Elektrische wielladers: volwassen technologie, maar ook een gamechanger?

Marktoverzicht elektrische wielladers

 
Elektrische grondverzetmachines veroveren stilaan onze werven. De redenen daarvoor zijn even divers als logisch: ze werken niet alleen stil en snel, ze zijn ook ijzersterk. Omdat de R&D-afdelingen van de fabrikanten massaal onderzoek voeren naar deze relatief nieuwe technologie, komen er steeds meer machinetypes op de markt.

Technologie is rijp

Maar voor we aan dit overzicht komen loont het de moeite om de technologie eerst tegen het spreekwoordelijke licht te houden. Om de stille werking te verklaren hoeven we niet ver te zoeken: de elektromotor is daar verantwoordelijk voor. Deze maakt gebruik van elektromagneten om de motorbeweging te verkrijgen. De elektromotor is opgebouwd uit een stator waarin een rotor kan draaien. Op die rotor zijn elektromagneten aangebracht, die afwisselend bekrachtigd worden door er stroom door te sturen. Door die afwisselende aansturing worden de magneten telkens actief gemaakt, waardoor de rotor zijn beweging kan starten. In tegenstelling tot de verbrandingsmotor is dit een veel stillere werkwijze om kracht op te wekken en over te brengen. Over het algemeen mogen we stellen dat de elektrische uitvoeringen gelijkwaardig zijn aan dieseluitvoeringen van dezelfde vermogensklasse, met dien verstande dat diesels toch nog een zeker voordeel hebben bij de allerhoogste vermogens. Daarbij gaat het voornamelijk om de vermogensdichtheid: het vereiste batterijpack van elektrische uitvoeringen wordt gewoon te groot waardoor de machine te zwaar wordt. Afwachten dus of de batterijproducenten er verder in zullen slagen om die afdruk kleiner te maken, maar de verwachtingen zijn in elk geval hooggespannen.

Batterij

De stroom die de magneten van de motor aanstuurt komt in dit geval uit de batterij. Dat is meteen een belangrijke factor – en de achilleshiel – in de prestatiecurve van een elektrische machine. De doorbraak van de elektrische motor in het traditioneel personenvervoer heeft lange tijd op zich laten wachten en de reden daarvoor was niét de elektrische motortechnologie op zich, maar wel de beperkte autonomie van de batterij. Dat ook de prijs voor die beperkte batterij-autonomie niet van de poes was, was een bijkomende handicap. Maar er gloort beterschap aan de einder, want stilaan wordt de autonomie en kwaliteit uitgebreid. Die beide factoren zijn ook de reden waarom elektrische wielladers pas recent verkrijgbaar werden. Een toestel dat na een uur werken al terug opgeladen moet worden is waardeloos in een werfcontext, de meeste fabrikanten streven dan ook naar een autonomie van minstens enkele uren.

Vandaag zien we meerdere types batterijen terug: Li-ion is veelvoorkomend en heeft lithium als batterijmateriaal, terwijl ook loodzuur een zekere aanhang kent. Over het algemeen presteren Li-ionbatterijen wat beter in termen van efficiëntie en capaciteit/ingenomen volume, maar loodzuur is dan weer wat goedkoper. Bovendien moet opgemerkt worden dat de capaciteit van een batterij niet alles zegt, het is vooral de manier waarop ze ingezet wordt die een belangrijke invloed heeft op de kwaliteit en levensduur. Zo is het niet aan te raden om de batterij telkens zo goed als compleet leeg te rijden, terwijl ook het laadproces eindeloos laten duren geen goede optie is. Sommige machines zijn voorzien van laadintelligentie die deze zaken voorkomt. Ook is er vaak een snellaadfunctie aanwezig, die tijdens de middagpauze op korte tijd de batterij terug wat ademruimte geeft.

 
De praktijk leert ook dat er weleens wat verschil is tussen de opgegeven waarden en de reële autonomie op de werf. Afwachten dus of de waarden op de datasheets ook gehaald kunnen worden. Heel wat fabrikanten wijzen er ook op dat kleine aanpassingen in rijgedrag een wereld van verschil kunnen uitmaken. Optimaal elektrisch rijden betekent ook het wat doordachter omgaan met verbruik. De machine niet overbelasten, telkens uitzetten bij niet-gebruik, geen bruuske bewegingen maken, niet snel rijden indien niet nodig en het werken in meerdere korte shiften in plaats van één lange shift zijn enkele tips die de revue passeren.

