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。 针对上述现有技术存在的

2、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、精密机械加工技术和电力电子技术的飞跃发展,飞轮

3、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 )

4、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

5、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

6、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

7、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,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

8、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

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