Studenten van de Universiteit Twente nemen vaak een tussenjaar om bij een van de Studententeams van de TU te werken. Bijvoorbeeld bij het elektrische motorraceteam van de TU Twente. Voor het volgende raceseizoen ontwikkelen ze een hele nieuwe motor, ditmaal met verwisselbare batterijen.
De meeste motorrijders zijn niet enthousiast over elektrische motorfietsen. Een van de redenen is de actieradius, die bij straatmotoren in de praktijk vaak niet boven de 150 km uitkomt. De laadtijd is bij normaal laden te lang, er zijn nog maar weinig motoren die kunnen snelladen. En dan nog sta je al gauw een half uur aan de kant. Voor een raceteam is dat een nog groter probleem. Tijdens trainingen moet je door kunnen gaan en tussen de races is de laadtijd soms ook beperkt. Met een groot accupakket kun je dat oplossen, maar dan neem je ook extra gewicht mee. Dat is weer nadelig is voor de wendbaarheid en de acceleratie. Kortom, het Electric Superbike Team van de TU Twente had wat om over na te denken toen ze besloten een nieuwe racemotor te ontwikkelen.
Techniek Kawasaki waterstofmotor: toekomstbeeld of stuiptrekking?
Passie noodzaak
Electric Superbike Twente bestaat uit studenten van diverse studierichtingen. Zo studeert communicatiemanager Cynthia Vroling technische geneeskunde. Zij heeft haar bachelor gehaald en wil even heel iets anders doen: ‘Je bent zo op een andere manier met het vak bezig, met marketing, interne en externe communicatie’, legt ze uit. Marijn van Hilten is technisch manager: ‘Ik ben verantwoordelijk voor de progressie van de nieuwe motorfiets. Dat is lekker veelzijdig. We plannen waar we aan het eind van het seizoen willen staan en wat we daarvoor nodig hebben. We begeleiden mensen die vastlopen’. ‘We zijn heel allround’, vult Cynthia aan. We hebben allebei onze bachelor af en willen na een tussenjaar verder met een master. Dit jaar werken we 40 uur per week aan dit project. We staan nog wel ingeschreven als student en betalen collegegeld, maar dat krijgen we aan het eind van het jaar weer terug van de TU, bij wijze van ondersteuning. We werken verder zelfstandig, zonder directe leiding of begeleiding van de TU. We kunnen er wel terecht, we weten welke werkplaatsen we kunnen gebruiken en wie waar verstand van heeft. We kunnen bij iedereen aan de bel trekken voor hulp. We hebben nu contact met PHD-studenten over de beste oplossing voor het levellen van batterijcellen.’
De studenten van Electric Superbike Twente krijgen geen studiepunten voor het project. Voor hen zit de winst in de persoonlijke ontwikkeling. ‘We runnen een jaar lang een bedrijf. Zo leren we veel over hoe je later in een bedrijf functioneert. Je ontwikkelt management skills. Als je ’s ochtends binnenkomt zijn er altijd onverwachte dingen. Iets past niet, een bedrijf wil niet. Dan moet je het toch oplossen, zien wat er mogelijk is. Je ontwikkelt ook soft skills, je leert met bedrijven praten en te presenteren. Je moet er wel passie voor hebben, als je het alleen voor je CV doet, dan red je het niet.’
1 op 1
Het huidige team is het zesde Electric Superbike Twente-raceteam: ‘Het eerste team reed in de Moto E en werd in 2018 kampioen’, vertelt Cynthia. ‘Het is een beetje jammer dat er op dit moment geen echte raceklasse meer is, waaraan we mogen deelnemen. In de Moto E mag nu maar één type motor meedoen, van Ducati. Voor een eigen raceklasse hebben we vijftien tot twintig motoren nodig. Dat halen we nog niet. Voorlopig racen we dus voornamelijk tegen andere studententeams. We zoeken teams uit die vooroplopen en racen daarmee. Afgelopen augustus hebben we aan een raceweekend in het Finse Imatra deelgenomen, waar de studentenklassen een onderdeel van het raceweekend waren. We hebben bij de andere motoren de kwalificatie meegereden en hebben daarna 1 op 1 tegen Finland geracet. We rijden trouwens niet zelf, daarvoor hebben we twee echte coureurs, Finn de bruin en Jorn Hamberg. Die racen normaal in de Supersport 600.’
Knelpunt
Electric Superbike Twente doet twee jaar met een motor, dan wordt er weer een nieuwe ontwikkeld. ‘Wij zitten in het eerste jaar’, vertelt Cynthia. ‘We zijn in het begin van dit jaar bij elkaar gekomen met als uitdaging een nieuwe motor te bouwen. We begonnen met brainstormen, met de gekste ideeën. Er zijn al drie motoren geweest. De eerste moest betrouwbaar zijn. Dat ging goed, er is veel mee geracet. Bij de tweede lag de focus op power. De derde moest wendbaarder worden. Kleiner, lichter en slanker. Voor ons dus de vraag of we een combinatie kunnen maken, of dat we het compleet over een andere boeg moeten gooien. Met andere woorden, waar vinden wij dat het knelpunt ligt, waar vindt de industrie dat het knelpunt ligt? Dat is de actieradius. Daar wilden we wat mee doen, een tegenargument bieden’. ‘Wij racen maar acht rondjes. Als dat meer moet worden, moet je een groter accupakket of snelladen in een pitstop. Voor meer accu’s is geen ruimte, bij snelladen moet je het accupakket actief koelen, want de warmteontwikkeling neemt kwadratisch toe met de stroomsterktes, Q=I2R’, aldus Marijn van Hilten. ‘Maar ook koeling neemt ruimte in. Bovendien sta je zelfs met snelladen nog vijf minuten stil.’
