De aantrekkingskracht van het gebruik van elektrische voertuigen (EV's) voor vervoer is gebaseerd op zowel slimme publiciteit als harde feiten.  EV's hebben het afgelopen decennium een behoorlijk snelle transformatie doorgemaakt. Investeringen vanuit de industrie, onderzoek & ontwikkeling en creatieve marketing hebben ze doen evolueren van een technische curiositeit naar een potentiële milieuchampion en mogelijk een slimme keuze voor de consument. 

We hebben een aantal ontwikkelingsvraagstukken op het gebied van EV's besproken in een blog van maart 2023, die u op deze site kunt lezen. Het blijft echter een feit dat EV's, dankzij het werk van een aantal slimme engineers, veel voordelen bieden. Denk aan een lagere vraag naar olie, minder luchtvervuiling en minder onderhoud aan het voertuig. Maar de vraag is: geloven potentiële consumenten de verkoopbelofte van EV's, en zo niet, wat moet de engineering doen om de verkoop sneller te laten stijgen? 

Het verhaal van de vraag

De recente belangstelling voor de elektrificatie van vervoer wordt aangewakkerd door verschillende factoren, waaronder stijgende brandstofprijzen voor consumenten, toegenomen aandacht voor de uitstoot van verbrandingsmotoren (ICE), afzonderlijke regelgeving van staten en landen die verbrandingsmotorvoertuigen willen uitfaseren, en overheidssubsidies voor de aankoop van EV's door consumenten. Dit heeft geleid tot een sterke toename van nieuwe EV-fabrikanten en -modellen. Kelly Blue Book meldt dat er in 2023 ongeveer 33 nieuwe EV-modellen zijn gelanceerd, en dat er voor 2024 50 nieuwe of vernieuwde modellen op de planning staan.

De technische gemeenschap rond EV's heeft hierop gereageerd door middelen te richten op verbeteringen van EV-technologie. Toch blijft de groei van de aankoopbeslissingen van consumenten voor EV's relatief traag, om verschillende redenen. De belangrijkste komen neer op prijs en afstand. 

Wat moet er veranderen

Volgens een recent onderzoek van Cox Automotive is de betaalbaarheid van EV's de belangrijkste reden voor consumenten om te aarzelen bij de aankoop van een EV. In mei 2023 bedroeg de gemiddelde prijs van een nieuw voertuig met verbrandingsmotor volgens Cox $48.528, terwijl een vergelijkbare nieuwe EV $55.488 kostte, een meerprijs van 14%.   

Hoewel de prijzen van EV's een dalende trend vertonen, zal de druk om overheidssubsidies voor aankopen af te schaffen de aantrekkingskracht van deze trend afremmen. De geschiedenis leert ons dat de prijsstelling van voertuigen meer een productieprobleem is dan een technisch probleem, maar productie-efficiëntie wordt vaak aangedreven door technische ontwerpen die zich lenen voor efficiënte productie. Het spreekt voor zich dat de toegenomen concurrentie van alle nieuwe EV-modellen dit probleem ook kan helpen verminderen.

De zorg over de actieradius

Een andere zorg van consumenten is de actieradius van EV's, of de gemiddelde afstand die u met een volle lading kunt afleggen. Volgens het Amerikaanse ministerie van Energie bedroeg de mediane actieradius van auto's met verbrandingsmotor in 2021 413 mijl. De mediane oplaadradius van EV's was 217 mijl. Dit verschil in actieradius is grotendeels een gevolg van de huidige batterijtechnologie, maar de consument moet dit afwegen tegen het huidige gebrek aan een breed beschikbare laadinfrastructuur voor EV's, zowel binnen als buiten de VS. 

Dit verschil in bereik tussen EV's en voertuigen met een verbrandingsmotor leidt bij consumenten tot “range anxiety” (angst voor een te beperkt bereik), die zowel voortkomt uit te optimistische actieradiusvoorspellingen van fabrikanten als uit andere technische factoren die de actieradius verminderen. Deze bijkomende factoren zijn onder meer verminderde batterijprestaties bij koud weer, afname van de laadcapaciteit door veroudering van de batterij, en het effect van verschillende rij- en terreinstijlen. 

Zoals u zich kunt voorstellen, is de oplossing voor elk van deze zorgen over de actieradius afhankelijk van een combinatie van creatieve engineering, nieuwe technologie en een uitgebreider laadnetwerk.   

Ontwikkelingen op batterijgebied

Zorgen over de actieradius brengen ons bij de vraag van consumenten naar verbeteringen in batterijtechnologie. Oplaadbare batterijchemieën hebben een lange weg afgelegd sinds de eerste nikkel-cadmium (NiCAD) ontwerpen en ontwikkelen zich nu verder dan de huidige lithium-ion-batterijen. Met de focus op een grotere actieradius en kortere laadtijd worden nu veel veelbelovende technologieën onderzocht. Enkele hiervan zijn zink-lucht, lithium-lucht, lithium-zwavel, lithium-nikkel-kobalt-mangaan, lithium-ijzerfosfaat, natrium-ion en solid-state ontwerpen. Hoewel de ontwikkelingsactiviteit enorm is toegenomen, zal het omzetten van batterijtechnologie naar productieklare oplossingen nog tijd en financiële investeringen vergen van de engineering.

