In moderne Formule 1-auto 's speelt de Energy Store (ES) een centrale rol in het hybride aandrijfsysteem. Het dient als accupack dat elektrische energie opslaat die wordt teruggewonnen uit de Energy Recovery Systems (ERS) van de auto, waaronder de MGU-K (Motor Generator Unit - Kinetisch) en MGU-H (Motor Generator Unit - Warmte). De ES is verantwoordelijk voor het opslaan van de energie die vrijkomt bij het remmen (via de MGU-K) en de turbo (via de MGU-H), en gebruikt deze opgeslagen energie om de prestaties van de auto te verbeteren door extra vermogen te leveren aan de aandrijflijn wanneer dat nodig is.
De Energy Store is in wezen een krachtig lithium-ion accupakket dat is ontworpen om elektrische energie op te slaan en weer vrij te geven met maximale efficiëntie. De ES werkt in een extreme omgeving en moet bestand zijn tegen hoge temperaturen, mechanische spanning, trillingen en blootstelling aan chemicaliën en andere zware omstandigheden. Om aan deze eisen te voldoen, worden polymeren op grote schaal gebruikt in de constructie en bescherming van de ES. Polymeren worden niet alleen gekozen vanwege hun lichtgewicht eigenschappen en thermische weerstand, maar ook vanwege hun niet-corrosieve en niet-geleidende aard, die essentieel zijn voor de veiligheid, duurzaamheid en efficiëntie van het systeem.
De rol van de energieopslag in de Formule 1
Het energieopslagsysteem staat centraal in de werking van de hybride aandrijfeenheid in F1-auto's. Het werkt door energie op te vangen en op te slaan. Hij werkt door energie uit twee belangrijke bronnen op te vangen en op te slaan:
- Remmen (MGU-K): Wanneer de auto remt, vangt de MGU-K kinetische energie op die anders verloren zou gaan als warmte. Deze energie wordt omgezet in elektrische energie en naar de Energy Store gestuurd.
- Turboladerwarmte (MGU-H): De MGU-H wint energie terug uit de uitlaatgassen die de turbocompressor aandrijven. Deze energie wordt ook omgezet in elektrische energie en opgeslagen in de ES.
Zodra de energie is opgeslagen in de ES, kan deze worden gebruikt om de auto van extra vermogen te voorzien, bijvoorbeeld tijdens het accelereren of als hulp bij het inhalen. De ES zorgt ervoor dat de auto efficiënter kan werken, waardoor het brandstofverbruik daalt en de prestaties indien nodig een boost krijgen.
Waarom polymeren op grote schaal worden gebruikt in de Energy Store
De ES werkt in een veeleisende omgeving waar hij wordt blootgesteld aan grote hitte, elektrische stromen, trillingen en corrosieve elementen zoals brandstoffen, oliën en koelvloeistoffen. Polymeren zijn ideale materialen voor verschillende onderdelen van de energieopslag omdat ze verschillende belangrijke voordelen bieden:
1. Niet-corrosieve eigenschappen
Een van de belangrijkste redenen waarom polymeren op grote schaal worden gebruikt in de energieopslag is hun inherente weerstand tegen corrosie. De ES wordt vaak blootgesteld aan chemicaliën, zoals brandstof, hydraulische vloeistoffen en koelvloeistof, waardoor metalen onderdelen na verloop van tijd kunnen corroderen. Corrosie kan de prestaties en veiligheid van het batterijsysteem aantasten en leiden tot storingen of inefficiëntie.
- Polymeren zoals PTFE (Polytetrafluoroethyleen) en PEEK (Polyether Ether Ketone) zijn van nature bestand tegen chemische corrosie, waardoor ze ideaal zijn voor gebruik in batterijomhulsels, afdichtingen en beschermende coatings. Deze materialen zorgen ervoor dat de Energy Store intact en operationeel blijft, zelfs na langdurige blootstelling aan agressieve chemicaliën en extreme omgevingen. Door corrosie te voorkomen, helpen polymeren de levensduur van de ES te verlengen en de behoefte aan frequent onderhoud of vervanging te verminderen.
2. Niet-geleidende aard
Polymeren zijn uitstekende elektrische isolatoren, wat betekent dat ze geen elektriciteit geleiden. In de Energy Store, waar elektrische stromen met een hoog voltage worden opgewekt, opgeslagen en verzonden, is het essentieel om materialen te gebruiken die kortsluiting voorkomen en ervoor zorgen dat de elektrische energie veilig opgesloten blijft.
-
Polyimide films zoals Kapton worden gebruikt voor het isoleren van batterijcellen en bedrading binnen de ES. Deze folies hebben een hoge diëlektrische sterkte en zorgen ervoor dat elektrische stromen binnen het systeem veilig worden geïsoleerd. Dit voorkomt dat energie onbedoeld ontsnapt en minimaliseert het risico op elektrische storingen of kortsluiting.
-
PTFE wordt in de ES ook veel gebruikt als isolator voor bedrading en connectoren. De niet-geleidende aard zorgt ervoor dat de elektrische componenten in de ES worden beschermd tegen de hoge spanningen die worden gegenereerd door de energieterugwinningssystemen, waardoor de integriteit van het elektrische circuit wordt gewaarborgd.
