Jak zwiększyć zasięg samochodu elektrycznego? Kluczem jest aerodynamika
Współczynnik oporu powietrza jest w autach elektrycznych jeszcze ważniejszy niż w spalinowych. Dlaczego tak jest? Wyjaśniamy na przykładzie elektrycznych modeli Skody, które uzyskują nawet przeszło 550 km zasięgu na jednym ładowaniu.
fot. materiały prasowe
Samochody elektryczne potrafią odzyskiwać energię w procesie rekuperacji, dlatego ich masa ma dla zużycia paliwa mniejsze znaczenie niż ma to miejsce w autach spalinowych. Wyższa masa sprawia przecież, ze podczas hamowania odzyskuje się większą energię kinetyczną ruchu, która po zamianie w elektryczną jest gromadzona w akumulatorze. Tym większe znaczenie mają za to straty energii wynikające z oporu powietrza. Od mniej więcej 80 km/h jej większość jest wykorzystywana do pokonywania siły oporu powietrza, która rośnie z kwadratem prędkości.
Dlatego samochód elektryczny z nadwoziem optymalnym pod względem aerodynamiki zajedzie na autostradzie dalej niż auto mniej dopracowane pod tym względem. Poza tym „elektryki” muszą oszczędniej obchodzić się ze swoim „paliwem”. Energia o wartości 100 kWh (akumulatory, które gromadzą jej tyle, są montowane w niektórych luksusowych samochodach elektrycznych) odpowiada energii zawartej w 10 litrach benzyny. Dzięki większej sprawności silników elektrycznych samochody mimo to uzyskują spory zasięg – o ile mają aerodynamiczny kształt.
fot. materiały prasoweOpływowe nadwozie kluczem do dużego zasięgu
Powietrze jest jednym z największych przeciwników aut elektrycznych, ponieważ opór, jaki stawia, zwiększa ich zapotrzebowanie na energię. Dlatego samochody elektryczne mają nadwozia tak opływowe, jak niejeden usportowiony model – przykładowo Skoda Enyaq iV ma współczynnik oporu Cx wynoszący 0,27 (Porsche 911 – 0,29). Auta elektryczne nie potrzebują wielkiej chłodnicy, więc ich „grill” może być zabudowany, przez co jest bardziej opływowy. Specjalne kanały odprowadzają powietrze z wnęk kół, inne kierują je pod podłogę, która w takich autach jest zazwyczaj płaska, a czasem „klapy” w zderzaku są ruchome i otwierają przepływ tylko wtedy, gdy jest to konieczne. Wszystko w imię zminimalizowania strat energii podczas jazdy.
fot. materiały prasoweZupełnie nowe, całkowicie elektryczne coupé Skody charakteryzuje się współczynnikiem oporu powietrza o wartości Cx 0,234. Niski opór ma znaczący wpływ na zasięg pojazdu, który w modelu Enyaq Coupe iV 80 wynosi do 552 km w cyklu WLTP. Duży zasięg to jedno – warto przypomnieć, że w przypadku modeli Enyaq i Enyaq Coupe producent zadbał o wyposażenie w możliwość szybkiego ładowania. Wariant z akumulatorem o pojemności 82 kWh może być ładowany z mocą do 135 kW, a to oznacza, że uzupełnić energię od 5 do 80 proc. można nawet w niewiele ponad pół godziny.
materiały prasoweSkoda stawia na aerodynamikę
Najnowsze modele Skody mogą pochwalić się doskonałymi właściwościami aerodynamicznymi i świetnymi wartościami współczynnika oporu powietrza (Cx). Zarówno Octavia, której Cx wynosi 0,24, jak i Fabia obecnej generacji o współczynniku Cx równym 0,28 należą pod tym względem do najlepszych w swojej klasie. Enyaq iV ze współczynnikiem 0,257 znajduje się natomiast w absolutnej czołówce wśród SUV-ów, a niedawno wprowadzony Enyaq Coupe iV, dzięki nisko opadającej linii dachu, uzyskuje jeszcze lepszy wynik, równy zaledwie 0,234. To właśnie dlatego dopracowanie aerodynamiki ma tak istotne znaczenie, bo nawet drobna zmiana, która zmniejszy współczynnik oporu powietrza choćby o jedną setną(!), zwiększa ostateczny zasięg modelu Enyaq iV o około 7 kilometrów w cyklu WLTP. W przypadku jazdy po autostradzie wzrost ten jest jeszcze bardziej znaczący.
