Аккумуляторы Williams для гоночных электромобилей

В мире автоспорта отыщется не так много более значимых для индустрии имён, чем Williams. На счету этой команды 113 побед в Гран-при Формулы 1. За эту команду выступали легендарные гонщики Ален Прост, Нельсон Пике (старший, конечно), Найджел Мэнселл, Айртон Сенна. Лишь у Ferrari и McLaren больше побед, чем у команды сэра Фрэнка Уильямса, основанной в 1977 году.

За прошедшие 45 лет инженеры и технологи Williams создали себе репутацию опытных и знающих разработчиков. Ныне эта команда производит больше компонентов для своих болидов Ф1, чем любая другая команда. Участвуют они и в других гонках - правда, лишь как конструкторы. Их болид использовался в Формуле 2, к примеру.

Эта репутация и уровень знаний - залог успеха. Технологии Williams применяются множеством крупнейших автопроизводителей. В середине 1980 годов компания Williams Grand Prix Engineering занималась разработкой раллийного монстра Metro 6R4. В 1990 годах команда плотно работала над машинами Renault в британском туринговом чемпионате BTCC, а в Ле Мане сотрудничала с BMW.

Перемены в регламенте - постоянный фактор Формулы 1. В 2008 году стало разрешено использовать системы рекуперации энергии, которые раньше были запрещены. Приход этой технологии, известной как KERS, привело к дальнейшему развитию бизнеса компании Williams и основанию подразделения Williams Advanced Engineering.

Аккумуляторы Williams и Формула Е

Большинство наработок компании делаются под строгим секретом - это заказы крупных фирм-автопроизводителей. В то же время, некоторые проекты вполне известны широким массам: например, суперкар Jaguar C-X75, использующий всю ту же рекуперацию энергии от торможений. Многие наработки Williams Advanced Engineering воплощены в аккумуляторах, разработанных и созданных специально для электромобилей формульного класса серии FIA Formula E.

Аккумуляторная-коробка Williams, которая находится внутри болида Формулы Е

Сама серия гоночных электромобилей - уникальный и высокотехнологичный проект. Но многие эксперты убеждены, что наиболее инновационная часть этих электромобилей - аккумуляторы производства Williams. Они в точности соответствуют как требованиям автогоночного чемпионата, так и строгим правилам ФИА с точки зрения безопасности, времени заряда, количества аккумулируемой энергии. Многие поставщики и разработчики аккумуляторных батарей предлагали для Формулы Е собственные решения, но ни одно из них не могло сравниться с разработками Williams. А с момента объявления этой команды победителем тендера на поставку аккумуляторов до первых тестов прошло лишь 6 месяцев!

Даг Кэмплинг (Doug Campling), технический руководитель автоспортивных программ Williams Advanced Engineering: "В во всём мире работают лишь несколько организаций, которые смогли бы справиться с этой задачей всего за полгода. Список конкурентов на самом деле очень короток. Да и мы сами работали над аккумуляторами и днём, и поздними ночами! Сложно представить себе другую компанию, не имеющую в своём портфолио опыт выступлений в гонках, которая смогла бы справиться с этой работой".

Чтобы обеспечить комплектами аккумуляторов все 40 машин чемпионата, ещё два тест-мобиля, плюс  запасные, Williams пришлось ввести в строй отдельную производственную линию в специально построенном "аккумуляторном здании" на их базе в Грове в Великобритании.

Задняя часть болида, в которой видно как установлен аккумуляторный блок

Контракт с Формулой Е на производство стандартных компонентов для каждой команды подразумевает постоянную разработку новых аккумуляторов. На следующий год аккумуляторы должны быть ещё мощнее и надёжнее, чем в первом сезоне.

Окан Тур, главный технический специалист гибридных систем Williams: "В наших аккумуляторах сохраняется больше энергии, чем позволяет использовать ФИА. Правила ФИА гласят, что масса батарей ограничена 200 килограммами, а выходная мощность батарей не должна превышать 28 кВт в час. Но мы создали аккумуляторы с некоторым запасом. Они накапливают больше энергии, но отдают её в точном соответствии с регламентом Формулы Е".

Глядя на батареи Williams для болидов Формулы Е, становится очевидно, что они - очень близкие родственники аккумуляторам из Ф1. Тур подтверждает это наблюдение: "Что касается архитектуры электрооборудования, то они идентичны на 100%. Мы лишь проделали некоторые модификации для того, чтобы аккумуляторы отвечали регламенту Формулы Е".

Даг Кэмплинг: "Системы пожаротушения были перенесены. К нашему мнению об этих системах, к счастью, прислушались. Эта структура состоит из клетки Фарадея и защитного термального барьера, что очень важно в Формуле 1: ведь там аккумулятор расположен прямо под топливным баком.  В Формуле 1 мы смогли продемонстрировать, что батареи могут воспламеняться даже при температурах ниже 70 градусов. Поэтому специалисты фирмы Dallara соответственно изменили конструкцию ячейки безопасности аккумуляторного отсека".

