Blir elbilar energikrävande?

Strax tidigare betraktades förbränningsmotorer som producerade 150-200 hk som högpresterande fordon, ofta med etiketter som GTi, TypeR ochS.

I ICE-sfären börjar bilar vanligtvis med blygsamma effektsiffror, och ökningar till högre effekt är vanligtvis inkrementella. Framväxten av elfordon är redo att förändra den dynamiken dramatiskt.

Även om elbilar erbjuder ett mindre utbud av modeller än ICE-bilar, har deras effektbetyg redan skjutit i höjden till extraordinära höjder. Vad driver denna trend? Är en sådan extrem prestation motiverad? Låt oss utforska.

EV-scenariot

Elfordon på nybörjarnivå levererar nu mellan 150 och 200 hästkrafter. Vi bevittnar familjeorienterade sedaner, som Tesla Model S Plaid och Lucid Air, som genererar effektnivåer som kan jämföras med en Formel 1-bil. Till och med Tesla med lägst effekt, Model 3, producerar 325 hästkrafter med vridmoment som liknar en 4,2-liters naturligt aspirerad V8-motor.

Elfordon har framgångsrikt demokratiserat vridmoment, kraft och övergripande prestanda. I hela bilindustrins historia har denna nivå av förmåga aldrig tidigare varit tillgänglig för medelinkomstköpare.

Jag vill belysa betydelsen av vridmoment här. Även om det var möjligt att hitta höga uteffekter till rimliga priser tidigare, var högt vridmoment alltid oöverkomligt dyrt. Att generera avsevärt vridmoment i en förbränningsmotor kräver vanligtvis stort slagvolym, forcerad induktion eller en kombination av båda, egenskaper som vanligtvis är reserverade för lyxfordon utom räckhåll för de flesta konsumenter.

I en värld av elfordon är maximalt vridmoment en inneboende egenskap hos motorn. Det är rikligt och, avgörande, tillgängligt omedelbart. Behöver du mer av det? Installera helt enkelt en extra motor på den motsatta axeln, så är kravet uppfyllt.

Behöver du mer vridmoment i en ICE? Du måste lägga till fler cylindrar. Om du övervinner 4-cylindriga barriären börjar saker och ting bli dyrare eftersom du behöver mer av allt. I en V6 behöver man oftast 4 kamaxlar, 24 ventiler, kanske två turbos. Du fattar bilden.

Men varför är vridmoment så viktigt? Tja, vridmoment berättar för dig hur mycket kraft du har vid ett givet varvtal och detta är mycket viktigt i en högviktsapplikation, som en bil, eftersom den också informerar dig om motorns/motorns elasticitet och dess förmåga till mellanacceleration som 30-70 km/h, 60-100 km/h etc.

För den vardagliga föraren är vridmoment det första som uppskattas. I följande tabell jämförs ICE och elbilar i uteffekterna vid 1500 rpm. Det förklarar enkelt den verkliga skillnaden i acceleration mellan de två typerna av framdrivning.

Hur mycket kraft behövs?

Det finns ingen enda definitiv lösning på denna undersökning. Däremot kan vi upprätta specifika scenarier för att bedöma den energi som krävs. Vi valde tre beräkningar: kraften som krävs för att hålla en konstant hastighet på 130 km/h, en standardgräns för motorvägar; kraften som krävs för att nå ett specifikt elfordons topphastighet; och den teoretiska maximala effekten som härrör från fordonets toppkapacitet.

Energibehovet vid 130 km/h fungerar som en nyckelindikator på fordonets totala effektivitet, där aerodynamisk prestanda är en kritisk faktor i denna ekvation.

Även om aerodynamiken också påverkar topphastigheten, illustrerar efterföljande data också hur konservativt de maximala hastigheterna för dessa fordon är begränsade.

Finalbordet är en ren konceptuell övning. De teoretiska topphastigheterna som anges antar oförändrade aerodynamiska profiler, ett villkor som kanske inte stämmer i praktiska sammanhang. Dessutom kan elmotorer i verkligheten bara upprätthålla sin toppeffekt under några sekunder.

Bromsutmaningen

Hög effekt och vridmoment är verkligen önskvärt, särskilt när de kommer med en blygsam kostnadsökning (både i tillverkning och energiförbrukning), men den mest problematiska aspekten av hög effekt är dess kontroll. Ett föremål som accelererar snabbt måste också kunna bromsa snabbt.

Elbilar kombinerar hög hastighet med betydande massa, vilket skapar en betydande utmaning för deras bromssystem. Lyckligtvis är elfordon utrustade med två distinkta bromsmekanismer.

Det första svaret kommer från själva motorn. För retardationshastigheter på upp till 0,3G förblir konventionella hydrauliska bromsar vanligtvis på tomgång. När större retardation krävs aktiveras de hydrauliska bromsarna. Den största svårigheten – och den största huvudvärken – ligger i att blanda dessa bromsar.

För att uppnå den rätta balansen mellan de två bromssystemen krävs noggrann justering för att leverera både prestanda och pedalkänsla som förarna förväntar sig. När det gäller prestanda möjliggör modern teknik maximal stoppkraft genom att använda banbrytande syntetiska material som kolkeramiska rotorer. Även om rejäla elfordon helt klart skulle dra nytta av denna förmåga, fortsätter den höga prislappen att begränsa den breda implementeringen.

Avslutande kommentarer

Det är uppenbart att effektnivåerna för vanliga elfordon har ökat dramatiskt. Det enorma vridmomentet som elmotorer genererar från stillastående ger elbilens accelerationsegenskaper som är jämförbara med superbilarnas, både i mellanregister och från nollhastighet.

Dessa framsteg härrör från den relativt enkla arkitekturen hos en elmotor kontra en förbränningsmotor, såväl som den relativa lättheten att öka motoreffekten. Elbilar tenderar dock att väga mer än sina ICE-motsvarigheter, vilket påverkar bromsprestandan negativt, särskilt i dynamiska situationer.

Elbilar har regenerativ bromsning för att hjälpa till i den avgörande strävan att minska hastigheten i fordonet, men känslan och bromsprestandan kan säkert behöva förbättras.

Ovanstående tabeller visar tydligt att elbilars effektuttag med hänsyn till deras begränsade topphastigheter är överdrivna. Kanske kommer vi under de kommande åren, när elbilar blir lättare genom avancerad batteriteknologi, att se en minskning av effektuttaget från elfordon. När allt kommer omkring, vem behöver 1000ps på allmän väg?