Systém rekuperace kinetické energie - Kinetic energy recovery system
Kinetická systém pro rekuperaci energie ( KERS ) je automobilový systém pro získávání pohybujícího se vozidla je to, kinetické energie při brzdění . Získaná energie je uložena v zásobníku (například setrvačník nebo vysokonapěťové baterie) pro pozdější použití při akceleraci. Jako příklady lze uvést složité špičkové systémy, jako jsou Zytek , Flybrid, Torotrak a Xtrac používané v závodech Formule 1, a jednoduché, snadno vyrobitelné a integrované systémy založené na rozdílech , jako je Cambridge Passenger / Commercial Vehicle Kinetic Energy Recovery System (CPC-KERS).
Společnosti Xtrac a Flybrid jsou držiteli licencí na technologie společnosti Torotrak, které využívají malou a propracovanou doplňkovou převodovku se spojitou převodovkou (CVT). CPC-KERS je podobný, protože je také součástí sestavy hnacího ústrojí. Celý mechanismus včetně setrvačníku však zcela sedí v náboji vozidla (vypadá jako bubnová brzda ). U modelu CPC-KERS nahrazuje diferenciál převodovku CVT a přenáší točivý moment mezi setrvačník, hnací kolo a silniční kolo.
Použití v motoristickém sportu
Dějiny
První z těchto systémů, který byl odhalen, byl Flybrid. Tento systém váží 24 kg (53 liber) a po zohlednění vnitřních ztrát má energetickou kapacitu 400 kJ. K dispozici je maximální zvýšení výkonu o 60 kW (81,6 k , 80,4 k) po dobu 6,67 s. Setrvačník o průměru 240 mm (9,4 palce) váží 5,0 kg (11 lb) a otáčí se rychlostí až 64 500 ot./min. Maximální točivý moment na setrvačníku je 18 Nm (13,3 ft · lb) a točivý moment na připojení převodovky je odpovídajícím způsobem vyšší pro změnu rychlosti. Systém zabírá objem 13 litrů.
Již v roce 2006 byl na EPFL (Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne) v rámci vývoje modelu „Formula S2000“ studován první systém KERS založený na superkondenzátorech. Systém 180 kJ byl vyvinut ve spolupráci s dalšími ústavy (Multiphysic Modeling of a Hybrid Propulsion System for a Racecar Application, A. Rufer, P. Barrade, M. Correvon and J.-F. Weber, iamf EET-2008: European Ele -Drive Conference, International Advanced Mobility Forum, Ženeva, Švýcarsko, 11. – 13. Března 2008).
V průběhu roku 2008 byly během testování různých systémů KERS hlášeny dva menší incidenty . K prvnímu došlo, když tým Red Bull Racing poprvé v červenci otestoval svoji baterii KERS: nefungovala správně a způsobila požár, který vedl k evakuaci továrny týmu. Druhý byl o necelý týden později, když mechanik BMW Sauber dostal elektrický šok, když se během zkoušky na okruhu v Jerezu dotknul vozu KERS vybaveného Christianem Klienem .
Formule jedna
Formula One uvedla, že podporuje odpovědné řešení světových environmentálních výzev, a FIA povolila použití 60 kW (82 k; 80 k) KERS v předpisech pro sezónu 2009 Formule 1 . Týmy začaly testovat systémy v roce 2008: energii lze skladovat buď jako mechanickou energii (jako na setrvačníku) nebo jako elektrickou energii (jako v baterii nebo superkondenzátoru ).
Se zavedením KERS v sezóně 2009 jej v určitém okamžiku sezóny využily pouze čtyři týmy: Ferrari , Renault , BMW a McLaren . V průběhu sezóny Renault a BMW přestali systém používat. Nick Heidfeld byl prvním jezdcem, který na Velké ceně Malajsie obsadil pódiové umístění s vozem vybaveným KERS. McLaren Mercedes se stal prvním týmem, který vyhrál GP F1 s vozem vybaveným KERS, když Lewis Hamilton zvítězil na Velké ceně Maďarska 26. července 2009. Jejich druhý vůz s vybavením KERS skončil pátý. V následujícím závodě se Lewis Hamilton stal prvním jezdcem, který získal pole position s vozem KERS, jeho týmový kolega Heikki Kovalainen se kvalifikoval na druhém místě. To byla také první instance přední řady všech KERS. 30. srpna 2009 vyhrál Kimi Räikkönen Grand Prix Belgie se svým Ferrari vybaveným KERS. Bylo to poprvé, co KERS přímo přispěl k vítězství závodu, druhý Giancarlo Fisichella prohlásil: „Vlastně jsem byl rychlejší než Kimi. Vzal mě jen kvůli KERS na začátku“.
