CN110855014A - 飞轮电池的充放电方法、系统及电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种飞轮电池的充放电方法、系统及电子设备，涉及飞轮电池领域，该方法包括：飞轮电池的飞轮转子由静止旋转至额定转速时，充电辅助电机带动飞轮转子向飞轮电池进行充电；当飞轮电池的外部负载需要能量时，放电辅助电机通过飞轮转子的带动，向外部负载输出电能。通过双电机的配置，在充电时是使用小功率电机，缓慢的使转子积蓄动能，从而达到降低充电电流，保护设备，降低充电设备要求的作用。在放电时，使用大功率电机，把转子储存的动能，瞬时大功率释放，保证了负载对于瞬时大功率要求的特性。

Description

飞轮电池的充放电方法、系统及电子设备

技术领域

本发明涉及飞轮电池领域，尤其是涉及一种飞轮电池的充放电方法、系统及电子设备。

背景技术

飞轮电池的应用越来越普遍，飞轮电池中有一个电机，充电时该电机以电动机形式运转，在外电源的驱动下，电机带动飞轮高速旋转，即用电给飞轮电池"充电"增加了飞轮的转速从而增大其功能；放电时，电机则以发电机状态运转，在飞轮的带动下对外输出电能，完成机械能(动能)到电能的转换。

现在飞轮的功率由于受现有技术限制，单台电机的功率等级并不大，且在功率增大后，对于电机的充电电流要求比较高，对相应的配套设施的要求也增加。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种飞轮电池的充放电方法、系统及电子设备，通过双电机的配置，在充电时是使用小功率电机，缓慢的使转子积蓄动能，从而达到降低充电电流，保护设备，降低充电设备要求的作用。在放电时，使用大功率电机，把转子储存的动能，瞬时大功率释放，保证了负载对于瞬时大功率要求的特性。

第一方面，本发明实施例提供了一种飞轮电池的充放电方法，上述飞轮电池内设置有充电辅助电机以及放电辅助电机，该方法包括：

飞轮电池的飞轮转子由静止旋转至额定转速时，充电辅助电机带动飞轮转子向飞轮电池进行充电；

当飞轮电池的外部负载需要能量时，放电辅助电机通过飞轮转子的带动，向外部负载输出电能。

在一些实施方式中，上述方法还包括：

当飞轮电池充电完成后，放电辅助电机用于飞轮电池的发电转换，实现飞轮电池的放电过程。

在一些实施方式中，放电辅助电机的功率大于充电辅助电机的功率。

在一些实施方式中，上述放电辅助电机的输出功率为5MW-10MW。

在一些实施方式中，上述飞轮电池的充电电流为100-200A；功率为50-100KW；

充电辅助电机的工作功率为100-500KW。

在一些实施方式中，上述飞轮电池的飞轮转子为悬浮结构；充电辅助电机以及放电辅助电机通过产生的磁场与飞轮转子进行交互。

第二方面，本发明实施例提供了一种飞轮电池的充放电系统，该系统中的飞轮电池内设置有充电辅助电机以及放电辅助电机，该系统包括：

充电模块：用于飞轮电池的飞轮转子由静止旋转至额定转速时，充电辅助电机带动飞轮转子向飞轮电池进行充电；

放电模块：当飞轮电池充电完成后，放电辅助电机用于飞轮电池的发电转换，实现飞轮电池的放电过程。

在一些实施方式中，系统中的飞轮电池的充电电流为100-200A；功率为50-100KW；放电辅助电机的输出功率为5-10MW；充电辅助电机的工作功率为100-500KW。

第三方面，本发明实施例提供了一种电子设备，该飞轮电池包括：处理器和存储装置；存储装置上存储有计算机程序，计算机程序在被处理器运行时执行上述飞轮电池的充放电方法的步骤。

第四方面，本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器运行时执行上述飞轮电池的充放电方法的步骤。

本发明实施例带来了以下有益效果：本发明实施例提供了一种飞轮电池的充放电方法、系统及电子设备，该飞轮电池内设置有充电辅助电机以及放电辅助电机，该方法包括：飞轮电池的飞轮转子由静止旋转至额定转速时，充电辅助电机带动飞轮转子向飞轮电池进行充电；当飞轮电池的外部负载需要能量时，放电辅助电机通过飞轮转子的带动，向外部负载输出电能。通过双电机的配置，在充电时是使用小功率电机，缓慢的使转子积蓄动能，从而达到降低充电电流，保护设备，降低充电设备要求的作用。在放电时，使用大功率电机，把转子储存的动能，瞬时大功率释放，保证了负载对于瞬时大功率要求的特性。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的飞轮电池的充放电方法流程图；

图2为本发明实施例提供的飞轮电池的充放电方法中的飞轮电机结构图；

图3为本发明实施例提供飞轮电池的充放电系统的示意图；

图4为本发明实施例提供的一种电子设备的结构示意图。

图标：

210-充电辅助电机；220-飞轮；230-放电辅助电机；310-充电模块；320-放电模块；101-处理器；102-存储器；103-总线；104-通信接口。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

