A Formula E szériában az autók végsebessége eléri a 322 km/h-t, és nulláról 1,82 másodperc alatt gyorsulnak százra. Ez ugyan még nem éri el a Forma–1-es autók 375 km/h-s csúcssebességét, de ne felejtsük el: ezek elektromos versenygépek.
Verseny az utolsó voltig
A 2014-ben indult Formula E rendkívül gyors fejlődésen ment keresztül. Az elmúlt tíz évben új csapatok és futamok csatlakoztak, az autók pedig egyre gyorsabbak lettek.
A jelenlegi generáció pedig már majdnem olyan gyors, mint a világ leggyorsabb versenyautói, a Formula–1-es gépek. Mint arra cikkében a BBC is rámutat, a novemberben bejelentett következő generáció pedig még ennél is gyorsabbnak ígérkezik.
Ahhoz, hogy a Formula E autók elérjék ezeket a tempókat, a tervezők egy egész arzenálnyi trükköt vetettek be, hogy az “utolsó voltot is kisajtolják” az akkumulátorokból.
Az ötletesség maguknál az akkumulátoroknál kezdődik, és az autók szinte minden egyes részletére kiterjed. Ráadásul a Formula E-ben szerzett tapasztalatok közül sokat már most alkalmaznak a hagyományosabb elektromos járművekben is – ezzel gyorsítva az elektromos autók térnyerését és csökkentve a globális üvegházhatású gázkibocsátást.
Meglepően hétköznapi
Legbelső lényegüket tekintve a Formula E autók akkumulátorai meglepően hétköznapiak.
“A tévétávirányító elemében ugyanaz az alapvető kémiai reakció zajlik, mint azokban az akkucellákban, amelyeket minden közúti járműben és motorsport-akkumulátorban használnak” – mondja Douglas Campling, a brit Kidlingtonban működő Fortescue Zero motorsportért felelős vezérigazgatója.
Minden akkumulátornak két fő alkotóeleme van: a katód és az anód. Tárolás közben ezeket belső gátak választják el egymástól. Használatkor azonban egy áramkörön keresztül összekapcsolódnak, és az elektronok az anódtól a katód felé áramlanak. Ez az elektronáramlás hajtja az eszközt – legyen szó okostelefonról vagy versenyautóról.
Egy olyan akkumulátor megtervezése azonban, amely elegendő energiát tárol ahhoz, hogy egy versenyautót csúcssebességen hajtson, komoly kihívás. Sőt, ezt a teljes futam alatt fenn is kell tartania.
Ma már hihetetlennek tűnik, de a Formula E korai éveiben ez még nem is mindig sikerült.
Váltott lovakkal
A Formula E kezdetén az akkumulátorok hatótávolsága még messze volt a mai szinttől. “Ezért a versenyzőknek a futam közepén autót kellett cserélniük” – idézte fel a hőskorszakot a BBC-nek Beth Paretta, a Formula E sportért felelős alelnöke.
Tizenegy évvel később a versenyzők már ugyanazzal az autóval érnek célba, amellyel elrajtoltak.
Ez részben annak köszönhető, hogy az újabb akkumulátorok sokkal több elektromos energiát képesek tárolni.
Napjainkban egy Formula E versenyző körülbelül 52 kilowattórányi energiával indul. Ez majdnem két hónapig képes működtetni egy hűtőszekrényt.
Önmagában azonban nem elég sok energiát “bepakolni”, az akkumulátornak azt gyorsan és rugalmasan is le kell tudnia adni.
A strukturális akksi az (egyik) titok
“A Formula E akkucsomag 600 kilowattos teljesítménnyel képes energiát leadni és visszanyerni” – mondja Douglas Campling. Ez valamivel több mint 800 lóerő.
Összehasonlításképpen: egy Toyota Prius akkumulátora ennek kevesebb mint a felére képes.
Emellett létezik egy harmadik mérőszám is, az úgynevezett C-ráta. Ez szintén a kisütési sebességet jelzi, de az akkumulátor kapacitásához viszonyítva – vagyis azt mutatja meg, milyen gyorsan lehet az egész akkumulátort lemeríteni.
