CN206703986U - 采用飞轮电池驱动的长行程车辆轮回收储能控制装置 - Google Patents

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Abstract

采用飞轮电池驱动的长行程车辆轮回收储能控制装置，涉及驱动同转子一体机领域。本实用新型是为了解决现有的纯电动车辆大多采用三元锂电池、锂离子电池或磷酸铁锂电池为车辆电机续航，存在行驶里程有限，充电速度慢的问题。蓄能型启动电池模组产生的电能经过逆变器转换成直流电，再经二号整流变换器转换成交流电，驱动电机驱动器使同轴转子三相发电一体机运转，蓄能型启动电池模组启动飞轮电池，飞轮电池输出交流电经一号整流变换器变换成直流电给电机驱动器驱动同轴转子三相发电一体机，同轴转子三相发电一体机产生的两路电能回馈输出端分别通过降压三相隔离变换器和升压三相隔离变换器将电能回馈给蓄能型启动电池模组和飞轮电池。用于驱动车辆。

Description

采用飞轮电池驱动的长行程车辆轮回收储能控制装置
技术领域
本实用新型涉及采用飞轮电池驱动的长行程车辆轮回收储能控制装置。属于交直流驱动同轴转子励磁三相交流发电一体机，无刷直流轮毂电机领域。
背景技术
随着不可再生石油资源的枯竭加之空气污染的日趋严重，新能源纯电动车辆被人们重视起来，现有高端纯电动车辆大多采用三元锂电池、锂离子电池或磷酸铁锂电池，采用控制器驱动电机的方式，存在行驶里程有限，充电速度慢、耐低温性能差的缺陷，在大电流回馈能量充电及碰撞时，会产生一定的危险。
实用新型内容
本实用新型是为了解决现有的纯电动车辆大多采用三元锂电池、锂离子电池或磷酸铁锂电池为车辆电机续航，存在行驶里程有限，充电速度慢的问题。现提供采用飞轮电池驱动的长行程车辆轮回收储能控制装置。
采用飞轮电池驱动的长行程车辆轮回收储能控制装置，它包括蓄能型启动电池模组、飞轮电池5、一号整流变换器6、电机驱动器7、同轴转子三相发电一体机8、逆变器9、二号整流变换器10、一号止逆二极管11、二号止逆二极管12、一号升压三相隔离变换器13和二号降压三相隔离变换器14，
蓄能型启动电池模组包括快充石墨烯超级电容电池模组1、太阳能充电电池模板2、慢充电池模组3和金属空气电池模组4，
快充石墨烯超级电容电池模组1、太阳能充电电池模板2、慢充电池模组3和金属空气电池模组4相并联，
蓄能型启动电池模组的电能输出端连接逆变器9的直流信号输入端，逆变器9的交流信号输出端连接二号整流变换器10的交流信号输入端，二号整流变换器10的直流信号输出端连接电机驱动器7的直流信号输入端，电机驱动器7的驱动信号输出端连接同轴转子三相发电一体机8的驱动信号输入端，
蓄能型启动电池模组的启动输出端连接飞轮电池5的启动输入端，飞轮电池5的交流信号输出端连接一号整流变换器6的交流信号输入端，一号整流变换器6的直流信号输出端连接电机驱动器7直流信号输入端，
同轴转子三相发电一体机8产生两路电能回馈输出端，一路电能回馈输出端连接一号升压三相隔离变换器13的电能信号输入端，一号升压三相隔离变换器13的电能信号输出端通过一号止逆二极管11连接飞轮电池5的电能回馈信号输入端，
同轴转子三相发电一体机8的另一路电能回馈输出端连接二号降压三相隔离变换器14的电能信号输入端，二号降压三相隔离变换器14的电能信号输出端通过二号止逆二极管12连接蓄能型电池模组的电能回馈信号输入端。
本实用新型的有益效果为：
快充石墨烯超级电容电池模组、太阳能充电电池模板、慢充电池模组、金属空气电池模组和飞轮电池之间均采用连接线平方粗细自动控制限流并联方式，控制慢充模组与快充模组的电流自动切换合理分配，简而言之就是说电动车辆加速后储存一定的惯性动能量；把减速刹车制动发出的电能，以毫秒级速度分两路,首先储能到飞轮储能电池,其次通过自动切换开关7秒内回馈电能到石墨烯超级电容电池快充模组,多余电能存入漫充电池模组，增加车辆续驶里程，当快慢充电池模组电能接近耗尽时，启动金属空气电池模组，打开并入开关，添加更换电解铝块，里程可根据需要无限增加，多余能量存入慢充电池模组。充电电池模组，在电动车辆处于白光及太阳光下随时补充电能。
