top of page
Zoeken
  • Johnny Nijenhuis

Gaat Mercedes-Benz als eerste OEM’er door de magische grens van 500 kilometer actieradius op één bat

Bijgewerkt op: 19 okt. 2022

Gaat Mercedes-Benz als eerste OEM’er door de magische grens van 500 kilometer actieradius op één batterijlading?


Jazeker gaat Mercedes dat lukken!


Dat is bijzonder knap. Zeker als je bedenkt dat de Duitsers gebruik maken van een LFP batterij.


In dit blog

In dit blog neem ik je graag mee hoe Mercedes dit voor elkaar gaat krijgen. Want hoewel dit moment er al een tijdje aan zat te komen, 500 kilometer actieradius maakt elektrische vrachtwagens voor ontzettend veel inzetten haalbaar. Stel dat een chauffeur 450 kilometer per dag rijdt, 235 dagen per jaar, dan is dat 105.750 per jaar. Als je bedenkt dat de gemiddelde vrachtwagen in Nederland maar zo’n 75.000 kilometer per jaar rijdt, begrijp je dat er een hele grote groep is, waarvoor zo’n batterij elektrische vrachtwagen prima voldoet.


Als een chauffeur ook nog de mogelijkheid heeft om bij te laden tijdens zijn pauze, kan hij zomaar -realistisch- 600 kilometer per dag volledig elektrisch afleggen.


Wat is er zo bijzonder?

Terug naar de Mercedes. Wat maakt die 500 kilometer actieradius zo knap? Andere merken zullen tegen die tijd ook meer dan 400 kunnen rijden. Designwerk uit Zwitserland kan zelfs nu al trucks leveren met een actieradius van 500 kilometer of meer.


De LFP batterij

Het knappe zit hem erin dat het hier gaat om een LFP batterij. LFP is één van de smaakjes die die er zijn onder de Lithium-Ion familie. LFP is de afkorting voor Lithium Ferro Phosphate, of in het Nederlands Lithium Ijzer Fosfaat. Ten opzichte van de andere smaakjes Li-Ion batterij bevat LFP geen cobalt en nikkel. Het heeft dan ook een aantal specifieke voor- en nadelen ten opzichte van nikkelbatterijen.


Voordelen:

- Goedkoper om te produceren

- Veiliger

- Veel meer laadcycli (minder snelle slijtage)


Waarom gebruikt dan niet iedereen LFP batterijen? LFP heeft ook twee belangrijke nadelen:

- LFP is zwaar

- LFP is groot


De eerste van die twee nadelen is de afgelopen jaren behoorlijk kleiner geworden. Wetenschappers en producenten van batterijen hebben allerlei slimme manier gevonden om het gewicht van een LFP batterij kleiner te maken. LFP is voorlopig altijd nog iets zwaarder dan een nikkelbatterij, maar het verschil is in de meeste gevallen acceptabel.


Dat tweede nadeel, LFP is groot, blijft. Om dezelfde hoeveelheid energie mee te nemen ben je ongeveer 50% meer volume nodig. Voor veel toepassing is dat een probleem. Ruimte is vaak schaars.


Beperkte ruimte

Kijk maar naar een vrachtwagen. De ruimte tussen de stuur- en de trekas is beperkt. Als je dan moet kiezen tussen LFP en een nikkelbatterij merk je dat terug in je actieradius. Dat zien we ook in de praktijk. DAF / VDL gebruikt vanaf het begin een LFP batterij, daardoor is hun actieradius beperkt tot iets meer dan 200 kilometer. Volvo gebruikt daarentegen een nikkel batterij (NCA) en haalt een actieradius van bijna 350 kilometer. Beide fabrikanten gebruiken dezelfde ruimte tussen de assen om hun batterijen te plaatsen.


Twee belangrijke ontwikkelingen

Hoe lukt het Mercedes-Benz dan toch om 500 kilometer uit een LFP batterij te persen?

