運動エネルギー回生システム（うんどうエネルギーかいせいシステム、Kinetic Energy-Recovery System）は、ブレーキング時のエネルギーを回収・貯蔵し、加速時に再利用するシステムの総称。自動車レースのフォーミュラ1（F1）において2009年シーズンに導入され、2010年以降はスポーツカーレースでも搭載されるようになった。

F1では「KERS（カーズ[注釈 1]）」の略称で呼ばれたが、2014年のレギュレーション変更により、運動エネルギーのみならず熱エネルギーの回生も行う新たなシステムへ発展[1]。名称はエネルギーの形態に触れないよう一般化され、単にエネルギー回生システム（Energy-Recovery System = ERS、アーズ[2]、イーアールエス[3]）となった[4][5]。この項では便宜上、ERSについても扱う。
KERS
原理

一般的なレーシングカーはコーナー手前でブレーキングする際、前進方向の運動エネルギーを熱エネルギー（ブレーキディスク・パッドの摩擦熱）に変換しこれを捨てることで車速を落としている。KERSではこのエネルギーを回収（回生）し、規定の範囲内でエネルギーを放出して、駆動輪の回転をアシストする[1]。量産車のハイブリッド技術をレースに応用したものであり、内燃機関（エンジン）の出力にエクストラパワーを追加することで、追い越し（オーバーテイク）の機会を増やし、レース展開を活性化する可能性が見込まれる。

同じハイブリッド技術といっても、量産車のものと求められる性能は異なる。量産車の場合は燃費向上やメンテナンスフリーといった点が重視されるが、レーシングカーの場合はラップタイムの短縮が第一である。そのため、「急減速・急加速に応答するレスポンス（パワー密度）」「軽量コンパクト」「設置位置の自由度（前後重量配分や低重心化）」「過酷な使用環境（熱や振動）における信頼性」といった要件を満たす必要がある。

エネルギーの保存・再利用は3つの方法がある。
電気式
駆動系に電動機/発電機ユニット (Motor Generator Unit = MGU[5]) を設置。減速時にはジェネレーターの抵抗を制動力として用いつつ、運動エネルギーを電気エネルギーに変換して（いわゆる回生ブレーキ）、バッテリー（リチウムイオン電池）に充電する[5]。KERS使用時には逆のルートで電流を送り、モーターを駆動して運動エネルギーに再変換する。市販車で蓄積された技術的ノウハウを利用できることが特徴。ただし、電池は化学反応によって蓄電するためパワー密度が低く[6]、バッテリーパックの重さや熱管理という課題もある。イオンの物理反応を用いる電気二重層コンデンサ（スーパーキャパシタ）はリチウムイオン電池の3倍のパワー密度を持つが[6]、エネルギー容量が小さいためサイズが大きくなってしまう。フライブリッド式（※：フライホイールに余剰運動エネルギーを蓄える方式）のKERS。
機械式
駆動系に小型のはずみ車（フライホイール）を設置。減速時の余剰エネルギーをトロイダル式CVTで増速し、真空ケース内のフライホイールを高速回転させることで保存する[7]。KERS使用時にはCVTで減速して、運動エネルギーをギアボックスへ戻す。構造がシンプルで軽量化できる上に、運動エネルギーを直接やり取りするため、エネルギーの損失が少ない[7]。しかし、高速回転体にエネルギーを貯めこむため、安全性に一抹の不安がある。また、ユニットの形状と搭載位置が制約されるため、パッケージングの自由度に欠ける。
電気+機械式（電動フライホイール）
駆動系のジェネレーターで生成した電気エネルギーをMGU内蔵型のフライホイールへ送り、モーターでローターを回転させ、運動エネルギーとして保存する。KERS使用時にはローターの回転でジェネレーターを作動し、電気エネルギーを駆動系のモーターへ送る。前2種類の折衷タイプであり、電気式よりも軽量で、機械式よりも設置場所を選ばないというメリットがある。

これらの機器に、電子制御装置 (ECU) や、（電気式の場合は）電流を変換するインバーターを加えて全体のシステムが構成される。KERSのフライホール。
レギュレーションと搭載方法

F1におけるKERSは、レギュレーション上、2009年から2010年を除き2013年まで任意での搭載が許されていた。

KERSの作動は後輪に限定され、最大出力60 kW[5]、1周あたり発揮できるエネルギーは最大で400 kJ[5]と定められた。これを馬力・時間換算すると81.6馬力のパワーアシストを1周につき6.67秒間使える計算になる[8]。ラップタイムに換算すると、1周あたり0.3秒 ? 0.5秒の短縮が可能になる[9]。

また『スタートラインを通過して、再度スタートラインに到達するまでを一周とする』という解釈のため、KERSが800 kJのエネルギーを貯蔵できれば13.33秒ほぼ連続でKERSを使用することが可能である[注釈 2]。特に富士スピードウェイのようなホームストレートが長いサーキットでは最高速に大きく影響を及ぼすと考えられた[10]。

エネルギーの放出は、ドライバーがステアリング上のKERSボタンを押している間に行われる[5]。市販車のようなブレーキ/エンジンとの協調制御は認められておらず、ステアリング上のダイヤルで回生力や出力の調節を行う[5]。

