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[F1專欄] KERS能量回收系統危險萬分 |
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| 記者/Hunter Hsu |
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隨著能量回收系統(KERS)導入F1賽事的時間越來越接近，各隊伍都緊鑼密鼓的在真實狀況下測試此系統的實用性與可靠度。然而不只一起的意外也警告各工程團隊與車隊工作人員KERS系統內重要零件的危險性。
根據FIA頒發的「凍結引擎研發10年」決議內容，FIA對F1比賽引擎的發展藍圖是2007年開始凍結引擎改良、2009年導入汽車能量回收/ Hybrid油電混合動力系統、2010年使用引擎餘熱回收技術。汽車製造商代表包括BMW、Ferrari、McLaren、Renault、Honda和Toyota也響應FIA號召環境保護和節約開支的前提之下盡量給予支持。畢竟原油價格朝200美元大關/桶的趨勢是不可擋，未來甚至上看1000美元/桶，一堆賽車在路上狂燒燃料既不環保、也會遭到媒體大加撻伐。
KERS系統主要的工作原理是存儲車輛在煞車時所產生的能量並在需要的時候釋放，一言以蔽之就是賽車版本的Hybrid混合動力系統，在民用車領域這項技術已不稀奇，但是F1賽車對它的要求存在很大的不同、因此導致實用化的過程中困難重重。。目前KERS的動能存儲方案有兩種方式：電容式和飛輪式，但是它們在現階段都存在各自的技術挑戰。很早已前F1工程師就考慮過一種密封於真空狀態的高轉速飛輪(Flywheel)做為儲能媒介，但如何將轉速超過100000 RPM的高速飛輪與多數時間轉速僅15000 RPM(雖然已經比民用車輛高出許多)以下的離合器飛輪一起整合？這個問題一直困擾著F1工程師，其他包括壓縮空氣、甚至巨型橡皮筋等構想都曾提出，卻都與實用化階段有一段不短的距離。
眼看著飛輪這條路走不下去，F1工程師開始尋找一個高速、有效率的能量儲存媒介，目前多數Hybrid系統使用的二次電池技術其實並不合適：車輛煞車所產生的能量與電流皆以短時間供應。而不論鋰離子、鎳氫、鎳鎘甚至更老舊的鉛酸續電池在設計時都以「長時間充電」為考量，在極短時間內的充電效率都不理想。回收能量效率若要再提高，超級電容(Ultracapacitor)的實用化是重要關鍵。誕生於美國洛斯亞拉莫斯國家實驗室 (Los Alamos National Laboratory) 的超級電容(Ultracapacitor)由碳與有機電解質組成，它透過感應材料之間轉移電荷的原理而不是依賴化學反應，理論上可以幾乎無限次被充電和被釋放、在極高的溫度和電壓下也能可靠工作(適合F1賽車內的工作環境)，2005年BMW工程師將超級電容在汽車的應用推向全新的里程碑：一款搭載普通4.4升V8引擎的BMW X5其輸出為286匹馬力(最大扭力為330Nm @ 5400 RPM)，但整合了140個超級電容模組後、其加速時最大扭力瞬間可暴漲至1000 Nm(時間長達5-6秒)。這樣的加速表現可與搭載V12引擎的Mercedes CL65 AMG相提並論，而油耗表現卻比普通BMW X5還要好，這款稱為「Blitzmobile X5」向我們勾勒出一個混和動力系統的美好未來藍圖，更被F1工程師視為當今最好的解決方案。
然而，若採用電容式系統就無法逃避輸送電流與減少過程中能量損耗的挑戰，一套混合動力系統包括驅動馬達、驅動馬達控制器、二次電池儲能模組、雙向高壓DC/DC轉換器，車輛控制模組等。為了減少不必要的損耗，系統內的電流都以高壓電的形式輸送，這也就是為什麼民用Hybrid車型的說明書都警告車主不要自行檢修電裝系統。在強調性能的F1賽車內的KERS系統肯定使用更大的工作電壓。
日前在Jerez賽道的試車中，BMW-Sauber車隊啟用一輛裝有KERS動力系統的F1.07C賽車進行測試，在測試車手Klien完成三圈系統測試圈結束返回維修區後，車隊技師一如往常的準備將車輛推入維修區中，這時發生了驚人的畫面：第一位接觸到賽車的機械師突然面部扭曲的後仰倒地，他立刻被送往醫療中心、事後檢查結果證實他在接觸賽車的一瞬間遭到電擊！這起觸電事故是已經官方證實的第二起KERS測試事故：一週前Red Bull車隊在英國總部內測試KERS時曾發生失火意外，事後透露是由系統中的電池故障所引起。
從目前的測試進度(BMW-Sauber車隊完成了KERS系統50圈無故障行駛)看來，這項技術可說還在「實驗室」的階段，貿然於明年推上賽道很可能成為賽車安全與車輛可靠度的一大威脅。Toyota車隊主席John Howett甚至公開質疑此技術於2009年上路的可能性？要知道Toyota絕對是Hybrid技術的領先者，F1工程師們能否在最短的速度內改良系統？讓我們拭目以待。
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