Er zijn twee belangrijke ontwikkelingen die het mogelijk maken voor de Duitsers:

- Een aerodynamisch verbeterede cabine

- Verbeterde techniek om batterijen te bouwen


Om met die eerste te beginnen. Mercedes-Benz vergezeld de aankondiging van deze truck met een afbeelding waarop een nieuwe cabine kan worden ontdekt.



Links: de “vernieuwde” cabine. Rechts: de “oude” cabine.


Behalve dat een vernieuwde cabine voor het oog fijn is, zal Mercedes-Benz de kans ook niet hebben laten liggen om de aerodynamica van de cabine eens flink onder handen te nemen.


Invloed van aerodynamica

Wist jij dat als een vrachtwagen 80 kilometer per uur rijdt, meer dan 50% van het dieselverbruik voortkomt uit het overwinnen van luchtweerstand? Probeer je hand maar eens uit het raam te steken, dan snap je het direct.

Een cabine die makkelijk door de wind heen snijdt is dus erg belangrijk voor het energieverbruik.


Mercedes geeft ook wat andere afbeeldingen vrij. Dit is voor mij de bevestiging dat de cabine over de tekentafel is heen geweest.



Een volledige nieuwe cabine zal ongetwijfeld niet het geval zijn. Maar een facelift (met aerodynamische verbeteringen) zullen we zeker gepresenteerd krijgen.


Onderzoek van het ICCT

Dat er nog winst te behalen valt op aerodynamisch vlak, maakte het ‘International Council on Clean Transportation’ (ICCT) duidelijk in één van haar rapporten. Alle lange afstandstruck van de grote Europese merken werden onderzocht en er was één merk dat de andere volledig van tafel veegde als het gaat om aerodynamica; Scania is 20% (!) meer aerodynamisch dan haar eerste belager.



Hoe lager onderstaande rode vierkantje, hoe lager de luchtweerstand van de cabine.


Nu moet er wel worden bij gezegd dat dit onderzoek van vóór de introductie van de nieuwe DAF cabines stamt. DAF claimt een aerodynamische verbetering van 20%, en Scania heeft reeds bewezen dat zulke statements niet overdreven zijn.


Dan de Mercedes. Geen volledige nieuwe cabine, dus vermoedelijk ook geen 20% minder aerodynamische weerstand. Een aanname van 10% winst op aerodynamica lijkt een realistische.


Dichte grill

Kijk maar eens naar de ‘dichte’ grill. Iets waar je alvast aan kunt gaan wennen. Elektrische vrachtwagens zijn veel minder koelvermogen nodig dan dieseltrucks. Ook bij andere merken zal de open grill met de komst van elektrische vrachtwagens naar de achtergrond verdwijnen. 10% winst dus, geen 20% zoals bij Scania en DAF, maar het gat wordt wel kleiner.


Diesel verbruik

Bij de aanname dat de ‘oude’ cabine een verbruik van 1 op 4 haalt, wordt dat dus nu 1 op 4,2. De aerodynamische weerstand is goed voor 50% van het energieverbruik, en die hebben we met 10% verbeterd. Netto dus 5% minder energieverbruik.


Bij een dieselverbruik van 1 op 4,2 past een elektrisch verbruik van 1 kilometer op 1,15kWh. In de praktijk zou het mij niet verrassen als dit verbruik minder gunstig zal zijn, maar Mercedes-Benz heeft al bewezen niet vies te zijn van een beetje ambitieus rekenen.



Alleen in de meest gunstige omstandigheden haalt de eActros (bakwagen) 400km actieradius.

Het verbruik van 1,15kWh is overigens niet onmogelijk. Ook Volvo toonde al aan dat een verbruik van een 40 tons combinatie rond de 1,1kWh per kilometer zou kunnen liggen.



Zien hoe die test verliep? https://www.youtube.com/watch?v=0xji0bhcuq0


Overigens verwacht Mercedes-Benz zelf dat het elektrisch verbruik nog verder kan dalen. Tijdens hun ‘Strategy Day’ in 2021 toonden de Duitsers al hun ambitie om een truck met een verbruik van 1,0kWh per kilometer te ontwikkelen.





