CN105990949B - 电池飞轮综合储能装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电池飞轮综合储能装置，主要组成包括壳体、定子、转子架、电池架、电池组、转子线圈、控制器与充放电电路和轴承。本发明所公开的电池飞轮综合储能装置具有飞轮机械储能状态、电池组储能状态、动能输出状态和电能输出状态四种工作状态，可以对机械能进行存储，可以将所存储的机械能转化为电池中存贮的电能，克服长时间单纯飞轮储能的能量损耗问题。

Description

电池飞轮综合储能装置

技术领域

本发明涉及的是一种综合储能装置。

背景技术

当前动能回收系统的主要类型，一类是通过发电将电能储存于化学电池及超级电容器；另一类是动能直接存储于旋转机械装置即飞轮储能；此外少量回收系统将动能转变为势能存储。

从储能装置的单位质量能量密度角度，无论单独的化学电池，还是机械储能飞轮在现有的技术条件局限下，极限能量密度一定，不容易突破。

从能量转化速率方面，化学电池受限于化学反应的客观条件限制，也存在充放电极限速率。而旋转飞轮储能的能量吸收和释放的极限速率可相对较高。

从储能时长方面，储能飞轮实现高效动能回收和储能，需要低轴承损耗和低空气阻力等条件，如果不能将飞轮旋转在真空环境及利用磁悬浮轴承技术，能量将逐渐消耗。因而，机械飞轮的储能时间不宜过长。

综上近述，所涉及电池飞轮综合储能装置，可以提高储能装置的能量密度，提升能量转化能力，延长能量存储时间，兼顾能量的可逆转换。

发明内容

本发明公开了一种电池飞轮综合储能装置，主要包括壳体、转子总成、定子和其它附属装置，其中转子总成由转子架、电池架、电池组、传感器、控制器与充放电电路等组成。

转子轴用于电池飞轮综合储能装置的动能输入和动能输出；在电池飞轮综合储能装置的壳体上安装有轴承，轴承支撑转子轴，在转子轴上装有转子架，转子架随转子轴一起旋转；转子架设置有电池架和转子线圈，电池架用于安装旋转电池组；这样，转子轴、电池组和转子线圈在储能装置中保持相同的运动状态。储能装置中的定子安装在储能装置固定端盖上，并与壳体相互连接，定子依靠轴承在转子轴上支承，这样定子与储能装置壳体保持相同的运动状态。

随转子轴一起旋转的电池组及转子轴上的其他装置共同构成储能装置的转动惯量，待存贮的动能经转子轴输入后，电池组旋转，增加了的电池组转速从而增大装置存贮的机械能；如果控制在定子中产生磁场，旋转的转子线圈发电，电能在电池组中存贮或输出；存储了电能的电池组也可以通过向转子线圈供电，同时控制定子中产生磁场，转子轴可以向外输出动能。

本发明所公开的电池飞轮综合储能装置，具有飞轮机械储能状态、电池组储能状态、动能输出状态和电能输出状态四种工作状态，可以对机械能进行存储，可以将所存储的机械能转化为电池中存贮的电能，克服长时间单纯飞轮储能的能量损耗问题。

本发明的优势：综合了电池储能与飞轮储能两者的优点，在输入转矩增加，转轴转速迅速上升时可按“飞轮储能状态”工作，快速机械储能；电池组和充放电控制电路随转子转动，电池既能做为飞轮配重完成机械储能，又能做为电池储存电能，能够获得比传统飞轮储能机构更高的储能能量密度；装置工作在“发电充电状态”，动能转化为电能，电能进一步存储在旋转的电池组中，有利于克服单纯飞轮长时间储能的能量损耗问题；电池飞轮内嵌电池和发电电动装置，在释放能量时可以直接输出动能，也可以直接输出电能，灵活方便。

附图说明

图1为电池飞轮综合储能装置分解图。

其中1-壳体；2-转子架；3-转子线圈；4-定子；5-轴承A1；6-轴承B1；7-转子轴；8-电池架；9-电池组；10-轴承A2；11-轴承B2；12-轴承端盖；13-传感器控制器与充放电电路；14-电池架端盖；15-储能装置端盖。

图2为电池飞轮综合储能装置剖视图。

其中1-壳体；2-转子架；3-转子线圈；4-定子；5-轴承A1；6-轴承B1；7-转子轴；8-电池架；9-电池组；10-轴承A2；11-轴承B2；13-传感器控制器与充放电电路；14-电池架端盖；15-储能装置端盖；

图3为电池飞轮综合储能装置左视图。

电池飞轮综合储能装置在左视图上内部组成不再赘述。

具体实施方式

为了实现上述目的,本发明的解决方案如下。应当理解的是,实施方式中所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明,并不用于限制本发明。

如附图1所示，电池飞轮综合储能装置的主要组成包括壳体1、转子架2、电池架8、电池组9、定子4、传感器控制器与充放电电路13。转子轴7通过B组轴承支承在壳体1和储能装置端盖15上，轴承B2(图中11)外圈支承在壳体1上、轴承B1(图中6)外圈支承在储能装置端盖15上。定子4连接在储能装置端盖15上，通过A组轴承(图中5、10)支承在转子轴7上。

