Kulfiberhjul kunne være næste løft for EV-rækkevidden

Australiens Carbon Revolution er måske ikke den bedst kendte hjulproducent i verden, men de er blandt de mest interessante. De fleste af de mærker, der er kendt og sælger i høj volumen som BBS, Rial og OZ, fremstiller deres hjul af metallegeringer, for det meste aluminium. Carbon Revolution bruger kulfiberkompositter. Til dato har de for det meste leveret deres usædvanligt lette hjul til højtydende maskiner som Ford GT, Shelby GT350 og Ferrari 488 Pista. Nu søger de at udvide til mere almindelige køretøjer, især dem, der drives af batterier.

Kulfiberkompositter er ikke et særligt nyt koncept. De har været brugt i rumfart i mange år, før McLaren bragte dette lette og højstyrkemateriale til Formel 1981 i 1990 og til landevejen i 1'erne i den legendariske F2013. I 3 brugte BMW for første gang en carbon-kompositstruktur i en model med relativt høj volumen for første gang med iXNUMX.

Den tilgang, som Carbon Revolution foreslår med fokus på hjulene, kan dog vise sig at være både mere omkostningseffektiv og give en større effektivitetsfordel end hvad BMW gjorde. I betragtning af omkostningerne og massen af ​​batterier er maksimering af energieffektiviteten afgørende for elbiler for at få størst mulig rækkevidde fra den mindste mængde batteri.

Reduktion af masse af enhver art er en ligetil vej til at forbedre effektiviteten ved blot at reducere arbejdsbyrden på fremdriftssystemet og energilageret (også kaldet batteriet). Men ikke alle massereduktioner har samme effekt. Vi kender til inerti fra Newtons anden bevægelseslov. I en meget forenklet form kommer det ned til, at et objekt i hvile vil forblive i hvile, eller et objekt i bevægelse vil fortsætte med at bevæge sig, medmindre der påføres en ubalanceret kraft.

Men inerti har retningsvektorer forbundet med det. At accelerere et køretøj kræver en kraft i den retning, du ønsker at bevæge dig. I tilfælde af et hjul er der faktisk flere vigtige retninger, vandret, lodret og rotation.

Lodret inerti skal overvindes for at følge vejens konturer såsom bump eller huller. Efterhånden som hjul bliver større, hvilket de ubønhørligt gør af æstetiske formål, bliver de meget tunge og kørekvaliteten forringes hurtigt, fordi hjulet ikke kan accelerere op eller ned hurtigt nok til at følge vejen, og dermed overføre disse kræfter ind i kabinen.

Vandret inerti skal overvindes for at accelerere, bremse eller styre køretøjet. Det opnås dog ved faktisk at dreje hjulene fra motoren eller motorerne, så rotationsinerti skal overvindes. Igen, jo større hjulets diameter er, jo større er rotationsinertien, og dette viser sig at være en større faktor i EV-effektiviteten end blot hjulets masse. Hvis to hjul af forskellig størrelse har samme masse, vil det med vægten længst fra midten tage mere energi at køre.

Det er her, kulfiberfælge kan være en stor fordel for elbiler takket være en massereduktion på 40 til 50 % sammenlignet med en tilsvarende størrelse alufælge. Ifølge Carbon Revolution CEO Jake Dingle kan kulstofhjul på en typisk SUV spare op til 130 lbs masse, der bevæger sig lodret og roterer. I betragtning af hovedparten af ​​batterier, som kan veje op til 1,600 lbs i Ford F-150 Lightning eller mere end 2,900 lbs i GMC Hummer, er det en bemærkelsesværdig reduktion, der ville forbedre rækkevidden.

Men der er flere fordele ved carbon komposithjul. Sammenlignet med aluminium eller stål dæmper de tværbundne fibre i kompositstrukturen vejpåvirkninger, der overføres mere direkte gennem metal. Resultatet er op til 5 dB mindre vejstøj, der kommer ind i kabinen. Da elbiler ikke har en motor til at skjule andre omgivende lyde, hjælper reduktion af disse lyde ved kilden til at holde tingene stille uden at tilføje mere lyddæmpende måtter.

Carbon-komposithjul tilbyder også mere fleksibilitet i formgivningen, som ikke er mulig med støbt eller smedet aluminium. Dette kan muliggøre mere aerodynamisk formede hjul, der reducerer modstanden og naturligvis forbedrer effektiviteten.

På en elbil kan brugen af ​​et hjul med større diameter, men smallere, hjælpe med at reducere aerodynamisk modstand og samtidig opretholde en rimelig kontaktflade for dækket på vejen. Det gjorde BMW med i3. Hvis de større, smallere hjul var lavet af kulfiberkomposit i stedet for aluminium, ville de have haft en endnu mere positiv effekt på rækkevidden.

Carbon Revolutions hjul er fremstillet gennem en harpiksoverførselsstøbningsproces, der ikke kræver manuel oplægning af fibrene, som man ville gøre for noget som strukturen af ​​en højtydende sportsvogn. De tørre fibre er væsentligt billigere end de harpikspræ-imprægnerede fibre, der bruges i andre processer og kræver ikke hærdning i en autoklave. Virksomheden laver samtidig konstruktion af sine produkter og processer for at øge produktionskapaciteten og automatisere mange af trinene.

Mens kulfiberhjul stadig bærer en betydelig prispræmie i dag, krymper det, efterhånden som mængderne stiger. I år forventer virksomheden en produktion på omkring 50,000 hjul og forventer på 1 million enheder værdiparitet med alufælge. Carbon Revolutions første SUV-program lanceres mod slutningen af ​​2022, og Dingle forventer omkring 15 køretøjsprogrammer over de næste seks år med en betydelig produktionsudvidelse i midten af ​​årtiet.