电机驱动器能够接收交流电或者直流电，电机驱动器接收直流电时，通过蓄能型启动电池模组的48V-330V直流电源经过逆变器变换成380V交流电，再经二号整流变换器变换成直流电给电机驱动器供电，飞轮电池经一号整流变换器变换成直流电后给电机驱动器供电；电机驱动器接收交流电时，通过蓄能型启动电池模组经过逆变器变换成380V交流电，给电机驱动器供电，飞轮电池输出的交流电直接给电机驱动器供电；飞轮电池和同轴转子三相发电一体机的电能相互，升降压转换都在一定高惯性速度下，惯性补偿实现电力自我补充。
采用并充串放连接接方式回馈电能量补充原初始飞轮电池和石墨烯超级电容电池模组；快慢电池模组，采用并充串放电连接接方式，能使每块单体电池电压保持一致均衡，延长电池组的寿命保证电池组的功率密度。
本装置将不同类型蓄能型启动电池模组进行组合扬长避短，同轴转子交直流驱动三相发电一体机超快速回馈能量存储到石墨烯超级电容电池和飞轮电池中，增加纯电动车辆续驶里程。
本申请中高压飞轮电池作为驱动发电回收电力的后备物理性电池，在车辆启动负载量为100％时，飞轮输出电时间为15秒；75％负载时，飞轮输出电时间为20秒；50％负载时，飞轮输出电时间为30秒；25％负载时，飞轮输出电时间为56秒。就是说车辆在速度逐渐提升负载量减低后越省电，车轮在励磁发电减速7秒瞬发出的电力，可使高压飞轮电池惯性动能转数达到3万转以上，储存的电力超过7秒，多余超过7秒的电力再存入石墨烯超级电容电池，车辆在高速减速时在7秒周期内，适时减速回收电能，如车辆从100min减速到80迈7秒内存储飞轮电池15秒以上的电力，剩余存入石墨烯超级电容电池模组备用，如车辆在80min时，负载量为25％,飞轮电池存储存56秒电力，80迈再加速到100迈需要飞轮惯性15秒电力，还剩41秒电力快速7秒存入石墨烯超级电容电池，飞轮电池储存电能量不用也会被空气摩擦轴承损耗掉。简而言之车辆惯性动能减速发出的电力，给飞轮电池充电，即车辆减速一体机发电，飞轮加速充电，飞轮电池发出电力再驱动车辆电机，符合惯性补偿部分损耗规律，飞轮电池和车轮都在高惯性动态下运行，负载都小，励磁相互转换电力，车辆不会有明显减速感；高压飞轮电池也不会骤停，高压飞轮；车辆轮都保持一定的惯性速度情况下省电，适时回馈电能，电力不足时切换到蓄能型启动电池模组。目前为止，只有飞轮电池、石墨烯超级电容电池能在7秒内快速回收惯性动能电力。
采用该装置进行驱动同轴转子一体机，与现有技术相比充电速度快了5倍以上，续航时间长了5倍以上。
附图说明
图1为具体实施方式一所述的采用飞轮电池驱动的长行程车辆轮回收储能控制装置的原理示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：参照图1具体说明本实施方式，本实施方式所述的采用飞轮电池驱动的长行程车辆轮回收储能控制装置，它包括蓄能型启动电池模组、飞轮电池5、一号整流变换器6、电机驱动器7、同轴转子三相发电一体机8、逆变器9、二号整流变换器10、一号止逆二极管11、二号止逆二极管12、一号升压三相隔离变换器13和二号降压三相隔离变换器14，
蓄能型启动电池模组包括快充石墨烯超级电容电池模组1、太阳能充电电池模板2、慢充电池模组3和金属空气电池模组4，
快充石墨烯超级电容电池模组1、太阳能充电电池模板2、慢充电池模组3和金属空气电池模组4相并联，
蓄能型启动电池模组的电能输出端连接逆变器9的直流信号输入端，逆变器9的交流信号输出端连接二号整流变换器10的交流信号输入端，二号整流变换器10的直流信号输出端连接电机驱动器7的直流信号输入端，电机驱动器7的驱动信号输出端连接同轴转子三相发电一体机8的驱动信号输入端，