如附图2所示，转子轴7用于电池飞轮综合储能装置的动能输入和动能输出；在电池飞轮综合储能装置的壳体1上安装有轴承6、11，轴承支撑转子轴7，在转子轴7上装有转子架2，转子架2随转子轴7一起旋转；转子架2设置有电池架8和转子线圈3，电池架用于安装旋转电池组9传感器控制器与充放电电路13电池架端盖14；这样，转子轴7、电池组9和转子线圈3传感器控制器与充放电电路13电池架端盖14在储能装置中保持相同的运动状态，电池架端盖14加工有电力引出孔并与传感器控制器与充放电电路13电力引出端对应，当转子轴7转至特定位置时，该电力引出孔与储能装置端盖15上引出孔也对应。

壳体1、转子架2、电池架8及相应的端盖预留有用于无线通信孔隙，或采用对无线信号传输阻碍较小的材料。传感器控制器与充放电电路13集成了无线通讯模块，可无线接收外部控制命令，采集储能装置的运动信息，智能控制、选择各部分工作状态，无线发送储能装置状态信息。储能装置中的定子4安装在储能装置端盖15上，并与壳体1相互连接，定子依靠轴承5、10在转子轴7上支承，这样定子与储能装置壳体1保持相同的运动状态。定子4总成可采用磁场线圈或永磁铁作为定子的主要结构，当定子4采用磁场线圈时，定子4预留有储能装置的引出导线端子，储能装置端盖15上留有与引出导线端子相对应的孔。

如前所述的电池飞轮综合储能装置的几种工作状态如下。

(1)飞轮机械储能状态当外界驱动装置带动本装置转子轴增速转动时，控制器控制转子线圈回路断开，控制电池组空闲并保持原状态。装置转轴带动转子壳及相关部分随转轴转速增加，电池飞轮机械能增加。

(2)电池组储能状态当电池飞轮转子转动过程中，转速大于发电临界转速时，控制器可控制发电、充电电路工作，接通转子线圈回路，定子磁场切割转子线圈发电，经控制电路整流及处理后向旋转电池组充电。电池组储能状态可以伴随飞轮储能状态同时进行，也可在飞轮轴外部驱动力撤除后惯性转动过程中进行。如此可有效克服长时间单纯飞轮储能的能量损耗问题。此时装置工作在发电充电状态，动能转化为电能，电能存储在旋转的电池组中。

(3)动能输出状态控制器控制电池组电能输出，线圈各项绕组有规律通、断电，电流与定子磁场相互作用，推动转子带动转子轴转动，输出动能。此时，本装置工作在无刷直流电机工作状态，电池、线圈及控制电路随转子壳与转子轴转动，实现转动输出。

(4)电能输出状态电池飞轮综合储能装置的定子总成可采用磁场线圈或永磁铁作为定子的主要结构。当定子采用磁场线圈结构时，外部对转子轴施加一定制动力，控制器控制电池向转子线圈周期脉冲供电，转子线圈产生变化磁场，变化磁场作用在定子线圈上，定子线圈感应交变电动势。通过外部电路将电流引出定子线圈以供利用。此时，装置不运动，定子线圈与转子线圈形成偶合，在控制器控制下把电池储能通过定子线圈输出。或者，将转子转动到特定位置，转子上电力引出端子对准装置外壳上的相关引出孔位置，引出端子处插入外部导线，控制器控制电池电能从外部导线输出。此时化学电池的电能直接输出。

此外，本发明的各种不同的工作状态、实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (5)

1.一种电池飞轮综合储能装置，主要组成包括壳体、定子、转子架、电池架、电池组、转子线圈、传感器控制器与充放电电路和轴承；其特征在于电池飞轮综合储能装置的壳体和储能装置端盖通过轴承支承在转子轴上，在转子轴上装有转子架，转子架上设置有电池架和转子线圈，电池架上安装电池组；储能装置中的定子安装在储能装置端盖上，定子依靠轴承在转子轴上支承；电池架用于安装旋转电池组、传感器控制器与充放电电路、电池架端盖；转子轴、电池组、转子线圈、传感器控制器与充放电电路、电池架端盖在储能装置中保持相同的运动状态，电池架端盖加工有电力引出孔并与传感器控制器和充放电电路的电力引出端对应，当转子轴转至特定位置时，电力引出孔与储能装置端盖上引出孔对应。

2.根据权利要求1所述的电池飞轮综合储能装置,其特征在于传感器控制器与充放电电路安装在电池架上。

3.根据权利要求1所述的电池飞轮综合储能装置，其特征在于集成了相对储能装置轴线旋转运动的通讯模块，无线工作方式接收外部控制命令，发送储能装置状态信息。

4.根据权利要求1所述的电池飞轮综合储能装置，其特征在于传感器相对储能装置轴线旋转运动的工作方式采集储能装置的运动信息。

5.根据权利要求1所述的电池飞轮综合储能装置，其特征在于控制器及其集成的通讯模块相对储能装置轴线旋转运动的状态控制储能装置工作。