近年来，飞轮电池的应用越来越普遍，飞轮电池中有一个电机，充电时该电机以电动机形式运转，在外电源的驱动下，电机带动飞轮高速旋转，即用电给飞轮电池"充电"增加了飞轮的转速从而增大其功能；放电时，电机则以发电机状态运转，在飞轮的带动下对外输出电能，完成机械能(动能)到电能的转换。

飞轮储能电池系统包括三个核心部分：一个飞轮，电动机—发电机和电力电子变换装置。电力电子变换装置从外部输入电能驱动电动机旋转，电动机带动飞轮旋转，飞轮储存动能(机械能)，当外部负载需要能量时，用飞轮带动发电机旋转，将动能转化为电能，再通过电力电子变换装置变成负载所需要的各种频率、电压等级的电能，以满足不同的需求。

由于输入、输出是彼此独立的，现有技术中通常将电动机和发电机用一台电机来实现，输入输出变换器也合并成一个，这样就可以减少系统的体积和重量。但现在飞轮的功率由于受现有技术限制，单台电机的功率等级并不大，且在功率增大后，对于电机的充电电流要求比较高，对相应的配套设施的要求也增加。

考虑到现有飞轮电池中存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种飞轮电池的充放电方法、系统及电子设备，该技术可以应用于飞轮电池中，可以采用相关的软件或硬件实现，下面通过实施例进行描述。

为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种飞轮电池的充放电方法进行详细介绍，上述飞轮电池内设置有充电辅助电机以及放电辅助电机，该方法的流程图如图1所示，包括：

步骤S101，飞轮电池的飞轮转子由静止旋转至额定转速时，充电辅助电机带动飞轮转子向飞轮电池进行充电。

上述步骤是充电过程，当飞轮转子由静止旋转至额定转速的过程中，此时的充电辅助电机处于工作状态，使得飞轮转子缓慢加速，动能逐渐上升。可见，上述过程是通过充电辅助电机实现了飞轮电池的缓慢充电，这种机制即能保护充电电机，又能使得充电电流及其相应设备的要求降低。

步骤S102，当飞轮电池的外部负载需要能量时，放电辅助电机通过飞轮转子的带动，向外部负载输出电能。

当飞轮电池的外部负载需要能量时，此时飞轮转子处于高速旋转的状态，需要向外释放电能。此时，充电辅助电机停止工作，放电辅助电机进入工作状态，向外部负载输出电能。

放电辅助电机的功率可设置根据场景需求进行设置，如果需要大功率放电时，则将选取较大功率的放电辅助电机，通过该放电辅助电机的功率特性，实现了飞轮瞬间大功率放电，以满足大功率设备的用电需求。

在本发明实施例提到的一种飞轮电池的充放电方法中可知，该飞轮电池内设置有充电辅助电机以及放电辅助电机，当飞轮电池需要充电时，飞轮电池的飞轮转子由静止旋转至额定转速时，充电辅助电机带动飞轮转子向飞轮电池进行充电；当飞轮电池的外部负载需要能量时，放电辅助电机通过飞轮转子的带动，向外部负载输出电能。通过双电机的配置，在充电时是使用小功率电机，缓慢的使转子积蓄动能，从而达到降低充电电流，保护设备，降低充电设备要求的作用。在放电时，使用大功率电机，把转子储存的动能，瞬时大功率释放，保证了负载对于瞬时大功率要求的特性。

在一些实施方式中，上述飞轮电池的充放电方法还包括：

当飞轮电池充电完成后，放电辅助电机用于飞轮电池的发电转换，实现飞轮电池的放电过程。

如果飞轮电池一直处于充电状态，直至飞轮电池充电完成后，此时充电辅助电机停止工作，放电辅助电机开始介入，用于飞轮电池的发电转换过程，将多余的电量进行释放。

具体的，该飞轮电机的结构图如图2所示，充电辅助电机210设置在飞轮220的顶部，放电辅助电机230设置在飞轮220的底部。

在一些实施方式中，放电辅助电机230的功率大于充电辅助电机210的功率。通常情况下，放电辅助电机230的功率要大于充电辅助电机210的功率至少一个量级。充电辅助电机210采用小功率电机，可缓慢的使得飞轮220积蓄动能，从而达到降低充电电流，保护设备，降低充电设备要求的作用。而在放电过程中，使用大功率电机，把飞轮220存储的动能瞬间进行大功率释放，保证了负载对于瞬时大功率输出特性的要求。

在一些实施方式中，上述放电辅助电机230的输出功率为5MW-10MW；上述飞轮电池的充电电流为100-200A；功率为50-100KW；充电辅助电机的工作功率为100-500KW。

