專利名稱：一種應(yīng)用于電動(dòng)汽車中的飛輪儲(chǔ)能裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及節(jié)能技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種應(yīng)用于電動(dòng)汽車中的飛輪儲(chǔ)能裝置。
背景技術(shù)：
當(dāng)今世界面臨著能源環(huán)境問題，而目前絕大部分車輛制動(dòng)過程中的能量都是以機(jī) 械摩擦的方式轉(zhuǎn)化為熱能消耗掉，研究表明在市區(qū)汽車制動(dòng)的能量約占汽車行駛過程中 消耗總能量的30 % ，如果能將這部分能量回收利用起來，將會(huì)產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

發(fā)明內(nèi)容
我們采用飛輪儲(chǔ)能技術(shù)解決上述問題。飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)是一種機(jī)電能量轉(zhuǎn)換與儲(chǔ)存 裝置，它突破了化學(xué)電池的局限，其能量轉(zhuǎn)換效率高、無污染、維護(hù)性好、儲(chǔ)能密度高、使用 壽命不受放電深度影響等特點(diǎn)。本發(fā)明其基本原理可以分為三個(gè)部分，第一部分即在儲(chǔ)能 時(shí)，接通三相電源，電能通過變頻器A的整流逆變單元轉(zhuǎn)化為頻率和幅值都可調(diào)的三相交 流電壓來驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)行，電機(jī)帶動(dòng)飛輪加速轉(zhuǎn)動(dòng)，飛輪就以動(dòng)能的形式把能量?jī)?chǔ)存起來，從 而完成電能到機(jī)械能轉(zhuǎn)換的儲(chǔ)存能量過程，能量?jī)?chǔ)存在高速旋轉(zhuǎn)的飛輪體中之后，電機(jī)維 持一個(gè)恒定的轉(zhuǎn)速不變，在這個(gè)過程中，電機(jī)處于電動(dòng)狀態(tài)。第二部分，在接收到一個(gè)能量 釋放的控制信號(hào)，例如啟動(dòng)時(shí)，飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)工作在發(fā)電階段，變頻器A輸出電壓的幅值和 頻率不斷降低，異步電機(jī)同步旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的速度低于飛輪轉(zhuǎn)子的速度，異步電機(jī)工作在發(fā)電 制動(dòng)狀態(tài)，飛輪轉(zhuǎn)速逐漸降低，動(dòng)能不斷轉(zhuǎn)化為直流電能經(jīng)續(xù)流二極管送到直流母線，變頻 器B逆變將直流電轉(zhuǎn)化為交流電，為電動(dòng)汽車的運(yùn)行提供能量。第三部分，當(dāng)汽車制動(dòng)或減 速時(shí)，控制變頻器B的輸出頻率，將電動(dòng)汽車的能量回饋到變頻器直流母線側(cè)，提高變頻器 A的輸出頻率，飛輪加速，將電車回饋的能量重新儲(chǔ)存到飛輪中使飛輪吸收再生能量。在運(yùn) 行中需要對(duì)兩個(gè)變頻器間的直流電壓進(jìn)行控制，使變頻器的直流母線側(cè)的電壓穩(wěn)定在一定 范圍內(nèi)，并根據(jù)直流母線的電壓實(shí)時(shí)調(diào)整變頻器的輸出頻率，當(dāng)直流母線電壓超過某個(gè)值 或降低某個(gè)值時(shí)啟動(dòng)報(bào)警裝置。 對(duì)于變頻器，如果輸出頻率降低，電機(jī)轉(zhuǎn)速將跟隨頻率同樣降低。這時(shí)會(huì)產(chǎn)生制動(dòng) 過程.由制動(dòng)產(chǎn)生的功率將返回到變頻器側(cè)。這些功率可以用電阻發(fā)熱消耗。在減速期間， 產(chǎn)生的功率如果不通過熱消耗的方法消耗掉，而是把能量返回送到變頻器電源側(cè)的方法叫 做"功率返回再生方法"。