Wisselen
Een andere mogelijkheid is om het batterijpakket bij een pitstop te wisselen. ‘Toen we dat in het hoofd kregen, wisten we dat we ervoor moesten gaan’, vertelt Marijn. ‘Het is een gaaf idee, maar hoe doe je dat? We hebben veel gebrainstormd, van onderaf, van boven, via de zijkant, de achterkant. Hoe klein en licht kan het pakket worden? Daarnaast is de veiligheid een issue, je praat over 860 Volt! Daar mag geen contact mee mogelijk zijn. En hoe snel kan het? Het is de bedoeling tijdens de race te wisselen, dus het mag maar een paar seconden duren. Eruit trekken en erin. Maar het moet wel goed vastzitten en tegen trillingen kunnen. We hebben gekozen voor wisselen via de zijkant. Het ontwerp van het mechanisme heeft veel tijd gekost, waarbij de twee subteams – powertrain en chassis – uiteraard rekening met elkaar moesten houden. We hebben gekeken welke soort en afmetingen van batterijen en welk volume we in het frame beschikbaar hebben. We hebben de vorm van het batterijpakket daarop aangepast en de elektromotor verplaatst. De motor drijft het achterwiel aan met een kettingoverbrenging met reductie. We hebben aan een schakelbak gedacht maar daar is geen ruimte voor. Het zou iets meer actieradius opleveren omdat je de motor in een efficiënter toerental kunt laten draaien, maar het effect is minimaal en niet genoeg om die ruimte te bekostigen. Bovendien nemen we al een enorme stap met de batterijwissel. Dan wil je geen risico’s nemen met de rest.’
Techniek EcoMaxx Bike Fuel: duurzaam rijden
Veel zelf
Vanwege de batterijwissel werd er een spaceframe van chroommolybdeen buis ontwikkeld. De basismaten als balhoofdhoek, naloop, wielbasis en gewichtsverdeling werd door ervaring en theorie uit boeken vastgesteld. Verder werd er veel rekenwerk aan het frame verricht via de eindige elementenmethode en simulaties van de dynamica. De koolborstelloze 160 kW-axiaalmotor werd door het team zelf ontworpen. ‘We willen alles naar onze eigen eisen kunnen vormen, weten wat er gaande is en weten dat het past’, stelt Marijn. ‘We hebben zelf spoelen laten wikkelen, de magneten zijn op maat gemaakt. De motorcontroller hebben we wel aangeschaft, de batterijpakketten maken we zelf van lithium-polymeercellen. We zijn afgeschaald naar 7,8 KWh en 860Volt, omdat we wisselen. We laden ze niet tot 100% op om de levensduur niet te schaden. Snelladen is daarvoor ook niet goed, maar dat hoeft niet ook meer, omdat we kunnen wisselen. We hebben 1.600 individuele cellen die in een aantal modules aan elkaar zijn geschakeld. De hele batterij is via een standaard high-voltage connector aan de motor bevestigd. Dus klep omhoog, connector los, pakket eruit.’
Langs de kant
Een punt van aandacht is dat de motor door de Electric Road Racing Association moet worden goedgekeurd, voordat-ie de baan op mag. ‘Voor het batterijwisselsysteem zijn nog geen regels, want we zijn het eerste team dat dit doet, maar ze staan er wel voor open’, vertelt Cynthia, ‘we doen dit in samenspraak met de ERRA, maar het zal tot 2024 duren voordat we de eerste meters kunnen maken. Dat gaat het huidige team dus niet meemaken, want tegen die tijd zijn ze afgelost door nieuwe studenten. We staan natuurlijk straks wel aan de kant’, lacht Cynthia, ‘het team bestaat maar uit 14 mensen, dus 14 extra handen zijn bij een race vast welkom!’
Verwisselbaar “af fabriek”?
Als actieradius het knelpunt is, waarom zijn er dan geen motoren met verwisselbare accu’s? Nou, verrassing: die zijn er wel. Althans, voor lichte scooters en bromfietsen voor stedelijke mobiliteit. Het handige is dat je de accu dan mee naar binnen kunt nemen en op de 12e verdieping kunt opladen, terwijl je scooter buiten staat. Da’s beter dan dat er van elk balkon een laadsnoer naar beneden hangt. Daarnaast biedt zo’n systeem de mogelijkheid van een wisselstation. Er staan in de steden dan laadstations met batterijen, waar je je eigen batterijen in kunt steken en volgeladen batterijen uit kunt halen. Kymco heeft al jaren zo’n systeem in samenwerking met Ionex-batterijen. Op de motorbeurs van Milaan waren er ook een paar andere merken die het gaan toepassen, waaronder Honda met de EM1-e-brommer en Yadea. In de autowereld is het Chinese merk NIO onlangs toegetreden op de Europese markt. Bijzonder is dat NIO’s ook verwisselbare batterijpakketten hebben, die je in zogenaamde ‘swap stations’ volledig geautomatiseerd laat vervangen. Je kunt dan in zeer korte tijd weer met een volle accu verder. In Nederland zijn al wisselstations in Tilburg en Apeldoorn en er zijn er nog vier gepland voor 2024. Wil je gebruik maken van wisselstations, dan moet je de auto zonder batterij kopen en de batterij erbij leasen, dat heet dan BaaS Subscription (Battery as a Service). Voor motorfietsen is het minder snel rendabel om zo’n systeem op te tuigen, omdat de stuksaantallen lager zijn. Maar… Honda, Piaggio, Yamaha en KTM hebben in 2021 al het ‘Swappable Batteries Motorcycle consortium’ opgericht, dat in september 2022 al 21 leden had. Wordt dus vervolgd…
Electric Superbike Twente heeft een eigen werkplek op de campus.
