel met de stand van de zon. De laadcyclus werd om 17:00 uur afgesloten met een SOC-waarde van 74%.

Bij het analyseren van deze grafiek werden enkele interessante ontdekkingen gedaan. Zoals eerder vermeld, begon de laadcyclus om ongeveer 9:45 's ochtends, waarbij de SOC begon bij 21% en de celtemperatuur varieerde tussen 14,5°C en 16°C. Kort voordat het laden begon, bleef het vermogen constant laag op ongeveer 600 W, hoewel de zon op dat moment meer vermogen had moeten leveren. Tegelijkertijd steeg de celtemperatuur echter sterk. Dit kwam door het voorverwarmen van de cellen. De auto detecteerde een snellader (gelijkstroomlading) en probeerde de celtemperatuur snel te verhogen tot de ideale 20°C. Daarom werd bijna het volledige vermogen van het fotovoltaïsche systeem gebruikt om de batterij te verwarmen. Na het bereiken van een accutemperatuur van 21,6°C werd het volledige fotovoltaïsche vermogen gebruikt voor het opladen, wat resulteerde in een sprong van ongeveer 600 W naar ongeveer 4,2 kW.

Figuur 8. Vermogen en celtemperatuur voordat het opladen begint

Bij het analyseren van andere laadcycli op zonne-energie werd duidelijk dat er energie en vermogen verloren gaan tijdens de opwarmfase van de accu voordat deze wordt opgeladen. De verloren energie varieerde tussen 1 en 2 kWh. Voorbeelden van de expeditie zijn

• Voor het opwarmen van de celtemp. van ongeveer 18°C tot 20°C vóór het opladen was 0,87 kWh nodig.
• Voor het opwarmen van de celtemp. van ongeveer 15°C tot 20°C vóór het opladen was 1,5 kWh nodig.

Het afkoelen van de batterij gebeurde ook meerdere keren tijdens de zonne-laadcyclus, vooral bij hoge buitentemperaturen, zoals weergegeven in figuur 9. In dit geval zagen we dat de accu vier keer werd afgekoeld tijdens een zonnelaadperiode.

Figuur 9. Laadcyclus op zonne-energie bij hoge buitentemperaturen in Sierra Leone (Jan. 2023)

Concluderend, hoewel 20% minder energieverlies wordt bereikt door direct gelijkstroom op te laden in plaats van een DC-AC-DC proces (Bron: https://4x4electric.com/), is het cruciaal om rekening te houden met extra verliezen van ongeveer 5% die worden toegeschreven aan verwarming en koeling tijdens het proces.

Deze uitdagingen bij het opladen van de accu op zonne-energie door direct om te zetten naar DC kunnen alleen worden geïdentificeerd door een nauwkeurige analyse van de accugerelateerde gegevens, die mogelijk niet zo duidelijk zijn als andere uitdagingen bij het opladen op zonne-energie. Deze analyse neemt echter niets weg van de creatieve en innovatieve technologie die voor de expeditie is ontwikkeld. Sterker nog, een energieverlies van ongeveer 5% is aantoonbaar beter dan 20%.

Omdat AVILOO gespecialiseerd is in het diagnosticeren van batterijen voor elektrische auto's, werden er twee AVILOO PREMIUM Tests uitgevoerd in de vroege en late stadia van de expeditie. De certificaten zijn te zien in figuur 10.

Figuur 10. AVILOO batterijcertificaat. 03.12.2022 en AVILOO Batterijcertificaat. 25.07.2023

De eerste PREMIUM test toonde aan dat de batterij van de Skoda Enyaq op 3 december een State-of-Health (SOH) van 98% had bij een afgelegde afstand van 25.452 km. Dit daalde tot 96% bij aankomst in Zuid-Afrika na 20.894 km na de eerste test. Gelukkig is dit geen dramatische daling gezien de uitdagingen waarmee de batterij tijdens de expeditie werd geconfronteerd.

Concluderend was de expeditie, ondanks de grote uitdagingen onderweg, een succes. Maarten en Renske hebben Zuid-Afrika bereikt en zijn nu terug in Nederland. Samen met alle betrokken teams hebben ze laten zien wat de mogelijkheden zijn van de huidige elektrische voertuigen en technologieën, die deze expeditie mogelijk hebben gemaakt. Wij bij AVILOO zijn blij dat we deel hebben uitgemaakt van dit project en dat we onderweg nieuwe dingen hebben geleerd.

Gefeliciteerd Maarten en Renske!

Het #magentabusiness team voorziet ons van een SIM-kaart inclusief connectiviteit voor dit uitdagende project. Grote dank aan Magenta voor de ondersteuning!