Ik was aan het surfen op het web en ik kwam de volgende afbeelding tegen die ik wel intessant vond:



De bron van deze afbeelding is: http://www.engadget.com/2007/07/21/nc-stat...ous-capacitors/

Ik vond het wel een interessante afbeelding omdat je hier uit kunt concluderen wat de beste opslag methode is voor auto's. Voor een auto heb je een hoge energy-density nodig, dat maakt je auto ligt. En je hebt een hoge power-energy density nodig, want dan ga je snel vooruit als je dat wil.

Nou weet ik niet waar een benzine-motor op deze afbeelding behoort te staan, maar daar voor zou je dus de paardekarcht (vermogen) per gewicht, en energie (vermogen, voor hoelang het beestje draait op een volle tank, per gewicht(motor plus halfvolle tank).

Maar wat het aangeeft is dat fueltanks (waterstof) waarschijnlijk licht kunnen zijn, maar dat ze niet voor veel versnelling kunnen zorgen, iets wat je toch nodig hebt. Maar het geeft ook aan hoe dicht de batterijen zijn in prestatie ten opzichte van de fuelcell.

Ik vraag me af echter of je de waterstofauto en de batterij auto kunt voorzien van een batterij ultra condensators, die tijdens het rijden opgeladen kunnen worden voor extra vermogen, zoiets als superchargers in race-spelletjes.

In combinatie van die twee zou ik graag zien in context met benzine-motors.

Ik vraag me af echter of je de waterstofauto en de batterij auto kunt voorzien van een batterij ultra condensators, die tijdens het rijden opgeladen kunnen worden voor extra vermogen, zoiets als superchargers in race-spelletjes.

Dat lijkt me technisch geen probleem, maar levert natuurlijk wel de kosten plus gewicht van beide systemen op.

Wat de positie van benzine betreft: Aangenomen 45 MJ/kg energieinhoud kom je op 12.500 Wh/kg voor de brandstof alleen, daar komt uiteraard de tank nog bij. De motor moet je er denk ik niet bijtellen, tenzij dat in bovenstaande ook gedaan is.

Qua power density zou ik denken aan een praktisch (redelijk fors) motorblok voor een personenwagen, dat met de aanhangende systemen (overbrenging, luchtfilters, benzinetank, etc) wellicht 250 kg weegt, en een vermogen van 100 kW (134 pk) kan leveren. Dat maakt een density van 400 W/kg. Ik vraag me echter af of deze manier van rekenen helemaal terecht is, aangezien het beperkte vermogen geen gevolg is van de brandstof(opslag), maar van de opbouw van de motor.

Met die aannames komt de 'stip' horizontaal gezien ongeveer in het midden van, maar verticaal een eind boven het grafiekje terecht.

Het is juist wel goed om het zo op te schrijven, Je neemt alles wat een motorblok nodig heeft om te rijden, maar wat niet hetzelfde is voor elke andere auto. Dus 4 stoelen, 4 wielen, carrosserie, etc. laat je weg, omdat bij andere dat het zelfde is, echter de versnellingsbak kun je niet weglaten omdat die bij waterstof en batterij anders is.

Je rekent dus eerst het gewicht uit van:

Motorblok+

Versnellingsbak+

Tank+

Inhoud tank.

Voor waterstof weegt de inhoud van de tank niks, maar is de tank heel erg zwaar.

Dan bereken je het vermogen, en energie per tank,en deelt dat over elkaar. Als de motor niet precies 100 kW leverd, moet je het extrapoleren.

Ik zal is kijken of ik hier informatie over kan vinden. Het is in principe een makkelijke vergelijking, maar ik denk dat het nog tandentrekken word om de informatie te verkrijgen.

Ik ben benieuwd hoe men concludeert dat brandstofcellen (oftewel waterstof) een hogere energiedichtheid heeft dan batterijen. En welke batterijen vallen wel en niet onder 'conventioneel'. Er zit namelijk een behoorlijk verschil tussen batterijen onderling in zowel de energiedichtheid als vermogensdichtheid.

Waterstof weegt niks, het opslaan ervan is moeilijk, maar het weegt in principe niet veel en daarom is de energie dichtheid (per kilogram) wel hoog. Nou kun je zeggen dat je daar heelveel ruimte voor nodig hebt, maar ik wil de discussie meer richten op wat mogelijk is, dan wat op dit moment mogelijk is.

De conventionele batterijen zijn volgens mij gewoon alle batterijen, het is een dikke gele streep, de assen zijn logaritmisch dus het overspant een groot gebied.

Energiedichtheid voor brandstoffen (kWh/kg) is gemakkelijk te berekenen, ik weeg niet wat ik met vermogensdichtheid (W/kg) aanmoet, is dat een motoreigenschap?

