EV's vereisen krachtige vloeistoffen voor optimale prestaties

Voertuigtechnieken ontwikkelen zich in razend tempo; smeervloeistoffen evolueren mee

De overstap van auto's met verbrandingsmotoren naar varianten met een elektromotor grenst aan een revolutie. Zelden hebben zich binnen de autosector ontwikkelingen zo snel voltrokken als nu het geval is bij elektrische voertuigen, of kortweg EV's. Het gaat om een nieuwe wereld, nieuwe technieken, nieuwe markten en dezelfde klanten, maar met andere gewoontes. Dit is ook terug te zien in de ontwikkelingen van de voor elektrische auto’s speciaal ontworpen smeermiddelen en andere vloeistoffen. De vloeistoffen van zo’n zes jaar geleden onderscheiden zich dan ook sterk van de varianten van nu. En mét reden.

Overheden zijn steeds intensiever bezig met het reduceren van emissies, met als doelstelling zero-emissies voor de jaren 2040 tot 2050. EV’s krijgen hierdoor een enorme boost wat wordt versterkt door de consument die steeds meer de voordelen gaat zien ten aanzien van kosten en klimaat én leert om te gaan met de beperkingen.

Zijn we er klaar voor?
Switching ON the rEVolution is een wereldwijd opinieonderzoek onder 10.000 consumenten en 100 leidinggevenden in de auto-industrie. Het onderzoek heeft als doel om de mate van gereedheid voor de overstap van ICE-voertuigen naar elektrische voertuigen (EV's) te achterhalen. Het onderzoek bestreek tien belangrijke markten: ANZ (Australië en Nieuw-Zeeland), China, Frankrijk, Duitsland, India, Japan, de Scandinavische landen (Zweden, Noorwegen, Finland en Denemarken), Turkije, het VK en de VS.

Conclusies
Het onderzoek leert dat het aandeel elektrische auto’s in 2021 in de verkoop van nieuwe auto's 9,6% bedraagt. Het gaat dan om zuivere batterij-elektrische voertuigen en plug-inhybrides. Tegen 2035 zou het aandeel elektrische auto's in de verkoop van nieuwe auto's kunnen stijgen tot 50-70%.
Kijkend naar de leidinggevenden in de automobielsector dan geeft 66% van hen aan dat de overgang naar elektrische voertuigen de strategische prioriteit nummer één is voor hun organisatie. Wat de eindklant betreft overweegt 53% van alle consumenten een EV voor hun volgende voertuigaankoop. Maar liefst 99% van de huidige EV-bestuurders zou een EV overwegen voor hun volgende voertuigaankoop.
Nu overheden prioriteit geven aan de transitie, consumenten steeds meer neigen naar EV’s en de industrie zich richt op de taak die voor hen ligt, zullen samenwerking en co-engineering een cruciale rol spelen in de elektrische ‘revolutie’. Aanjagers zijn wat dat betreft de overheid (zero-emissies), wet- en regelgeving en het bewustzijn van de consument ten aanzien van de lagere kosten van EV en de klimaatproblematiek. Roadblocks – zoals het rapport dit noemt – zijn onder andere de prijs van de accu’s, beschikbaarheid van laadpalen en bijbehorende infrastructuur, gebrek aan technische kennis bij onderhoudsbedrijven en de actieradius.

Vloeistoffen en smeermiddelen

Eenzelfde boost hebben de vloeistoffen en smeermiddelen ondergaan die specifiek bedoeld zijn voor EV’s. Waar een kleine tien jaar geleden de vloeistoffen voor EV’s en de smeermiddelen nog niet bijzonder veel afweken van de traditionele middelen voor auto’s met verbrandingsmotoren, is dat anno 2024 wel anders. Dit heeft vooral te maken met de technische ontwikkelingen binnen de EV’s zelf.

Vanuit de basis is de behoefte van een EV aan smeermiddelen en andere vloeistoffen anders dan bij auto’s met brandstofmotoren. Een groot verschil is dat een elektromotor geen smering nodig heeft waarmee de motorolie volledig vervalt. Er zijn immers geen kleppen en zuigers die soepel en snel moeten bewegen. Smering bij EV’s is wel nodig voor onder meer wiellagers, componenten van de airconditioning, de overbrenging (transmissie), belangrijke motorcomponenten en bijvoorbeeld een vergrendelingssysteem.

Koelvloeistoffen

Daarnaast gebruikt een EV koelmiddelen. Deze zijn hier feitelijk nog belangrijker dan bij een verbrandingsmotor. Te weinig koeling bij een traditionele auto leidt hooguit tot een auto die tot stilstand komt terwijl een oververhitte batterij kan leiden tot een moeilijk blusbare brand of zelfs een explosie. Vanwege de hoeveelheid elektrotechniek en elektronica rondom accu’s, is het belangrijk dat de geleidbaarheid van de koelstoffen laag is. Sommige OEM's hebben al nieuwe normen voor de geleidbaarheid van koelvloeistoffen vastgesteld, waarbij BEV's geleidbaarheidsniveaus onder 100 µS/cm vereisen.

Vanuit de basis is de behoefte van een EV aan smeermiddelen en andere vloeistoffen anders dan bij auto’s met brandstofmotoren

Remvloeistoffen

Ook remvloeistoffen blijven nodig bij een EV en zijn eveneens van cruciaal belang voor de veiligheid van de rijder. Elektrische auto’s zijn namelijk vaak voorzien van een zogenaamd regeneratief remmechanisme waarbij energie tijdens het remmen in de accu wordt opgeslagen voor hergebruik. Wanneer het batterijpakket echter volledig is opgeladen, kan regeneratief remmen niet worden ingezet. In die gevallen moeten de mechanische remmen (remblokken) al het remwerk doen zonder ondersteuning van de regeneratieve remkracht van de elektromotor. Deze situatie vereist een remvloeistof met een hoog droog- en nat kookpunt.