Аккумуляторы Williams для электромобилей Формула Е

Габариты аккумуляторов были определены исходя из доступного внутри шасси Dallara свободного пространства. Подстройка аккумуляторов по этим габаритам стала серьёзным вызовом для специалистов Williams. Другим вызовом стала организация соответствующего охлаждения батарей.

Окан Тур: "Управление температурным режимом - одна из главных задач при создании аккумуляторов такого рода. Именно температура определяет общую производительность батарей во всех гоночных автомобилях, а тем более - в Формуле Е".

Даг Кэмплинг: "У нас была базовая архитектура. Мы знали, что можно укомплектовать аккумуляторные ячейки определённым образом, но это будет слишком сложно при их установке и демонтаже. Поэтому мы попросили инженеров Dallara на время заморозить габариты аккумуляторного отсека на их прототипе с момента его создания на чертежах и до тестов безопасности.

При создании системы управления температурным режимом у нас пару раз возникал вопрос - стоит ли усилить водяное охлаждение, или лучше воспользоваться возможностями воздушного? У каждого гонщика по две машины, но как насчёт такого сценария? Технические неполадки возникают с одной из них. Притом такие неполадки, которые поддаются быстрому ремонту. При этом гонщику потребуется пересесть за руль другой машины и использовать её дольше. Длительность зарядки аккумулятора составляет не менее 45 минут, а то и час. Одновременно нужно охладить батарею так, чтобы можно было её использовать снова. А поэтому необходимо решение, которое обеспечивало бы эффективное охлаждение даже для стоящего электромобиля, когда на него не набегает воздушный поток. Лучшее решение - система жидкостного охлаждения".

Когда  эксперты ФИА создавали технический регламент и правила Формулы Е, было решено, что ячейка безопасности аккумуляторов будет структурной частью электромобиля. Это означает, что вместо быстрой замены аккумуляторов в боксах гонщики будут менять сами автомобили - нужно это для обеспечения безопасности.

И тут впервые за всю историю автоспорта аккумулятор должен был пройти краш-тесты ФИА - такие же тесты проводятся и в Формуле 1, но аккумуляторы никогда прежде не подвергались исследованиям.

Даг Кэмплинг: "От нас потребовали, чтобы батареи приняли участие в тесте переднего удара, когда шасси вместе с батареями монтируются на салазки, и эта конструкция врезается в твёрдую стену. Также потребовалось пройти и тест заднего удара, когда сначала энергия от столкновения поражает коробку передач, а затем - аккумуляторный отсек. Мы смогли доказать, что наша конструкция аккумуляторов успешно справилась с краш-тестами. После ударов ни одна функция безопасности аккумуляторов не была потеряна, а батареи можно было использовать и дальше".

А что насчёт замены электрических батарей в Формуле Е? Существовала ли возможность их быстрой зарядки в боксах Формулы Е во время пит-стопов, если бы правила были написаны по-другому? "Эта технология стала бы очень интересным техническим вызовом. В Формуле 1 у нас есть решение, которое позволяет быстро вынимать и вновь подключать аккумулятор. Поэтому это вполне возможно, пусть и сложнее", - объясняет Даг. Есть и ещё одна альтернатива - подзарядка батарей прямо во время гонок.

Первый этап Формулы Е пройдёт в Пекине 13 сентября. А для этого необходимо перевезти все электромобили по воздуху, самолётами. Чтобы эта процедура была достаточно безопасной, аккумуляторы прошли ещё серию испытаний. Уникальная сегментальная конструкция аккумуляторов отлично справилась и с ними.

"Правило ООН 38.3 определяет условия, которым должна отвечать каждая литий-ионная батарея, чтобы её можно было безопасно перевозить самолётом", - говорит Тур. , "Это правило описывает, каким механическим, температурным и другим тестам должны удовлетворять аккумуляторы. Наши батареи получили специальные сертификаты соответствия и безопасности для допуска к авиаперевозкам".

Тур добавляет, что Формула Е даст миру в области технологий электромобилей: плотность аккумуляторов при сохранении той же массы, уменьшение времени заряда батарей, увеличение срока эксплуатации.

"Подобное мы видели в Формуле 1, когда туда пришла технология KERS. Через очень непродолжительный промежуток времени мы увидели, как увеличилась ёмкость аккумуляторов при одновременном снижении их массы. И я уверен, что в ближайшие сезоны мы увидим, как регламент Формулы Е изменяется в сторону увеличения энергоёмкости батарей. Однажды мы достигнем той точки, когда сможем подзаряжать батареи очень быстро и проезжать большую дистанцию в гонках", - продолжает свои объяснения инженер Williams

Есть у англичан старая поговорка, которая когда-то относилась к лошадиным забегам: "Скачки улучшают следующее поколение". Формула Е - те "скачки", которые помогут улучшить очередное поколение электромобилей. А это должно означать улучшение экологической обстановки на планете, особенно в плане вредных выхлопов в атмосферу.

Лучшая жизнь для каждого из нас.