Этот пост добавлен читателем Naked Science в раздел «Сообщество». Узнайте как это сделать по ссылке.

518

Какие батареи питают самые быстрые гоночные электромобили в мире

Формула E — класс автогонок, на котором участники соревнуются исключительно на электромобилях. Без особых аккумуляторов этот вид соревнований не мог бы развиваться. 

Гонка Формулы E / © Formula E, BBC
Гонка Формулы E / © Formula E, BBC

Машины разгоняются до скорости 322 километра в час. Скорость от нуля до 96 километров в час они набирают всего за 1,82 секунды. Автомобиль Формулы-1 способен на большее — он может разогнаться до 375 километров в час. Однако в этом случае важно, что автомобили электрические.

Чтобы болиды Формулы E могли развивать такие скорости, инженеры придумали арсенал хитростей, позволяющих выжать из аккумуляторов максимум. По своей сути батареи в автомобилях Формулы E совершенно типичны. Как пояснил BBC генеральный менеджер по автоспорту в компании Fortescue Zero в Кидлингтоне Дуглас Кэмплинг, аккумуляторы в пульте телевизора использует ту же химическую реакцию, что и элементы батарей во всех транспортных средствах, в том числе, и в автоспорте. 

Все батареи имеют два основных компонента: катод и анод. Когда аккумулятор хранится, они разделены внутренними барьерами. При использовании батареи они соединяются по определенной схеме, после чего электроны перетекают с анода на катод. Именно этот поток электронов питает устройство — как смартфон, так и гоночный автомобиль.

Однако инженеры столкнулись с трудностями при разработке аккумулятора для гоночных автомобилей. Такой аккумулятор должен хранить достаточно энергии для питания машины на максимальной скорости и поддерживать ее работу на протяжении всей гонки. 

Вице-президент Формулы Е Бет Паретта рассказала, что в первые несколько сезонов гонок запас хода аккумуляторов был не таким, как сегодня. Гонщикам приходилось менять автомобили в середине заезда.

Отчасти это связано с тем, что новые батареи могут хранить гораздо больше энергии. Сегодня спортсмены начинают гонку с примерно 52 киловатт-часами электроэнергии в батарее. Этого достаточно, чтобы питать холодильник с морозильной камерой примерно два месяца.

Автомобиль Формулы E / © Formula E, BBC
Автомобиль Формулы E / © Formula E, BBC

Однако просто емкого аккумулятора для гонок недостаточно. Батарея должна уметь быстро и гибко отдавать энергию. Батарея в автомобилях Формулы E способна выдавать и принимать энергию с мощностью 600 киловатт. Это чуть более 800 лошадиных сил.

Третья метрика называется C-rate. Этот показатель измеряет, как быстро может разряжаться батарея, но рассчитывается относительно емкости батареи. Современные достижения позволяют заряжать и разряжать батарею очень быстро.

Чтобы достичь этого, инженеры собирают множество отдельных батарейных ячеек в единый блок. Размер каждой ячейки — примерно со стандартный лист формата A5. Их собирают в модули по нескольку сотен штук. Между каждой парой ячеек находится охлаждающая пластина. В конструкции есть и силовые элементы, придающие батарейному блоку прочность. Они также обеспечивают жесткость шасси автомобиля. Кэмплинг пояснил, что использование аккумулятора как силового элемента позволяет снизить вес.

Батареи работают на литий-ионной технологии, типичной для электротранспорта. Однако тут специалисты используют вариант, содержащий никель, марганец и кобальт, подходящий для работы в условиях повышенной мощности.

Хотя современные батареи оптимизированы под скоростные гонки, создается впечатление, что проблема нехватки энергии решена не полностью. Хотя болид начинает гонку максимум с 52 киловатт-часов энергии, сама гонка может потребовать почти 90 киловатт-часов. Когда гонщики стартуют, у автомобиля есть лишь 65% энергии, необходимой, чтобы закончить заезд. Если бы спортсмены просто держали «педаль в пол», они бы не доехали до финиша.

Конструкторы решили задачу с помощью двух приемов. Первый — восстановление энергии при торможении. Двигатель на передней оси и двигатель на задней оси переходят в режим генератора. Получается, колеса вращают двигатель, а не наоборот. Это позволяет двигателю перезаряжаться.

На задней оси болидов вообще нет стандартных фрикционных тормозов. Эти тормоза — источник загрязнения твердыми частицами. Получается, их удаление устраняет источник загрязнения воздуха, а также вырабатывает электроэнергию для питания автомобиля.

Чтобы болиды чаще тормозили, тем самым восстанавливая энергию, организаторы иногда усложняют трассы, добавляя новые повороты или извилистые участки.

