电动汽车飞轮电池系统的构建方法

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1、电动汽车飞轮电池系统的构建方法2013-1-13制约电动汽车广泛应用的一个重要因素是其续驶里程短，而再生制动是节约能源、提高电动汽车续驶里程的关键，具有显著的经济价值和社会效益，目前在国内外的很多试验车上已经实现。现有电动车上的再生制动都是在车辆制动时，使电机工作于发电机状态，将动能或重力势能转化为电能回馈并储存在蓄电池中。这种方案的主要缺点是车辆频繁制动时会使蓄电池频繁地充电、放电，会对电池造成一定的损失，影响电池的寿命。另外，电池作为电动车的唯一电源，在车辆加速或者爬坡的时候，蓄电池将会出现大电流放电，对电池的寿命也是不利的。 

2、针对上述现有技术存在的缺陷和不足，本方案的目的在于，提供一种电动车飞轮电池辅助电源系统的构建方法，本方案的方法在电动车蓄电池主电源的基础上增加一个辅助电源，即飞轮电池单元及 DC/DC 调压器。主电源提供电动车运行所需大部分能源，电动车再生制动回馈能量通过调压器存储于飞轮电池单元中，在车辆加速和爬坡时，调压器将飞轮电池单元中储存的能量释放出来，和主电源并联向电机供电。飞轮（ Fiy 一 wheel ）作为一种新兴的储能元件（又称飞轮电池），由于其高效、节能、使用寿命长以及无环境污染等优点，开始引起人们的重视。而且随着新型材料技术、精

3、密机械加工技术和电力电子技术的飞跃发展，飞轮储能技术越来越显示出它巨大的优越性。与其它储能技术相比，飞轮作为电池储能具有高比能量、高比功率、高效率、无污染、适用范围广、无噪声、长寿命、维护简单、可实现连续工作、可进行模块化设计制造等优点，非常适合应用于瞬时大功率、充放电频繁的场合。在 21 世纪，这种储能技术势必会给能量储存带来一场革命，展示出绿色储能技术的发展前景。为了实现上述目的，本方案采取的技术方案是：一种电动车飞轮电池辅助电源系统的构建方法，其特征在于，按以下方法构建：1 ）首先在电动车上设置一个飞轮电池单元，用于吸收电动车

4、再生制动回馈能量，以及车辆加速或爬坡时协助主电源向电机供电；2 ）设置直流变换 DC/DC 调压器，分别与飞轮电池单元和原电动车的主电源与电机驱动控制器相连接；3 ）在原电动车控制系统的电路基础上，增设飞轮电池单元电压和电流传感器，还需增设用于控制调压器的 PWM 控制信号，使微处理器能同时控制主电源和飞轮电池的充放电；上述调压器包括有控制电路板、直流变换 DC/DC 变换器；控制电路板通过接口电路与主电源电压传感器、主电源电流传感器；电机电压传感器、电机电流传感器；飞轮电池单元电压传感器、飞轮电池单元电流传感器、飞轮电池单元转速传

5、感器、飞轮电池电力电子变换单元工作状态及 PWM调制信号；油门踏板驱动电位器和刹车踏板制动电位器相连接；控制电路板上设置有微处理器，微处理器可采用单片机、 DSP 等器件，微处理器通过滤波电路采集电压、电流信号、加速踏板和制动踏板信号；微处理器输出的 PWM信号经过光电隔离器件及驱动电路控制直流变换 DC/DC 变换器每个功率器件的动作。飞轮电池一般由飞轮、轴、悬浮轴承、电机、真空容器和电力电子装置组成。真空容器将除电力电子装查以外的所有机械部件密封起来，这样飞轮和电机转子旋转时几乎没有风损。当外设通过电力电子装置给电机供电时，电机

6、给飞轮加速，储存能量：当飞轮给电机施加转矩时，电机又通过电力电子装置给外设供电。当飞轮空闲运转时，整个装置以最小损耗运行。飞轮是飞轮储能装置中的核心部件，它一般是由特殊合成材料组成。飞轮储能装置中内置一个既是电动机也充当发电机的电机。在充电时，它作为电动机给飞轮加速；当放电时，它又作为发电机给外设供电，常用的电机有永磁无刷电机、三相无刷直流电机、磁阻电机和感应电机。电力电子装置在真空容器外，它包括主电路和控制电路。主电路通常是由金属一氧化物一半导体型场效应晶体管 MOSFET 或绝缘栅双极型晶体管 IGBT 功率开关器件组成的双向逆

7、变器，通过它来实现能量的输入和输出。控制电路不仅控制逆变器的输入输出，而且对整个装置起保护和控制作用。采用本方案的方法构建的电动车飞轮电池辅助电源系统，具有以下明显优点：l ）由飞轮电池存储电动车再生制动回馈能量，避免了频繁充电、放电对电动车主电源的不利影响，由于飞轮电池使用寿命远远大于蓄电池，因此电动车电源系统的寿命得到提高；2 ）在车辆加速和爬坡时，飞轮电池协助主电源向电机提供一部分能量，使主电源的放电电流值不至于太大，从而使主电源的寿命得到提高；3 ）由于飞轮电池功率密度大的特点，车辆加速时可以以很大的放电电流协助主电源供电，

8、因此电动车的加速性能有所改善。4 ）本系统不需对原电动车控制系统在原理和结构上进行大的改动，只需把原控制系统所用的部分传感器输出信号接入控制电路板中，可以很方便地实施技术改造。5 ）本系统使用广泛，可以用于电动汽车、电动摩托车、电动自