Postoji nekoliko riječi koje čujete kada je riječ o performansama električnih vozila, a jedna od najčešćih je okretni moment. Recenzije električnih automobila govore o trenutnom okretnom momentu i munjevitom ubrzanju električnog automobila – ali što je okretni moment? To je mjerenje sile uvijanja ili rotacije. Kada je riječ o automobilima, okretni moment mjeri silu koju proizvodi motor da okreće kotače – i time pokreće automobil. Na taj način se može smatrati mjerom snage motora.
EV zakretni moment u odnosu na ICE zakretni moment
Električna vozila imaju velik okretni moment jer električni motor koji pokreće automobil stvara veliku snagu koja se može poslati na okretanje kotača. Snaga je mjera sile po vremenu, kada je riječ o automobilima, mjerili smo je u RPM (okretima u minuti). Električni motor može se okretati do maksimalno oko 20.000 okretaja u minuti, a većina može vrlo brzo postići 10.000 okretaja u minuti. Što je još važnije, EV motori proizvode ovu snagu s istom učinkovitošću u širokom rasponu okretaja u minuti.
S druge strane, pri normalnoj vožnji automobili s unutarnjim izgaranjem ubrzavaju od oko 1200 okretaja u minuti pa do čak 4000 ili 4500 okretaja u minuti. Njihova maksimalna snaga (ili, “crvena linija”) je oko 5.000 – 6.000 okretaja u minuti, ali ne mogu održati tu snagu dulje vrijeme bez oštećenja motora. Općenito, motori s unutarnjim izgaranjem ne stvaraju dovoljno okretnog momenta za glatko ili učinkovito kretanje automobila. Moraju se osloniti na više stupnjeva prijenosa kako bi osigurali da automobil radi učinkovito u širokom rasponu brzina. Ono što zupčanici rade je pojačavanje sile motora tako da više okretnog momenta dolazi do kotača. Nasuprot tome, električna vozila ne koriste zupčanike za pojačavanje snage na kotačima, pa se često navode kao “izravni pogon”.
Automobilski mjenjači s motorom na izgaranje
Kada je riječ o automobilima s ICE motorom, pojačanje okretnog momenta je ono gdje dolazi prijenos. Prijenos gorivnog motora prenosi snagu s motora (zajedno s više drugih dijelova) na kotače kroz pogonski sklop, pomoću zupčanika. Kada mjenjač stavite u pogon, motor uključuje prvu brzinu. Budući da su okretni moment (i broj okretaja u minuti) najniži kada prvi put počnete ubrzavati, prvi stupanj prijenosa daje najviše pojačanja. Svaki sljedeći stupanj prijenosa manji je i manje pojačava snagu motora, budući da motor može proizvesti više okretaja u minuti nakon što dobije brzinu.
Koji su zupčanici? Oni su u biti kotači sa zubima koji se spajaju s motorom kako bi pojačali okretni moment koji ide na kotače. Prijenosni omjer odnosi se na broj okretaja koji će ulazni zupčanik (motor) napraviti u odnosu na izlazni zupčanik (mjenjač). Prvi stupanj prijenosa ima najveće kotače i više zubaca za zahvaćanje s motorom. Sljedeći zupčanik je manji i ima manje zubaca, i tako dalje. Tipični mjenjač s 5 brzina ima sljedeće prijenosne omjere:
- Brzina 1, omjer 3,35:1
- Brzina 2, omjer 1,93:1
- Brzina 3, omjer 1,29:1
- Brzina 4, omjer 1,00:1
- Brzina 5, omjer 0,68:1 (Overdrive)
Zupčanici omogućuju motoru da šalje više sile na kotače s manje energije, omogućujući ICE motoru da radi učinkovitije nego inače u širokom rasponu brzina.
Elektromotorni prijenosi
Zašto električni motori ne trebaju više stupnjeva prijenosa? Dva su glavna razloga za to. Prvo je da električni motori ne rade u praznom hodu. Ako se auto ne kreće, motor se ne okreće. U automobilu s ICE motorom, motor ne može proizvesti okretni moment kada se ne kreće. Mora uključiti stupanj prijenosa (prvi stupanj prijenosa ili pogon) kako bi se počeo kretati. Ali u EV-u, bez obzira da li se motor okreće pri 1 okretaju u minuti ili pri 1000 okretaja u minuti, ista količina okretnog momenta dolazi do kotača. Čak i pri malom broju okretaja, dovoljan je okretni moment za pokretanje automobila.
