Gözlerden uzaktalar, ancak bu yılın karmaşık enerji geri dönüşüm sistemlerini kontrol etmek için elektronik sistemler gerekiyor ve yakında cezalara dönüşecek arızalar çıkaracaklar. Craig Scarborough bu sistemlerin nasıl çalıştıklarını açıklıyor.
2009’da KERS’in tanıtılmasından bu yana enerji geri dönüşüm sistemlerinin en az konuşulan parçaları bataryalar ve elektronik sistemlerdi.
2014’te ERS’nin potansiyel gücündeki devasa artışla birlikte bu sistemlerin tasarımı çok daha kritik bir hale geldi, üstelik enerji deposundan ve kontrol elektroniklerinden sürücü başına beş adede müsaade ediliyor. Bu takımların grid cezaları almamaları için dayanıklılığın da önem kazandığı anlamına geliyor.
Energy Store (ES-Enerji Depolama) en basit terimle batarya demek oluyor. Bu ünite kinetik (ERS-K) ve ısı (ERS-H) enerji geri dönüşüm sistemlerinden elde edilen enerjinin depolandığı yer.
ERS-K’nın üzerindeki depolama miktarı geçtiğimiz yılki 0.5 MJ’dan 4 MJ değerine yükseldi ve bunun üzerine ERS-H’den elde edilecek enerji miktarında ise herhangi bir sınırlama bulunmuyor.
Batarya terminallerindeki gerilim yüzlerce volt ile ifade ediliyor ve 1000 Volt ile sınırlandırılmış durumda. Elektrik akımı ise onlarca Amper değerlerinde. Bu denli yüksek güce sahip bir sistemde batarya da her iki sistemi taşıyabilecek şekilde boyutlandırılmış durumda.
Enerji deposunun kılıfı içerisinde lityum-iyon pillerden oluşan büyük bir dizi bulunuyor. Bunlar cep telefonu bataryalarına çok benziyorlar, ancak çok daha karmaşık bir yapıda kullanılıyorlar. Kutunun içine düzinelerce pili yerleştirebilmek için silindir veya kese tipindeki piller kullanılıyor.
Bataryayı yakıt deposunun altındaki yerine sığdırabilmek ve 20-25 kg asgari/azami ağırlık kuralını karşılayabilmek ve bunu yaparken de istenen güç ve enerji hedeflerine ulaşabilmek zorlu bir tasarım mücadelesi demek oluyor.
Bataryaları saklamasının yanında enerji deposu bağımsız hücrelerin durumunu yöneten elektronik sistemlere de sahiptir. Yüzlerce pilin parametreleri sıcaklık, gerilim ve akım olarak izlenir. Sorunlu piller kullanımdan çıkarılır, ancak her üreticinin sistemi bu fonksiyona sahip değil.
Enerji deposu enerjiyi DC (Doğru akım) elektrik biçiminde saklar ve MGU sistemleri üç fazlı AC (Alternatif akım) ile çalışır. Bu iki sistem arasında bir elektronik dönüşüm yapılması gerekir. Bu da kontrol elektronikleri (Control Electronics – CE) ile sağlanır.
Temelde ERS-K ve ERS-H için ortak bir kontrol ünitesi kullanılıyor. Enerji elde edilirken MGU elektriği alternatif akım olarak güçlü kablolarla kontrol ünitesine gönderir.
İçeride bir seri yüksek akım anahtarları olarak tanımlanabilecek IGBT’ler (Insulated Gate Bipolar Transistors) gücü alarak kapasitörler yardımıyla doğru akıma dönüştürür. Burada doğru akım iki kablo ile enerji deposuna aktarılır. Bataryadan MGU’ya güç aktarımı ise bu metodun tersi ile yapılır.
Bu iki kontrol ünitesinin paketlemesi motor üreticisi ve takıma göre değişiklik gösteriyor. Enerji deposunun kılıfında veya sidepod’larda olabilirler. Ayrı olmalar daha fazla tasarım özgürlüğü tanır, ancak kablolar ve soğutma boruları yüzünden daha ağır olurlar.
Alternatif akımdan doğru akıma ve tersine yapılan dönüştürme işlemi kayıplar oluşturur ve bu da ısı olarak açığa çıkar. Eşit olarak, bataryayı şarj etmek ve kullanmak ısı ortaya çıkarır. Bu yüzden her iki sistemin de soğutmaya ihtiyacı vardır.
Temel olarak bu bağımsız bir su soğutma devresi ile sağlanır ve sidepod’larda uygun ölçüde bir radyatör bulunmasını gerektirir.
Soğutma sistemleri bataryaların azami verimde çalışması için kritik önemdedir, bataryalar çok dar bir sıcaklık aralığında çalışırlar, bu ortam sıcaklığından daha sıcaktır, bu yüzden motorun çalıştırılmasından önce yapılması gerektiği gibi soğutma devrelerinin içindeki su da seanstan önce ısıtılmalıdır.
Ayrıca bataryalar belirli bir şarj seviyesinde çalışmak isterler, bu da bataryaların herhangi bir noktada tutabileceği enerji miktarını belirler.
Bu durumun çok dikkatli incelenmesi gerekmektedir. Enerji deposunu şarj ederken onu oldukça dar olan çalışma aralığında tutmak gerekir. Bu bataryanın seans öncesinde önden şarj edilebilmesine izin verir, ancak seans içinde şarj edilme kurallar tarafından yasaklanmıştır.
Enerji deposu kısa sürede yeterli seviyeye ulaşabilir, bu çıkış turu veya seansın ilk turlarında olabilir. Bu süreci bir performans avantajı olarak kullanmak FIA’nın istediği şey değil, bu yüzden takımların garajlarında özel şarj donanımları bulunmaz.
Yeni güç ünitesi kurallarının bir parçası olarak takımın sezon boyunca beş set olarak kullanabileceği beş farklı alt sistem mevcuttur. Bu alt sistemlerden ikisi Enerji deposu (ES) ve kontrol elektronikleridir (CE).
Bu ünitelerin doğasından dolayı en ufak bir sorun tüm donanımı kızartır. Renault Sport F1’den Rob White’ın özetlediği gibi: “Bir şeyler ters gittiğinde bu anında elektriksel ölümle sonuçlanır ve bundan geriye dönüş yoktur.”
Yakında bu görülmeyen donanımlar haberlere konu olmaya başlayacak, çünkü arızalar yapıp grid cezalarına dönüşecekler.
Bir yanıt yazın