Door het gebruik van niet-geleidende polymeren kunnen Formule 1-teams ervoor zorgen dat de Energy Store veilig en efficiënt werkt en elektrische storingen voorkomen die de prestaties in gevaar kunnen brengen of de veiligheid in gevaar kunnen brengen.
3. Thermische weerstand
Tijdens het terugwinnen en inzetten van energie genereert de ES aanzienlijke hoeveelheden warmte en de batterijcellen moeten binnen een veilig bedrijfstemperatuurbereik worden gehouden om de prestaties op peil te houden en oververhitting te voorkomen. Polymeren zijn ideaal voor thermisch beheer omdat ze bestand zijn tegen hoge temperaturen zonder af te breken of hun isolerende eigenschappen te verliezen.
- PEEK en PTFE worden vaak gebruikt in isolatielagen en hitteschilden in de Energy Store. Deze materialen zijn bestand tegen hoge temperaturen en bieden tegelijkertijd effectieve isolatie tussen de batterijcellen, waardoor thermische runaway (een situatie waarbij overmatige hitte ervoor zorgt dat de batterijcellen degenereren of defect raken) wordt voorkomen.
Door de thermische stabiliteit van de ES te handhaven, helpen polymeren ervoor te zorgen dat de energieopslag en -afgifte efficiënt verlopen, zelfs bij de extreme hitte tijdens het racen.
4. Lichtgewicht constructie
Het verlagen van het totale gewicht van een Formule 1-wagen is cruciaal voor het verbeteren van de prestaties, omdat een lichtere wagen sneller kan accelereren en beter overweg kan op het circuit. Polymeren zijn aanzienlijk lichter dan metalen, waardoor ze ideaal zijn voor de constructie van de behuizing en beschermende onderdelen van de Energy Store.
- Met koolstofvezel versterkte polymeren (CFRP) worden vaak gebruikt voor de buitenbehuizing van het energiereservoir, als een sterk maar lichtgewicht beschermend omhulsel voor de accucellen. Het gebruik van CFRP vermindert het gewicht van de ES, waardoor de auto beter presteert zonder aan sterkte of duurzaamheid in te boeten.
Deze gewichtsvermindering is cruciaal in de Formule 1, waar elke bespaarde gram bijdraagt aan snellere rondetijden en een efficiënter brandstofverbruik, wat teams een voorsprong geeft op de concurrentie.
5. Trillingsdemping en duurzaamheid
De Energy Store wordt tijdens een Formule 1-race blootgesteld aan aanzienlijke trillingen en schokken, vooral wanneer de auto door hogesnelheidsbochten scheurt, hard remt of snel accelereert. Polymeren helpen de accu te beschermen tegen deze mechanische spanningen, zodat de onderdelen intact en functioneel blijven tijdens de race.
- Elastomere polymeren zoals siliconen en EPDM (Ethyleen Propyleen Diene Monomeer rubber) worden gebruikt voor trillingsdempende bevestigingen en pakkingen in de Energy Store. Deze materialen absorberen trillingen en bieden flexibiliteit, waardoor schade aan gevoelige batterijcellen en elektrische aansluitingen wordt voorkomen.
Door de impact van trillingen en schokken te verminderen, helpen elastomere polymeren de levensduur van de Energy Store te verlengen en de betrouwbaarheid tijdens races te verbeteren.
Belangrijkste voordelen van het gebruik van polymeren in de energieopslag
-
Corrosiebestendigheid: Polymeren zoals PTFE en PEEK voorkomen corrosie als gevolg van blootstelling aan chemicaliën en ruwe omgevingen en zorgen zo voor een lange levensduur en betrouwbaarheid van de ES.
-
Elektrische isolatie: De niet-geleidende eigenschappen van polymeren zoals polyimide en PTFE beschermen het batterijsysteem tegen kortsluiting en elektrische storingen, zodat energie veilig kan worden opgeslagen en gebruikt.
-
Thermisch beheer: Polymeren met een hoge thermische weerstand, zoals PEEK, helpen de warmte te beheersen die door de batterijcellen wordt gegenereerd, voorkomen oververhitting en zorgen voor een efficiënte werking.
-
Gewichtsreductie: CFRP en andere lichtgewicht polymeren verminderen het totale gewicht van de Energy Store, wat bijdraagt aan betere prestaties en rijeigenschappen van de auto.
-
Trillingsdemping: Elastomere polymeren bieden flexibiliteit en absorberen trillingen, waardoor de batterijcellen worden beschermd tegen beschadiging en de duurzaamheid van de energieopslag wordt gegarandeerd.
Conclusie
In de Energy Store van Formule 1 zijn polymeren van cruciaal belang om ervoor te zorgen dat het systeem veilig en efficiënt werkt in de veeleisende omgeving van een raceauto. Hun niet-corrosieve en niet-geleidende eigenschappen, gecombineerd met hun thermische weerstand, lichtgewicht constructie en trillingsdempende eigenschappen, maken polymeren tot het ideale materiaal voor verschillende onderdelen binnen de ES. Door het gebruik van geavanceerde polymeren kunnen F1-teams de prestaties, veiligheid en betrouwbaarheid van de Energy Store optimaliseren, zodat energie efficiënt kan worden teruggewonnen en ingezet, wat cruciaal is voor het succes van de hybride aandrijfeenheid op het circuit.