上述飞轮电池的飞轮220为悬浮结构；充电辅助电机210以及放电辅助电机230通过产生的磁场与飞轮220的转子进行交互。

图2中的飞轮220的转子为全悬浮结构设计，与充电辅助电机210以及放电辅助电机230并没有物理上的接触。它们之间的交互通过磁场得以实现，运用充电辅助电机210以及放电辅助电机230产生磁场控制飞轮220的转子的旋转，相当于旋转部分共用。该过程的原理与下述的齿轮结构类似，齿轮中设置有一个轴和两个大小不等的齿轮，其中的小齿轮是动力，大齿轮是输出，二者通过轴实现了相互控制。

本实施例中结合图2所示的飞轮电机的结构图可知，通过双电机的配置，在充电时是使用小功率电机，缓慢的使转子积蓄动能，从而达到降低充电电流，保护设备，降低充电设备要求的作用。在放电时，使用大功率电机，把转子储存的动能，瞬时大功率释放，保证了负载对于瞬时大功率要求的特性。

对应于上述飞轮电池的充放电方法的实施例，本实施例还提供一种飞轮电池的充放电系统，如图3所示，该系统中的飞轮电池内设置有充电辅助电机以及放电辅助电机，该系统包括：

充电模块310：用于飞轮电池的飞轮转子由静止旋转至额定转速时，充电辅助电机带动飞轮转子向飞轮电池进行充电；

放电模块320：当飞轮电池充电完成后，放电辅助电机用于飞轮电池的发电转换，实现飞轮电池的放电过程。

在一些实施方式中，系统中的飞轮电池的充电电流为100-200A；功率为50-100KW；放电辅助电机的输出功率为5-10MW；充电辅助电机的工作功率为100-500KW。

本发明实施例所提供的飞轮电池的充放电系统，其实现原理及产生的技术效果和前述飞轮电池的充放电方法的实施例相同，为简要描述，实施例部分未提及之处，可参考前述方法实施例中相应内容。

本实施例还提供一种电子设备，为该电子设备的结构示意图如图4所示，该设备包括处理器101和存储器102；其中，存储器102用于存储一条或多条计算机指令，一条或多条计算机指令被处理器执行，以实现上述飞轮电池的充放电方法。

图4所示的电子设备还包括总线103和通信接口104，处理器101、通信接口104和存储器102通过总线103连接。

其中，存储器102可能包含高速随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)，也可能还包括非不稳定的存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。总线103可以是ISA总线、PCI总线或EISA总线等。总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图4中仅用一个双向箭头表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。

通信接口104用于通过网络接口与至少一个用户终端及其它网络单元连接，将封装好的IPv4报文或IPv4报文通过网络接口发送至用户终端。

处理器101可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器101中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的处理器101可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)、网络处理器(Network Processor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(DigitalSignal Processor，简称DSP)、专用集成电路(Application Specific IntegratedCircuit，简称ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，简称FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本公开实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。结合本公开实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件译码处理器执行完成，或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器102，处理器101读取存储器102中的信息，结合其硬件完成前述实施例的方法的步骤。

本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器运行时执行前述实施例的方法的步骤。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、设备和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，设备或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个处理器可执行的非易失的计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以用软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种飞轮电池的充放电方法，其特征在于，所述飞轮电池内设置有充电辅助电机以及放电辅助电机，所述方法包括：

所述飞轮电池的飞轮转子由静止旋转至额定转速时，所述充电辅助电机带动所述飞轮转子向所述飞轮电池进行充电；

当所述飞轮电池的外部负载需要能量时，所述放电辅助电机通过所述飞轮转子的带动，向所述外部负载输出电能。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

当所述飞轮电池充电完成后，所述放电辅助电机用于所述飞轮电池的发电转换，实现所述飞轮电池的放电过程。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述放电辅助电机的功率大于所述充电辅助电机的功率。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述放电辅助电机的输出功率为5MW-10MW。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述飞轮电池的充电电流为100-200A；功率为50-100KW；

所述充电辅助电机的工作功率为100-500KW。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述飞轮电池的飞轮转子为悬浮结构；所述充电辅助电机以及放电辅助电机通过产生的磁场与所述飞轮转子进行交互。

7.一种飞轮电池的充放电系统，其特征在于，所述飞轮电池内设置有充电辅助电机以及放电辅助电机，所述系统包括：

充电模块：用于所述飞轮电池的飞轮转子由静止旋转至额定转速时，所述充电辅助电机带动所述飞轮转子向所述飞轮电池进行充电；

放电模块：当所述飞轮电池充电完成后，所述放电辅助电机用于所述飞轮电池的发电转换，实现所述飞轮电池的放电过程。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述系统中的所述飞轮电池的充电电流为100-200A；功率为50-100KW；所述放电辅助电机的输出功率为5-10MW；所述充电辅助电机的工作功率为100-500KW。

9.一种电子设备，其特征在于，包括：处理器和存储装置；所述存储装置上存储有计算机程序，所述计算机程序在被所述处理器运行时执行如权利要求1至6任一项所述的方法。

10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器运行时执行上述权利要求1至6任一项所述的方法的步骤。

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