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[F1专栏] KERS能量回收系统危险万分

栏目:C生活家 | 来源:http://www.337tyc.com | 时间:2020-06-09
随着能量回收系统(KERS)导入F1赛事的时间越来越接近,各队伍都紧锣密鼓的在真实状况下测试此系统的实用性与可靠度。然而不只一起的意外也警告各工程团队与车队工作人员KERS系统内重要零件的危险性。

根据FIA颁发的「冻结引擎研发10年」决议内容,FIA对F1比赛引擎的发展蓝图是2007年开始冻结引擎改良、2009年导入汽车能量回收/ Hybrid油电混合动力系统、2010年使用引擎余热回收技术。汽车製造商代表包括BMW、Ferrari、McLaren、Renault、Honda和Toyota也响应FIA号召环境保护和节约开支的前提之下尽量给予支持。毕竟原油价格朝200美元大关/桶的趋势是不可挡,未来甚至上看1000美元/桶,一堆赛车在路上狂烧燃料既不环保、也会遭到媒体大加挞伐。

[F1专栏] KERS能量回收系统危险万分混合动力技术进入赛车运动的那一天指日可待。
KERS系统主要的工作原理是存储车辆在煞车时所产生的能量并在需要的时候释放,一言以蔽之就是赛车版本的Hybrid混合动力系统,在民用车领域这项技术已不稀奇,但是F1赛车对它的要求存在很大的不同、因此导致实用化的过程中困难重重。。目前KERS的动能存储方案有两种方式:电容式和飞轮式,但是它们在现阶段都存在各自的技术挑战。很早已前F1工程师就考虑过一种密封于真空状态的高转速飞轮(Flywheel)做为储能媒介,但如何将转速超过100000 RPM的高速飞轮与多数时间转速仅15000 RPM(虽然已经比民用车辆高出许多)以下的离合器飞轮一起整合?这个问题一直困扰着F1工程师,其他包括压缩空气、甚至巨型橡皮筋等构想都曾提出,却都与实用化阶段有一段不短的距离。

眼看着飞轮这条路走不下去,F1工程师开始寻找一个高速、有效率的能量储存媒介,目前多数Hybrid系统使用的二次电池技术其实并不合适:车辆煞车所产生的能量与电流皆以短时间供应。而不论锂离子、镍氢、镍镉甚至更老旧的铅酸续电池在设计时都以「长时间充电」为考量,在极短时间内的充电效率都不理想。回收能量效率若要再提高,超级电容(Ultracapacitor)的实用化是重要关键。诞生于美国洛斯亚拉莫斯国家实验室 (Los Alamos National Laboratory) 的超级电容(Ultracapacitor)由碳与有机电解质组成,它透过感应材料之间转移电荷的原理而不是依赖化学反应,理论上可以几乎无限次被充电和被释放、在极高的温度和电压下也能可靠工作(适合F1赛车内的工作环境),2005年BMW工程师将超级电容在汽车的应用推向全新的里程碑:一款搭载普通4.4升V8引擎的BMW X5其输出为286匹马力(最大扭力为330Nm @ 5400 RPM),但整合了140个超级电容模组后、其加速时最大扭力瞬间可暴涨至1000 Nm(时间长达5-6秒)。这样的加速表现可与搭载V12引擎的Mercedes CL65 AMG相提并论,而油耗表现却比普通BMW X5还要好,这款称为「Blitzmobile X5」向我们勾勒出一个混和动力系统的美好未来蓝图,更被F1工程师视为当今最好的解决方案。

[F1专栏] KERS能量回收系统危险万分目前「电容式」仍是F1工程师们偏好的发展方向。
然而,若採用电容式系统就无法逃避输送电流与减少过程中能量损耗的挑战,一套混合动力系统包括驱动马达、驱动马达控制器、二次电池储能模组、双向高压DC/DC转换器,车辆控制模组等。为了减少不必要的损耗,系统内的电流都以高压电的形式输送,这也就是为什幺民用Hybrid车型的说明书都警告车主不要自行检修电装系统。在强调性能的F1赛车内的KERS系统肯定使用更大的工作电压。

日前在Jerez赛道的试车中,BMW-Sauber车队启用一辆装有KERS动力系统的F1.07C赛车进行测试,在测试车手Klien完成三圈系统测试圈结束返回维修区后,车队技师一如往常的準备将车辆推入维修区中,这时发生了惊人的画面:第一位接触到赛车的机械师突然面部扭曲的后仰倒地,他立刻被送往医疗中心、事后检查结果证实他在接触赛车的一瞬间遭到电击!这起触电事故是已经官方证实的第二起KERS测试事故:一週前Red Bull车队在英国总部内测试KERS时曾发生失火意外,事后透露是由系统中的电池故障所引起。

从目前的测试进度(BMW-Sauber车队完成了KERS系统50圈无故障行驶)看来,这项技术可说还在「实验室」的阶段,贸然于明年推上赛道很可能成为赛车安全与车辆可靠度的一大威胁。Toyota车队主席John Howett甚至公开质疑此技术于2009年上路的可能性?要知道Toyota绝对是Hybrid技术的领先者,F1工程师们能否在最短的速度内改良系统?让我们拭目以待。

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