Η χρήση ταχυτήτων στα ηλεκτρικά οχήματα είναι κάτι χρήσιμο; Γιατί είναι καλύτερο να έχουν κιβώτιο ταχυτήτων; Πια είναι τα πλεονεκτήματα και το μοναδικό μειονέκτημα;
Οι απαντήσεις έρχονται από τον τρόπο λειτουργίας του ηλεκτροκινητήρα – γεννήτρια, ειδικά στη διαδικασία ανάκτησης ενέργειας κατά την επιβράδυνση
Του Νεκτάριου Διατσίδη (Τεχνολόγου Οχημάτων)
Στα σημερινά ηλεκτρικά οχήματα δε συναντάμε συχνά τη χρήση του κιβωτίου σχέσεων – παρά μόνο εκείνων με μία ταχύτητα – καθώς αυτό δείχνει αχρείαστο μιας και ο ηλεκτροκινητήρας μπορεί να να κινήσει ένα όχημα χωρίς προβλήματα σε όλη τη διαδικασία επιτάχυνσης. Επίσης στη διατήρηση σταθερής ταχύτητας κίνησης με μικρή ή μεγάλη αντίσταση όπως ανηφόρα και αυξημένες αεροδυναμικές αντιστάσεις, ο ηλεκτροκινητήρας δεν παρουσιάζει προβλήματα, ενώ και στη διαδικασία επιβράδυνσης η λειτουργία τον μετατρέπει σε μια γεννήτρια ηλεκτρικού ρεύματος φορτίζοντας τις μπαταρίες για όσο διαρκεί η επιβράδυνση, ή μέχρι να σταματήσει το όχημα.
Ο ηλεκτροκινητήρας – γεννήτρια ενέργειας λειτουργεί με ρεύμα το οποίο διέρχεται από περιελίξεις λεπτών καλωδίων που δημιουργούν μαγνητικά πεδία και με συνδυασμό μαγνητών που είναι συνδεδεμένοι στον άξονα περιστροφής παράγονται οι δυνάμεις ροπής στρέψης. Η ροπή στρέψης μπορεί να είναι μέγιστη ακόμα και όταν ο ηλεκτροκινητήρας είναι σταματημένος και έχει αντίσταση στην περιστροφή του, όπως όταν πρέπει να ξεκινήσει το όχημα από στάση.
Όσο οι στροφές ανεβαίνουν οι περιελίξεις των καλωδίων πρέπει να διακόπτουν και να εναλλάσσουν το ρεύμα που διέρχεται από αυτές όλο και πιο γρήγορα, κάτι που σε πολύ υψηλό αριθμό στροφών δεν μπορεί να γίνεται τόσο αποτελεσματικά (λόγω του περιορισμένου χρόνου διέλευσης του ρεύματος μέσα στα καλώδια), με αποτέλεσμα λιγότερο ρεύμα να καταναλώνεται από τον ηλεκτροκινητήρα αλλά και αυτός να διαθέτει λιγότερη ροπή.
Η χρήση του κιβωτίου ταχυτήτων αλλά και η ύπαρξη συμπλέκτη αναιρούνται ουσιαστικά καθώς η γραμμική αυτή λειτουργία καλύπτει όλη την επιτάχυνση και την κίνηση του οχήματος, όπως συμβαίνει και στα οχήματα με κινητήρα εσωτερικής καύσης και μάλιστα με κλασικά αυτόματα κιβώτια ταχυτήτων αλλά και με αυτόματα κιβώτια συνεχούς μεταβαλλόμενης σχέσης.
ΑΝΑΚΤΗΣΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΑΠΟ ΠΕΔΗΣΗ
Στη διαδικασία παραγωγής ρεύματος κατά την επιβράδυνση, όταν η λειτουργία του ηλεκτροκινητήρα μετατρέπεται σε γεννήτρια, με την περιστροφή του άξονα δημιουργούνται μαγνητικά πεδία και ρεύμα, με εφαρμογή αντίστροφης ροπής στρέψης που μεταφέρεται από τους τροχούς προς τη γεννήτρια. Η παραγωγή ρεύματος όμως στις χαμηλές στροφές δεν μπορεί να γίνει ανάλογα υψηλή όπως όταν δίνεται πολύ ρεύμα για την εκκίνηση του οχήματος.
Στην επιβράδυνση και καθώς ο ηλεκτροκινητήρας – γεννήτρια τείνει να σταματήσει δεν παράγει άλλο ρεύμα καθώς αυτό προέρχεται από τη σχετική κίνηση των μαγνητών ως προς τις περιελίξεις. Έτσι στα ηλεκτρικά οχήματα παράγεται ρεύμα στην επιβράδυνση, αλλά κοντά στην ακινητοποίηση όχι τόσο αποδοτικά και έντονα, κάτι που με τη χρήση κιβωτίου ταχυτήτων θα είχε καλύτερη απόδοση.
