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　　2008年7月末，我们曾在一篇名为“KERS系统深度分析 80马力的学问”的文章中，对将在本赛季引入的KERS技术做了前期报道。文章从KERS的概念出发，重点对两种技术方案的KERS的原理，以及其优缺点进行了系统的对比分析。

　　如今，随着新赛季的临近，各队的09款赛车将从本月起陆续发布，KERS变得越来越受关注。因此我们决定结合最新的动态，对该系统做进一步的跟进报道。

　　在下面的这篇文章中，我们将重点介绍威廉姆斯车队采用的第三种技术方案的KERS系统——电驱飞轮。与此同时，还将对普遍关心的、法拉利的KERS供应商——Magneti Marelli的产品做简略报道。另外有关KERS系统的几种安装方式，我们亦将在本文中提到。下面，进入第一部分：威廉姆斯的电驱KERS系统。

　　 一，威廉姆斯的方案

　　

　　A，研发背景

　　我们知道，威廉姆斯是独立车队中，唯一一支自行研发KERS系统的车队。这主要是因为他们收购了一个这方面的行家里手。

　　2008年4月份，威廉姆斯收购Automotive Hybrid Power，成立了一个专门从事KERS研发的公司——威廉姆斯混合动力有限公司。Automotive Hybrid Power的核心业务是研究用于能量恢复系统的高能量飞轮，而这正是威廉姆斯研发F1 KERS所需要重要技术。

　　Automotive Hybrid Power在被收购后，公司由原来的所在地诺维奇搬到了车队位于牛津的总部外。由伊朗-弗利(Ian Foley)出任新公司的常务董事。需要特别说明的是，威廉姆斯混合动力有限公司并不单纯从事本车队用于F1的KERS系统的研发。

　　B，方案概述

　　关于威廉姆斯的电驱飞轮KERS系统，很多人都知道他和Flybrid Systems LLP的方案不一样(注：后者的方案我们已在前一篇技术报道中做了详细的介绍，在此就不再赘述)，但是关于其技术原理却并不清楚，下文我们将对此作重点介绍。

　　威廉姆斯的电驱飞轮KERS，事实上从严格意义上讲，它依旧属于电池-电机这个范畴，只是在其系统中，电池的部分被电力驱动的飞轮所取代了。说的更明白点：就是用飞轮取代了电池作为能量的存储设备。这并非一个新生事物，它就是我们常说的“飞轮电池”。因此我们也可以将其称之为飞轮电池KERS。

　　C，工作原理

　

 

　　使用飞轮蓄能，是对当前化学电池的否定。在前一篇关于KERS的技术专稿中，我们指出人类当前在化学电池研究上遇到的技术瓶颈。知道现在即便是最先进的锂电池，其能量密度和功率密度低也是相对较低的，而且系统管理复杂，对温度敏感，自重大。正是因为电池的这些缺陷，催生了电驱飞轮蓄能技术在社会界的应用，而这也正是威廉姆斯选择电驱飞轮方案的原因。

　　威廉姆斯的飞轮蓄能并不同于Flybrid Systems LLP采用动能-势能-动能之间的转化来实现，它的转化过程是：电能-机械能-电能。

　　如图，这是威廉姆斯的电驱飞轮剖面图。蓝色部分是高强度的陶瓷轴承(注：关于轴承的材质是可选的，由系统的额定转速决定)，黄色部分是定子，红紫色部分是采用MLC技术(注：下文会讲到)制造的复合飞轮，外层的红色部分是碳纤维。

　　电驱飞轮(飞轮电池)的结构，可以简单的视作将一台普通的永磁发发电机/电动机放在一个飞轮当中。其工作原理，即蓄能和释放能量是这样来实现的：

　　当赛车在入弯制动的过程中，后轴驱动安装在尾部发电机(这是一台可在发电机和电动机之间相互切换的无刷电机)旋转，发电后将电输入飞轮内部的电机，接着电机驱动处在真空中的飞轮旋转，将电能转化为机械能(相当于化学电池的充电过程)。