Bovendien moeten deze remmen perfect blijven functioneren wanneer ze nodig zijn. Dit lijkt een open deur, maar door het regeneratief remmen is het gebruik van de remblokken soms zó beperkt, dat de werking verslechtert. Dit vraagt derhalve om een goede corrosiebescherming. Ook hier geldt bovendien dat de vloeistof het liefst een lage geleidbaarheid heeft in verband met de elektromotor. Een voordeel van het minimale gebruik van de mechanische remmen is wel dat remblokken zelden vervangen hoeven te worden.

Transmissievloeistoffen

In tegenstelling tot auto's met verbrandingsmotoren die een transmissie met meerdere versnellingen nodig hebben, produceert de elektromotor in een EV een consistente hoeveelheid koppel, vrijwel ongeacht het toerental. Als gevolg hiervan hebben de meeste EV's een veel eenvoudigere transmissie met één versnelling met een optie voor neutraal en achteruit. De ontwikkelingen gaan echter snel, wat betekent dat de aankomende generaties wel degelijk gebruik zullen maken van transmissies met meer versnellingen.

En voor een derde keer lijkt de transmissievloeistof in een EV nog belangrijker te zijn dan bij een benzine- of dieselvoertuig. Dat komt omdat de eisen aan EV-transmissies strenger zijn dan aan conventionele transmissies. Dit vanwege het maximale koppel dat wordt geleverd bij lage snelheden en vanwege de toenemende integratie van elektromotoren, transmissie en inverter.

Elektrische voertuigen kunnen ofwel een aparte elektromotor en EV-transmissie gebruiken (droge e-motor), of een gecombineerd systeem (natte e-motor) dat (nog) meer van de EV-vloeistof vraagt. Belangrijk is onder meer dat de koperen wikkelingen in de transmissie en de transmissievloeistof elkaar goed kunnen verdragen. Voor batterij-elektrische voertuigen (BEV’s) en brandstofcel-elektrische voertuigen (FCEV’s) is bescherming tegen kopercorrosie daarom van belang; zowel in de olie- als dampfase. Daarnaast moeten deze vloeistoffen juist goed geleiden om de efficiëntie van de accu te maximaliseren.

Verschillen met vroeger

De verschillen met een aantal jaar geleden hebben onder meer te maken met de technische ontwikkelingen die zich in het hart van een EV hebben voltrokken. Een van de belangrijkste is de integratie van elektromotor, overbrenging en inverter waarbij de afgelopen jaren een sterke focus heeft gelegen op het verhogen van de output, het verbeteren van de efficiëntie en het minimaliseren van de afmetingen. Om dit mogelijk te maken, zijn grote stappen gemaakt met betrekking tot de EV-batterijtechnologieën. De huidige generatie batterijen kan derhalve meer vermogen leveren en de actieradius per lading vergroten.

De huidige generatie vloeistoffen en smeermiddelen voor EV’s wijkt sterk af van conventionele middelen voor ICE-voertuigen

Batterijsystemen

Een van de belangrijkste uitdagingen daarbij is de temperatuurregulatie van het EV-batterijsysteem. Vooral wanneer het extreme bedrijfsomstandigheden betreft zoals ultrasnel opladen, snel rijden of het gebruik van een EV in extreme klimaatomstandigheden. Daarbij is op te merken dat zeker het snelladen steeds sneller kan en dit type omstandigheden dus steeds extremer maakt.

Op dit moment hebben de meeste elektrische auto's luchtgekoelde of indirect vloeistofgekoelde batterijsystemen. Luchtgekoelde systemen zijn vooral gewild in de vroege generatie EV’s vanwege de lage kosten. Omdat de efficiëntie echter ook lager is, zijn de prestaties soms onvoldoende voor de zojuist genoemde extreme omstandigheden. Een volgende stap is dan gebruik te maken van indirect gekoelde batterijsystemen die werken met vloeistoffen die een sterker koelend vermogen hebben dan lucht. Echter, de koelende werking kan nog steeds onvoldoende zijn.

De beste koeling is momenteel beschikbaar in de vorm van directe koeling. Duidelijk zal zijn dat hiervoor een nieuwe generatie diëlektrische thermische vloeistoffen nodig is die aan deze hoge eisen kan voldoen. Denk daarbij aan een lagere viscositeit dan conventionele diëlektrische vloeistoffen zoals transformatorvloeistoffen voor een efficiëntere warmteoverdracht. Maar ook een sterke elektrische isolatie en een hoog vlampunt om te beschermen tegen afbraak en ontsteking. Tot slot vragen deze vloeistoffen een hoge oxidatiebestendigheid om de accuprestaties gedurende de levensduur van de vloeistof te behouden.

In de praktijk

Belangrijk voor garages en onderhoudsbedrijven is het besef dat de huidige generatie vloeistoffen en smeermiddelen voor EV’s sterk afwijkt van conventionele middelen voor auto’s met een verbrandingsmotor. Het is in de huidige tijd dan ook niet verstandig – of eigenlijk niet mogelijk – om deze producten door elkaar heen te gebruiken. Leveranciers van producten speciaal voor EV’s verwachten dat er in de toekomst meer specialistische bedrijven zullen komen die alle kennis hebben om het juiste onderhoud aan een EV uit te voeren, vergelijkbaar met de ecosystemen die in landen als China al langer de norm zijn. De toekomst gaat het leren.

Met medewerking van 77 Lubricants, Castrol, Petronas en Q8 Oils