本發(fā)明的具體方案為 —種應(yīng)用于電動(dòng)汽車中的飛輪儲(chǔ)能裝置，包括控制器、變頻器A、變頻器A所控制 的電機(jī)A、電機(jī)A驅(qū)動(dòng)的儲(chǔ)能飛輪、變頻器B、變頻器B所控制的電機(jī)B ;所述電機(jī)B驅(qū)動(dòng)電 動(dòng)汽車；所述變頻器A和B采用共直流母線連接方式，通過直流母線電壓的變化控制變頻器 的頻率，當(dāng)需要電車加速時(shí)，變頻器B頻率上升，直流母線電壓下降，控制器檢測(cè)到下降的 直流母線電壓，給出信號(hào)，使變頻器A的頻率下降，釋放儲(chǔ)存在飛輪中的能量；當(dāng)需要電車 制動(dòng)時(shí)，變頻器B頻率下降，直流母線電壓上升，控制器檢測(cè)到上升的直流母線電壓，給出 信號(hào)，使變頻器A的頻率上升，將能量?jī)?chǔ)存在飛輪中。
所述變頻器A由三相電源供電，所述變頻器A和變頻器B的控制回路由外部電源 單獨(dú)供電。 所述變頻器A和變頻器B之間連接有報(bào)警保護(hù)裝置。
所述變頻器A和變頻器B之間連接有檢測(cè)裝置及調(diào)節(jié)器。 本發(fā)明不僅可用于電動(dòng)汽車，也可用于其他由電機(jī)驅(qū)動(dòng)的裝置，如電動(dòng)自行車、電
動(dòng)機(jī)車等。 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是 能夠?qū)⑵囍苿?dòng)的能量利用飛輪回收儲(chǔ)存起來，而不是以熱能的形式消耗掉。飛 輪儲(chǔ)能系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)換效率高，有更多可利用的能量、更少的熱耗散，充電時(shí)間短，可在一分 鐘內(nèi)完成能量的存儲(chǔ)或釋放，并且無污染，對(duì)環(huán)境十分友好，儲(chǔ)能密度高。


圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)原理圖
圖2是本發(fā)明的系統(tǒng)框圖
具體實(shí)施例方式
如圖1 、圖2所示本發(fā)明包括控制器、變頻器A、變頻器A所控制的電機(jī)A、由電機(jī)A 驅(qū)動(dòng)的儲(chǔ)能飛輪、變頻器B、變頻器B所控制的電機(jī)B，電機(jī)B驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車；頻器A和變頻 器B之間采用共直流母線連接方式，變頻器A可由三相電源供電，兩臺(tái)變頻器的控制回路由 外部電源單獨(dú)供電。所述變頻器A和變頻器B之間連接有報(bào)警保護(hù)裝置，當(dāng)中間直流電壓 超過規(guī)定的范圍，報(bào)警保護(hù)裝置啟動(dòng)，使系統(tǒng)停止運(yùn)行。 所述變頻器A和變頻器B之間連接有檢測(cè)裝置及調(diào)節(jié)器。當(dāng)變頻器B頻率下降時(shí) 中間直流電壓上升或者變頻器B上升中間直流電壓下降，檢測(cè)裝置檢測(cè)到中間直流電壓的 變化，此直流電壓與給定電壓比較再由控制器通過調(diào)節(jié)器對(duì)變頻器A的頻率進(jìn)行調(diào)節(jié)。
所述控制器即是控制飛輪裝置的啟動(dòng)以及電動(dòng)汽車的運(yùn)行狀態(tài)，可根據(jù)實(shí)際情況 進(jìn)行選定。 所述變頻器A和變頻器B可采用交_直_交型，常用變頻器就可以，如三菱、西門 子、歐姆龍等廠家生產(chǎn)的變頻器。 所述報(bào)警保護(hù)裝置可采用變頻器中的報(bào)警保護(hù)裝置。
所述檢測(cè)裝置可采用電壓傳感器。 所述調(diào)節(jié)器可與控制器形成一體，可以是PID調(diào)節(jié)器或者加入先進(jìn)的模糊控制、 預(yù)估與校正等。 如圖2所示(圖中fA為A變頻器的輸出頻率、fB為B變頻器的輸出頻率、Uf為中 間直流電壓反饋) 當(dāng)本發(fā)明應(yīng)用于電動(dòng)汽車時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行和電動(dòng)汽車的啟動(dòng)停止由控制器控 制。在啟動(dòng)時(shí)需要給飛輪充電即合上三相電源開關(guān)，飛輪儲(chǔ)存能量，這個(gè)過程可在一分鐘內(nèi) 完成。 本發(fā)明的原理是當(dāng)電動(dòng)汽車駛?cè)牍徽竞?，合上三相電源開關(guān)，給A變頻器以固 定輸出頻率，驅(qū)動(dòng)飛輪旋轉(zhuǎn)，飛輪開始儲(chǔ)能，電能轉(zhuǎn)化為飛輪動(dòng)能，我們所采用的飛輪為盤