Toch zijn er dagelijks spannende ontwikkelingen in het nieuws over nieuwe batterijontwerpen en hun belofte om een grotere actieradius en kortere laadtijd te leveren. De recente aankondiging van Toyota over nieuwe ontwikkelingen op het gebied van solid-state batterijen omvat een verwachte actieradius van meer dan 700 mijl per lading. Het probleem voor de EV-verkoop is echter dat, hoewel deze beloftes wellicht in toekomstige modellen werkelijkheid worden, de prestaties van de huidige EV-voorraad bij dealers nog altijd wat teleurstellend zijn. De strategie van de consument lijkt te zijn: afwachten.

Gebrek aan laadinfrastructuur

Nauw verbonden met de behoefte aan betere batterijtechnologie is de gelijktijdige behoefte aan een toename van het aantal beschikbare laadstations, samen met verbeterde laadtechnologie om de laadtijd van voertuigen te verkorten. De range anxiety van consumenten is een resultaat van de actieradius per lading, de afstand tussen beschikbare laadstations en de laadtijd. En hoewel particuliere laadstations thuis een rol spelen in de totale laadomgeving, verhelpen ze range anxiety niet zodra een voertuig op een langere rit is. 

Volgens een recent rapport van het Amerikaanse ministerie van Energie zijn er momenteel ongeveer 105.000 openbare EV-laadpunten (zowel gewone als snellaadpunten) beschikbaar in de VS die niet exclusief voor Tesla zijn.  Meer dan 28% van deze laadpunten bevindt zich in Californië. Dit staat in contrast met een schatting van het American Petroleum Institute van 145.000 toegankelijke openbare benzinestations, waarbij elk station doorgaans veel pompen heeft die maar enkele minuten gebruik vergen. 

Hoewel de ontwikkeling van snellaadtechnologie een technisch probleem is, is de installatie van extra laadpunten een financieel probleem en een kwestie van standaardisatie. Financiering, hoewel het zowel een particuliere als publieke aangelegenheid is, valt buiten het bestek van deze discussie. 

De standaardisatie van laadtechnologieën, apparatuur en netwerken verloopt langzaam. Momenteel worden er door het Amerikaanse ministerie van Energie 32 verschillende laadnetwerken vermeld. Vereenvoudiging van zowel apparatuur als netwerken kan een groot deel van de oplossing voor de actieradius vormen.    

Bijkomende factoren

In deze discussie hebben we de belangrijkste kwesties besproken die een snellere groei van de EV-verkoop aan consumenten belemmeren. Maar, zoals u wellicht weet, zijn er ook andere factoren die een rol spelen. Het belang van elke factor voor de uiteindelijke EV-consument kan discutabel zijn. Samen genomen onderstrepen ze echter de vele en uiteenlopende gebieden waarop EV's moeten verbeteren voordat consumenten ze op grotere schaal zullen omarmen. Enkele van deze bijkomende kwesties zijn:    

• Hoge reparatiekosten, vooral voor het vervangen of repareren van de batterij
• De initiële kosten van laadapparatuur voor thuis
• Kosten voor het opladen van elektriciteit 
• Milieuzorgen over batterijchemieën 
• Veilige inkoop van voor batterijen essentiële mineralen 
• Recycling van batterijen en voertuigen
• Overhitting van de batterij
• Restwaarde van EV's
• Compensatieheffingen voor gederfde staatsbelasting op brandstof

Conclusie

EV's blijven een haalbare en aantrekkelijke optie voor de aanhoudende problemen van het gebruik van verbrandingsmotoren voor vervoer. Het vergroten van de consumentenverkoop van EV's vereist echter aandacht voor de “Grote Vier” punten die moeten worden aangepakt, samen met andere punten, om de bereidheid van het algemene publiek om EV's te kopen en te gebruiken te vergroten:  

• Lagere aankoopprijs
• Grotere actieradius per batterijlading
• Kortere laadtijd van de batterij
• Grotere beschikbaarheid van openbare laadstations

Als u betrokken bent bij de technische ontwikkeling van EV's en het ondersteunende netwerk dat daarvoor nodig is, of als u producten ontwerpt voor deze markt, bent u zich bewust van het marktpotentieel en van het harde werk dat nog moet worden verricht. 

Onze vrienden van CircuitBread.com bieden uitstekende tutorials over de basisprincipes van Vermogenselektronica om u te helpen bij uw eigen zoektocht naar verbeteringen in EV-technologie. De website biedt ook verdere discussies over EV-technologie, die u hier kunt vinden: Wat is er nodig om de acceptatie van elektrische voertuigen te vergroten? Zoals altijd is creatieve engineering een elegante en efficiënte oplossing.