車輛中心 國際合作發展部/產業發展課 林宜慶

2009年國際汽車聯盟Federation Internationale de 1 Automobile〈FIA〉，針對新年度的Formula One（F1）提出新的賽事規範，其中一項要求十支F1車隊，必需開發出搭載動能回收系統（KERS，Kinetic Energy Recovery Systems）的新賽車。在整個賽季期間，允許車隊自行決定是否採用KERS系統的賽車參加比賽。

（1）為何要引進KERS
      在環保意識高漲的二十一世紀，以及環保界一片撻伐聲中，賽車運動始終與節能減碳的訴求背
      道而馳，更遑論是全球汽車賽事的最高殿堂F1。跟一般日常生活相較之下，F1的賽車科技已
      經漸行漸遠。為了改善普羅大眾對於F1的高噪音、高污染等印象，新的賽季要求各廠隊開發
      KERS，主要用意就是希望響應節能環保的潮流與發展趨勢。

（2）KERS系統規範與原理
      KERS基礎原理，是通過新的技術方式將賽車的煞車能量予以儲存，而後在加速的過程中，將
      其作為除了引擎本體功率輸出之外的輔助動力，具體的使用方法較類於A1賽車的加速按鈕。
      目前已知的KERS系統分成兩種，油電混合式電能回收系統與飛輪式動能回收系統。而油電混
      合式KERS就需要搭配超級電容器以及鋰離子電池，完成電能的儲存與釋放動作。另一種飛輪
      式則是以特殊高效的方式，將動能轉換成位能，再釋放成動能作為額外的動力輸出。FIA對各
      車隊開發的KERS系?，有以下的限制：

     A.其最大輸出和輸入功率不得超過60KW（約80匹馬力），每圈的能量釋放總量不得超過
       400KJ。
     B.賽車在進站加油與換胎的過程中，不得向KERS系?增加能量。
     C.賽車引擎變速箱離合器差速器以及KERS相關系統控制機構，必需由FIA指定的ECU供應商提
       供（ECU標準化）。

（3）電能回收與飛輪動能回收系統的說明
      A.電能回收系統
        電能回收系統主要由一台超薄型無刷電動機（功率達20匹馬力），直接與驅動軸連接後搭配
        鋰離子電池、超級電容器等電能儲存設備，完成電能回收系統的配置（如圖一）。電能回收
        系統在煞車時經由電動機累積電能，待電能儲滿後經由聯軸電動機直接輸出，提供賽車超車
        或是再加速時額外的輔助動力。

     B.飛輪動能回收系統
       此系統主要由一套高速飛輪、兩套固定傳動比齒輪組、CVT變速箱以及離合器構成（如圖
       二）。其結構體積緊湊，長度大約30公分，重量亦僅有24kg，是目前最具經濟效益的動能回
       收系統。
　

      主要的運作方式是賽車在煞車時，將車身動能經由CVT變速箱傳入特殊處理的飛輪，等到需要
      輔助動能輸出時再反向釋放能量，達到動能回收的目的。

（4）電能回收與飛輪動能回收系統的優劣比較
      兩種KERS系統，代表不同車廠陣營對於賽車的設定標準。除了上述FIA大會規定的限制之外，
      還要針對賽車重量、底盤重心等競賽重點作取捨。以下簡單就兩種系統優劣做一比較。
      A.電能回收系統優勢，在於民用Hybrid油電混合車已行之多年，相關技術發展成熟；加上電動
        機強大即時的扭力輸出，使系統能量釋放可得到有效控制。其劣勢相對於飛輪式動能回收系 
        統而言，主要因素是系統體積與重量過重，除了電動機與電池之外，另外亦搭配電池與超級
        電容器模組。而電池系統的經濟效益與能量轉換比，在現行已開發的套件中性能皆不如飛輪
        系統，再加上賽車若是採用鋰離子電池，在電池本身的安全性（鋰金屬活性大，易受外部環
        境影響而發生電池短路導致意外發生）、耐高溫性能以及高電壓帶給F1賽車帶來的影響，使
        得系統需要克服的技術不易取得突破。
      B.飛輪式動能回收系統，是在既有汽車工藝技術基礎上，針對體積重量予以精進並研發出最佳
        化的配置方式。飛輪式動能回收系統主要的優勢在於製造成本低、動能轉換效率高、結構緊
        緻簡單、體積重量小、工作溫度範圍廣、安全性高且使用壽命長。較明顯的劣勢在於扭力輸
        出與能量儲存的部分受限較多，未來性能提升的空間有限。以目前2009年Formula One各
        廠隊發佈的消息整理後，分別列出各車隊預計採用的KERS系統(如表一)。

（5）技術尚未成熟，測試意外頻仍
      在2008年7月22日於赫雷?測試日時，BMW-SUBER車隊以一輛新裝備電能回收式KERS系統
      的賽車，以及2009年版低下壓力空氣動力學套件的測試車（車型編號F107C）於當地進行三
      圈系統測試。由奧地利籍車手克?恩駕駛的賽車完成測試回到維修站時，一名該車隊專屬的機
      械師一如往常般要將賽車推回車庫時，在接觸賽車的瞬間後仰倒地(圖三)，在送到醫療中心緊
      急治療後證實遭到電擊。

這起觸電意外是經官方證實的第二起KERS測試事故，此事故後往後測試賽事上工作人員便需戴上隔離手套(如圖四)以防電擊。不久之後另一支車隊Red Bull在英國車隊總部內測試KERS時發生起火意外，事後透露是由系統中的電池故障所引起；顯見F1車隊在KERS系統技術部份還有許多亟待解決的地方，未來2009年賽季，預定搭載全新動能回收系統的賽車若要如期參賽，還有許多變數存在。

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