Collectie‎ > ‎

eWAW hybride

eWAW: een bio-elektrische hybride.


Inleiding:

De eWAW is een éénpersoonswagen die ultra-efficient, veilig, snel en comfortabel is. Het energieverbruik wordt door minimalisering van de luchtweerstand en het gewicht gereduceerd tot een vermogen dat de gemiddelde bestuurder zelf al fietsend kan genereren. Een parallelle elektrische aandrijving optimaliseert het duurvermogen en koeling van de biomotor, die zonne-energie via biomassa converteert tot beweging.
Een eWAW biedt bescherming tegen weer en wind, is veilig door zijn stabiliteit, zichtbaarheid, Kevlar kreukelzones en veiligheidskooi in carbonvezel, is niet afhankelijk van tankstations of laadpalen, van uurroosters of spoorlijnen, heeft geen last van files of lege tanks/batterijen.
Een WAW of eWAW is bijna net zo snel als een fossiele auto tegen 5 à 10 % van de kost, is voor 120% aftrekbaar en is via de fietsvergoeding een uitzonderlijke tool voor extralegale verloning.


Energie-efficiëntie.

Het energieverbruik van een voertuig is in essentie een functie van slechts drie ontwerpprincipes:
  • Reductie van de weerstand
    • luchtweerstand
    • rolweerstand
  • Reductie van de massa (gewicht)
    • acceleratie in het verkeer
    • acceleratie bij het klimmen
  • Efficiëntie van de energieconversie
    • verkorten en optimaliseren van de energieconversieketen
    • efficiëntie van de energieconverter (motor)

De voertuigen van Fietser.be optimaliseren en integreren de bovenstaande parameters zo goed mogelijk. Voor een straatwaardige machine zijn natuurlijk nog andere factoren van belang: stabiliteit en behendigheid in het verkeer, veiligheid, sex-appeal, prijs.... Over de lage luchtweerstand en lage massa hadden we het al uitgebreid in andere artikels over de WAW, laten we hier even focussen op de efficiëntie van de energieconversieketen. 

Energieconversieketen.

Alle energie komt in den beginne van de zon (als we de oerknal even buiten beschouwing laten). Bij een klassieke verbrandingsmotor wordt zonne-energie door fotosynthese omgezet in organisch materiaal, dat via druk en tijd wordt omgezet in aardolie of steenkool, welke dan weer ontgind en geraffineerd worden tot brandstof. Globaal is ongeveer 80% van de nu verbruikte brandstof van fossiele oorsprong.

Fossiele brandstof wordt door een verbrandingsmotor geconverteerd tot arbeid, die dan weer via een aandrijvingssysteem een voertuig in beweging zet. Het kan nog ingewikkelder door die arbeid via een turbine om te zetten in elektriciteit, deze om te zetten in chemische energie (batterij), en deze via een motor weer om te zetten in arbeid om een elektrische auto in beweging te krijgen.

In het geval van een mensaangedreven voertuig als de WAW is de energieconverter de mens zelf. Hierbij wordt zonne-energie via organisch materiaal door de mens in arbeid omgezet. Deze energieconversieketen is veel korter en efficiënter dan de fossiele keten, laat staan de fossiel-elektrische weg. Fossiele energieconversie is enkel mogelijk dankzij roofbouw op gedurende miljoenen jaren opgebouwde zonne-energie. Bio-aandrijving is zuinig genoeg om gestaag hernieuwd te worden. De fossiele (Otto) en biomotor hebben een vergelijkbare efficiëntie in het omzetten van brandstof (ongeveer 25% wordt omgezet in arbeid, de rest in warmte) maar de overige elementen in de conversieketen van zonne-energie tot arbeid worden dus sterk gereduceerd.

Om die arbeid om te zetten in mobiliteit zijn ook weer meer en minder efficiënte manieren. De fietsaandrijving zoals die gedurende de laatste anderhalve eeuw werd ontwikkeld, is de meest rendabele conversiemethode. Naast aerodynamica en lichtgewicht is ook de efficiënte aandrijving een essentieel aspect van de WAW. 


Mens als motor

Sinds de opkomst van de composiet velomobielen in de laatste decennia is bewezen hoe effectief de mens wel is in het creëren van beweging. 132 km/u is niet voor iedereen weggelegd, en zeker niet in een straatwaardige fiets. Wel kan elke gezonde mens urenlang 100 of 150 Watt vermogen leveren. Met een fiets als de WAW hou je daar vlot een kruissnelheid van 35 à 40 km/u mee vast. Dat is genoeg om op korte tot middellange afstand de prestaties van de automobiel te benaderen.

Met piek-inspanningen kan een menselijk lichaam minder goed om dan duurinspanning. In deze grafiek zien we hoe het uithoudingsvermogen in vrije val gaat als de vermogensvraag stijgt:
 (definitive article by John Tetz)

image008.jpg
In de voorbeeldcijfers van een inspanningstest hieronder zien we hoe pakweg 150 W voor een gewone fietser lang haalbaar blijft, en hoe snel hij of zij in het rood gaat bij het leveren van een extra 100 W, bv. bij een acceleratie.

  fietser   getraind prof
 maximaal vermogen
 276 W
 340 W
 455 W
 verzuringspunt 215 W
 280 W
 400 W

Het toevoegen van een tweehonderdtal Watt vermogen bij piekbelastingen, transformeert een gemiddelde rijder tot een topatleet.

