Download het artikel in 
ENGINEERINGNET.BE -- Het 3,5 miljoen euro kostende project resulteerde in een Range Rover Evoque demowagen met elektrische aandrijflijn van twee geschakelde reluctantiemotoren. De verworven kennis, maar ook het voertuig zelf, dienen nu als input in het Europees E-VECTOORC-project dat in september van start gaat.
Aan het Vlaamse Powertrain-project, dat via IWT een subsidie ving van 2,8 miljoen euro, nam een consortium deel van twaalf Vlaamse bedrijven: Punch Powertrain (packaging), Inverto (SR en koppelbeheersing), LMS (geluid en trillingen), DANA (veiligheid), Voxdale (thermisch beheer batterijen), Triphase (systeemtesten) en IMEC (GaN-technologie), Arteco, CTS, EIA Electronics, NXP en Umicore.
Het ging er om kennis op te doen over de problemen bij het integreren van een elektrische aandrijving in een bestaand personenvoertuig. De krachtbron moest compact genoeg zijn en zowel voor- als achteraan in de wagen ingebouwd kunnen worden.
Het voertuig moest een versnelling halen van 0 tot 100 km/uur in 7 sec, maximum snelheid van 195 km/uur, kunnen starten op één wiel, regeneratief remmen bij 100 km/uur aan 4,2 m/s².
Geschakelde reluctantiemotoren
Flanders' Drive bouwde twee geschakelde reluctantiemotoren (SR) in een 2WD-demonstrator, een Range Rover Evoque SUV. Door de fasen van de motor opeenvolgend te bekrachtigen, synchroon met de rotorpositie, ontstaat een krachtwerking tussen de stator en rotor. Geschakelde reluctantiemotoren zijn 'robuust', veilig - bij problemen gaat de motor in free-running - en efficiënt. Ze leveren een constant vermogen in een ruim gebied, m.a.w. behouden ook bij hoge snelheden hun koppel.
Deze motoren hebben geen magneten, ze zijn relatief eenvoudig opgebouwd en... goedkoper, dus. De motor is ook pakken lichter: 50 kg voor een piek van 200Nm, 100 kW en 15.000 tpm. De aansturing zelf woog een extra 15 kg in het project maar die kan verder geoptimaliseerd en compacter/lichter gebouwd worden.
«Voor Inverto was het de eerste maal dat het een SR-motor in een auto bouwde», vertelt John De Clercq, R&D Manager bij Inverto. Koppelrimpel, dat typisch is voor SR-motoren bij lage snelheden, maar ook motor- en motor drive-trillingen vergden extra aandacht. De motor onderging uitgebreide rij- en regeneratieproeven op de testbank van Inverto «maar we zullen wel een kleine vloot nodig hebben om alles écht uit te testen.»
Punch Powertrain stelde het motorblok samen. Dat bestaat uit twee motoren die elk één wiel aandrijven. Doel was één modulair pakket samen te stellen dat zowel voor de voor- als de achteraandrijving gebruikt kan worden. De keuze voor een parallelle motor opstelling - mét 1:10,50 schakelkast op elke motor - bood zowel de kortste aslengte als de beste integratiemogelijkheden.
Beide motoren en hun transmissie - het gaat telkens om identieke componenten - worden aan elkaar samengeklonken tot één unieke unit. Het ontwerp van de transmissie/behuizing gebeurde met eindige elementen software. «De oorspronkelijke assemblage had een mooie design maar was vrijwel onmogelijk te assembleren», gaf Saphir Faid, Systems Engineer E-Drives bij Punch Powertrain mee.
Na verschillende iteraties lukte het dan toch. De opstelling werd extra compact gehouden omdat er ook ruimte moest zijn voor een 'range extender', een kleine verbrandingsmotor die de batterij zou voeden. Die extender werd alsnog niet in de wagen gebouwd. Later misschien.
Batterijen dé uitdaging
Bij elektrische voertuigen vormen de batterijen de grote uitdaging. Aanvankelijk zou er een batterijpack van 800V ontworpen worden maar uiteindelijk werd het een lithium titanaat oxide-pack van 400V. Opnieuw omwille van de compactheid. Bij elk van zijn e-projecten drijft Flanders' Drive stapsgewijs het voltage van de batterijen op.
Zijn elektrische go-kart liep op 80V en had zes modules in serie met een batterijbeheersysteem en twee slaveboards. Dat was een kleinere versie van de oplossing die uitgewerkt werd voor de 400V bij de elektrische Evoque. Deze batterij telt 15 modules van telkens 12 pouch-cellen -180 cellen, dus - die samen 6 kWh leveren.
De batterij - één groot pack dat achteraan in de wagen ingebouwd werd - weegt 225 kg en neemt 235 liter volume. Hij kreeg, net zoals de motoren trouwens, een ingebouwde koeling en verwarming.