Energiedichtheid voor diesel is 14.85 kWh/kg (met 47.5 kWh/gallon)

Energiedichtheid voor benzine is 14 kWh/kg (met 40 kWh/gallon)

daar moet voor een goede vergelijking met direct electrisch wel 70% rendementsverlies af

http://mysite.wanadoo-members.co.uk/ecotech/pin6.htm

vergelijk energiedichtheid voor waterstof is 33 kWh/kg

http://hypertextbook.com/facts/2005/MichelleFung.shtml

Het blijft een beetje een grafiekje van grootte-ordes, maar nu ik het nog eens bekijk is er toch wel degelijk iets mis mee: Fuel cells horen er eigenlijk niet in te staan, aangezien dat geen vorm van energieopslag, maar van conversie is. In diezelfde zin kun je de motor en aandrijving van een conventionele auto er ook niet zo best in plaatsen.

'Benzine' als zodanig kun je er dus wel inzetten, de energy density (evt inclusief tank) is gemakkelijk te bepalen. Maar de power density juist niet, die wordt bepaald door hoe snel je het uit de tank kunt pompen, en dat gaan richting oneindig.

Batterijen en condensatoren laten zich er wel in plaatsen, omdat er een technische grens is aan hoe snel je die kunt ontladen, al was het maar de inwendige weerstand.

wiki is het met je eens:

When comparing batteries, specific power refers to the power-to-weight ratio, measured in kilowatts per kilogram (generally, W/kg). Fuels are usually measured in terms of energy density, since the available power is usually not a limitation.

http://en.wikipedia.org/wiki/Power_density

DePurpereWolf schreef:Ik was aan het surfen op het web en ik kwam de volgende afbeelding tegen die ik wel intessant vond:



[...]

Ik vraag me af echter of je de waterstofauto en de batterij auto kunt voorzien van een batterij ultra condensators, die tijdens het rijden opgeladen kunnen worden voor extra vermogen, zoiets als superchargers in race-spelletjes.

In combinatie van die twee zou ik graag zien in context met benzine-motors.

[...]

Je neemt alles wat een motorblok nodig heeft om te rijden, maar wat niet hetzelfde is voor elke andere auto.

[...]

Dan bereken je het vermogen, en energie per tank,en deelt dat over elkaar. Als de motor niet precies 100 kW leverd, moet je het extrapoleren.

Ik zal is kijken of ik hier informatie over kan vinden. Het is in principe een makkelijke vergelijking, maar ik denk dat het nog tandentrekken word om de informatie te verkrijgen.

Inderdaad tandentrekken, want je moet behoorlijk diep in de techniek duiken om het echt goed te doen. (@Bart, dit is toch jouw pakkie an als ECN-er? Of kun je alleen miepen over het plaatje?)

Ik doe een schatting van Purpere's ideale electrische auto:

Je wilt 10 uur lang 120 [km/u] kunnen rijden. Dan heb je gemiddeld toch wel 15[kW] aan vermogen nodig met 150[kWh] opslagcapaciteit. Maar bij het optrekken wil je liever even 100[kW] hebben, stel 5 seconden lang.

- De 15[kW] doe je met een complete brandstofcellenoplossing van 500[kg], type 30[W/kg], 300[Wh/kg], dat geeft 15[kW] gedurende 10 uur.

- De 100[kW] leveren we met 40[kg] ultracapacitors type 2500[W/kg], 4[Wh/kg]. Dat geeft met 160[Wh] aan opslagcapaciteit 100[kW] vermogen gedurende 5.76 seconden.

- Tijdens rijden op gemiddelde snelheid worden de ultracapacitors steeds opgeladen. Stel dat er 5[kW] ongebruikt brandstofcelvermogen beschikbaar is. Dan kun je elke 2 minuten een keertje 6 seconden lang 'boosten'.

- De totale massa van dit verhaal zou dan ruwweg 540[kg] kunnen zijn.

- Je zou met deze werkwijze ook nog een normale batteij ertussen kunnen zetten voor tussenvermogen gedurenden langere tijd.

Reken ik voor het gemak met een prijs van 1000[€/kg] voor het hele verhaal dan heb je het al over ruim 500.000 euro op wielen. Een dure grap. Dan koop ik liever voor 5 ruggen een 2e handsje op benzine. Of een Lamborghini voor de volle mik.

Reken ik voor het gemak met een prijs van 1000[€/kg] voor het hele verhaal dan heb je het al over ruim 500.000 euro op wielen. Een dure grap. Dan koop ik liever voor 5 ruggen een 2e handsje op benzine. Of een Lamborghini voor de volle mik.

