Günümüzde elektrikli araçların çoğunluğu Geleneksel şanzıman kullanmıyor. Bunun üç temel nedeni var. Ancak ayrıntılara girmeden önce, bir şanzımanın ne olduğunu ve içten yanmalı motora (ICE) sahip bir araçta ne işe yaradığını açıklamamız gerekiyor. Böylece şanzımanın elektrikli otomobillerde neden temel bir gereksinim olmadığını görmek kolaylaşacak. Elektrikli araçlarda geleneksel şanzımanlar bu bağlamda ön plana çıkıyor. Ayrıca bazı durumlarda eklenmesinin ne gibi faydalar sağladığına da değineceğiz.
Şanzıman Nedir, ICE Araçta Ne İşe Yara?
İçten yanmalı motorlar (ICE) motorlar, elektrik motorlarının aksine, rölantide aracı hareket ettirecek kadar tork üretmez. Daha yüksek tork için ise devir yükseltmek gerekir. Ancak motorun devir aralığı sınırlıdır. Bu da aracın hızını sınırlar; işte bu noktada şanzıman devreye girer. Özetle, şanzıman ve son dişli oranı birlikte tork çarpanı görevi görür. Elektrikli araçlarda geleneksel şanzımanlar bu işlevleri farklı şekilde ele alır.
Örnek: 1. viteste 3:1 oranınız olduğunu varsayalım. Ayrıca bu, motor torkunun üç katına çıktığı anlamına gelir. Son dişli oranı da 3:1 ise, tekerleklere iletilen tork motorunkinin dokuz katı olur. Motor 200 Nm üretiyorsa tekerlek torku 200 Nm × 9 = 1 800 Nm’dir.
Şanzıman olmasa bu çarpılma olmaz, gaz pedalına sonuna kadar bassak da araç kalkmazdı. Elektrikli Araçlarda Geleneksel Şanzımanlar olmaması durumunda bu senaryo yaşanmaz. Böylece ICE arabasındaki vites kutusu, motorun güç ve tork özelliklerini, farklı yüklerdeki verimliliğini ve tabii ki mühendislerin seçilen araç için belirlediği azami hızı mükemmel bir şekilde bir araya getirecek şekilde tasarlamışlardır. Vites kutuları, tüm aktarma organlarına kendi verimsizliklerini getirerek yakıt tüketimini ve enerji kayıplarını artırır.
Elektrikli Otomobillerde Durum Ne?
Elektrikli motorlar, dişli kutusu geliştirmede mühendislik sorunlarını çözen ve çoğu durumda dişli kutusunu gereksiz kılan üç doğal özelliğe sahiptir. Bu özellikler, sıfır rpm’den yüksek tork, elektrik motorlarının yüksek rpm kapasitesi ve elektronik olarak sınırlandırılmış azami hızlardır. Ayrıca bu özellikleri tek tek ele alalım.
Sıfır rpm’den yüksek tork oldukça açıktır. Vites kutularının esas olarak tork çarpan cihazlar olduğunu unutmayın. Elektrikli Araçlarda Geleneksel Şanzımanlar ihtiyaç duyulduğunda torkunu artırabilir. Sıfır rpm’den yüksek torkunuz varsa, bunu birden fazla dişli oranı kullanarak daha da çarpmanıza gerek yoktur.
Ancak kritik öneme sahip olan şey yüksek devir kapasitesidir. Elektrik motoru 20.000 devire kadar dönebildiğinden ve aralık boyunca yüksek bir tork mevcut olduğundan, en yüksek hıza yalnızca bir oranla kolayca ulaşacaktır. Elektrikli bir aracın elektronik olarak sınırlandırılmış en yüksek hızı son nedendir. Bu yalnızca bir vites kutusunun olmaması nedeniyle değil. Aynı zamanda yüksek voltajlı pillerin sıvı yakıtlara kıyasla nispeten düşük enerji içeriği nedeniyle gerçekleşmektedir.
Bunu daha iyi anlamak için BMW i4 eDrive 40’a bir bakalım – 0-5000 rpm arasında 430 Nm’lik maksimum motor torkuna ve 11.115:1’lik kombine dişli ve son tahrik oranına sahip. Bu, tekerlek torkunun 4780 Nm olduğu anlamına geliyor! Elektrikli otomobillerin genel olarak neden trafik ışıklarında seri bir şekilde kalktığı bu sayede anlaşılıyor.
Arabanın azami hızının 190 km/s olduğunu varsayalım. Azami hızda motor 16.500 rpm’de döner. Tipik bir otoyol hızı olan 130 km/s’de motor yaklaşık 11.300 rpm’de döner. Bu örnekte görebileceğiniz gibi, elektrik motoru bir şanzımana ihtiyaç duymadan tüm gereksinimleri karşılamak için yeterli rpm aralığına sahiptir.
Elektrikli Otomobillerin Durumu
Elektrik motorlarının, şanzıman ihtiyacını ortadan kaldıran üç doğuştan özelliği vardır:
- Sıfır devirden itibaren yüksek tork. Şanzıman esasen tork çarpandır; motor zaten yüksek tork üretiyorsa ekstra oranlara gerek kalmaz.
- Yüksek devir yeteneği. Elektrik motoru 20 000 d/d çevirebildiği için tek oranla hem kalkış hem de azami hız sağlanabilir.
- Elektronik olarak sınırlandırılmış azami hız. Bugünkü bataryaların enerji yoğunluğu sınırlı olduğundan hız zaten yazılımla kısıtlanmıştır.
BMW i4 eDrive40 örneğinde, motor 0-5 000 d/d aralığında 430 Nm üretir. Ayrıca toplam dişli oranı 11,115:1’dir; bu da tekerleklerde 4 780 Nm tork demektir. 190 km/s azami hızda motor 16 500 d/d çevirir; 130 km/s’teyse 11 300 d/d civarındadır. Elektrikli Araçlarda Geleneksel Şanzımanlar ve elektrik motorları tek oranla gereksinimleri rahatça karşılar.
Porsche ve Audi Örneği
Porsche Taycan ve Audi E-Tron GT, arka motorda iki kademeli şanzıman kullanır. İdeal olarak, düşük-orta hızda kısa oranla daha iyi ivme, yüksek hızda uzun oranla daha düşük motor devri isteriz. Motor devrini düşürmek iki fayda getirir:
- Daha iyi verim: Daha düşük karşı gerilim ve girdap akımlarıyla menzil uzar.
- Daha yüksek azami hız: Motora aşırı devir bindirmeden hız artar.
Ancak iki kademeli şanzımanlarda, elektrik motorunun ani ve yüksek torkuna dayanacak dişlileri tasarlamak zordur. Güvenilir ve uygun maliyetli çözümler yaygınlaşırsa, Porsche Taycan ve Audi E-Tron GT gibi üst sınıf modellerle sınırlı kalmayıp daha yaygın araçlarda da görebiliriz. Elektrikli Araçlarda Geleneksel Şanzımanlar, şimdilik ek karmaşıklık ve yüksek maliyet, potansiyel kazançların önünde duruyor.
