KERS动能回收系统,燕山大学kangxiuruiS11080204021,,,,,KERS动能回收系统,动能回收系统KERS(Kinetic Energy Recovery Systems) ，是FIA在F1赛车上使用的一项新技术基础原理：通过技术手段将车身制动能量存储起来，并在赛车加速过程中将其作为辅助动力释放用 三种基本类型的KERS系统： 1.电池-电机动能回收(或油电混合动力)系统 2.机械飞轮动能回收系统 3.电驱飞轮动能回收系统,一.电池-电机动能系统,电池-电机动能回收系统的应用： 丰田的普锐斯，本田的INSIGHT、雷克萨斯、大众、福特等厂家的混合动力车型上都装有能量回收系统奔驰S400混合动力车配备的电池-电机能量系统中，以锂电池作为存储介质电池-电机动能回收系统的优缺点 1. 优点：扭矩输出大、能量释放便于控制、技术成熟(不包含新电池技术) 2. 弱点：即便是最先进的锂电池，其能量密度和功率密度也是相对较低的，而且系统管理复杂，对温度敏感，自重大，系统效率：35-45%二机械飞轮KERS系统,基本原理及工作过程主要部件：飞轮系统 离合器控制系统 无极变速器IVT安装位置优缺点应用实例,二机械飞轮KERS系统,基础原理：动能－>飞轮动能—>动能工作过程： 当赛车在制动的过程中，车身动能会通过无级变速箱传入飞轮，此时处于真空盒中的飞轮被驱动、高速旋转积蓄能量。
而当赛车在出弯时，飞轮积蓄的能量则通过无级变速箱释放，并在主变速箱的输出端在锥形齿轮上和引擎动力汇合后，输入后桥差速器的冠状齿轮，作为推动力传递给后轴由写入SECU(标准ECU)的配套程序进行控制二机械飞轮KERS系统,实体构造,核心系统：飞轮组件1.飞轮：飞轮是由碳纤维缠绕的钢圈制成的，大约重5KG飞轮转速达到了64500rmp，可以存储60KW的能量高转速飞轮储存的能量如果集中释放，大概能够为动力系统提供额外的80马力瞬时功率 组件2.包容结构：为了防止飞轮出现碎裂的情况，需要一个非常坚固的结构来包容飞轮组件3.气密结构：该装置可以保持容器内 1×10-7bar的真空度 组件4.轴承：轴承是飞轮系统的最大挑战，困难在于润滑，因为在真空中是不能使用润滑油润滑的二机械飞轮KERS系统,二机械飞轮KERS系统,控制系统： 一套启动离合器与齿轮组负责动能回收过程与释放过程的适时切换飞轮动能回收系统也称离合器飞轮传动装置CFT KERS （ Clutched Flywheel Transmission）工作过程： CFT KERS中的三个不同齿数的齿轮之一会被主齿轮箱中的一组齿轮驱动，在车轮与飞轮之间提供一系列不同的总传动比。
电脑通过一套液压装置操控离合器的开闭，可以无缝的实现从一个齿比转到另一个齿比二机械飞轮KERS系统,传动装置IVT ＩＶＴ（infinitely variable transmission） 无限变速式无极变速器，ＩＶＴ不同于一般的皮带轮变速器，而是圆环曲面变速器是一种高效、紧凑、速比连续可变的传动装置二机械飞轮KERS系统,CFT KERS系统与主动力链有多个备选接口相连，正如图中1~7所示使用连接3~4的优点是可以将CFT中的齿轮与主齿轮箱的齿轮的传动系数相乘，但使用5~7接口也有其合理之处，那就是由于比较靠近赛车的驱动轮，可以有效的减少回收的刹车动能往返与车轮与飞轮之间的能量损失安装位置,二机械飞轮KERS系统,FB公司飞轮动能回收系统技术参数预览 技术方案：飞轮动能回收系统 技术原理：通过飞轮存储并释放能量 飞轮材质：钢/碳纤维 飞轮质量：5KG 飞轮转速：64500转/分 最大功率：60KW(FIA规定上限) 最大扭矩：130牛.米(理论) 最大能储：400千焦 系统总重：24KG 系统体积：13升 系统效率：65～70%,二机械飞轮KERS系统,机械飞轮KERS系统的优缺点：优点：制造成本低、效率高、结构简单、体积紧凑、重量轻、工作温度区间广、安全稳定、寿命长、可重复使用和环保。
