Het Kinetic Energy Recovery System is een baanbrekende technologie in de Formule 1 die kinetische energie tijdens het remmen opvangt en omzet in elektrische energie.
Deze energie wordt opgeslagen in een accu of vliegwiel en kan later worden gebruikt voor extra vermogen. KERS werd in 2009 geïntroduceerd in de Formule 1 om de sport groener en efficiënter te maken.
Het systeem levert ongeveer 80 pk extra vermogen gedurende 6,67 seconden per ronde, wat coureurs kunnen inzetten voor snellere acceleratie of inhaalmanoeuvres. KERS heeft de prestaties en strategie in de Formule 1 aanzienlijk beïnvloed, met name bij starts en inhaalacties.
Fernando Alonso en Nelson Piquet demonstreerden de voordelen van KERS bij de start van de Grand Prix van Maleisië, waar ze respectievelijk zes en vier posities wonnen.
De werking van KERS
KERS is een ingenieus systeem dat de kinetische energie van een remmende Formule 1-auto opvangt en nuttig hergebruikt. Tijdens het remmen zet een elektromotor, ook wel Motor Generator Unit-Kinetic (MGU-K) genoemd, de bewegingsenergie om in elektriciteit.
Deze elektriciteit wordt vervolgens opgeslagen in een accu, bekend als de Energy Store. Wanneer de coureur extra vermogen nodig heeft, bijvoorbeeld bij het uitkomen van een bocht of tijdens een inhaalactie, kan hij deze opgeslagen energie gebruiken.
| Aspect | Zonder KERS | Met KERS |
|---|---|---|
| Extra vermogen | 0 kW | 60 kW |
| Tijdwinst per ronde | 0 sec | 0,2-0,3 sec |
| Gewichtstoename | 0 kg | ~35 kg |
De MGU-K fungeert dan als motor en zet de elektrische energie om in mechanische energie, wat resulteert in een vermogensboost van ongeveer 80 pk. Het hele proces van energieopslag en -hergebruik gebeurt razendsnel en efficiënt. De Renault F1-versie van KERS bereikt bijvoorbeeld een indrukwekkende round-trip efficiëntie van meer dan 70%.
Dit betekent dat 70% van de energie die wordt opgevangen tijdens het remmen, daadwerkelijk wordt omgezet in extra vermogen op de achteras.
Het gewicht van het KERS-systeem is een cruciale factor voor de prestaties. Hoewel de exacte gewichten geheim worden gehouden door de teams, weten we dat elke 10 kg extra gewicht ongeveer 0,35 seconden per ronde kost. Dit verklaart waarom teams zo veel moeite doen om hun KERS-systemen zo licht en compact mogelijk te maken.
De ontwikkelingen van KERS
KERS maakte zijn debuut in de Formule 1 in 2009, als onderdeel van de FIA’s streven naar groenere technologieën in de sport. Het systeem werd echter niet meteen door alle teams omarmd vanwege de complexiteit en het extra gewicht. In 2010 werd KERS tijdelijk niet gebruikt in het kampioenschap vanwege de hoge kosten en het gewicht.
De belangrijkste onderdelen zijn:
- Motor Generator Unit (MGU-K): Dit onderdeel zet kinetische energie om in elektrische energie tijdens het remmen en vice versa tijdens de acceleratie.
- Energieopslag: Dit kan een accu zijn (meestal lithium-ion) of een mechanisch vliegwiel. De keuze hiertussen hangt af van de specifieke strategie van elk team.
- Controle-elektronica: Deze regelt de energiestroom en zorgt voor een optimale integratie met de rest van de aandrijflijn.
Vanaf 2011 keerde het systeem terug, nu met verbeterde prestaties en efficiëntie.Een significante verandering vond plaats in 2014, toen KERS evolueerde naar het bredere Energy Recovery System (ERS).
Dit nieuwe systeem omvatte niet alleen de kinetische energieterugwinning (nu MGU-K genoemd), maar ook een thermische energieterugwinning via de MGU-H (Motor Generator Unit-Heat).
| Jaar | Systeem | Maximaal vermogen | Energieafgifte per ronde |
|---|---|---|---|
| 2009 | KERS | 60 kW (80 pk) | 400 kJ |
| 2014 | ERS | 120 kW (160 pk) | 4 MJ |
Deze evolutie zorgde voor een aanzienlijke toename in het beschikbare extra vermogen, van 60 kW naar 120 kW. Dit compenseerde de overgang van 2.4 liter V8-motoren naar 1.6 liter V6-motoren.
KERS en raceprestaties
KERS heeft een aanzienlijke invloed gehad op de prestaties en strategie in de Formule 1. Het systeem biedt coureurs extra vermogen dat strategisch kan worden ingezet tijdens cruciale momenten in de race.