A Formula E-ben használt cellák C-rátája rendkívül magas, ami lehetővé teszi a gyors töltést és kisütést.
Mindez rengeteg akkucella egyetlen csomagba történő összeépítésével valósul meg. Egy cella körülbelül egy A5-ös notesz méretű, és több százat rendeznek modulokba.
Minden egyes cellapár között hűtőlemez található. Emellett szerkezeti elemek is vannak, amelyek merevséget adnak az akkumulátornak – és ami kulcsfontosságú, az autó teljes vázának is.
Eleve kevesebb energiával indulnak
Önmagában az alváz nem felelne meg a szükséges nyomó- és csavarási merevségi teszteknek. Az, hogy az akkumulátor is teherhordó szerepet tölt be, súlyt takarít meg.
Az akkumulátorok lítiumion-kémiát használnak, amely az elektromos járművekben ma már általánosnak számít. A Formula E-ben azonban egy nikkel–mangán–kobalt (NMC) alapú változatot alkalmaznak. Ez teszi lehetővé a nagy teljesítményű felhasználást.
Mindez azt jelenti, hogy az akkumulátorok kifejezetten a nagy sebességű versenyzésre vannak optimalizálva.
Bár egy Formula E autó legfeljebb 52 kWh-val indul, maga a verseny akár 90 kWh-t is elhasználhat. Vagyis, a rajtnál csak a célba éréshez szükséges energia 65 százaléka áll rendelkezésre.
A versenyzés feltöltő ereje
Ha a versenyzők padlógázzal mennének végig, nem érnének célba. Ezt a problémát a konstruktőrök két trükkel oldották meg.
Az első az energia visszanyerése fékezéskor. Az első és a hátsó tengelyen lévő motor generátor-üzemmódba kapcsol, vagyis a kerekek forgatják a motort, és nem fordítva. Így az áramot termel és visszatölti az akkumulátorba.
A regeneratív fékezés érdekében a Formula E gyakran extra kanyarokat épít be a pályákba.
A második trükköt a legutóbbi szezonban vezették be: a futam közbeni töltést. A Fortescue Zero által fejlesztett Pit Boost technológia rendkívül gyors töltést tesz lehetővé.
Az autók a bokszutcába hajtanak, megállnak, majd csatlakoztatják őket a töltőhöz, és 30 másodperc alatt 3,85 kWh energiát kapnak. Az áram 600 kW-os teljesítménnyel érkezik – nagyjából négyszer gyorsabban, mint a jelenleg elérhető leggyorsabb kereskedelmi töltők.
Csak legyen miért izgulni
Mindez a sport szempontjából is új stratégiai réteget ad: mikor érdemes kiállni tölteni?
A futam utolsó köreiben a közvetítésekben azt is mutatják, mennyi energia maradt az autókban. Ez további izgalmat jelent, vajon kibírják-e a célig.
Ez a villámgyors töltési technológia azonban a hétköznapi elektromos autókban is hasznos lehet.
Ahogy az elektromos járművek hatótávja nőtt, a hatótáv miatti nézői szorongás nagyjából megszűnt. Ehelyett megjelent a töltési szorongás.
A megoldás részben több töltő, de az autógyártók számára a gyorsabb töltés is kulcsfontosságú.
Hamarosan bárki használhatja
Valójában számos, a Formula E-ben kifejlesztett megoldás idővel megjelenik az elektromos és hibrid hajtású személyautókban, és más járművekben is.
A Fortescue Zero például saját akkumulátor-menedzsment rendszert fejlesztett. Az Elysia szenzorokkal és automatizált szoftverrel észleli a hibákat, illetve javítja a teljesítményt.
Ez ma már minden újgyártású Jaguar Land Rover járműbe bekerül, gyorsabb töltést biztosítva ezzel az autósoknak.
Beth Paretta ugyanakkor emlékeztetett, hogy az olyan, ma már hétköznapi számító megoldások is, mint a visszapillantótükör, vagy a blokkolásgátló eredetileg a versenysport fejlesztései voltak. Mint mondta, a versenypálya mindig is egy fejlesztőlabor volt.
(Kép: fiaformulae.com)
