Sähköauton lataus F1 grand-prix nopeudella

Insinörtiltä kysyttiin, "mitä tarvitaan että voidaan ladata sähköauto yhtä nopeasti, kuin Formula ykkösissä tankataan autoon 120 litraa menovettä?"(*)

Otetaan taas (digitaalinen) laskutikku käteen ja katsotaan tälle kertaluokka-arvio.

Bensiinin lämpöarvo on noin 43 MJ/kg ja tiheys on noin 0.75 kg/litra.
120 litraa = 90 kiloa, eli lämpöarvoa menee tankkiin noin 3870 MJ.

Hyvä tiimi on saanut sen tankattua kuudessa sekunnissa, eli noin 650 MJ/s, tai kun huomataan että Joule = Watti*sekunti, tankkauksen intensiteetti on noin 650 MW.

Ottomoottori ei ole paras mahdollinen laite muuttamaan polttoaineen lämpöarvoa liike-energiaksi, mutta sanokaamme että se onnistuisi tasolla 25% (tavallinen arvo ottomoottorille), puhtaana sähkönä ja 100% tehokkaalla akulla riittäisi saman energian toimittamiseen ehkä neljännes - noin 160 MW.

Tätä tehoa ei pidä vähätellä.  Akuston jänniteellä 1 kV DC tarvitaan noin 160 kA latausvirta.  Joka tarvitsee järkyttävän järeät virtakiskot (I*I*R!).  Jännitteellä 10 kV riittää "vain" 16 kA latausvirta. Virtakisko jonka resistanssi liitoksineen on 1 milliohmi kehittää silloin 16V potentiaalieron, joka tarkoittaa 256 kW lämpötehoa.

Insinörtti alkaa lannistua jo näistä virtakiskojen parametreista joiden implementointi tavallisilla johteilla on ikävän massiivinen operaatio. Paljon raskaampi, kuin formula-auto.  (Eikä Insinörtti usko että tässä olisi suprajohteistakaan apua, kryolämpötiloissa olevat kaapelit eivät vaan toimi akkujen kanssa jotka toimivat parhaiten +50..+80°C lämpötilassa - tai kuumemmassa.)

Entä se akku?  10kV @ 3.6V per kenno = 2800 kpl kennoja sarjassa.
Oletetaan kenno jota voi ladata täyteen kapasiteettiinsa kuudessa sekunnissa ja jonka kapasiteetti on noin 30 Ah. (Noin 100 kA sekuntia.)  Tämähän ei kuulostaa mitenkään unobtainiumilta, ainoastaan maxi-maxi D kennolta (jossa on 16 kA virtakiskoliitännät.) Jos tuollaisen kennon saa tehtyä 1 kg massalla (todennäköisempi massa 50 kg), tämä akusto painaa hiukan vajaa 3 tonnia, joka on häiritsevän paljon Formula-ykköseen korvaamaan 90 kg bensiinitankkausannosta.

Kemialliseen muotoon tiivistetty energialataus onkin joskus tehokkain keino toimittaa energiaa nopeasti ja kompaktisti käyttökohteeseen. Miten parhaiten tehdään synteettistä kerosiinia sähköllä? (Sähköä saa halutessaan käyttää pelkästään prosessilämmön tuotantoon, ei sitä tarvitse käyttää suoraan synteesiin.)

Jos latausajan saa nostaa 100 kertaiseksi ( = 10 minuuttia ), latausvirraksi riittää 1 kV DC:llä 1.6 kA, mutta ollaan kaukana F1 nopeuksista.  Akustossakin on enää vain 280 kennoa ja 1 kg per kenno voi olla mahdollista.

Ottamalla huomioon, että 10 litraa polttoainetta riittää pikkuautolle 100 km/h vauhdilla noin tunniksi, 120 litraa riittää 12 tunniksi ajelua täydellä vauhdilla. Sitten voi olla ainakin 6h aikaa tankata lisää.

*) Formula-ykkösten säännöt on kuulemma muuttuneet ja enää ei tankata kesken kisan, mutta se ei vaikuta tähän laskelmaan.