Какие батареи питают самые быстрые гоночные электромобили в мире

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.

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.

Закладка

Скопировать ссылку

Email

Печать

Twitter

VK

Telegram