Dlaczego w samochodach elektrycznych nie stosuje się skrzyni manualnej?
Samochody elektryczne i hybrydowe są już powszechnym widokiem na naszych drogach. Jaką skrzynie biegów stosuje się w elektrykach? Dlaczego w samochodach elektrycznych nie stosuje się manualnej skrzyni biegów?
Z artykułu dowiesz się o:
Samochody elektryczne zaczynają być częstym widokiem na naszych drogach. Choć ostatnio rynek elektryków złapał zadyszkę, to jednak cały czas sukcesywnie się rozwija (Koniec dopłat do samochodów elektrycznych - czytaj więcej). Gdy uwzględnimy jeszcze samochody hybrydowe, które również nie mają skrzyni manualnej, a niektóre modele mają też takie same rozwiązania co auta elektryczne, wówczas liczba robi się naprawdę spora. Według licznika elektromobilności prowadzonego przez Polskie Stowarzyszenie Nowej Mobilności w Polsce mamy obecnie 63 540 samochodów elektrycznych oraz 58 759 hybryd plug-in (PHEV). Z kolei od początku roku do lipca zarejestrowano 147 602 samochody hybrydowe (HEV) i 8392 hybrydy plug-in (PHEV). Dla porównania samochodów benzynowych w tym czasie zarejestrowano 117 698 sztuk. W tym materiale nie będziemy skupiać się na liczbach, lecz na kwestiach technicznych. Konkretnie wyjaśnimy, dlaczego w samochodach elektrycznych i hybrydowych nie stosuje się skrzyni manualnej.
Przekładnia redukcyjna w samochodach elektrycznych - budowa i działanie
Na początek odpowiedzmy sobie na pytanie, czy samochody elektryczne mają w ogóle skrzynię biegów? Owszem, ale nie jest to typowa przekładnia automatyczna. Zdecydowana większość elektryków wykorzystuje pojedynczą, stałą przekładnię, tzw. skrzynię redukcyjną. Ma ona jedno przełożenie, którego zadaniem jest płynne dostarczanie mocy pomiędzy koła (służy też zatem jako mechanizm różnicowy), co zapewnia płynną i cichą jazdę. Jej obsługa przypomina automatyczną skrzynię - wrzucamy tryb D lub B (włącza silną rekuperację energii) i jedziemy. Zastosowanie skrzyni redukcyjnej pozwala na zmniejszenie prędkości obrotowej silnika o współczynnik około 1:10. Co ciekawe, w elektrykach nie znajdziemy biegu wstecznego. Jazda do tyłu polega w nich przeciwnym przyłożeniu prądu (skrzynia redukcyjna zasilana jest elektrycznie) i "odwróceniu" potencjału silnika. Przekładnia redukcyjna składa się z trzech kół zębatych, z których ostatnia pełni funkcję mechanizmu różnicowego, pozwalającego kołom na obracanie się z różną prędkością.
Przekładnie redukcyjne znajdziemy też w niektórych samochodach hybrydowych
W niektórych samochodach hybrydowych (HEV) również znajdziemy przekładnię redukcyjną. Stosuje ją m.in. Renault w Australu E-Tech, Espace E-Tech oraz w Rafale E-Tech, Nissan w modelach Qashqai ePower i X-Trail ePower czy Honda w niemal całej gamie modelowej wyposażonej w napęd e:HEV. W przypadku hybryd z przekładnią redukcyjną samo auto napędza co prawda silnik elektryczny, stąd też zasadne było zastosowanie skrzyni redukcyjnej, jednak prąd jest generowany przez silnik spalinowy, a zatem może się pojawiać pewne wycie przy przyspieszaniu i komfort akustyczny nie jest taki jak w przypadku elektryków. Taki rodzaj napędu zapewnia jednak dobre osiągi i niskie spalanie, a także płynność jazdy.
Dlaczego nie stosuje się manualnej skrzyni biegów w autach hybrydowych i elektrycznych?
Dlaczego w samochodach hybrydowych i elektrycznych nie stosuje się manualnej skrzyni biegów? To proste, chodzi o maksymalną efektywność układu napędowego, a ta nie byłaby możliwa w przypadku zastosowania skrzyni manualnej. Poza tym zastosowanie przekładni redukcyjnej jest najzwyczajniej w świecie tańsze niż skrzyni manualnej. Poza tym mechanizmy stosowane w samochodach elektrycznych są narażone na dużo większe obciążenia niż w przypadku aut spalinowych, gdyż silnik elektryczny już od momentu odpalenia oferuje maksymalną moc i moment obrotowy, które pozostają niezmienne przez szeroki zakres obrotów (w przypadku silników spalinowych tylko w ograniczonym zakresie obrotów możemy liczyć na maksymalne parametry).
Nie oznacza to jednak, że manualnych skrzyń biegów nigdy nie stosowano w elektrykach. Przykładami są Fiat Cinquecento Elettra (produkowane w Tychach w latach 1992-1996) oraz Fiat Panda Elettra (produkowana w latach 1990-1998). Obydwa były napędzane motorem na prąd stały i obydwa zostały wyposażone w manualną skrzynię biegów o 4 przełożeniach. Problem polegał na tym, że nie miały obrotomierza, a silnik elektryczny z racji na cichą pracę jest trudny do "ogarnięcia na słuch". W efekcie jazda tymi samochodami była mało intuicyjna.
Współczesnym przykładem samochodu elektrycznego z manualną skrzynią biegów jest BYD e3. Samochód powstał z myślą o szkołach jazdy w Chinach, które wymagają pojazdów z manualną przekładnią. Tak oto powstał elektryk z 6-biegowym manualem, który ma zapewnić "odpowiedni poziom symulacji jazdy z ręczną skrzynią biegów". BYD e3 w takiej wersji będzie oferował cztery tryby jazdy - ekonomiczny, edukacyjny, sportowy oraz ze stałym poziomem wciśnięcia pedału przyspieszenia.
Wady przekładni redukcyjnej i przyszłość przekładni w samochodach elektrycznych
Skrzynia redukcyjna jest prostsza od manualnej czy automatycznej, jednak jej wadą jest gwałtowne zmniejszenie zasięgu przy prędkościach autostradowych z racji na bardzo duże obroty silnika elektrycznego. Rozwiązaniem jest zastosowanie kolejnych przełożeń. Pierwsza była Tesla i jej model Roadster z lat 2008-2012, którą wyposażono w dwustopniową przekładnię w celu zapewnienia większej efektywności i mniejszego poboru energii także przy wyższych prędkościach. Podobne rozwiązanie zastosowano też w Porsche Taycanie z 2019 roku. W obu przypadkach głównym celem konstruktorów była poprawa osiągów.
Obecnie inżynierowie wielu firm pracują nad konstrukcjami mającymi poprawiać efektywność napędu elektrycznego podczas jazdy autostradowej. Przykładowo firma ZF opracowała przekładnię, która ma pomóc zwiększyć zasięg i wydajność samochodów elektrycznych poprzez automatyczną zmianę przełożenia po uzyskaniu prędkości 70 km/h. Zdaniem firmy rozwiązanie to pozwoli zredukować zużycie energii o 5%.