Conclusie wat betreft het verbruik. Met de facelift in het vooruitzicht is een verbruik van 1,15kWh per kilometer een goede inschatting.


Verbeterde techniek om batterijen te bouwen

De tweede belangrijke ontwikkeling die het mogelijk maakt voor Mercedes-Benz om een elektrische trekker te bouwen met LFP batterij én 500 kilometer actieradius is de ontwikkeling van de batterijen.

Batterijen ontwikkelen zich op vele gebieden. De chemische samenstelling van een batterij wordt voortdurend verbeterd waardoor batterijen lichter worden, productieprocessen worden geoptimaliseerd waardoor de prijs steeds verder zakt.

Maar ook op het gebied van het ‘in-elkaar-zetten’ van een batterijen is er een belangrijke ontwikkeling die deze truck mogelijk maakt.


CATL: Contemporary Amperex Technology Co., Limited

Eerder werd ‘Strategy Day’ al even aangehaald. Mercedes-Benz liet ons ook al weten van 2024 hun batterij bij CATL te gaan betrekken. CATL is de grootste producent van lithium ion batterijen ter wereld.



Het derde bullet point verraadt al dat het gaat om LFP batterijen (ultra-long cycle life). Daarnaast zal de truck MCS (megawatt charging system) gaan accepteren (fast-charging).


Nu we hebben kunnen vaststellen dat CATL de leverancier wordt van de batterijen van de Mercedes-Benz eActros Long Haul, kunnen we wat verder gaat inzoomen op wat CATL allemaal te bieden heeft.


CATL Qilin

Recentelijk introduceerde CATL haar nieuwe Qilin batterij. Dit is een manier om batterijcellen heel slim in een batterijpakket te plaatsen. Zelf gebruikt CATL daarvoor de term ‘cell-to-pack 3.0’. Dat betekent dat de losse cellen direct in een pakket worden geplaatst. Meestal wordt dit gedaan met een tussenstap door losse cellen eerst in modules te plaatsen. Cell-to-pack is niet per definitie nieuw, maar de manier waarop CATL het nu gaat aanpakken is dat zeker wel. Zonder teveel op de technische details in te zoomen kan CATL meer cellen in hetzelfde volume en gewicht batterijpakket kwijt.

Simpel gezegd: de batterij wordt lichter -en in dit geval het belangrijkst- een stuk kleiner.




In 2023 op grote schaal verkrijgbaar

CATL denkt deze CTP technologie in 2023 op commerciële schaal te kunnen introduceren. Precies op tijd om om deze batterijen ook in de Mercedes-Benz eActros Long Haul te verwerken.


Ook laat CATL ons weten wat de specificaties zijn. Dat is erg fijn voor de berekeningen verderop. Volume: 290Wh per liter (LFP)

Gewicht: 160Wh per kilogram (LFP)


We hebben bijna alle informatie verzameld om een goede calculatie te gaan maken. Het enige dat we nu nog missen is de mate in hoeverre we de batterij mogen ontladen. Een batterij vindt het niet fijn om volledig ontladen te worden. Daarom hebben fabrikanten dit softwarematig begrensd. De vakterm hiervoor is depth of discharge.


*Nerd-talk: Depth of Discharge (DoD)*

Gelukkig weten we de depth of discharge van de eActros (bakwagen) al: 86%. Deze verhouding geeft het verschil weer tussen de bruto batterijcapaciteit, en de batterijcapaciteit die beschikbaar is voor het rijden (netto batterijcapaciteit).

Daarbij moet de opmerking worden gemaakt dat LFP een stabielere batterij is (een van de voordelen; veiliger) en dus kunnen we deze batterij wat dieper ontladen. Een aanname voor deze batterij van 89% is niet onrealistisch.

*Einde Nerd-talk over Depth of Discharge (DoD)*


Rekenen maar!

