新能源汽车飞轮储能装置的结构和工作原理

热度:Loading...   日期:15-07-02, 10:27 AM   来源:   

【陆地方舟电动汽车网 ddc.greenwheel.com.cn】使用飞轮以机械能的形式存储能量并不是一个新的设计理念。早在20世纪50年代,瑞士Oerlikon工程公司就设计出了首辆使用飞轮作动力的客车,该飞轮重1500kg、工作转速3000rmin,在汽车停靠站对飞轮进行充电。普通的飞轮采用厚重的钢材质转子、总重有上百千克而工作转速仅有上百转。相反,先进的飞轮设计使用轻质复合材料转子,质量仅有几十千克而转速可达上万转,因此被称为超高速飞轮

飞轮储能装置主要包括3个核心部分:飞轮、电机和电力电子装置。它最基本的工作原理就是,将外界输入的电能通过电动机转化为飞轮转动的动能储存起来,当外界需要电能的时候,又通过发电机将飞轮的动能转化为电能,输出到外部负载,要求空闲运转时候损耗非常小。它的原理图如图1所示。

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飞轮储能装置示意图

在实际使用的飞轮装置中,主要包括飞轮、轴、轴承、电机、真空容器和电力电子变换器,如图2所示。为了减少空闲运转时的损耗,提高飞轮的转速和飞轮储能装置的效率,飞轮储能装置轴承的设计一般都使用非接触式的磁悬浮轴承技术,而且将电机和飞轮都密封在一个真空容器内以减少风阻。通常发电机和电动机使用一台电机来实现,通过轴承直接和飞轮连接在一起。

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2  飞轮储能装置结构示意图

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飞轮储能系统的工作原理简图

当外设通过电力电子装置给电机供电时,电机就作为电动机使用,它的作用是给飞轮加速,储存能量;当负载需要电能时,飞轮给电机施加转矩,电机又作为发电机使用,通过电力电子装置给外设供电;当飞轮空闲运转时,整个装置就可以以最小损耗运行。这样利用电机的四象限运行原理,使发电机和电动机共用一台电机的方法,不但可以提高效率,还可以减少整个储能装置的尺寸,使储能密度大大提高。

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