システム構成は自由であるが、使用する全チームがモーター+リチウムイオン電池の電気式を選択した。ウィリアムズはフライホイール開発企業を買収し、独自にバッテリーから電動フライホイールへの切り替えを目指していたが、最終的には見送った。フライホイール装置を燃料タンクの上に設置するつもりだったが[11]、2010年のレギュレーション変更でレース中の再給油が禁止され、燃料タンクが大型化したことでパッケージングが困難になったためである[12]。

主要コンポーネント類は運動性能への影響を抑えるため、車両中心部の低位置に配置されている[13][5]。MGUはエンジンの前方にあり、ギアを介してクランクシャフトに接続する[14]。バッテリーパックはモノコックの底部（燃料タンクの下）に納める方法[15]が主流[5]だが、マクラーレンはサイドポッド側面、レッドブルはギアボックスの側面に搭載した。
導入の経緯と経過

近年の原油価格の高騰や、地球温暖化問題に絡んで省エネルギー・エコロジーに関する世間の関心の高まりから、通常の自動車などと比べてもより多くの化石燃料を消費する[注釈 3]モータースポーツに対する風当たりが強まることを恐れた国際自動車連盟(FIA)が、環境保護アピールの一策として導入を発表した。また、2007年シーズンから開発コストの低減を目的に、使用するエンジンにホモロゲーションが適用され、シーズン中のアップデートはおろかエンジン開発そのものがほぼ禁止となったことに対し、F1に参戦している自動車メーカーの不満が高まったため、新たな技術開発の可能性を提示することで、それらメーカーの不満を抑える目的もあるとされる。

F1関係者の間ではその安全性から2009年の導入開始に対し賛否両論であったが、予定通りKERSが使われることになった。ただし搭載および使用は義務ではなく、各チームやドライバーの自由意思により決定できた[5]。一時期は2010年から全車搭載義務化との話もあったが、最終的に変更はなく、KERSがレギュレーションから外される2013年末まで任意搭載のままであった。
2009年
導入初年度にKERSを搭載したのはワークス系4チーム（フェラーリ・マクラーレン・BMWザウバー、ルノー）のみとなり、残りのチームは搭載を見送った。結果的に、搭載チームは開幕からシステムの熟成不足に苦しめられ、BMWザウバーはシーズン途中KERSを外し、ルノーもKERS搭載でのレースはイタリアGPのみとなり、シーズン通してKERS搭載で戦ったのはマクラーレンとフェラーリのみとなる形となったが、開発が進んだ後半戦はスタート時の加速などで威力を発揮し、マクラーレン2勝、フェラーリ1勝を挙げる。しかし、チャンピオンシップを争ったのは非搭載チームであるブラウンGPとレッドブルであった。
2010年
フォーミュラ・ワン・チームズ・アソシエーション (FOTA) において「KERSは使用しない」という紳士協定が結ばれた[5]ため、レギュレーション上は使用可能なまま、採用チームは無しという状態になった。FIA会長のジャン・トッドはこの状況に不満を表明し、KERS再導入のためのワーキンググループを設置[16]。2011年のレギュレーション変更項目にKERSの使用が記載された[17]。
2011年
下位3チーム（チームロータス・マルシャ・HRT）以外はすべてKERSを搭載。前年の紳士協定から各チームにKERSを開発熟成する猶予期間が与えられた形になった事もあり、ほぼ標準装備となったが、自社開発する余力のない中堅以下のチームは、フェラーリ・ルノー・メルセデスといったエンジンサプライヤーからKERSをセットで購入した[5]。その価格は約1000万 ? 1500万ユーロといわれる[18][19]。
2012年 ? 2013年
2012年にはケータハム、2013年にはマルシャがKERSを搭載し、この時点で出走するすべてのマシンがKERSを搭載した。
問題点と改良点
安全性・信頼性
各チームがテストを進めている中で、2008年7月にはヘレス・サーキットにおいてBMWザウバーのメカニックがKERS搭載マシンに触れて感電する事故が起きたり、レッドブルのファクトリーでKERSのテスト中に煙と有毒ガスが発生するなど[20]、KERSの開発中に事故が続発したため、一時は安全性が確保できるまでKERSの導入を延期すべきだとの意見も出ていた。実戦において重大事故は起きていないが、故障によりレース中使用できなくなるケースが発生。とくにレッドブルは2011年にKERSのトラブルが続発して対策に追われた。
重量
2009年の導入当初、電気式のバッテリーシステムの重量は最大で40 kg以上あったため、マシンの運動性能へ及ぼす影響が大きかった。通常、F1マシンは最低重量規定よりも軽く作られ、余剰分のバラストを各部に積んで重量配分を調節する。KERS搭載車はリアヘビーになる上に、重量配分の自由度も減ってしまい、2009年から復活したスリックタイヤに見合うバランスをとることが難しくなった[21]。その後、システムの軽量化が進み、マクラーレンの発表によれば、同チーム搭載のKERSは2009年シーズン終了時に25 kgまで軽量化された。2011年からは最低重量が2年前に比べ約40 kg増量され、KERSの重量デメリットはほぼ打ち消された。それでも、バラストを少しでも多く載せられるよう、ドライバーは体重を減らす努力を求められている[22][注釈 4]。
費用対効果
F1のコスト削減が進められる中で、KERSの開発は高価すぎるという議論が生じた。FOTAはバジェットキャップを巡るFIAとの対立の最中にこの問題を再検討し、2010年の使用自粛という紳士協定に至った[23]。