خودروهای فرمول یک با طراحی آیرودینامیک، لاستیکهای دودزا و موتورهای پرصدا، طی پنج دههی گذشته سریعترین وسایل نقلیهی جادهای بودهاند. اما حالا خودروهای برقی ممکن است بهزودی عنوان سریعترین وسیلهی نقلیهی زمینی را از آن خود کنند؛ چرا که خودروهای مسابقهای مجهز به باتری در رقابتهای نوظهور Formula E پیشرفتهای فناورانهی چشمگیری را تجربه کردهاند.
نسل چهارم خودروهای فرمول E
فرمول E بهتازگی از خودروی نسل چهارم خود رونمایی کرده که قادر است تا ۶۰۰ کیلووات توان تولید کند (معادل ۸۱۵ اسب بخار). این قدرت میتواند خودرو را به سرعتی فراتر از ۳۵۰ کیلومتر بر ساعت برساند، در حالیکه پیشتر این رقم ۳۲۰ کیلومتر بر ساعت بود. اگرچه خودروهای فرمول یک همچنان با سرعتهای بیش از ۳۷۰ کیلومتر بر ساعت اندکی برتری دارند، اما با این حال، خودروهای فرمول E در حال حاضر ۳۰ درصد سریعتر از فرمول یک شتاب میگیرند؛ بهطوریکه نسل سوم فعلی در مدت ۱.۸۲ ثانیه از حالت سکون به سرعت ۶۰ مایل بر ساعت میرسد. بهگفتهی جف دادز (Jeff Dodds)، مدیرعامل رقابتهای فرمول E، با ادامهی پیشرفت در توان و ذخیرهسازی انرژی، بهزودی شاهد این خواهیم بود که خودروهای فرمول E بتواند در پیستهایی مانند سیلورستون یا مونتکارلو از خودروهای فرمول یک پیشی بگیرد.
دادز میگوید: «در سالهای پیشرو، این خودروها پتانسیل آن را خواهند داشت که با سرعتی معادل یا حتی بیشتر از خودروهای فرمول یک دور بزنند که البته این موضوع بیشتر تابع قوانین فیزیک است تا تخصص ما.»
برتری موتورهای برقی در بهرهوری انرژی
یکی از مزایای مهم موتورهای برقی، بهرهوری بالای آنهاست. حتی در خودروهای مصرفی مانند تسلا، کونا یا لونیک ، تا ۹۰ درصد انرژی مصرفشده توسط موتور صرف حرکت خودرو میشود و در مقابل، موتورهای احتراقی تنها حدود ۲۵ درصد از انرژی را به حرکت تبدیل میکنند و باقی آن بهصورت گرما تلف میشود. خودروهای فرمول یک با استفاده از موتور هیبریدی که از بنزین و باتری شارژشده هنگام ترمز بهره میبرند، این رقم را به حدود ۵۰ درصد رساندهاند. در سوی دیگر اما خودروهای فرمول E دارای بهرهوری انرژی ۹۶ درصدی هستند و تقریباً نیمی از انرژی مصرفی آنها از طریق شارژ هنگام ترمز تأمین میشود.
موتورهای برقی میتوانند از همان لحظهی شروع، حداکثر گشتاور را تولید کنند و نیازی به تعویض دنده برای شتابگیری ندارند. خودروی نسل چهارم دارای سیستم دائمی چهارچرخ محرک است و هر محور توسط موتور جداگانهای تغذیه میشود. این ویژگی میتواند شتابگیری را بهبود بخشد، هرچند عملکرد آن به میزان چسبندگی لاستیکهای نسل چهارم که هنوز در حال توسعه هستند نیز وابسته است.
باتری، چالش اصلی خودروهای فرمول E
نقطهضعف فرمول E همچنان باتری است، به طوری که در سال ۲۰۱۴، رانندگان مجبور بودند برای تکمیل مسابقه، خودروی خود را در میانهی مسیر تعویض کنند. سیلون فیلیپی (Sylvain Filippi)، مدیر تیم Envision Racing، میگوید فرمول E میتواند همین حالا خودرویی با توان ۱۰۰۰ اسب بخار بسازد که در یک دور از خودروهای فرمول یک سریعتر باشد، اما باتری آن در طول چندین دور دوام نخواهد آورد.
فیلیپی توضیح میدهد: «ما هنوز موفق نشدهایم باتریای تولید کنیم که بتواند بهاندازهی ۸۰ لیتر سوخت انرژی ذخیره کند، زیرا چنین فناوریای در حال حاضر وجود ندارد. آنچه سوختهای فسیلی را متمایز میسازد، چگالی بالای انرژی آنهاست که مزیتی قابلتوجه محسوب میشود.»
فرمول E برنامه دارد در نسل پنجم خودروهای خود، باتریهای لیتیوم-یون مایع را با باتریهای حالتجامد جایگزین کند؛ اقدامی که با هدف افزایش ظرفیت ذخیرهسازی انرژی و کاهش وزن خودرو انجام میشود. بهگفتهی دادز، در صورت تحقق این تغییر، خودروهای فرمول E قادر خواهند بود در رقابت مستقیم با فرمول یک، از آن پیشی بگیرند.
با اینحال، حتی باتریهای حالتجامد نیز از نظر چگالی انرژی به سطح سوختهای مایع نمیرسند. از اینرو، انتظار میرود که خودروهای فرمول یک در مسابقاتی با تعداد دورهای بیشتر همچنان برتری خود را حفظ کنند. دنیل آوگر (Daniel Auger) از دانشگاه کرنفیلد بریتانیا در اینباره میگوید: «تردیدی نیست که چنین رقابتی بسیار تماشایی خواهد بود، اما بهنظر من باتریها همچنان بهعنوان عامل محدودکننده باقی خواهند ماند.»
تفاوتهای ساختاری دو رقابت فرمول E و فرمول یک
احتمالاً این رقابت هرگز بهصورت رسمی برگزار نخواهد شد، زیرا دو سری مسابقه تحت قوانین متفاوتی برگزار میشوند. برای مثال، در فرمول E تعویض لاستیک در توقفها انجام نمیشود و حالت Attack Mode دارد که از افزایش سرعت در بازی ویدیویی Mario Kart الهام گرفته شده است. شرکتهایی مانند پورشه، جگوار و نیسان اکنون فرآیند بهینهسازی سیستم انتقال قدرت و مدیریت انرژی در خودروهای نسل چهارم تیمهای خود را آغاز کردهاند تا پیش از آغاز مسابقات در دسامبر ۲۰۲۶ (آذر ۱۴۰۵)، آنها را به حداکثر سرعت ممکن برسانند.
برخی از این نوآوریها ممکن است به خودروهای برقی مصرفی نیز منتقل شوند. برای نمونه، پورشه اکنون سیستم خنکسازی مستقیم روغن را که برای فرمول E توسعه داده، در مدل Cayenne Electric خود بهکار گرفته است. گراهام ایوانز (Graham Evans) از شرکت اطلاعات تجاری S&P Global میگوید: «سرعت و عملکرد فرمول E ثابت میکند که خودروهای برقی میتوانند همان کارهایی را انجام دهند که خودروهای احتراقی قادر به انجام آن هستند و در عین حال، این کار را بهشیوهای بسیار پایدارتر از نظر زیستمحیطی انجام میدهند.»