Еще один прием стали использовать в последнем сезоне. Подзаряжать автомобили теперь можно прямо во время гонки. Технология Pit Boost позволяет заряжать болиды сверхбыстро. Машина въезжает на пит-лейн, как в Формуле-1, и останавливается. Ее подключают к зарядному устройству. Всего за 30 секунд она получает 3,85 киловатт-часа энергии. Мощность подачи составляет 600 киловатт — это примерно в четыре раза больше, чем выдают самые быстрые коммерческие зарядные станции.

Для спортсменов это добавляет новый уровень стратегической сложности. Теперь пилот должен решить, когда ему выгоднее заехать на подзарядку. На последних кругах трансляции показывают, сколько энергии осталось у каждого болида. Это создает интригу, хватит ли энергии, чтобы автомобиль добрался до финиша.

Многие подходы, разработанные для Формулы E, в будущем специалисты смогут перенести на обычные электромобили и гибриды. По словам Паретты, гонки — это лаборатория, и так было всегда.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl (Cmd) + Enter.
Подписывайтесь на нас в Telegram, Дзен и в последнюю очередь на VK

Комментарии

Написать комментарий
Предстоящие мероприятия
17 сентября, 10:59
НИУ ВШЭ

Экономисты НИУ ВШЭ выяснили, что российские сотрудники, которые регулярно пользуются искусственным интеллектом в работе, зарабатывают намного больше тех, кто отказывается от новых инструментов или прибегает к ним время от времени. Среди высококвалифицированных специалистов прибавка достигает 41,8%.

17 сентября, 14:57
ФизТех

В МФТИ предложили решение «трудной проблемы сознания»: как материальный носитель порождает сознание? Автор исследования Игорь Пивоваров представляет сознание живого организма как сложную иерархическую систему из различных уровней саморепрезентации, последовательно формирующихся в процессе эволюции. Предлагая ответ на один из главных философских вопросов, эта теория также может использоваться в качестве концептуальной базы для развития искусственного интеллекта.

18 сентября, 13:46
РТУ МИРЭА

Разработчики из РТУ МИРЭА создали программный модуль, который на основе параметров технологического процесса, органолептических показателей качества сырья, а также его физико-химических и реологических характеристик прогнозирует итоговую оценку вкуса кондитерских изделий. В качестве входных данных используются температура, давление, расход технологических потоков, скорость работы оборудования и перемещения продукта, влажность, кислотность, содержание сухих веществ, вязкость, консистенция и другие параметры, поступающие от производственных датчиков и средств лабораторного контроля. Сегодня оценка вкуса на производстве часто проводится субъективно, с привлечением экспертов-дегустаторов, что требует времени и не позволяет оперативно корректировать технологический процесс. Разработанная программа, использующая многослойную нейронную сеть, позволяет рассчитывать прогнозную оценку вкуса непосредственно в ходе производства и своевременно формировать рекомендации по корректировке технологических и режимных параметров.

17 сентября, 10:59
НИУ ВШЭ

Экономисты НИУ ВШЭ выяснили, что российские сотрудники, которые регулярно пользуются искусственным интеллектом в работе, зарабатывают намного больше тех, кто отказывается от новых инструментов или прибегает к ним время от времени. Среди высококвалифицированных специалистов прибавка достигает 41,8%.

16 сентября, 14:29
Татьяна Зайцева

Анализ данных о почти 300 тысячах километров римских дорог, проложенных по территории бывшей империи, показал, что они вовсе не были такими прямыми, как принято считать. Кроме того, выяснилось, что известная поговорка «Все дороги ведут в Рим» тоже не соответствует истине.

16 сентября, 12:58
Любовь С.

Необычный радиоисточник VT J1906+0849 в нашей Галактике остается активным около 20 лет. Правда, пока не удалось отнести его ни к одному известному типу галактических объектов. Судя по всему, ученые наткнулись на крайне редкий источник неизвестной природы.

9 сентября, 22:44
Александр Березин

Нейросеть OpenAI добилась серьезного прорыва в математике, решив одну из семи «задач тысячелетия». Получат ли США, чьи нейросети опираются на гораздо более мощное «железо», чем у Китая, монополию на конвейер научных открытий? Даст ли это возможности сравнимые с их атомной монополией 80 лет назад?

28 августа, 15:43
Татьяна Зайцева

Сопротивление жителей Европы самой идее употребления насекомых в пищу может иметь эволюционные корни, уходящие вглубь тысячелетий, пришли к выводу авторы нового исследования. Оказалось, предки современных европейцев ели насекомых лишь эпизодически. Кроме того, из-за генетических мутаций они плохо переваривали их экзоскелеты.

29 августа, 16:51
Александр Березин

Госдолг США достиг 40 триллионов долларов и растет все быстрее и быстрее. На Западе переполох: при таких размерах его не выплатить. Следовательно, полагают многие, надо решить проблему как древние шумеры — долг обнулить и начать занимать заново. Рецепт кажется здравым, но есть нюансы. Причем поучительнее всего они даже не для Штатов, а, как ни странно, именно для России.

[miniorange_social_login]