Koolstofvezelwielen kunnen de volgende boost zijn voor EV-bereik

De Australische Carbon Revolution is misschien niet de bekendste wielfabrikant ter wereld, maar ze behoren tot de meest interessante. De meeste merken die bekend zijn en in grote hoeveelheden worden verkocht, zoals BBS, Rial en OZ, maken hun wielen van metaallegeringen, meestal aluminium. Carbon Revolution maakt gebruik van koolstofvezelcomposieten. Tot op heden hebben ze hun uitzonderlijk lichtgewicht wielen voornamelijk geleverd voor high-performance machines zoals de Ford GT, Shelby GT350 en Ferrari 488 Pista. Nu willen ze uitbreiden naar meer reguliere voertuigen, vooral die op batterijen.

Koolstofvezelcomposieten zijn geen bijzonder nieuw concept. Ze werden al vele jaren in de lucht- en ruimtevaart gebruikt voordat McLaren dit lichtgewicht en zeer sterke materiaal in 1981 naar de Formule 1990 bracht en in de jaren negentig in de legendarische F1 op de weg. In 2013 maakte BMW met de i3 voor het eerst gebruik van een koolstofcomposietstructuur in een relatief hoog volumemodel.

De aanpak van Carbon Revolution met een focus op de wielen kan echter zowel kosteneffectiever blijken te zijn als een groter efficiëntievoordeel bieden dan BMW deed. Gezien de kosten en massa van batterijen, is het maximaliseren van de energie-efficiëntie van cruciaal belang voor EV's om het meeste bereik te krijgen met de minste hoeveelheid batterij.

Het verminderen van massa van welke aard dan ook is een eenvoudig pad om de efficiëntie te verbeteren door simpelweg de werklast van het aandrijfsysteem en de energieopslag (ook wel de batterij genoemd) te verminderen. Maar niet alle massaverminderingen hebben dezelfde impact. We weten over traagheid van de tweede bewegingswet van Newton. In een zeer vereenvoudigde vorm komt het erop neer dat een object in rust in rust zal blijven of dat een bewegend object zal blijven bewegen tenzij een onevenwichtige kracht wordt uitgeoefend.

Maar traagheid heeft directionele vectoren die ermee verbonden zijn. Het versnellen van een voertuig vereist een kracht in de richting waarin u zich wilt verplaatsen. In het geval van een wiel zijn er eigenlijk verschillende belangrijke richtingen, horizontaal, verticaal en rotatie.

Verticale traagheid moet worden overwonnen om de contouren van de weg te volgen, zoals hobbels of kuilen. Naarmate wielen groter worden, wat ze onverbiddelijk lijken te doen voor esthetische doeleinden, worden ze erg zwaar en gaat de rijkwaliteit snel achteruit omdat het wiel niet snel genoeg op of neer kan accelereren om de weg te volgen, waardoor die krachten naar de cabine worden overgebracht.

Horizontale traagheid moet worden overwonnen om het voertuig te versnellen, te remmen of te sturen. Dat wordt echter bereikt door de wielen daadwerkelijk van de motor of motoren te laten draaien, zodat de rotatietraagheid moet worden overwonnen. Nogmaals, hoe groter de diameter van het wiel, hoe groter de rotatietraagheid en dit blijkt een grotere factor in EV-efficiëntie te zijn dan alleen de enorme massa van het wiel. Als twee wielen van verschillende grootte dezelfde massa hebben, zal degene met het gewicht het verst van het midden meer energie nodig hebben om te rijden.

Dat is waar koolstofvezelwielen een enorm voordeel kunnen zijn voor EV's dankzij een massavermindering van 40 tot 50% in vergelijking met een lichtmetalen velg van vergelijkbare grootte. Volgens Jake Dingle, CEO van Carbon Revolution, kunnen koolstofwielen op een typische SUV tot 130 lbs aan massa besparen die verticaal beweegt en roteert. Gezien het grootste deel van de batterijen die tot 1,600 lbs kunnen wegen in de Ford F-150 Lightning of meer dan 2,900 lbs in de GMC Hummer, is dat een opmerkelijke vermindering die het rijbereik zou verbeteren.

Maar er zijn meer voordelen aan carbon composietwielen. In vergelijking met aluminium of staal dempen de verknoopte vezels in de composietstructuur de impact op de weg die directer door metaal wordt overgebracht. Het resultaat is dat er tot 5 dB minder weggeluid in de cabine komt. Aangezien EV's geen motor hebben om andere omgevingsgeluiden te maskeren, helpt het verminderen van die geluiden bij de bron om de zaken stil te houden zonder meer geluiddempende matten toe te voegen.

Wielen van koolstofcomposiet bieden ook meer flexibiliteit bij het vormen die niet mogelijk is met gegoten of gesmeed aluminium. Dit kan aerodynamisch gevormde wielen mogelijk maken die de luchtweerstand verminderen en natuurlijk de efficiëntie verbeteren.

Op een elektrische auto kan het gebruik van een wiel met een grotere diameter, maar met een smallere band, de aerodynamische weerstand helpen verminderen, terwijl een redelijk contactvlak voor de band op de weg behouden blijft. Dat is wat BMW deed met de i3. Als die grotere, smallere wielen van koolstofvezelcomposiet waren gemaakt in plaats van aluminium, hadden ze een nog positiever effect op de actieradius gehad.

De wielen van Carbon Revolution worden vervaardigd door middel van een gietproces met harsoverdracht waarbij de vezels niet handmatig moeten worden gelegd, zoals bij de structuur van een hoogwaardige sportwagen. De droge vezels zijn aanzienlijk goedkoper dan de met hars geïmpregneerde vezels die in andere processen worden gebruikt en hoeven niet in een autoclaaf te worden uitgehard. Het bedrijf voert gelijktijdige engineering van zijn producten en processen uit om de productiecapaciteit te vergroten en veel van de stappen te automatiseren.

Hoewel koolstofvezelwielen vandaag nog steeds een aanzienlijke prijspremie hebben, krimpt die naarmate de volumes toenemen. Dit jaar verwacht het bedrijf een productie van ongeveer 50,000 wielen en verwacht bij 1 miljoen eenheden waardepariteit met lichtmetalen wielen. Het eerste SUV-programma van Carbon Revolution wordt eind 2022 gelanceerd en Dingle verwacht in de komende zes jaar ongeveer 15 voertuigprogramma's met een aanzienlijke productie-uitbreiding tegen het midden van het decennium.