4形飛輪，儲(chǔ)存能量為 『=丄《/6)2 2其中7= JV2(iw = ^;rpM4 式中dm為質(zhì)量微元；r為dm到軸線的距離，P為飛輪密度；h為飛輪厚度；R為飛 輪半徑，"為旋轉(zhuǎn)的飛輪的空間角速度。 當(dāng)充電完成后，斷開電源開關(guān)，飛輪繼續(xù)高速旋轉(zhuǎn)。按下啟動(dòng)按鈕，電車啟動(dòng)。當(dāng)電 車加速或正常行駛時(shí)，需要消耗電能，直流母線電壓必然下降，此時(shí)，控制器檢測(cè)到下降的 直流母線電壓，給出信號(hào)，使變頻器A的頻率下降，釋放儲(chǔ)存在飛輪中的能量，這個(gè)過程是 連續(xù)的，從而保證直流母線電壓控制在需要的正常工作值范圍；當(dāng)需要電車制動(dòng)時(shí)，變頻器 B頻率下降，直流母線電壓上升，控制器檢測(cè)到上升的直流母線電壓，給出信號(hào)，使變頻器A
權(quán)利要求
一種應(yīng)用于電動(dòng)汽車中的飛輪儲(chǔ)能裝置，其特征在于包括控制器、變頻器A、變頻器A所控制的電機(jī)A、電機(jī)A驅(qū)動(dòng)的儲(chǔ)能飛輪、變頻器B、變頻器B所控制的電機(jī)B；所述電機(jī)B驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車；所述變頻器A和B采用共直流母線連接方式，通過直流母線電壓的變化由控制器控制變頻器的頻率，當(dāng)需要電車加速時(shí)，變頻器B頻率上升，直流母線電壓下降，控制器檢測(cè)到下降的直流母線電壓，給出信號(hào)，使變頻器A的頻率下降，釋放儲(chǔ)存在飛輪中的能量；當(dāng)需要電車制動(dòng)時(shí)，變頻器B頻率下降，直流母線電壓上升，控制器檢測(cè)到上升的直流母線電壓，給出信號(hào)，使變頻器A的頻率上升，將能量?jī)?chǔ)存在飛輪中。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述變頻器A由三相電源供電，所述變頻器A和變頻器B的控制回路由外部電源單獨(dú)供電。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于所述變頻器A和變頻器B之間連接有報(bào)警保護(hù)裝置。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于所述變頻器A和變頻器B之間連接有檢測(cè)裝置及調(diào)節(jié)器。
全文摘要
本發(fā)明公開一種應(yīng)用于電動(dòng)汽車中的飛輪儲(chǔ)能裝置，包括變頻器A、變頻器A所控制的電機(jī)A、由電機(jī)A驅(qū)動(dòng)的儲(chǔ)能飛輪、變頻器B、變頻器B所控制的電機(jī)B、電機(jī)B驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車；變頻器A和變頻器B之間采用共直流母線連接方式，變頻器A可由三相電源供電，兩臺(tái)變頻器的控制回路由外部電源單獨(dú)供電。本發(fā)明能夠?qū)⑵囍苿?dòng)的能量利用飛輪回收儲(chǔ)存起來，而不是以熱能的形式消耗掉。飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)換效率高，有更多可利用的能量、更少的熱耗散，充電時(shí)間短，可在一分鐘內(nèi)完成能量的存儲(chǔ)或釋放，并且無污染，對(duì)環(huán)境十分友好，儲(chǔ)能密度高。
文檔編號(hào)B60L11/16GK101734166SQ20081022871
公開日2010年6月16日 申請(qǐng)日期2008年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月12日
發(fā)明者滿永奎 申請(qǐng)人:滿永奎