1000 euro per kg is misschien wel makkelijk om mee te rekenen, maar zwaar overdreven. Dat zou neerkomen op 500.000 euro voor 30 kW, ruim 15.000 euro per kW dus. Gezien het feit dat commerciële brandstofcellen op dit moment voor ca 1000 euro per kW geleverd worden vraag ik me af waar je de rest van het geld aan op gaat maken.

Hetzelfde voor ultracapacitors. Volgens dit artikel kostte in 2003 een systeem dat zo'n 50 kW levert 1200$. Dat komt neer op 100$/kg, geen 1000.

Marko schreef:1000 euro per kg is misschien wel makkelijk om mee te rekenen, maar zwaar overdreven. Dat zou neerkomen op 500.000 euro voor 30 kW, ruim 15.000 euro per kW dus. Gezien het feit dat commerciële brandstofcellen op dit moment voor ca 1000 euro per kW geleverd worden vraag ik me af waar je de rest van het geld aan op gaat maken.

Hetzelfde voor ultracapacitors. Volgens dit artikel kostte in 2003 een systeem dat zo'n 50 kW levert 1200$. Dat komt neer op 100$/kg, geen 1000.

Ah bedankt, daar zie ik mijn vergissing, 1000 [€/kW] was het inderdaad. In dat geval komt het totaal op zo'n €35.000. Nog eens pakweg €5.000 voor de rest van de auto geeft €40.000. Dat begint interessant te worden. Maar doe jij eens een gok: Wat is de kostprijs van het 100.000ste exemplaar?

Helaas is het niet mogelijk om alleen maar naar capaciteit, vermogen en gewicht te kijken om daarmee een voertuig samen te stellen. Het vervelende van brandstofcellen is bijvoorbeeld dat ze continue een laag vermogen geven. Voor het 10 uur cruisen zoals voorgesteld door Mechanieker zijn ze dus ideaal, maar als er iets van een file tussendoor komt, dan wordt het al een stuk slechter. Laat staan het rijden in een stad.

Een probleem van condensatoren is de opslagcapaciteit. Condensatoren zijn uitermate geschikt voor het kortstondig leveren van hoge vermogens en hoewel ze best 100 kW voor een periode van 6 seconden kunnen leveren zijn dit soort installaties zwaar en kostbaar, zonder dat er echt veel uitgehaald wordt.

De huidige waterstofauto's hebben tussen de brandstofcel en de elektromotoren nog een batterij zitten die als buffer dient om het grillige rijgedrag af te vlakken, zodat de brandstofcel met hetzelfde lage vermogen elektriciteit kan opwekken.

De optie die ik nog niet voorbij heb zien komen is een elektrische auto, of een plug-in hybride. Een groot voordeel hiervan is dat de efficientie tussen het stopcontact en de wielen aanzienlijk groter is dan bij een brandstofcel. Bij deze laatste zal de efficientie zeker niet meer dan 20% bedragen, terwijl 80% voor een batterij gedreven voertuig absoluut geen probleem is. Dit betekent ook dat je 4 keer minder energie hoeft mee te nemen in je auto!

De systemen zijn ook heel verschillend. Bij brandstofcellen kijk je met name naar het vermogen en de kosten per vermogen-eenheid, terwijl het bij batterijen om energie-inhoud en kosten per energie-hoeveelheid gaat. Voor batterijen is vermogen geen groot probleem. Een mooi voorbeeld is de Tesla Roadster, een elektrisch aangedreven sportauto.

En mechanieker, over het plaatje kan ik ook nog zeuren: de energiedichtheid van waterstof is inderdaad hoger dan die van batterijen en zelfs hoger dan dat van gewone brandstof. Tenminste, zo lang je het per massa-eenheid bekijkt. Per volume-eenheid wordt het ineens een heel ander verhaal.

Wat ik me afvraag bij bv die tesla roadster, wat is de prijs daar ongeveer aan elektriciteitsverbruik ivm bv 1 liter benzine (die nu bijna €1.5 piekt in belgië)? Zou het minder kosten dan met benzine te rijden of is het eerder duurder?

Je kunt ongeveer 5 tot 10 kilometer rijden op 1kWh. Een kilowattuur kost in Nederland 22 cent inclusief alle belastingen en transportkosten. Een auto rijdt gemiddeld 1 op 15. Dus in de worst case scenario betaal je 66 cent elektriciteit tegen 1 euro 50 benzine voor dezelfde afstand. Daarbij komt nog dat je onderhoudskosten lager zijn omdat er geen ingewikkelde drive-train nodig is (zoals versnellingsbak transmissie etc). Daarentegen zal de batterij wel fors aan de prijs zijn.

Vreemd dat er dan nog niet meer wagens op elektriciteit zijn als je aan meer dan de helft van de prijs kan rijden. Zelf een duurdere batterij kan je er makkelijk uithalen na enkele jaren lijkt mij. Wat houdt dan precies deze evolutie tegen?