Συγκριτικά η χρήση κιβωτίου πολλών ταχυτήτων αντί της μίας ταχύτητας σε ηλεκτρικό όχημα, έχει πολλές ιδιότητες που αρχικά δεν φαίνονται τόσο σημαντικές, αλλά με μία πιο προσεκτική ανάλυση φαίνεται ότι έχει μεγάλο ενδιαφέρον ως προς το τι προτερήματα προσθέτει ένα κιβώτιο ταχυτήτων.
Υποθετικά ένα ηλεκτρικό αυτοκίνητο με έναν ηλεκτροκινητήρα στους εμπρός τροχούς και κιβώτιο μίας ταχύτητας, εάν συγκριθεί με ένα αντίστοιχο σύστημα που όμως έχει κιβώτιο ταχυτήτων τεσσάρων σχέσεων, τότε η 1η και η 2η ταχύτητα θα μπορούν να είναι πιο κοντές σε ταχύτητα περιστροφής των τροχών σε σχέση με τον κινητήρα, η 3η να έχει την ίδια σχέση μετάδοσης με την έκδοση κιβωτίου μίας ταχύτητας και η 4η να έχει μία σχέση πιο μακριά, συγκριτικά με τις υπόλοιπες ταχύτητες.
Τα προτερήματα που προκύπτουν είναι πολλά και με τη χρήση της 1ης ταχύτητας στην εκκίνηση η δύναμη που απαιτείται είναι μικρότερη για τον ηλεκτροκινητήρα, το ρεύμα που θα καταναλωθεί λιγότερο και ένα μέρος της μεγάλης δύναμης στην εκκίνηση από στάση θα καταναλωθεί και στην ίδια την γρήγορη αύξηση των στροφών του ηλεκτροκινητήρα κάτι που είναι και το μεγαλύτερο πλεονέκτημα να συμβαίνει σε αυτό το στάδιο.
Η αδράνεια περιστροφής όλων των μαζών είναι ένα πολύ μεγάλο εμπόδιο στην επιτάχυνση και από τη στιγμή της εκκίνησης αν έστω ο ηλεκτροκινητήρας αυξήσει τις στροφές του χάρις στην ευκολία της 1ης ταχύτητας, τότε στην υπόλοιπη επιτάχυνση και μέχρι την αλλαγή της 3ης ταχύτητας, ό,τι δύναμη έχει δαπανηθεί για την αδράνεια θα έχει επιστραφεί πίσω και μάλιστα σε περισσότερα χλμ/ώρα του αυτοκινήτου. Από τη στιγμή όμως που υπάρχει και η 4η ταχύτητα και ο ηλεκτροκινητήρας διαθέτει για ένα πολύ μεγάλο εύρος στροφών σχεδόν την ίδια παροχή ισχύος, στα πολλά χλμ/ώρα μπορεί να επιλεγεί η 4η και να επιστραφεί πίσω ένα ακόμα ποσοστό δύναμης που καταναλώθηκε στην περιστρεφόμενη αδράνεια.
Ενώ όλα τα παραπάνω συμβαίνουν στην επιτάχυνση, ακόμα περισσότερα θετικά συμβαίνουν αντίστροφα στην επιβράδυνση, καθώς ό,τι στροφές δοθούν επιπλέον στον ηλεκτροκινητήρα – γεννήτρια θα προσθέσουν κινητική ενέργεια που θα μετατραπεί σε ρεύμα φόρτισης των μπαταριών και μάλιστα με πολύ πιο αποτελεσματικό τρόπο κοντά στο στάδιο ακινητοποίησης του αυτοκινήτου, όπως όταν πρέπει να σταματήσει στο φανάρι για παράδειγμα.
Τα πλεονεκτήματα είναι ακόμη περισσότερα όσο αναλυθούν ακόμη περισσότερο, όμως το κυριότερο ερώτημα που απασχολεί τους κατασκευαστές είναι πάντα το κόστος και αν αυτό είναι αυξημένο. Και κατ’ επέκταση το κατά πόσο ο αγοραστής είναι διατεθειμένος να το πληρώσει. Εδώ η απάντηση βρίσκεται στο εάν μπορεί η κατασκευή να περιοριστεί σε χαμηλού κόστους κιβώτια, με λίγες ταχύτητες φυσικά και με μικρή διαφορά στην τιμή αγοράς τους. Οπότε αν συμβεί αυτό, ναι, θα δούμε στο μέλλον αρκετές εκδόσεις ηλεκτρικών οχημάτων και μάλιστα ακόμη και μοτοσυκλετών που εκτός από τα παραπάνω πλεονεκτήματα μπορούν να αξιοποιήσουν την περιστρεφόμενη αδράνεια αλλά και τα γυροσκοπικά φαινόμενα που είναι σημαντικά για την καλύτερη ισορροπία.
Αναμένουμε και ευχόμαστε να δούμε στο μέλλον ηλεκτρικά οχήματα με ταχύτητες και να ενταχθούν στην ευρύτερη γκάμα επιλογών έχοντας μάλιστα λογικό κόστος.