Ačkoli KERS byl v sezóně 2010 v F1 stále legální, všechny týmy se dohodly, že ho nebudou používat. Nová pravidla pro sezonu F1 2011, která zvýšila minimální hmotnostní limit automobilu a řidiče o 20 kg na 640 kg, spolu s týmy FOTA, které opět souhlasily s používáním zařízení KERS, znamenaly, že se KERS vrátil pro sezónu 2011. Používání KERS bylo stále volitelné jako v sezóně 2009; a na začátku sezóny 2011 se tři týmy rozhodly ji nepoužívat.
Společnost WilliamsF1 vyvinula vlastní systém KERS na bázi setrvačníku, ale kvůli problémům s balením se jej ve svých vozech F1 rozhodla nepoužívat a místo toho vyvinula vlastní elektrický systém KERS. Za účelem prodeje svého vývoje však založili společnost Williams Hybrid Power. V roce 2012 bylo oznámeno, že vozy Audi Le Mans R18 hybridní budou používat Williams Hybrid Power.
Od roku 2014 byla výkonová kapacita jednotek KERS zvýšena ze 60 kilowattů (80 k) na 120 kilowattů (160 k). To bylo představeno za účelem vyvážení přechodu sportu z 2,4litrových motorů V8 na 1,6litrové turbo motory V6.
Pracovní diagram pro KERS
Tvůrci autopartů
Bosch Motorsport Service vyvíjí KERS pro použití v motoristických závodech. Tyto systémy pro skladování elektřiny pro hybridní a motorové funkce zahrnují lithium-iontovou baterii se škálovatelnou kapacitou nebo setrvačník, čtyř až osmikilogramový elektromotor (s maximální úrovní výkonu 60 kW (81 k)) a ovladač KERS pro správu napájení a baterie. Bosch také nabízí řadu elektrických hybridních systémů pro komerční a lehké aplikace.
Automobilky
Několik výrobců automobilů testovalo systémy KERS. Na 1 000 km Silverstone v roce 2008 představil Peugeot Sport Peugeot 908 HY , hybridní elektrickou variantu vznětového motoru 908, s modelem KERS. Peugeot plánoval kampaň s vozem v sezóně 2009 Le Mans Series , i když nesměl získávat body za mistrovství.
Vodafone McLaren Mercedes zahájil testování svého KERS v září 2008 na testovací trati v Jerezu v rámci přípravy na sezónu F1 2009, ačkoli v té době ještě nebylo známo, zda budou provozovat elektrický nebo mechanický systém. V listopadu 2008 bylo oznámeno, že Freescale Semiconductor bude spolupracovat s McLaren Electronic Systems na dalším vývoji svého KERS pro vůz Formule McLaren od roku 2010. Obě strany věřily, že tato spolupráce zlepší systém KERS společnosti McLaren a pomůže systému převést jeho technologii na silniční vozy.
Toyota použila pro regeneraci superkondenzátor na hybridním závodním voze Supra HV-R, který v červenci 2007 vyhrál 24hodinový vytrvalostní závod Tokachi. Tato Supra se stala prvním hybridním vozem v historii motoristického sportu, který takový závod vyhrál.
Na Naias 2011 , Porsche představila variantu RSR svého Porsche 918 koncepčního vozu, který používá KERS setrvačníku bázi, která je umístěna vedle řidiče v prostoru pro cestující a zvyšuje duální elektrické motory pohánějící přední kola a hnacího benzinového motoru 565 BHP V8 vzadu na kombinovaný výkon 767 BHP. Tento systém má mnoho problémů, včetně nerovnováhy způsobené vozidlu v důsledku setrvačníku. Porsche v současné době vyvíjí elektrický skladovací systém.
V roce 2011 společnost Mazda ohlásila systém i-ELOOP, který využívá alternátor s proměnným napětím k přeměně kinetické energie na elektrickou během zpomalení. Energie uložená ve dvouvrstvém kondenzátoru se používá k napájení potřebné pro elektrické systémy vozidla. Při použití ve spojení se systémem start-stop Mazda , i-Stop, společnost tvrdí úsporu paliva až 10%.