Jak dopracowuje się aerodynamikę samochodu? Test bawełnianego sznurka
Gdy Skoda Enyaq iV wjeżdża do tunelu aerodynamicznego, jest częściowo przykryta czarną folią w czerwone kropki, z których zwisają zielone kawałki nitki. Tak przygotowane auto przechodzi następnie test bawełnianego sznurka, w ramach którego rolki w podłodze obracają koła samochodu, symulując normalną jazdę, a w tunelu aerodynamicznym włączany jest gigantyczny wentylator. Samochód otacza dobrze wyczuwalny, mocny wiatr, a kawałki sznurka zaczynają trzepotać. Jak wyjaśniają eksperci, śledząc ruch sznurków, możliwe jest określenie przepływu powietrza na powierzchni samochodu. Owe fragmenty sznurka potrafią trzepotać na wietrze z prędkością do 60 km/h. Ich ruch jest rejestrowany przez czułe kamery, a na podstawie nagrania powstaje następnie mapa przepływu powietrza. Prawidłowe skierowanie strumienia nie tylko zmniejsza współczynnik aerodynamiczny, ale także umożliwia ochronę ważnych elementów nadwozia. Nie jest tajemnicą, że celem projektantów jest utrzymanie współczynnika oporu (Cx) na jak najniższym poziomie. Jego obniżenie oznacza mniejsze zużycie paliwa oraz większy zasięg na jednym ładowaniu w samochodzie elektrycznym.
fot. materiały prasoweJak dopracowuje się aerodynamikę samochodu? Symulacje komputerowe
Ale nie tylko bawełniany sznurek pomaga dopracować aerodynamikę nadwozia. Około 90 proc. prac nad rozwojem aerodynamiki odbywa się bowiem wirtualnie, za pomocą symulacji komputerowych. Pomagają one zrozumieć, co i dlaczego dzieje się w przepływie wokół samochodu. Pomiar w tunelu jest zwieńczeniem całego procesu i już tylko potwierdza poprawność projektu, który został opracowany na podstawie obliczeń.
Jak dopracowuje się aerodynamikę samochodu? Sonda dymna
Kolejnym testem aerodynamicznym jest sonda dymna – to badanie niemalże symboliczne, ponieważ w ten właśnie sposób producenci prezentują właściwości aerodynamiczne swoich samochodów. Dzięki temu, że dym wydmuchiwany z przodu samochodu podąża za profilem nadwozia, pokazując w jaki sposób opływa go powietrze, dosłownie widać, jak opływowy jest pojazd. Sonda dymna pomaga przy tym badać nadwozie nie tylko jako całość, ale także jako poszczególne elementy: przedni zderzak, lusterka zewnętrzne i znajdujące się za nimi owiewki, owiewkę za tylną szybą oraz kurtynę powietrzną. Strumień dymu testuje wszystkie te obszary i potwierdza, że powietrze opływa je zgodnie z założeniami ekspertów.
fot. materiały prasowePłaska podłoga to przewaga aut elektrycznych
Oprócz zoptymalizowanych kształtów nadwozia, zderzaków, lusterek czy wspomnianych wcześniej kurtyn powietrznych, w samochodach elektrycznych duży potencjał tworzy gładka podłoga pokryta panelami aerodynamicznymi oraz płynny kształt pakietu akumulatorów. To rzecz niespotykana w samochodach spalinowych, które od spodu mają wiele otworów i bardziej lub mniej wystających części, jak układ wydechowy czy silnik i skrzynia biegów oraz miska olejowa.
Jeszcze innym sposobem na zmniejszenie ogólnego oporu powietrza jest natomiast inteligentna kontrola ilości powietrza dostającego się do komory silnika, a odbywa się to za pomocą regulowanej przesłony umieszczonej z przodu samochodu. Z przodu modeli Enyaq iV oraz Enyaq Coupe iV, w centralnym wlocie powietrza, znajduje się taka regulowana kurtyna. W zależności od zapotrzebowania na powietrze chłodzące napęd elektryczny, akumulator litowo-jonowy i system klimatyzacji, układ elektroniczny pojazdu otwiera kurtynę chłodzącą tylko wtedy, gdy jest to konieczne.
fot. materiały prasowePonadto zoptymalizowana aerodynamicznie dolna część przedniego zderzaka z unikatowymi spojlerami przed kołami kieruje powietrze pod pojazd, gdzie przepływa wzdłuż gładkiej osłony podwozia i akumulatora. W połączeniu z kurtynami powietrznymi umieszczonymi w przednim zderzaku elementy te płynnie kierują przepływ powietrza wokół nadkoli w kierunku tyłu pojazdu. Ponieważ same koła odpowiadają za około 25 proc. oporu powietrza, dla Skody Enyaq Coupe iV dostępne są zoptymalizowane aerodynamicznie obręcze kół, które zapewniają mniejsze zawirowania powietrza.
Gdzie są granice aerodynamiki – czy może być lepiej?
Eksperci są zgodni co do tego, że nie wszystko zostało jeszcze w tej kwestii powiedziane. Wciąż aktywnie poszukują oni możliwości dalszego zmniejszenia oporu aerodynamicznego i dzięki współpracy z działami projektowania czy inżynierii za każdym razem udaje się znaleźć kolejne sposoby i zastosować je w praktyce. W Skodzie Enyaq Coupe iV nawet umiejscowienie lusterek bocznych nie jest przypadkowe, bowiem dla wzmocnienia efektu redukcji oporu powietrza, oprócz zoptymalizowanego kształtu ich obudowy, są one umieszczone na przednich drzwiach, a nie w trójkącie szyby słupka A. Umożliwia to lepszy przepływ powietrza wokół niego. Zawsze chodzi bowiem o wypracowanie najlepszego kompromisu między projektem, technologią i kosztami, tak, aby spełniać oczekiwania klientów.