蓄能型启动电池模组的启动输出端连接飞轮电池5的启动输入端，飞轮电池5的交流信号输出端连接一号整流变换器6的交流信号输入端，一号整流变换器6的直流信号输出端连接电机驱动器7直流信号输入端，
同轴转子三相发电一体机8产生两路电能回馈输出端，一路电能回馈输出端连接一号升压三相隔离变换器13的电能信号输入端，一号升压三相隔离变换器13的电能信号输出端通过一号止逆二极管11连接飞轮电池5的电能回馈信号输入端，
同轴转子三相发电一体机8的另一路电能回馈输出端连接二号降压三相隔离变换器14的电能信号输入端，二号降压三相隔离变换器14的电能信号输出端通过二号止逆二极管12连接蓄能型电池模组的电能回馈信号输入端。
本实施方式中，如图1所示，第一路供电系统由蓄能型启动电池模组组成，蓄能型启动电池模组具有足够电力驱动车辆，蓄能型启动电池模组限流电连接平方线粗细自动限流连接逆变换器9输出后，再连接二号整流变换器(10)待命或蓄能型启动电池模组直接串联到电机驱动器7给电机驱动器供电；
第二路由飞轮电池5供电，飞轮电池5储存的电力经一号整流变换器6输出给电机驱动器7供电；电机驱动器7驱动同轴转子三相发电一体机8，从而驱动车辆。电机驱动器7还可以接收交流电，蓄能型启动电池模组经过逆变器输出交流电给电机驱动器；飞轮电池经过直接输出交流电给电机驱动器。
飞轮电池为高压飞轮电池，用于接收高压电。
飞轮电池5和同轴转动三相发电一体机的电能相互转化，车辆滑行下，同轴转动三相发电一体机产生的能量经过一号升压三相隔离变换器升压转换给飞轮电池，通过惯性补偿实现电力自我补充。
本实施方式中，同轴转子三相发电一体机8的转子是电动转子又是发电转子，同轴转子交直流三相发电一体机8为无刷直流电动机三相交流发电一体机、有刷直流串磁同轴驱动发电一体机、开关磁阻同轴转子直流驱动三相发电一体机,盘式电机、轮毂电机或混合励磁电机。
本实施方式中，本申请适合与汽车一起使用，如加装卡车；客车；轿车；吉普车；箱货车；快递车和洒水车之类的车辆。
飞轮电池类似一台不停的燃油发动机，瞬间储存电能，瞬间又释放电能回馈，恰似不间断电源，飞轮电池与车辆驱动发电一体机都是在一定惯性速度下，负载都在15％左右的情况下运行，相当省电，大大增加车辆的续驶里程。
在可选的实例中，不完全取代原汽油发动机的称混动，完全取代原汽油发动机的称纯电动，其驱动对接方式不变，一种就是把汽油发动机完全拿掉，另一种是采用双轮毂盘式电机无极变速驱动方式，无论怎样对接，采用本申请能够获得七秒驱动一体电机电能功率密度回馈至飞轮电池及石墨烯超级电容电池。另外，由于其中国制造和维护便宜，量产之后高强钢普通飞轮电池造价也就3000元左右，70V石墨烯超级电容电池模组7000元左右进一步加速新能源技术拓展到汽车领域，让新能源汽车更便宜更好用。随着技术的不断进步成熟，逐渐取消燃油车辆，从根本上消除雾霾。
本实施方式中，蓄能型启动电池模组的电能输出端的电压为48V-330V之间，在300AH-500AH左右。
具体实施方式二：本实施方式是对具体实施方式一所述的采用飞轮电池驱动的长行程车辆轮回收储能控制装置作进一步说明，本实施方式中，慢充电池模组3采用石墨烯系列安全电池、钛酸锂电池或者铅酸电池实现。
具体实施方式三：本实施方式是对具体实施方式一所述的采用飞轮电池驱动的长行程车辆轮回收储能控制装置作进一步说明，本实施方式中，太阳能充电电池模板2采用软体太阳能板充电薄膜实现。
具体实施方式四：本实施方式是对具体实施方式一所述的采用飞轮电池驱动的长行程车辆轮回收储能控制装置作进一步说明，本实施方式中，金属空气电池模组4采用锌空气电池或铝空气电池实现。
具体实施方式五：本实施方式是对具体实施方式一所述的采用飞轮电池驱动的长行程车辆轮回收储能控制装置作进一步说明，本实施方式中，快充石墨烯超级电容电池模组1在6秒至8秒内回收同轴转子三相发电一体机8的电能。
本实施方式中，飞轮电池5与同转子三相发电一体机8在惯性速度下，电能能够相互回馈转换。
工作原理：
