[发明专利]储能装置和运行方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于短期存储多余动能的储能装置。还描述了一种该装置的运行方法。

背景技术

例如多余的动能被转换成的通常的能量形式例如是化学能，其中，首先将动能转换成用其例如对铅蓄电池充电的电流。所生成的电流也可以作为电能例如存储在电容器中、尤其是在大功率电容器、所谓的“超级电容器（Supercap）”中。另一可能性在于将机械能存储为动能或势能，其中，作为变型方案可以列举飞轮存储器（Schwungradspeicher）。

这样的储能装置例如可以采用在混合动力车辆或电动车辆中。尤其是将用于存储电能的大功率电容器采用为高动态的缓冲存储器。在储能设备（例如常规飞轮）情况下，相宜地需要两个具有逆变器的电机，这些电机必须分别按照能量源的最大功率来设计，一个电机用于存储器运行，和一个电机用于重新存储。因此例如提高了结构尺寸和减小了存储器的能量密度。基本上由转换损耗以及由轴承摩擦来确定飞轮的效率。

例如将大功率电容器或具有作为能量转换器的两个电机的常规的飞轮，采用为高动态的缓冲存储器。这种电容器的缺点大多在于，强烈的温度依赖性导致低的寿命，并因此导致高的成本和相应地低的有效功率。对于电容器适用的是可以达到高于95%的效率。但是关于能量密度，电容器仅仅具有2-5 Wh/kg的值。而飞轮存储器在直至50 Wh/kg的能量密度情况下具有90-95%的效率。

由于蓄能量以转速平方地来标定（skalieren）的事实，致力于达到尽可能高的转速，该转速基本上由转子材料的断裂大小限制。像碳纤维加强的塑料（CFK）或玻璃纤维加强的塑料（GFK）那样的材料，尽管其与钢相比低的密度，由于其高的断裂强度而具有1570 kJ/kg的理论上的最大能量密度。在钢原料的情况下该值为106 kJ/kg。

迄今通过优化磁性支承与转子的部分地抽真空一起改善了飞轮的高效率。

由于大多数的飞轮存储系统用电来工作，以便加速和制动转子，应注意在例如复合原料中的碳纤维方面的最新的发展。要应用的每分钟转数达到例如20-50000或更多。

发明内容

本发明所基于的任务在于，提供一种用于可靠操纵能量传输中的负载尖峰和用于缩小电机的储能装置。此外适用的是创建一种具有相同要求的运行方法。

通过独立表述的权利要求的各自的特征组合来实现该任务的解决方案。由从属权利要求中可获知有利的扩展方案。

本发明所基于的认识在于，在迄今的实施方案中，可以显著更有效地制定在采用常规飞轮时必要的两重能量转换。可以将在现有技术中所采用的具有与常规飞轮相结合的逆变器的两个电机，分别根据最大要传递的功率来设计。

根据本发明，在轴上安置至少两个电机，其中从所述轴可以接收多余的动能，其中，一部分动能由第一电机转换成电能，而其它部分的动能由第二电机转换成另外的动能。

一方面以有利的方式将发电机采用为第一电机，其中经过轴给所述发电机馈送机械能或动能。另一方面，有利地将同样布置在轴上的飞轮存储器采用用于将动能转换成动能的另外的形式，其中，将动能从轴直接传输到飞轮存储器上。

以有利的方式如此制定电机的设计，使得第一电机具有静止地定位的第一定子以及与轴相连接并以与轴相同的速度旋转的第一转子。

第二电机的构造与现有技术的区别主要在于不像通常那样静止的第二定子。

以有利的方式如此设计第二电机，使得它具有不是静止地固定地站立、而是与轴相连接并以与轴相同的角速度旋转的第二定子，其中，在外部运行的转子作为飞轮起作用，使得该第二电机是飞轮存储器。

第一电机的双重功能是特别有利的，该第一电机既在充电过程期间被用作发电机又被用作用于车辆行驶运行的驱动电动机。

可以可变地制定将多余的动能划分到第一电机和第二电机上。以大约1:1的功率比的划分是有利的。

附图说明

以下借助示意性的不限制本发明的附图来描述实施例。

附图示意性示出了驱动轴，该驱动轴一方面经过机械差速器10耦合到具有轮30的驱动桥（Antriebsachse）上，并且另一方面与至少一个第一电机和至少一个第二电机相连接或承载所述至少一个第一电机和至少一个第二电机、即发电机和飞轮存储器。第一和第二电机的多重布置是可能的。发电机和飞轮存储器不必成对地存在。

具体实施方式