Energiemanagement-experts proberen criticaster Verstappen het tegendeel te bewijzen

Forze Hydrogen Racing is een studententeam uit Delft dat een raceauto op basis van waterstof bouwt en ontwikkelt. Het doel is hierbij de buitenwereld bekend maken met waterstof als duurzame oplossing. Daarnaast worden de studenten opgeleid tot engineers en is het studententeam de perfecte gelegenheid om ervaring op te doen in de racerij en om zichzelf zichtbaar te maken bij Formule 1-teams. Verschillende F1-teams willen namelijk maar al te graag de jaarlijks vijftig vrijwilligers van Forze hebben.

GPblog ging langs bij het studententeam in Delft om de, voor de Formule 1 nieuwe technieken, van dichtbij te kunnen bekijken. Katie Sok, Simulation & Control Engineer bij Forze Hydrogen Racing, stond deze website te woord en deelde haar kennis en ervaring met energiemanagement.

“Forze doet al jarenlang onderzoek naar de waterstoftechniek en gebruikt haar auto’s voor meerdere jaren waardoor er veel aan doorontwikkeling en innovatie gedaan kan worden”, vertelde Sok. De Forze 9 is de nieuwste wagen van het team. Deze wagen gebruikt geen verbrandingsmotor, maar een combinatie van een brandstofcel die continue energie produceert door waterstof te laten reageren met zuurstof en een batterij waarin energie opgeslagen en gebruikt wordt. De topsnelheid van de F9 is 300 kilometer per uur en een snelheid van 100 kilometer per uur wordt binnen minder dan drie seconden behaald.

In de moderne autosport, en ook in de Formule 1, is energiemanagement een cruciaal onderdeel geworden. “Forze Hydrogen Racing gebruikt de batterij voor pure performance. Op het rechte stuk kan extra vermogen vrijgemaakt worden door een combinatie van het vermogen van de batterij en de brandstofcel”, ging Sok verder.

“Om de batterij tijdens het rijden vol te krijgen maakt Forze gebruik van regeneratief remmen. Dit houdt in dat er door de elektromotoren in de auto tijdens het remmen de bewegingsenergie omgezet wordt in elektrische energie en dit uiteindelijk weer in de batterij belandt.” In de Formule 1 gebeurt iets vergelijkbaars, maar is het systeem onderdeel van een hybride motor. Naast de verbrandingsmotor wordt via de MGU-K remenergie teruggewonnen en opgeslagen in de batterij.

Forze gebruikt energiewinning niet alleen voor pure performance, maar ook voor het duurzamer omgaan met energie. Energie die anders verloren zou gaan wordt ook omgezet in nieuwe energie, waardoor de F9 niet alleen duurzamer is, maar er ook slimmer met het totale energieverbruik wordt omgegaan en er hogere piekvermogen wordt behaald.

Sok vertelde vervolgens uitgebreid over drie nieuwe fenomenen binnen de koningsklasse: lift en coast, tactisch remmen en superclipping. “Bij lift en coast laat een coureur eerder het gaspedaal los, zodat de auto uitrolt richting de bocht en er minder agressief geremd hoeft te worden. Dat lijkt op het eerste gezicht alsof je snelheid weggeeft, maar in de praktijk verliest de auto bewegingsenergie op een gecontroleerde manier en kan de aandrijflijn alvast beginnen met het terugwinnen van energie. In de Formule 1 helpt dit daarnaast ook om brandstof, banden en remtemperaturen te managen.”

Er wordt dus in principe op één punt wat performance ingeleverd, om later op het rechte stuk juist extra vermogen beschikbaar te hebben. Hierdoor wordt het tactisch kiezen van je rempunt een belangrijk onderdeel van de sport. Eerder of juist later en harder remmen heeft namelijk niet alleen invloed op de lijn door de bocht, maar ook op de hoeveelheid elektrische energie die geoogst kan worden.

“De MGU-K is in de Formule 1 precies het systeem dat hiervoor zorgt. Tijdens zware remmomenten wordt zoveel mogelijk energie terug de batterij ingestuurd. Hoe en waar geremd wordt bepaalt dus mede hoeveel elektrische power op het volgende rechte stuk beschikbaar is”, aldus Sok.

Een andere manier om de batterij op de laden is superclipping. Bij superclipping wordt de batterij op het rechte stuk opgeladen, waar voorheen juist energie uit de batterij werd gebruikt. “Bij superclipping blijft de coureur met zijn voet volledig op het gaspedaal, maar wordt een deel van het motorvermogen gebruikt om de batterij op te laden in plaats van de auto aan te drijven. De brandstofcel produceert namelijk continu vermogen”, vertelde de Simulation & Control Engineer van Forze.

Een deel van de energie gaat hierbij dus niet naar de snelheid, maar naar de opslag van de batterij. Voor de Grand Prix van Miami is een deel van het reglement aangepast door de FIA. Deze regelaanpassing heeft ook invloed gehad op superclipping. “Het superclipvermogen dat op het rechte stuk naar de batterij gaat is verhoogd van 250kW naar 350kW, zodat de superclipfase een stuk korter duurt. Het duurt nu namelijk nog maar twee seconden in plaats van vier. Een nadeel hierbij kan zijn dat de vertraging een stuk groter is doordat er meer vermogen naar de batterij gaat dan naar de motoren.”

Uiteindelijk zijn dit verschillende nieuwe manieren waarop de Formule 1-coureurs hun batterijen kunnen opladen. Hiermee is de batterij en energiemanagement het hart van de strategie geworden. Elke ronde maken de coureurs weer verschillende keuzes; wanneer laden we de batterij op? Wanneer gebruiken we de energie? Hoe laden we de batterij op?

Een deel van deze keuzes ligt bij de coureur zelf, maar er is constante ondersteuning en data-analyse door talloze engineers. Sok benadrukte graag hoe ingewikkeld en complex energiemanagement is. “Ons Energie Management System (EMS) verwerkt voortdurend data van onder andere de brandstofcel, batterij en motoren om steeds de juiste balans hierin te bepalen.”

“Het systeem moet hierbij continu inspelen op wat er op de baan gebeurt, maar ook op de hoeveelheid energie die er nog beschikbaar is. Het energiemanagementsysteem blijft zich continu ontwikkelen. Binnen Forze werken we hier al meerdere jaren aan en bouwen we elk jaar verder op de kennis van de vorige teams”, concludeerde Sok.

Binnen zowel de Formule 1 als bij een studententeam zoals Forze gaat het dus allang niet meer alleen om snelheid, maar ook om het slim en duurzaam omgaan met energie. Hoewel de nieuwe regels in de Formule 1 tot nu toe voor vooral veel gemixte reacties hebben gezorgd, zorgt het dus ook voor een nieuwe dimensie binnen het racen en lijkt dit volgens Forze Hydrogen Racing de toekomst van de autosport te zijn.