在车辆减速惯性滑行；处于下坡制动时同轴转子三相发电一体机发出的电能量，经二号降压隔离变换采用并充串放连接方式整流后分别通过止逆二极管快速7秒回收电力到蓄能型启动电池模组中的快充石墨烯超级电容电池模组为下一时刻驱动车辆储存电力，经一号升压三相隔离变换7秒回收电力到飞轮电池中，为下一时刻驱动车辆储存电力。
在车辆刚启动时，使用快充石墨烯超级电容电池模组，给车辆的同轴转子三相发电一体机供电，驱动同轴转子三相发电一体机加速，快充石墨烯超级电容电池模组输出电力分两路，一路启动飞轮电池，输出三相380V电力进入一号整流变换器待命，另一路进入逆变换器再进入二号整流变换器待命，两路分别整流后合并联进入电机驱动器，电机驱动器驱动同轴转子三相发电一体机；当车辆减速刹车时，把惯性减速刹车发出的电能分两路，一路适时的以毫秒级的速度经二号降压三相隔离变换器连接平方粗细，大电流回充给快充石墨烯超级电容电池模组，另一路经过一号升压三相隔离变换器大电流回充给飞轮电池中，
此时断开并联的慢充电池模组和金属空气电池模组，减掉蓄能型启动电池模组大负载。保持车速,使飞轮电池达到更高的储能转数,保持足够电力,当长距离电力不足时，启动并入的金属空气电池模组，更换氧化铝块，行驶里程可无限延长。太阳能薄膜充电板可选装，车辆在太阳光下可随时补充电力，不完全依赖充电桩。

Claims (5)

1.采用飞轮电池驱动的长行程车辆轮回收储能控制装置，其特征在于，它包括蓄能型启动电池模组、飞轮电池(5)、一号整流变换器(6)、电机驱动器(7)、同轴转子三相发电一体机(8)、逆变器(9)、二号整流变换器(10)、一号止逆二极管(11)、二号止逆二极管(12)、一号升压三相隔离变换器(13)和二号降压三相隔离变换器(14)，
蓄能型启动电池模组包括快充石墨烯超级电容电池模组(1)、太阳能充电电池模板(2)、慢充电池模组(3)和金属空气电池模组(4)，
快充石墨烯超级电容电池模组(1)、太阳能充电电池模板(2)、慢充电池模组(3)和金属空气电池模组(4)相并联，
蓄能型启动电池模组的电能输出端连接逆变器(9)的直流信号输入端，逆变器(9)的交流信号输出端连接二号整流变换器(10)的交流信号输入端，二号整流变换器(10)的直流信号输出端连接电机驱动器(7)的直流信号输入端，电机驱动器(7)的驱动信号输出端连接同轴转子三相发电一体机(8)的驱动信号输入端，
蓄能型启动电池模组的启动输出端连接飞轮电池(5)的启动输入端，飞轮电池(5)的交流信号输出端连接一号整流变换器(6)的交流信号输入端，一号整流变换器(6)的直流信号输出端连接电机驱动器(7)直流信号输入端，
同轴转子三相发电一体机(8)产生两路电能回馈输出端，一路电能回馈输出端连接一号升压三相隔离变换器(13)的电能信号输入端，一号升压三相隔离变换器(13)的电能信号输出端通过一号止逆二极管(11)连接飞轮电池(5)的电能回馈信号输入端，
同轴转子三相发电一体机(8)的另一路电能回馈输出端连接二号降压三相隔离变换器(14)的电能信号输入端，二号降压三相隔离变换器(14)的电能信号输出端通过二号止逆二极管(12)连接蓄能型电池模组的电能回馈信号输入端。
2.根据权利要求1所述的采用飞轮电池驱动的长行程车辆轮回收储能控制装置，其特征在于，慢充电池模组(3)采用石墨烯系列安全电池、钛酸锂电池或者铅酸电池实现。
3.根据权利要求1所述的采用飞轮电池驱动的长行程车辆轮回收储能控制装置，其特征在于，太阳能充电电池模板(2)采用软体太阳能板充电薄膜实现。
4.根据权利要求1所述的采用飞轮电池驱动的长行程车辆轮回收储能控制装置，其特征在于，金属空气电池模组(4)采用锌空气电池或铝空气电池实现。
5.根据权利要求1所述的采用飞轮电池驱动的长行程车辆轮回收储能控制装置，其特征在于，快充石墨烯超级电容电池模组(1)在6秒至8秒内回收同轴转子三相发电一体机(8)的电能。
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