Dan zijn is alle relevante informatie bekend, en kan de calculatie gemaakt worden:

Actieradius: 500km

Verbruik: 1,15kWh / km

Netto Batterijcapaciteit: (500 X 1,15) 575kWh

Bruto Batterijcapaciteit: (575 X 111%) 638,25kWh

Volume batterijpakket: (638,25 / 0,290) 2.201 liter


Om 500 kilometer actieradius te realiseren is er dus ongeveer 2.200 liter aan volume voor de batterij nodig.


Verschillende opties

Dat kan op verschillende manier worden gerealiseerd.

Gewoon, ‘ouderwets’ aan de zijkant van het chassis alsof het brandstoftanks zijn. De hoogte van zo’n tank is 700mm, evenals de breedte. De vrije ruimte tussen de stuur- en de trekas is ongeveer 2.250mm. Natuurlijk hebben we twee van dat soort batterijen. Dus:


0,7 X 0,7 X 2,25 X 2 = 2.205 liter


Toeval bestaat niet toch? Dat gaat precies passen!


2 X 1.100 liter



*Nerd-talk over schotelhoogtes*

Maar dan perst Mercedes-Benz welke elke vierkante centimeter uit die ze kunnen vinden. Een batterij van 700mm hoog is wel op het randje. Een gewone 4x2 trekker heeft een schotelhoogte van 1.150mm. Daarmee wordt bedoeld dat de bovenkant van de koppelschotel 1 meter 15 boven hoog is, gemeten vanaf de grond. De koppelschotel zelf is ongeveer 150mm hoog, dan blijft er dus nog 1.000mm over voor de batterij en de bodemvrijheid. 300mm voor bodemvrijheid, dat ‘houd niet over’.

*Einde nerdtalk over schotelhoogtes*


De eActros hangt haar batterijen toch onder het chassis?

Ja, de eActros zoals deze nu wordt uitgeleverd, ‘hangt’ haar batterijen onder de chassisbalken. Door dat te doen maakt Mercedes gebruik van de ruimte die is ontstaan tussen de chassisbalken door het gebruiken van een volledige geïntegreerde aandrijfas. Bijkomend voordeel van deze manier van het plaatsen van de batterijen, is dat het bijdraagt aan de torsiestijfheid van het chassis. Genoeg reden om dat scenario ook eens door te nemen.


De vrije ruimte onder de chassisbalken is:

Hoogte: 390mm

Breedte: 2.450mm

Lengte: 2.250mm


0,39 X 2,45 X 2,25 = 2.150 liter


Dat is dus niet voldoende voor de LFP batterij met actieradius van 500 kilometer.


1 X 2.150 = 2.150 liter



Reserve tank?

Nog niet alle beschikbare ruimte is opgebruikt. Tussen de chassisbalken, bovenop het batterijpakket is er ook nog ruimte voor een extra batterijpakket. Hoeveel ruimte is dat?


Vrije ruimte tussen de chassisbalken:

Hoogte: 275mm (bij chassisbalken van 310mm)

Breedte: 750mm

Lengte: 2.250mm


0,275 X 0,75 X 2,25 = 464 liter


Met 2.150 + 464 liter is er ruim voldoende volume om 500 kilometer te realiseren.



1x 2.150 + 464 = 2.614 liter


Met zoveel ruimte is aan en in het chassis is een actieradius van 500 kilometer zelfs mogelijk bij een verbruik van 1,3kWh per kilometer.

2.1614 gedeeld door 290Wh per liter is een bruto batterijcapaciteit van 758kWh. Zelfs bij een depth of discharge van 86% houden we 652kWh aan netto capaciteit over. Dat is voldoende voor: 501,5 kilometer actieradius.

Conclusie

Welke benadering er wordt gekozen zal dus afhangen van het voorspelde verbruik per kilometer. Alleen door een extra batterijpakket te plaatsen tussen de chassisbalken maakt het mogelijk om ook bij een verbruik van 1,3kWh per kilometer de 500 kilometer waar te maken.

Rekent Mercedes-Benz met 1,15kWh per kilometer, dan is het plaatsen van batterijen aan de zijkant van het chassis voldoende.



11 weergaven0 opmerkingen