Czy e-samochody mają skrzynie biegów?

Elektryczne układy napędowe różnią się w sposób zasadniczy od silników spalinowych. Jedna z głównych rozbieżności dotyczy skrzyni biegów. W pojeździe benzynowym czy z silnikiem diesla, kierowca może zdecydować się na przekładnię automatyczną lub manualną o minimum pięciu przełożeniach. W elektryku przekładnia nie pojawia się wcale lub (w większości przypadków) przyjmuje formę bardzo prostego, jednobiegowego mechanizmu. Postarajmy się zatem wyjaśnić, z czego to wynika.

Współcześnie sprzedawane samochody elektryczne w większości przypadków nie posiadają skrzyń biegów w formie, znanej nam z pojazdów o napędzie spalinowym. Nie wynika to jednak z oszczędności konstruktorów czy zapominalstwa, a uwarunkowań technologicznych. Silnik benzynowy czy wysokoprężny osiąga optymalny przebieg  momentu obrotowego lub mocy, w bardzo wąskim zakresie prędkości obrotowej. Aby zatem móc efektywnie wykorzystać możliwości jednostki i aby pojazd był w stanie rozpędzić się oraz utrzymać prędkość podczas jazdy, konieczne jest częste zmienianie przełożeń i utrzymywanie jednostki napędowej w optymalnym dla niej zakresie prędkości obrotowej wału korbowego.

W przypadku maszyny elektrycznej sytuacja wygląda inaczej. We współcześnie stosowanych motorach zasilanych prądem, pełen moment obrotowy jest dostępny praktycznie już od startu i utrzymuje się w szerokim zakresie pracy jednostki. Dla przykładu Nissan Leaf drugiej generacji rozwija maksymalny moment – 320 Nm – praktycznie od samego startu. Zapewnia to wystarczającą siłę zarówno do dynamicznego ruszania, jak i sprawnego poruszania się po mieście.

Maksymalny moment obrotowy w zakresie ponad 3000 obr./min.


Co dzieje się dalej? Gdy silnik w Leafie przekroczy 3283 obr./min., zaczyna maleć moment obrotowy. Tak, przyspieszenie staje się mniej dynamiczne, ale to jeszcze nie oznacza złych wieści dla prowadzącego. W miejscu słabnącego momentu obrotowego pojawia się bowiem maksymalna moc oscylująca w granicy 150 koni mechanicznych. W ten sposób japoński elektryk bez większych problemów radzi sobie podczas jazdy z większą prędkością np. poza miastem i po trasach szybkiego ruchu. 

Istotne jest także cofanie pojazdem elektrycznym. Aby był on w stanie jechać do tyłu, inżynierowie wcale nie muszą projektować przekładni z biegiem wstecznym jak ma to miejsce w pojazdach z tradycyjnym układem napędowym. Wystarczy odwrotnie przyłożyć napięcie  i odwrócić kierunek  obrotów wirnika. Z punktu widzenia kierowcy, może się wydawać, że nie jest to informacja szczególnie istotna. Ale taki zabieg pozwolił wyeliminować konieczność stosowania wspomnianego przełożenia wstecznego oraz uprościł konstrukcję  przekładni.

Producenci motoryzacyjni podczas projektowania e-aut mogli zrezygnować z wieloprzełożeniowych przekładni chociażby dlatego, że moment obrotowy jest w nich dostępny już od startu. Jeżeli stosują jakiekolwiek mechanizmy, są to proste przekładnie  o stałym przełożeniu, które charakteryzują się szerokimi kołami zębatymi. Dlaczego stosowana jest taka konstrukcja? Stosowanie szerszych kół zębatych związane jest m.in. z dostępnością maksymalnego momentu obrotowego już od startu. Moment obrotowy  stanowi duże obciążenie dla mechanizmu przeniesienia napędu, dlatego lepiej sprawdzają się masywniejsze koła zębate.

Skomplikowana skrzynia biegów to większa masa pojazdu


Oczywiście niestosowanie tradycyjnych skrzyń biegów w samochodach elektrycznych nie jest inżynieryjnym wymogiem. W teorii, zaawansowane wielobiegowe przekładnie spokojnie można byłoby włączyć do ich konstrukcji. W przypadku samochodów miejskich czy rodzinnych nie ma jednak takiej konieczności. Po pierwsze dlatego, że osiągi generowane przy prostych mechanizmach są w pełni wystarczające. Po drugie, bardziej zaawansowany zespół zmiany biegów oznaczałby niepotrzebne komplikowanie konstrukcji pojazdu.

W jakim zatem przypadku dodawanie przełożeń w samochodzie elektrycznym w ogóle ma sens? Przede wszystkim wówczas, gdy mówimy o konstrukcjach oferujących naprawdę wysokie osiągi. Dzięki dodatkowym biegom inżynierowie mogą pełniej wykorzystać możliwości układu napędowego o mocy sięgającej ponad 1000 koni mechanicznych i sprawić, że supersamochód zasilany prądem będzie w stanie rozwinąć prędkość oscylującą wokół granicy 350 czy 360 km/h.

Na rynku motoryzacyjnym jest już kilka przykładów zastosowania przekładni o więcej niż jednym biegu w pojeździe elektrycznym. Wystarczy wspomnieć m.in. o Rimac Concept One. Coupe, okrzyknięte pierwszym na świecie supersamochodem o e-napędzie, ma kilka skrzyń. Mechanizm zastosowany przy każdym z przednich silników korzysta z jednego przełożenia. Silniki zamontowane przy tylnej osi współpracują natomiast z dwubiegowymi, dwusprzęgłowymi skrzyniami. Taka konstrukcja ma dwie zalety. Z jednej strony Rimac przyspiesza do 100 km/h w zaledwie 2,6 sekundy. Z drugiej strony zestaw 82 kWh akumulatorów gwarantuje zasięg na poziomie 330 kilometrów. Jedyną wadą chorwackiej elektrycznej bestii wydaje się być jej cena, która wynosi ponad 1,5 miliona dolarów.

Najczęściej czytane

EMP pokaże prototypy polskiego „elektryka”. Premiera odbędzie się online.

Czytaj więcej

Projekt polskiej marki samochodów elektrycznych może pobudzić krajową gospodarkę

Czytaj więcej

Czy auto elektryczne ma standardowy akumulator 12V?

Czytaj więcej

Jak będą wyglądać pierwsze polskie samochody elektryczne? [film]

Czytaj więcej

Izera. Milion powodów, by jechać dalej

Czytaj więcej

Gdzie i kiedy można obejrzeć premierę polskiej marki motoryzacyjnej? ElectroMobility Poland ujawnia szczegóły transmisji

Czytaj więcej