本實用新型涉及的是一種綜合儲能裝置。

背景技術(shù)：

當(dāng)前動能回收系統(tǒng)的主要類型，一類是通過發(fā)電將電能儲存于化學(xué)電池及超級電容器；另一類是動能直接存儲于旋轉(zhuǎn)機械裝置即飛輪儲能；此外少量回收系統(tǒng)將動能轉(zhuǎn)變?yōu)閯菽艽鎯Α?/p>

從儲能裝置的單位質(zhì)量能量密度角度，無論單獨的化學(xué)電池，還是機械儲能飛輪在現(xiàn)有的技術(shù)條件局限下，極限能量密度一定，不容易突破。

從能量轉(zhuǎn)化速率方面，化學(xué)電池受限于化學(xué)反應(yīng)的客觀條件限制，也存在充放電極限速率。而旋轉(zhuǎn)飛輪儲能的能量吸收和釋放的極限速率可相對較高。

從儲能時長方面，儲能飛輪實現(xiàn)高效動能回收和儲能，需要低軸承損耗和低空氣阻力等條件，如果不能將飛輪旋轉(zhuǎn)在真空環(huán)境及利用磁懸浮軸承技術(shù)，能量將逐漸消耗。因而，機械飛輪的儲能時間不宜過長。

綜上近述，所涉及電池飛輪綜合儲能裝置，可以提高儲能裝置的能量密度，提升能量轉(zhuǎn)化能力，延長能量存儲時間，兼顧能量的可逆轉(zhuǎn)換。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型公開了一種電池飛輪綜合儲能裝置，主要包括殼體、轉(zhuǎn)子架、電池架、電池組、定子、控制器與充放電電路等組成。

轉(zhuǎn)子軸用于電池飛輪綜合儲能裝置的動能輸入和動能輸出；在電池飛輪綜合儲能裝置的殼體上安裝有軸承，軸承支撐轉(zhuǎn)子軸，在轉(zhuǎn)子軸上裝有轉(zhuǎn)子架，轉(zhuǎn)子架隨轉(zhuǎn)子軸一起旋轉(zhuǎn)；轉(zhuǎn)子架設(shè)置有電池架和轉(zhuǎn)子線圈，電池架用于安裝旋轉(zhuǎn)電池組、控制器與充放電電路,控制器與充放電電路安裝在轉(zhuǎn)子中的電池架上；這樣，轉(zhuǎn)子軸、電池組、控制器、充放電電路和轉(zhuǎn)子線圈在儲能裝置中保持相同的運動狀態(tài)。儲能裝置中的定子安裝在儲能裝置固定端蓋上，并與殼體相互連接，定子依靠軸承在轉(zhuǎn)子軸上支承，這樣定子與儲能裝置殼體保持相同的運動狀態(tài)。

隨轉(zhuǎn)子軸一起旋轉(zhuǎn)的電池組及轉(zhuǎn)子軸上的其他裝置共同構(gòu)成儲能裝置的轉(zhuǎn)動慣量，待存貯的動能經(jīng)轉(zhuǎn)子軸輸入后，電池組旋轉(zhuǎn)，增加了的電池組轉(zhuǎn)速從而增大裝置存貯的機械能；如果控制在定子中產(chǎn)生磁場，旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子線圈發(fā)電，電能在電池組中存貯或輸出；存儲了電能的電池組也可以通過向轉(zhuǎn)子線圈供電，同時控制定子中產(chǎn)生磁場，轉(zhuǎn)子軸可以向外輸出動能。

本實用新型所公開的電池飛輪綜合儲能裝置，具有飛輪機械儲能狀態(tài)、電池組儲能狀態(tài)、動能輸出狀態(tài)和電能輸出狀態(tài)四種工作狀態(tài)，可以對機械能進行存儲，可以將所存儲的機械能轉(zhuǎn)化為電池中存貯的電能，克服長時間單純飛輪儲能的能量損耗問題。

本實用新型的優(yōu)勢：綜合了電池儲能與飛輪儲能兩者的優(yōu)點，在輸入轉(zhuǎn)矩增加，轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速迅速上升時可按“飛輪儲能狀態(tài)”工作，快速機械儲能；電池組和充放電控制電路隨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，電池既能做為飛輪配重完成機械儲能，又能做為電池儲存電能，能夠獲得比傳統(tǒng)飛輪儲能機構(gòu)更高的儲能能量密度；裝置工作在“發(fā)電充電狀態(tài)”，動能轉(zhuǎn)化為電能，電能進一步存儲在旋轉(zhuǎn)的電池組中，有利于克服單純飛輪長時間儲能的能量損耗問題；電池飛輪內(nèi)嵌電池和發(fā)電電動裝置，在釋放能量時可以直接輸出動能，也可以直接輸出電能，靈活方便。

附圖說明

圖1為電池飛輪綜合儲能裝置分解圖。

其中1-殼體；2-轉(zhuǎn)子架；3-轉(zhuǎn)子線圈；4-定子；5-軸承A1；6-軸承B1；7-轉(zhuǎn)子軸；8-電池架；9-電池組；10-軸承A2；11-軸承B2；12-軸承端蓋；13-控制器與充放電電路；14-電池架端蓋；15-儲能裝置端蓋；