　　当赛车通过弯心、全油门出弯时，飞轮内部的电机立即切换到发电机模式，飞轮带动发电机旋转，将存储的机械能通过电能的形式，把能量反向输送给尾部的电机(相当于电池的放电过程)。此时，尾部电机立即切换到电动机状态，电能驱动电动机旋转，其输出的动力与V8引擎的动力汇聚后，传递给后轴。这便是是威廉姆斯的电驱飞轮KERS的整个工作过程。

　

 

　　D，技术优势

　　采用电驱飞轮蓄能，相较于传统的机械飞轮蓄能以及化学电池蓄能，有几个非常重要的优势：

　　第一，电驱飞轮不需要使用无极变速箱来实现能量向飞轮的输入输出，对降低系统质量有重大意义；

　　第二，向飞轮的能量输入和输入是通过电流的形式来实现的，因此系统不需要面对机械传输那样的密封问题。

　　第三，电驱飞轮KERS系统，事实就是用飞轮取代电池的电池-电机KERS系统，因此他拥有和后者一样的优点——系统集成度低，飞轮电池的安装位置几乎不受限制，这对于赛车配重是非常有利的。而机械飞轮KERS由于集成度高，因此配重是个问题。当然机械飞轮KERS本身自重是相对较低的。

　　第四，由于电驱飞轮的储能飞轮在真空中旋转，并多数采用非接触式磁轴承。因此能量在输入和输出的过程中损耗非常小。目前，世界上较为先进的电驱飞轮，其净效率已高达95%，而威廉姆斯的系统效率还在这个之上，这个，我们会在下文中讲到。

　　而我们大家所熟知的化学电池，其储能方式是先将电池转化为化学能、再转化为电能输出。现在由于诸多的技术瓶颈，使得其效率依旧相对低下。

　　第五，电驱飞轮相较化学电池还有一个优势是：使用寿命长、性能稳定，当然机械飞轮也有这个优势。

　

 

　　E，核心竞争力

　　然而以上5点只是电驱飞轮的普遍特征，也就是说这是所有电驱飞轮的共同优点。真正给威廉姆斯带来优势的是：在飞轮的制造中使用了所谓的磁负载复合技术(Magnetically Loaded Composite)。磁负载复合技术是由欧洲的核动力巨头Urenco公司发明的一项革命性技术。它的特点是：通过在飞轮中掺杂磁粉，最大限度的减少了涡流损失(涡流：电学学术名词)。

　　这给威廉姆斯的电驱飞轮带来了以下优势：

　　1，使用MLC技术制造的飞轮，由于带有磁性粒子，因此发动机的转子不再需要护铁来疏导磁场。

　　2，第二，由于飞轮的磁性由微小的磁粉粒子形成，因此飞轮的结构不需要任何金素元素，这使得整个能量转化系统的涡流损失得到了大大的降低。

　　3，基于飞轮由复合材料制成，使得外围的碳纤维真空外壳，在强度上，只需要能经受崩溃的复合材料的冲击就行，外壳的质量因此大大降低。而如果飞轮由金素材料制造，对外壳的承受负荷指数的要求，会在另外一个数量级。

　　威廉姆斯车队表示，这项新技术使得他们的系统效率高达97%～99%，这几乎是一个不敢相信的数字。另外正是因为效率高，所以系统的热处理变得相对容易。因为高效率意味着能量在传输的过程中，转化为热量的能量就小。

　　威廉姆斯的这套系统，选择不同的轴承，可以实现不同的转速。最大理论转速可以达到160000转/分。

　　 二，KERS系统的安装方案

　　

　　在对三种技术方案(电池-电机、机械飞轮和电驱飞轮)的KERS系统进行的详细的分析后，我们下面来简要的讲述一下了KERS系统的几种安装方式。

　　KERS的安装方式，是直接受受技术方案约束的。像机械飞轮KERS，由于系统集成为一体，整个系统只能安装在变速箱的输出端，动力在锥形次轮上和V8引擎汇合和，输入后桥差速器的冠状齿轮。

　　在安装上真正有“选择权”的是集成度不高的电池-电机和电驱飞轮这两种方案。我们在前文中提到电驱飞轮的KERS系统实际上就是用飞轮代替了电池，因此它可以和电池-电机KERS系统一样，拥有两种安装方式。

　　