Meteen koppel beschikbaar

Wie al met een elektrische uitvoering gereden heeft zal het volmondig beamen: elektrische machines geven je het gevoel zeer krachtig en intuïtief te werken. Dat komt omdat – anders dan bij een verbrandingsmotor – het koppel meteen volledig beschikbaar is. Dat is vaak wat aanpassen in het begin voor het sturen, zeker als de bestuurder al jaren gewoon is om met een verbrandingsmotor te werken. Na een korte inrijperiode is dat evenwel snel van de baan en kan men volop genieten van die directe krachtkoppeling. Daarnaast is de stille werking ook voor de bestuurder vaak een enorm voordeel.

Uitstoot

Dat verbrandingsmotoren niet langer in de bovenste schuif liggen bij de wetgevende macht is een open deur intrappen. De gradueel strenger wordende emissieregels bewijzen die stelling. Elektrische uitvoeringen hebben door het ontbreken van dergelijke motor geen last van uitstootnormen. Fabrikanten poneren ook dat een elektrische motor minder onderhoud vereist, omdat er minder filters en vloeistoffen vervangen moeten worden.

Overbrenging

De kracht van de elektromotor wordt meestal via een cardanas overgebracht naar de wielen. Daarnaast moeten ook de stuur- en hefbewegingen via de elektromotor aangestuurd worden. Hier lopen de werkingsprincipes wat uiteen bij de fabrikanten, al werken de meesten met twee separate elektromotoren, een voor de stuurbekrachtiging en een voor de werkhydraulica die via een hydraulische pomp aangestuurd wordt. Om batterijvermogen te sparen, werken quasi alle fabrikanten met terugwinning van energie. Dat kan op meerdere wijzes gebeuren: bij het remmen kan de remenergie aangewend worden om de batterij te regenereren, maar er zijn ook systemen waarbij de dalende beweging van de kiepbak of een afdaling van de machine op de werf gebruikt wordt als basis voor het terugvoeren van energie. Voor de R&D-ingenieurs van de fabrikanten zijn het ongetwijfeld boeiende tijden!

 

Ook hybride-uitvoeringen … en wat met waterstof?

Zoals bij gewone voertuigen en andere grondverzetmachines is er hier ook een hybride uitvoering beschikbaar. Zo zijn er de plug-inhybrides die de batterij combineren met een aparte compacte generator, maar evengoed zijn er parallelle hybrides die met een verbrandingsmotor werken waarbij een additionele elektrische hulpmotor kan ingeschakeld worden. Het opladen gebeurt dan door regeneratie van remkracht of recuperatie van hefbewegingen (zie verder).
Ook seriële hybrides zijn mogelijk, waarbij de hydrostaat vervangen wordt door twee elektrische aandrijvingen. De ene aandrijving neemt een rol als tractie-aandrijving op zich, terwijl de tweede eerder werkt als generator met opslagmogelijkheid. Ook hier is er dus de mogelijkheid om energie ‘terug te steken’ en later terug in te zetten. Let wel dat de dieselmotor ook hier behouden wordt: enkel de hydrostaat wordt vervangen door de twee elektromotoren, de dieselmotor voor de verplaatsing blijft aanwezig, al is dat veelal in een kleinere uitvoering.
Opvallend in onze bevraging bij de fabrikanten is dat de meeste ofwel aangeven reeds over een model te beschikken of minstens bezig zijn met een ontwikkeling in die richting die op relatief korte termijn op de markt komt. Eén fabrikant gaf aan eerder in te spelen op waterstofcellen. Ook dit is een compleet emissieloze technologie als de waterstof milieuvriendelijk verkregen wordt. De fabrikant zegt dat hij hiermee de structurele hinderpalen in de batterijwereld rond grotere machines wil omzeilen. De eerste graafmachines en heftrucks met deze technologie zouden in 2023 op de markt komen.