圖2為電池飛輪綜合儲能裝置剖視圖。

其中1-殼體；2-轉(zhuǎn)子架；3-轉(zhuǎn)子線圈；4-定子；5-軸承A1；6-軸承B1；7-轉(zhuǎn)子軸；8-電池架；9-電池組；10-軸承A2；11-軸承B2；13-控制器與充放電電路；14-電池架端蓋；15-儲能裝置端蓋；

圖3為電池飛輪綜合儲能裝置左視圖。

電池飛輪綜合儲能裝置在左視圖上內(nèi)部組成不再贅述。

具體實施方式

為了實現(xiàn)上述目的,本實用新型的解決方案如下。應(yīng)當(dāng)理解的是,實施方式中所描述的具體實施方式僅用于說明和解釋本實用新型,并不用于限制本實用新型。

如附圖1所示，電池飛輪綜合儲能裝置的主要組成包括殼體1、轉(zhuǎn)子架2、電池架8、電池組9、定子4、控制器與充放電電路13。轉(zhuǎn)子通過A組軸承支承在殼體1和儲能裝置端蓋15上，軸承A1（圖中5）外圈支承在殼體上、軸承A2（圖中10）外圈支承在儲能裝置端蓋上。定子4連接在-儲能裝置端蓋15上，通過B組軸承（圖中6、11）支承在轉(zhuǎn)子軸7上。

如附圖2所示，轉(zhuǎn)子軸7用于電池飛輪綜合儲能裝置的動能輸入和動能輸出；在電池飛輪綜合儲能裝置的殼體1上安裝有軸承6、11，軸承支撐轉(zhuǎn)子軸7，在轉(zhuǎn)子軸7上裝有轉(zhuǎn)子架2，轉(zhuǎn)子架2隨轉(zhuǎn)子軸7一起旋轉(zhuǎn)；轉(zhuǎn)子架2設(shè)置有電池架8和轉(zhuǎn)子線圈3，電池架用于安裝旋轉(zhuǎn)電池組9，同時控制器與充放電電路13也安裝在電池架上；這樣，轉(zhuǎn)子軸7、電池組9、控制器與充放電電路13和轉(zhuǎn)子線圈3在儲能裝置中保持相同的運動狀態(tài)。儲能裝置中的定子4安裝在儲能裝置端蓋15上，并與殼體1相互連接，定子依靠軸承5、10在轉(zhuǎn)子軸7上支承，這樣定子與儲能裝置殼體1保持相同的運動狀態(tài)。

如前所述的電池飛輪綜合儲能裝置的幾種工作狀態(tài)如下。

（1）飛輪機械儲能狀態(tài) 當(dāng)外界驅(qū)動裝置帶動本裝置轉(zhuǎn)子軸增速轉(zhuǎn)動時，控制器控制轉(zhuǎn)子線圈回路斷開，控制電池組空閑并保持原狀態(tài)。裝置轉(zhuǎn)軸帶動轉(zhuǎn)子殼及相關(guān)部分隨轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速增加，電池飛輪機械能增加。

（2）電池組儲能狀態(tài) 當(dāng)電池飛輪轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動過程中，轉(zhuǎn)速大于發(fā)電臨界轉(zhuǎn)速時，控制器可控制發(fā)電、充電電路工作，接通轉(zhuǎn)子線圈回路，定子磁場切割轉(zhuǎn)子線圈發(fā)電，經(jīng)控制電路整流及處理后向旋轉(zhuǎn)電池組充電。電池組儲能狀態(tài)可以伴隨飛輪儲能狀態(tài)同時進行，也可在飛輪軸外部驅(qū)動力撤除后慣性轉(zhuǎn)動過程中進行。如此可有效克服長時間單純飛輪儲能的能量損耗問題。此時裝置工作在發(fā)電充電狀態(tài)，動能轉(zhuǎn)化為電能，電能存儲在旋轉(zhuǎn)的電池組中。

（3）動能輸出狀態(tài) 控制器控制電池組電能輸出，線圈各項繞組有規(guī)律通、斷電，電流與定子磁場相互作用，推動轉(zhuǎn)子帶動轉(zhuǎn)子軸轉(zhuǎn)動，輸出動能。此時，本裝置工作在無刷直流電機工作狀態(tài)，電池、線圈及控制電路隨轉(zhuǎn)子殼與轉(zhuǎn)子軸轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)轉(zhuǎn)動輸出。

（4）電能輸出狀態(tài) 電池飛輪綜合儲能裝置的定子總成可采用磁場線圈或永磁鐵作為定子的主要結(jié)構(gòu)。當(dāng)定子采用磁場線圈結(jié)構(gòu)時，制動轉(zhuǎn)子軸，控制器控制電池向轉(zhuǎn)子線圈周期脈沖供電，轉(zhuǎn)子線圈產(chǎn)生變化磁場，變化磁場作用在定子線圈上，定子線圈感應(yīng)交變電動勢。通過外部電路將電流引出定子線圈以供利用。此時，裝置不運動，定子線圈與轉(zhuǎn)子線圈形成偶合，在控制器控制下把電池儲能通過定子線圈輸出?；蛘?，將轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動到特定位置，轉(zhuǎn)子上電力引出端子對準(zhǔn)裝置外殼上的相關(guān)引出孔位置，引出端子處插入外部導(dǎo)線，控制器控制電池電能從外部導(dǎo)線輸出。此時化學(xué)電池的電能直接輸出。

此外，本實用新型的各種不同的實施方式之間也可以進行任意組合，只要其不違背本實用新型的思想，其同樣應(yīng)當(dāng)視為本實用新型所公開的內(nèi)容。