Drugi razlog zašto EV ne treba više stupnjeva prijenosa ima veze s prijenosnim omjerima i učinkovitošću performansi.
Pojačavanjem motora s različitim omjerima prijenosa, možete održavati ICE vozilo na najučinkovitijem broju okretaja u minuti u širokom rasponu brzina. Kada se dosegne gornji kraj raspona brzine, mjenjač će se automatski promijeniti na novi omjer prijenosa tako da motor radi na optimalnom broju okretaja u minuti s obzirom na brzinu vozila.
Električni motori trebaju samo jedan stupanj prijenosa jer rade jednako u cijelom spektru okretaja u minuti. Kada dodirnete papučicu gasa, motor se počinje okretati i dovoljno je snažan (ima dovoljno momenta) da okreće kotače. Kako povećavate električni naboj motora, on se okreće brže, pa se i kotači brže okreću. Nema promjena u učinkovitosti duž spektra brzine. Kada to shvatite, osjetit ćete, u načinu na koji automobil vozi, zašto je za EV potreban samo jedan stupanj prijenosa.
Izračun maksimalnog broja okretaja u minuti automobila temelji se na predviđenoj najvećoj brzini, maksimalnom omjeru prijenosa i promjeru gume:
Maks. RPM = (prijenosni omjer * brzina (mph) * 336)/promjer gume (inči)
U ovoj formuli, 336 je konstanta koja pretvara sve jedinice u uniformne. Koristeći ovu formulu, možemo vidjeti zašto je električnom vozilu potrebna samo jedna brzina, dok automobilu s ICE motorom trebaju različiti stupnjevi prijenosa i omjeri.
Radni primjer: pronalaženje broja okretaja u minuti u EV
Hyundai kaže da Ioniq 5 EV ima najveću brzinu od 186 mph i konačni prijenosni omjer od 4,706. Ne daju broj okretaja u minuti elektromotora, ali mi to možemo odrediti. Promjer tipične gume za vozilo ove veličine je oko 20 inča. Uključimo te brojeve u formulu i možemo riješiti RPM.
Maks. RPM = (186 mph * 4,706 * 336)/ 20 in.
To daje maksimalni broj okretaja u minuti od preko 14 000! To je vrlo brz motor i puno okretnog momenta na kotačima.
Upamtite: običan ICE motor će doći do crvene crte na oko 6000 okretaja u minuti. Električni motor se može vrtjeti puno brže.
Nakon što shvatite zašto EV treba samo jedan stupanj prijenosa, slijedi da su mjenjači na električnim automobilima manje složeni nego u standardnom automatskom mjenjaču. Automatski mjenjači su nevjerojatno složeni i sastoje se od sedam glavnih komponenti i 800 različitih dijelova, od kojih su mnogi jedinstveni za marku i model.
S druge strane, EV mjenjači imaju manje pokretnih dijelova i manje onih koji se mogu pokvariti. To općenito znači manje troškove održavanja u usporedbi s ICE vozilima. Tesla Motors kaže da cijeli pogonski sklop Modela S ima 20 pokretnih dijelova, a Chevrolet tvrdi da Bolt ima 80% manje pokretnih dijelova od usporedivog ICE vozila. S manje pokretnih dijelova manja je vjerojatnost da će se jedan pokvariti, što električnim vozilima daje veliku prednost u pouzdanosti tijekom vremena s ovim jednobrzinskim mjenjačima.
Stoga je razlog zašto električno vozilo treba samo jedan stupanj prijenosa zapravo vrlo jednostavan. Elektromotor je snažniji i učinkovitiji od motora s unutarnjim izgaranjem, pa ga ne treba pojačavati različitim stupnjevima prijenosa pri različitim brzinama i okretajima. Elektromotori i jednozupčani prijenosni sustav je ogroman tehnološki napredak koji je moguć prelaskom s goriva na električnu energiju.