与前面讲的电池-电动动能回收系统相比，如下： 1)功率相同，飞轮动能回收系统的尺寸和重量只有电池-电机动能回收系 统的一半 2)功率相同，造价只有电池-电动回收系统系统的1/4 3)制造材料容易，易回收弱点：扭矩输出小和能量存储有限另外技术欠成熟也是其弱点所在二机械飞轮KERS系统,应用实例：沃尔沃的Flywheel KERS沃尔沃成功的将F1上的KERS技术应用在了量产车型上沃尔沃声称，已经能利用此技术，实现油耗降低20%，还可提供车辆80匹马力，普通4缸发动机更能获得媲美6缸发动机的加速感制动过程一开始，驱动前轮的发动机立刻就停止工作当汽车再次起步时，飞轮积蓄的能量可用来给汽车加速，或者在汽车达到巡航速度后给汽车提供动力飞轮储存的能量足够为汽车提供短时间的动力，这样就对降低燃油消耗起到很大的作用计算表明，在新欧洲行驶循环测试条件下，发动机能够在一半的行驶时间内处于关机状态二机械飞轮KERS系统,沃尔沃的Flywheel KERS一套几乎完全由传统机械结构组成的飞轮KERS动能回收系统，仅用齿轮组、碳纤维飞轮、少量电控设备就实现了原本油电混合动力系统中所需的电池组、电动机、齿轮组、复杂电控设备这样庞杂机构的相同功能，并且可靠性、耐久性以及易维护性都更上一层楼。
三电驱飞轮KERS系统,储能原理核心部件：飞轮系统工作过程安装位置系统的优缺点应用实例,三电驱飞轮KERS系统,储能原理：电能—机械能—电能电驱飞轮KERS系统实际上就是用飞轮代替了电池三电驱飞轮KERS系统,工作过程 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的整个工作过程三电驱飞轮KERS系统,磁悬浮轴承代替一般轴承，用真空容器来承载飞轮电池，保持其工作环境的真空度等方法来减小轴承处的摩擦及空气的阻力，以降低系统的能量损失选择不同的轴承，可以实现不同的转速威廉姆斯的系统最大理论转速可以达到160000转/分。
核心部件：飞轮电池,三电驱飞轮KERS系统,安装位置：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在F1赛车上有两种安装方式： 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 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， 弊端是对油箱位置的空间要求大，而且如何处理电机和电池的冷却是个难题三电驱飞轮KERS系统,优缺点：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，系统集成度低，飞轮电池的安装位置几乎不受限制 第四，目前，世界上较为先进的电驱飞轮，其净效率已高达95%第五，使用寿命长、性能稳定，当然机械飞轮也有这个优势三电驱飞轮KERS系统,应用实例保时捷911GT3 R Hybrid混合动力赛车。
GT3 R Hybrid除了拥有480马力的4.0L水平对置发动机驱动后轮，还加装了两台电动机驱动前轮，以功率计算，两台电动机总共可以输出大约120kW（161马力）在两台电动机的辅助下，GT3 R Hybrid的总功率将超过500马力为这两台电动机提供能量的就是电驱飞轮KERS系统在驾驶员座舱下方的电动飞轮电池④是这套系统的核心,三电驱飞轮KERS系统,发展前景飞轮电池的概念一经提出，便以其储能密度高、体积小、质量轻、充电快、寿命长、无任何废气废料污染等特点，引起了混合动力电动汽车行业的广泛关注，被认为是近期最有希望和最有竞争力的储能装置，有着非常广阔的应用前景Thank You !,,。