Arteco ontwikkelde de koelvloeistof, LMS zorgde voor de data voor het thermisch beheer. Voxdale, die het modulaire pack tekende, ontwierp twee concepten: een natte module waarbij de cellen ondergedompeld waren in een koelvloeistof (stilstaand of doorstromend) en een droge module met tussen de cellen aluminium koelribben op een basisplaat die gekoeld of verwarmd werd met Peltier-elementen.
Er is uiteindelijk gekozen voor deze 'droge' module omdat de verpakking heel wat eenvoudiger was dan de natte optie. Bovendien bleken de Peltier-elementen en warmtewisselaars efficiënt te werken. «Alsnog werd de batterij getest bij kamertemperaturen maar we plannen ook 'rauwere' tests», zei Wouter De Nijs, Research Engineer bij Flanders' Drive. In het opvolgingsproject E-VECTOORC wil men echter weer naar meerdere modulaire batterijpakketten.
Voorkeur voor snellere FlexRay protocol
Het Electric Powertrain-project koos voor het snellere FlexRay-protocol boven dat van CanBus om data in de elektrische aandrijflijn te verzetten. FlexRay is «snel, synchroon en fout tolerant», stelt Dirk Steenbeke, project manager Electric Powertrain bij Flanders' Drive. FlexRay loopt a rato van 1 à 2 milliseconden terwijl CanBus 10 milliseconden vergt. Door zijn grotere bandbreedte kan FlexRay ook 'brake by wire' aan. FlexRay wordt vandaag al commercieel gebruikt, o.a. in 'top of the line' Audi's en BMW's.
Europees vervolgproject
Met de kennis die het opdeed in het Electric Powertrain-project gaat Flanders' Drive samen met Inverto verder in het Europese FP7 E-VECTOORC-project (Electric Vehicle Control of Individual Wheel Torque for On- and Off-Road Conditions).
Andere partners zijn Jaguar, Land Rover en Skoda, TRW, Instituto Tecnologica de Aragon en CIDAUT (Spaans onderzoeks- en ontwikkelingscentrum voor Transport en Energie), de University of Surrey, Technische Universität Ilmenau en het Virtual Vehicle Kompetenzzentrum in Oostenrijk. Flanders' Drive leidt het werkpakket functionele veiligheid en zal helpen bij de ombouw van de demo-wagen.
Inverto zal er met zijn SR-technologie een elektrische 4WD van maken. Het project gaat van start tegen september 2013. Al heel snel wil men er de eerste testen doen.
Dit project wil algoritmen ontwikkelen om de gierfactor (yaw rate) en dwarssliphoek (side slip angle) onder controle te krijgen op basis van de koppeloverbrenging.
Dat moet de dynamische prestaties verbeteren van het volelektrische voertuig met zijn verschillende aandrijvingen. Tevens zoekt het project nieuwe en betere strategieën van koppeldifferentiatie, zowel voor ABS- en TC-controle (tractiebesturing) als voor het regeneratief remmen. Hiermee beoogt men niet alleen veiliger en voorspelbaarder prestaties op de weg, maar ook minder energieverbruik.
(Luc De Smet) (foto's: Flanders' Drive, Inverto)
Ook vuurdoop voor stadsvoertuigen van EVTecLab-consortium
Het Vlaamse EVTecLab - een ander consortium waarbij ook Flanders' Drive betrokken is - meldt van zijn kant ook klaar te zijn met de ombouw van een testvloot met 26 elektrische stadsvoertuigen. Ze werden voorgesteld bij E-trucks in Lommel. Nu volgt de vuurdoop.
EVTecLab, een consortium van 10 Vlaamse bedrijven en onderzoeksinstellingen, is al een tijdje bezig met de ontwikkeling van nieuwe elektrische aandrijflijnen, specifiek voor stadsvervoer, in het kader van de door Vlaanderen gesubsidieerde 'Proeftuin Elektrische Voertuigen'.
Bij wijze van proefproject integreerden de EVTecLab-ingenieurs hun concept in 20 bestelwagens, 2 vrachtwagens en 4 stadsbussen die nu in reële gebruiksomstandigheden ingezet worden. De bedoeling is de aandrijflijnen uitgebreid te testen en klaar te stomen voor commercialisering.
Cor van Otterloo, CEO van Punch Powertrain, coördinator van EVTecLab, licht de eerste realisaties toe: «De testvoertuigen zullen ondermeer worden ingezet bij de stad Lommel en bij Flanders' Drive, het onderzoekscentrum voor de voertuigindustrie.»
Het EVTecLab-consortium investeerde in totaal ongeveer 4,5 miljoen euro in het pilootproject. Partners zijn Bombardier, De Lijn, Emrol, E-trucks Europe, Flanders' Drive, iMinds, Punch Powertrain, Triphase, Van Hool, en de Vrije Universiteit Brussel.