Společnosti Bosch a PSA Peugeot Citroën vyvinuly hybridní systém, který využívá hydrauliku jako způsob přenosu energie do az tlakové nádrže na dusík . Uvádí se snížení spotřeby paliva až o 45%, což odpovídá 2,9 l / 100 km (81 mpg, 69 g CO 2 / km) v cyklu NEDC pro kompaktní rám, jako je Peugeot 208 . Tento systém se prohlašuje za mnohem dostupnější než konkurenční elektrické a setrvačníkové systémy a na silničních automobilech se očekával do roku 2016, ale v roce 2015 byl opuštěn.
Motocykly
Šéf závodu KTM Harald Bartol odhalil, že továrna závodila s tajným systémem rekuperace kinetické energie namontovaným na motocyklu Tommyho Koyamy během Grand Prix Valencie 125 cm3 v sezóně 2008 . Systém byl později vyloučen z nezákonnosti, a proto byl zakázán. Elektrický motocykl Lit C-1 také použije KERS jako regenerativní brzdný systém.
Jízdní kola
KERS je možný i na kole. Organizace EPA ve spolupráci se studenty z University of Michigan vyvinula hydraulický regenerační brzdový asistent (RBLA).
To se také prokázalo namontováním setrvačníku na rám kola a jeho připojením pomocí CVT k zadnímu kolu. Přeřazením lze uložit 20% kinetické energie do setrvačníku, který je připraven poskytnout akceleraci přeřazením rychlostního stupně.
Experimentální Strojník Douglas Göncz spojeny tři ultrakondenzátor balíčky na elektrické náboje opatřené lehociped sériově / paralelní s 4PDT pákový spínač v roce 2007 a je popsáno výsledná mobilních Experimentální fyzika vzdělávací demonstrátorem (MOEPED) a jeho 19 kJ „elektrický setrvačník“ v diskusní skupiny vyslání do moderované diskusní skupiny sci.physics.research ze dne 11. září téhož roku s názvem „MOEPED Update“ a v dalších vláknech diskusních skupin pod klíčovým slovem „MOEPED“. Souběžně s tím byly rekuperační brzdy; v sérii byly zdrojem podpory. Vozidlo zůstalo v provozu takto vybavené až do roku 2010. V roce 2013 bylo zlikvidováno přebytek.
Závody
Automobile Club de l'Ouest , organizátor každoroční akce 24 hodin Le Mans a série Le Mans , prosazuje používání systémů rekuperace kinetické energie ve třídě LMP1 od konce 2000. Peugeot byl prvním výrobcem, který představil plně funkční vůz LMP1 v podobě modelu 908 HY v závodě Autosport na 1000 km v Silverstone v roce 2008.
Na 24 hodin Le Mans v roce 2011 se Hope Racing přihlásil s mechanickým KERS Flybrid Systems, který byl vůbec prvním vozem, který na akci závodil s hybridem. Systém sestával z vysokorychlostních prokluzových spojek, které přenášejí točivý moment na vozidlo a z vozidla, spojený se setrvačníkem 60 000 ot./min.
Společnosti Audi a Toyota vyvinuly pro 24 hodin Le Mans v letech 2012 a 2013 vozy LMP1 se systémy rekuperace kinetické energie. Audi R18 e-tron quattro používá setrvačník na bázi systému, zatímco Toyota TS030 Hybrid využívá Supercapacitor bázi systému. Když společnost Porsche v roce 2014 oznámila návrat do Le Mans, představila také vůz LMP1 se systémem rekuperace kinetické energie. Porsche 919 Hybrid , který byl zaveden v roce 2014, používá systém baterie, na rozdíl od předchozího Porsche 911 GT3 R Hybrid, který používal setrvačník systém.
Použití ve veřejné dopravě
Londýnské autobusy
KERS využívající setrvačník z uhlíkových vláken, původně vyvinutý pro závodní tým Williams Formula One , byl upraven pro dovybavení stávajícím dvoupatrovým autobusům v Londýně . Touto technologií bude od roku 2014 do roku 2016 vybaveno 500 autobusů ze skupiny Go-Ahead Group , u nichž se očekává zlepšení palivové účinnosti přibližně o 20%. Tým, který vyvinul technologii získali Dewar Trophy z královského automobilového klubu v roce 2015.