Het is in de praktijk nauwelijks nodig om de kruissnelheid van een WAW op te voeren: een kruissnelheid van 30-40 km uur kan met weinig inspanning aangehouden worden, dit is in dezelfde grootte-orde als de gemiddelde deur-tot-deur snelheid op de middellange afstand van een fossiele auto (link). Door een elektrische assistentie bij de acceleratie of bij het klimmen, kan echter de gemiddelde snelheid opgevoerd worden door een snellere acceleratie tot een optimale kruissnelheid. Bovendien blijft de biomotor op optimaal toerental, met andere woorden een gezonde en veilige hartslag, waardoor de actieradius van de rijder in principe oneindig wordt in termen van conditie, en enkel - net als de fossiele auto - beperkt wordt in de tijd.

Bio-elektrische hybride.

Wat we nodig hebben is dus een hulpaandrijving die slechts occasioneel helpt en de rest van de tijd niet hindert. Dat klinkt eenvoudiger dan het is. De traditionele naafmotoren waar de huidige elektrische fietsen hun ietwat oubollig imago aan danken, zijn minder geschikt voor hoge snelheidsfietsen vanwege het inductie-effect. Voor een ultralichte machine als de WAW is ook het hoge gewicht van een goede naafmotor zonde.


064.JPG



Met de eWAW biedt Fietser tegenwoordig  een eigen hybride systeem aan. Met zijn 2.2 kg is de 250 Watt motor vrij licht - en bovendien stil - maar door de aandrijving op het tandblad vooraan is hij krachtig wanneer het nodig is. Omdat de versnellingen ook voor de elektromotor kunnen gebruikt worden, draait de kleine motor optimaal efficiënt, zowel op een steile helling als tijdens het accelereren naar kruissnelheid. Eens op kruissnelheid zorgt een vrijloopsysteem er voor dat de motor niet afremt. Onze klanten signaleren dat een kruissnelheid van 50 km/u goed vol te houden is op mensaandrijving, zolang er maar op snelheid gekomen wordt met een duwtje van de motor.

Met dit systeem maken we geen flauwe elektrische auto maar een echte bio-elektrische hybride, waarbij de elektrische hulpmotor enkel dient om de prestaties van de biomotor te verbeteren. Omdat er slechts af en toe zoveel vermogen nodig is - bij het optrekken, klimmen en niet te vergeten het invoegen in het verkeer - is er maar een kleine batterij nodig. Heel het hybride systeem weegt nauwelijks 5 kg, zowat half zo veel als de gangbare naafmotoren. Op die manier verbeteren we de fietservaring zonder in de vicieuze cirkel te geraken van steeds méér vermogen en dus gewicht. Versnellen en klimmen (*) is niet meer zo lastig, dus blijft de energie van de rijder grotendeels bewaard voor de lange constante stukken die in vele regio's het leeuwendeel van de rit uitmaken, en waar het menselijke lichaam zo goed presteert.

(*) Piekinspanningen komen voor bij versnellen en klimmen, beide vallen mooi onder de eenvoudige formule f=ma (tweede wet van Newton), anders gesteld: versnelling is omgekeerd evenredig met de massa. Dit is de fysische achtergrond waarom een laag gewicht van het grootste belang is voor de efficiëntie van elk voertuig dat zich in het verkeer beweegt.

Het hybride systeem van Fietser voel je enkel als je het wil gebruiken en dat komt het fietsplezier ten goede.

Na lange research hebben we eindelijk een betrouwbare batterij gevonden. Het is een LiFePO4 batterij, AKA Lithium Ijzer Fosfaat: veiliger (niet explosief, niet giftig) dan een gewone lithium ion batterij, en met een hogere ontlaadstroom voor ons relatief intens gebruik. 24V 12Ah biedt een goed uur 250W ondersteuning, (vergelijkbaar met een sportieve tandempassagier die maar 5kg weegt).




N.B. Om nog even een fabeltje naar de eeuwige jachtvelden te helpen: recuperatie van remenergie is nonsens. Tenzij bij lange en gezapige afdalingen, is de energie die vrijkomt bij het remmen enorm en kortstondig. Twee zaken waar batterijen niet goed mee om kunnen. Remenergierecuperatie komt in de praktijk dus neer op enkele seconden de batterij opladen. Zachtjes uitbollen en het lichaam laten recupereren is heel wat wijzer. Zolang er niet met condensatoren wordt gewerkt blijft het bij tech-speak.

N.B.2: Indien de bestuurder ophoudt met trappen, vermindert de aandrijfkracht inderdaad geleidelijk en stagneert aan ongeveer 25 km/u. Ook met elektrische ondersteuning blijft de eWAW dus gewoon een rijwiel, "met trapondersteuning, voorzien van een elektrische hulpmotor met een nominaal continu vermogen van maximaal 0,25 kW waarvan de aandrijfkracht geleidelijk vermindert en ten slotte wordt onderbroken wanneer het voertuig een snelheid van 25 km/h bereikt, of eerder, indien de bestuurder ophoudt met trappen" (EU-wetgeving). Net als bij een elektrische fiets is er geen absolute snelheidsbeperking.
De wetgeving is op dit moment heel vaag over de precieze modaliteiten. Voor wie zich niet helemaal op het gemak voelt in de huidige rechtsonzekere situatie is een optioneel controlecircuit in ontwikkeling waarbij de motor exact op 25 km/u afgesneden wordt.

C Brecht Vandeputte arch 2012
Subpagina''s (1): EWAW ecoscore.
Comments