　　第一种方式是：将驱动电机像机械飞轮那样，安装在变速箱的动力输出端。电池则摆放在油箱附近，这种安装方式的特点是：兼顾了配重的要求，同时对油箱附近的空间要求较小。不足是如果赛车本身的设计需要将配重前移，此举必然需要作出妥协。

　　第二种方式是：将驱动电机安装在发动机曲轴的另一端，即靠近油箱的一端。这样做的好处是，整套系统的最大限度的安装在了车体的中心位置，有助于最大限度的优化车身配重，特别是考虑到今年进入光头胎后，由于前胎抓地力大幅增加，需要将重量分配前移更是有直接的意义。

　　但是它也自己的弊端，那就是对油箱位置的空间要求大(须知过去这个地方不需要放置任何东西)，而且如何处理电机和电池的冷却是个难题。

　　

　　 三，关于Magneti Marelli的KERS

　　文末，我们再谈一下大众关心的，法拉利电子供应商——Magneti Marelli的系统。如图，这是意大利公司在上周的伯明翰车展上展示的产品。最初业界普遍认为这套系统是跟法拉利一起合作开发的。但是考虑到法拉利曾多次在公开场合表示自己的KERS研发落后，而且不争的事实是，他们至今仍未对KERS系统进行测试，因此不得不使人怀疑，这根本就不是一个用于F1的KERS系统(Magneti Marelli在WRC以及其他赛坛都有触角)，或者至少不是最新版本的系统。

　

　　Magneti Marelli的这套系统首次与公众见面是去年年中在蒙扎，当时公司挑选了一小部分媒体观看并接受相关提问。第一次公开的展示是去年11月11日～13日在德国科隆举行的专业赛车博览会上，当时被摆着Magneti Marelli一个不显眼的展台上。官方发布则是在去年12月11日～13日的美国奥兰多举行的职业赛车国际展会上。上周的伯明翰车展，公司又将这个“老系统”摆了出来。

　　Magneti Marelli的KERS系统就是传统的电池-电机KERS系统，其具体的技术原理，我们就不再这里赘述，感兴趣的朋友，可以查看我们在上一篇KERS的技术报告中有关电池-电机原理的部分。

　　意大利公司的这套系统使用一个传统的液体冷却无刷直流电动机/发电机，系统运行温度在120度左右。内部整合了一个KERS控制单元(学术上简写为KCU)。Magneti Marelli的工作人员表示，电池组源自第三方外包，因为系统的发展牵涉到复杂的化学反应，这不属于公司的研究范畴。

　

 

　　 小结

　　在对三种方案的KERS系统进行系统的学习、以及对法拉利电子供应商——Magneti Marelli产品进行了解后，我们可以发现KERS系统最核心技术集中在一点上，那就是能量的储备方案。选择不同的储能方案，让系统拥有截然不同的技术特点。

　　至于这三种方案，到底哪种最好，并没有一个简单的评判标准，这牵涉到蓄能效率、系统质量、控制系统的先进性等诸多复杂的技术指标。现在对于很多车队来讲，还停留在到底用与不用这个初级的问题上。

　　明年到底会有多少车队使用KERS系统？该系统到底能给赛车性能带来多大的提高？以及是否真的能增加超车场面，都是我们需要观看实战后，才能找到答案的，至于哪种蓄能方案的系统更好，那都是后话了。

　　 『编者注：1；现在除了Magneti Marelli、Flybrid Systems LL和威廉姆斯的系统，其他计划或将向F1提供KERS的公司还有博世和前A1引擎供应商佐泰克。

　　博世因为技术力量雄厚，同时供应电池-电机的飞轮KERS系统，但其目光不只瞄准F1。WRC，勒芒都是他们潜在的市场。佐泰克曾在2007年8月8日发表的一份官方新闻稿中表示，他们已经同一支F1车队签约，为其提供KERS系统，但是出于商业机密，没有透露名单。

　　2；最早在F1中应用KERS技术的是迈凯轮。1999年，当时的引擎供应商伊尔莫公司的创始人之一伊里恩(Mario Illen)发明了一套通过液压系统回收动能的系统，给车带了45马力的额外动力，但一年之后便被国际汽联给禁止了。 』

　　(文/行云)