- Verbeterde starts: KERS heeft bewezen zeer effectief te zijn bij de start van een race, waar coureurs snel posities kunnen winnen.
- Snellere rondetijden: Het gebruik van KERS kan de rondetijden met 0,2 tot 0,3 seconden verbeteren.
- Efficiënter inhalen: Coureurs kunnen KERS gebruiken om een tegenstander te passeren op rechte stukken of bij het uitkomen van bochten.
“KERS heeft de manier waarop we racen veranderd. Het geeft ons meer opties voor strategie en maakt de races spannender voor de fans,” aldus een anonieme Formule 1-coureur.
Het gebruik van KERS vereist echter ook vaardigheid en strategisch inzicht van de coureur. Ze moeten beslissen wanneer ze de extra energie het beste kunnen inzetten voor maximaal voordeel.
Dit heeft een nieuwe dimensie toegevoegd aan de tactische kant van Formule 1-races. Bovendien heeft KERS bijgedragen aan de duurzaamheid van de sport. Door energie terug te winnen die anders verloren zou gaan, helpt het systeem de algehele efficiëntie van de auto’s te verbeteren.
Dit past in de bredere doelstelling van de Formule 1 om milieuvriendelijker te worden en technologieën te ontwikkelen die uiteindelijk hun weg vinden naar productieauto’s.
De technische uitdagingen van KERS
De implementatie van KERS in Formule 1-auto’s bracht verschillende technische uitdagingen met zich mee. Een van de grootste obstakels was het extra gewicht dat het systeem toevoegde aan de auto.
Met een toename van ongeveer 35 kilogram, moesten teams creatieve oplossingen vinden om de gewichtsverdeling te optimaliseren zonder de prestaties te verminderen. Een ander belangrijk aspect was de keuze van het energieopslagsysteem. Teams moesten kiezen tussen verschillende opties:
- Batterijen (chemische opslag)
- Vliegwielen (mechanische opslag)
- Hydraulische accumulatoren
Elk systeem had zijn eigen voor- en nadelen in termen van gewicht, efficiëntie en complexiteit. Renault koos bijvoorbeeld voor een batterijoplossing, specifiek lithium-ionbatterijen geleverd door het Franse bedrijf SAFT.
De integratie van KERS in de bestaande aandrijflijn was ook een uitdaging. Teams moesten ervoor zorgen dat het systeem naadloos samenwerkte met de verbrandingsmotor en de versnellingsbak, zonder de betrouwbaarheid of prestaties te beïnvloeden.
Bovendien moesten ingenieurs de thermische uitdagingen aanpakken die gepaard gingen met het snel opladen en ontladen van de energieopslag. Efficiënte koelsystemen waren cruciaal om oververhitting en prestatieverlies te voorkomen.
Van KERS naar ERS
De evolutie van KERS naar het Energy Recovery System (ERS) in 2014 markeerde een significante vooruitgang in de energieterugwinningstechnologie in de Formule 1. Deze overgang bracht een aantal belangrijke veranderingen met zich mee:
- Verhoogd vermogen: ERS verdubbelde het beschikbare extra vermogen van 60 kW naar 120 kW.
- Introductie van MGU-H: Naast de MGU-K (voorheen KERS) werd de MGU-H geïntroduceerd om warmte-energie uit de uitlaatgassen terug te winnen.
- Grotere energieopslag: De hoeveelheid energie die per ronde kon worden gebruikt, steeg aanzienlijk.
- Verbeterde integratie: ERS werd een integraal onderdeel van de powerunit, in plaats van een losstaand systeem.
Deze veranderingen hadden een aanzienlijke impact op de prestaties en efficiëntie van de auto’s. De MGU-H in het bijzonder bleek een game-changer te zijn, omdat het een vrijwel onbeperkte hoeveelheid energie kon terugwinnen uit de uitlaatgassen.
“De introductie van ERS heeft de Formule 1-motoren tot de meest efficiënte verbrandingsmotoren ter wereld gemaakt,” verklaarde een technisch directeur van een topteam.
De overgang naar ERS bracht ook nieuwe uitdagingen met zich mee. De toegenomen complexiteit van het systeem vereiste geavanceerdere controle-elektronica en softwaremanagement.
Teams moesten investeren in nieuwe expertise en technologieën om het volledige potentieel van ERS te benutten. Ondanks de voordelen van ERS, met name de MGU-H-component, heeft de Formule 1 onlangs aangekondigd dat ze overwegen om de MGU-H te verwijderen in toekomstige regelwijzigingen.
Dit komt voort uit de wens om de motoren te vereenvoudigen en de kosten te verlagen, wat de voortdurende evolutie van energieterugwinningstechnologieën in de sport laat zien.
