[发明专利]一种用于电动汽车的磁悬浮飞轮储能电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种磁悬浮飞轮储能电池，尤其涉及一种用于电动汽车的磁悬浮飞轮储能电池，可作为电动汽车辅助电源使用。

背景技术

电动汽车由动力电池驱动，具有高效节能、低噪声、零排放等优点，其规模化应用将有效解决能源短缺和环境污染等问题。电动汽车作为未来主要交通工具，对其启动、加速、爬坡等性能及续航里程提出一定要求，而这些性能很大程度上取决于动力电池性能。目前，可用于电动汽车的动力电池主要有铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池、锌-空气电池和锂离子电池，锂离子电池由于具有工作电压高、比功率大、无记忆效应、无污染、自放电小等优点是电动汽车最具潜力的动力电池。但是由于锂离子电池造价昂贵、续航里程小、循环使用寿命短等缺点，将制约其在电动汽车上的广泛应用，尤其在电动汽车启动、爬坡等过程中，需要动力电池快速、深度放电，更加影响其使用寿命。

磁悬浮飞轮电池以其比能量高、比功率大、充电快、寿命长、无任何废气废料污染等特点广泛应用于电动汽车、医疗器械、工业设备、航空航天等领域，磁悬浮飞轮电池主要分为永磁型和主动控制型。永磁型磁悬浮飞轮电池通过径向和轴向的永久磁铁实现储能飞轮的被动悬浮，主动控制磁悬浮飞轮电池通过径向和轴向的电磁线圈实现对储能飞轮的主动控制。

由于电动汽车在行驶过程中存在随意启停、加减速现象，能量转换频繁，给磁悬浮飞轮电池带来频繁放电扰动，永磁型磁悬浮飞轮电池频繁放电可能会造成储能飞轮失稳，影响磁悬浮电池稳定性；主动控制磁悬浮飞轮电池控制稳定性强，在电动汽车行驶过程中不易失稳，但需要消耗原动力电池大量能量来支撑储能飞轮工作，降低了原动力电池使用效率。鉴于这两种磁悬浮飞轮电池所存在的不足，可以考虑将两者相结合，既可降低原动力电池功耗，又可对储能飞轮实现主动控制，经受储能飞轮随意扰动。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术不足，提供一种用于电动汽车的磁悬浮飞轮储能电池，将现有永磁型和主动控制型磁悬浮飞轮电池技术相结合，既可降低原动力电池功耗，又可对储能飞轮实现主动控制，经受储能飞轮随意扰动。该电池由电动汽车原动力电池提供电源，在电动汽车启动、加速、爬坡时为原动力电池提供辅助电能，降低原动力电池放电频率及放电深度，改善其放电特性，延长其使用寿命。

本发明具体采用以下技术方案：

一种用于电动汽车的磁悬浮飞轮储能电池，包括设置于保持真空环境的密封腔中的

储能飞轮、磁悬浮轴承系统、发电/电动一体机定子，所述磁悬浮轴承系统为混合磁悬浮轴承系统，包括永磁偏置磁悬浮轴承和主动控制磁悬浮轴承，其中永磁偏置磁悬浮轴承包括分别固接于所述密封腔内壁上的一组径向永磁偏置磁悬浮轴承和一组轴向永磁偏置磁悬浮轴承，用于分别对储能飞轮起径向和轴向支撑作用；主动控制磁悬浮轴承包括分别固接于所述密封腔内壁上的一组径向主动磁悬浮轴承和一组轴向主动磁悬浮轴承，分别用于对储能飞轮的径向运动和轴向运动进行主动控制，径向主动磁悬浮轴承包括径向铁芯和绕制在其上的径向线圈，轴向主动磁悬浮轴承包括轴向铁芯和绕制在其上的轴向线圈，径向线圈和轴向线圈中的励磁电流可在外部控制下进行调整。

进一步地，所述储能飞轮包括芯轴以及嵌套于芯轴外壁的可充磁飞轮转子、电机处充磁环、径向磁轴承处充磁环，其中，可充磁飞轮转子、电机处充磁环、径向磁轴承处充磁环的位置分别对应于轴向永磁偏置磁悬浮轴承/轴向主动磁悬浮轴承、发电/电动一体机定子、径向永磁偏置磁悬浮轴承/径向主动磁悬浮轴承。

进一步地，所述磁悬浮飞轮储能电池还包括固定于储能飞轮的旋转轴所指向的密封腔两侧内壁上的一对保护轴承；储能飞轮静止时，保护轴承对其起支撑作用，储能飞轮转动时，保护轴承与储能飞轮呈非接触状态

进一步地，所述磁悬浮飞轮储能电池还包括用于分别对储能飞轮的径向位移、轴向位移进行监测的径向位移监测装置、轴向位移监测装置，径向位移监测装置、轴向位移监测装置均包括非接触式位移传感器。所述非接触式位移传感器优选电涡流位移传感器。

更进一步地，在储能飞轮位于所述径向位移监测装置中的电涡流位移传感器的监测区域中的芯轴外壁上，嵌套有铜质的位移检测环；从而可有效提高电涡流位移传感器对位移的检测精度。