BMF1 går i dybden: 10 år med hybridteknologi i F1

F1-sæsonen 2019 leverer de hurtigste og vildeste racerbiler, sporten nogensinde har set. Ikke mindst pga. de ca. 1000 hk. der driver bilerne fremad på alverdens racerbaner.

F1 er “foregangsmand” for det teknologiske udviklingskapløb mellem bilfabrikanter. Det er et sted hvor ingeniører og andre kloge hoveder har mulighed for at blomstre på en teknologisk legeplads - set af hundredvis af millioner af seere verden over.

F1 er årsagen til at mange førere af almindelige gadebiler, kan nyde godt af (efterhånden) standard udstyr i de fleste biler, så som skivebremser og traction control.

I de senere år har F1 taget en mere grøn-profil på sig, for at give sit bidrag med til at mindske krisen med klimaet.

Det kan virke skørt for udefrakommende, at støjende racerbiler med 1000 hk kan være miljøvenlige - men sådan forholder det sig faktisk.

F1 er kendt for at bygge nogle af verdens mest effektive forbrændingsmotorer, hvor den termiske effektivitet har oversteget 50 % (almindelige benzin-biler på gaden er ca. i 20’erne procentvis).

Det gælder om at have så høj termisk effektivitet som muligt, da det betyder at man får mere brugbar energi ud af selve forbrændingen af brændstoffet.

Mercedes har - mildest talt - domineret hele den turbo-, hybrid-æra som startede i F1 tilbage i 2014.

Denne dominans var svær at forudse for de andre teams, hvilket også var derfor det daværende Lotus-team (nu Renault) takkede nej inden hybrid-æraen til at få leveret meget billige Mercedes-motorer.

Lotus-teamet ville hellere betale en langt højere pris for Renault-motoren, som i de senere år havde været med til at hjælpe Red Bull øverst op på sejrsskamlen i mesterskabet.

Billeder fra præsentationen af Mercedes W06
Copyright Mercedes AMG

Men hybridteknologien i F1 blev faktisk introduceret flere år før, nemlig helt tilbage i 2009, hvor den nye hybridteknologi endda var med til at give Lewis Hamilton sejren i Ungarn selvsamme år - hvilket var første gang i sportens historie med én hybridmotor.

Det første spadestik frem mod hybridmotorer i F1, var da man introducerede 'KERS' (Kinetic Energy Recovery System) tilbage i 2009. Det var op til holdene selv, om de ville installere den nye teknologi, og derfor takkede Brawn-GP, og Red Bull nej.

Mercedes var ikke selv et etableret fabrikshold tilbage i 2009, så de leverede kun motorer - bl.a. til McLaren, som Hamilton kørte for i 2009.

'KERS' er baseret på de samme grundlæggende principper, som i nutidens MGU-K (som dog er betydeligt kraftigere, og langt mere avanceret).

Måden det virker på er, at en generator hjælper under nedbremsningen, og lader et batteri op. Den energi kan så senere hen hjælpe med at drive bilen fremad, og forsyne med ekstra performance til motoren.

Nutidens F1-motorer har også tilføjet den - ekstremt dyre og meget udskældte - MGU-H, som har voldt store problemer i årenes løb for holdene.

MGU-H virker ved, at den er koblet til mellem turboens turbine-, og kompressorhjul.

Og hvis du ikke ved hvordan én turbo fungerer, så er den i princippet to møller som er forbundet med en aksel (stang).

Turbinehjulet bliver drevet rundt af den udstødningsgas, som kommer ud af motoren. Da turbinehjulet og kompressorhjulet er forbundet af en aksel, så betyder det, at kompressorhjulet bliver drejet rundt samtidig med turbinehjulet.

Kompressorhjulet hiver så frisk luft ind, som den presser sammen (så luften kommer under tryk), og dermed bliver der presset ekstra luft (ilt) ind i motoren, som dermed har ekstra luft at kunne sammenblande med brændstoffet.

Dermed opnår man en betydelig højere effekt - simpelt og nemt.

Det MGU-H så gør, er at den er sammenkoblet på akslen imellem turbine-, og kompressorhjulet, så generatoren kan producere strøm når akslen kører rundt.

Samtidig har MGU-H en lille motor, som hjælper med at drive kompressorhjulet rundt, når køreren ikke giver gas.

Dermed undgår man turbo-tøven når motoren skal accelerere (hvor turboen ikke er så effektiv, indtil kompresserhjulet har fået opbygget tryk).

Grosjean i pitlane
Copyright Bil Magasinet BMF1

Al strømmen fra MGU-H og MGU-K bliver så lagret i 'Energy Store' (ES) - eller på godt gammel dansk, batteriet (lithium-ion).

Sidst, men ikke mindst, består den sidste af de fire hybrid-elementer af ‘Control Electronics’ (CE), som er placeret på siden af batteriet.

Med over 43 trillioner beregninger, bare under et enkelt Formel 1-løb, så er ‘CE’ én travl - men vigtig - “herre” for motoren.

Der er sket "lidt" på den teknologisk udviklingsfront, siden man startede med at teste teknologien tilbage i 2007.
Her var batteri-pakken f.eks. en ordentlig vandkølet basse på 107 kg, som kun opnåede 39 % effektivitet.

To år efter introduktionen, var den store 'test-basse', blevet til en slank, luftkølet “herre” på 25,3 kg, pakket ind i kulfiber, med en effektivitet oppe på 70 %.

Men da F1 er et udviklingskapløb, så er det ikke stoppet der. Men FIA har været inde og sætte en minimumsvægt på batteriet på 20 kg i 2019.

Samtidig er effektiviteten for batteriet steget helt op til massive 96 %, og battericellernes effekt er nu 12 gange højere.

Et andet sted hvor F1 hjælper gadebil-teknologien, er med udnyttelsen af hybrid-teknologien. Energitab resulterer i udskillelse af varme-energi, hvilket ikke er optimalt i biler.

En måde at undgå dette spild af energi, er ved at sænke mængden af strøm.

De kloge hoveder tænker så, at mindre strøm giver mindre effekt. Lige præcis.
Så for at undgå tabet af effekt, så har man hævet mængden af volt.

Normale gadebiler med hybrid-teknologi benytter sig af omkring 400 volt til ERS-batteriet, hvor Formel 1-biler er tæt på at bruge de 1000 volt.

En massiv udvikling, som også nok skal finde vej til gadebilerne en gang i fremtiden.

F1 er interessant teknologi og udvikling, og gadebilsindustrien har mange ting at takke F1 for - både nu, men også i fremtiden.