[发明专利]一种带有飞轮储能装置的特种车辆推进系统

说明书

本发明属于车辆驱动技术领域，公开了一种带有飞轮储能装置的特种车辆推进系统，其包括：发动机；发电机，将发动机产生的机械能转换为电能；AC/DC电力变换模块，连接发电机，将三相交流电整流为直流电并将电能输送至直流母线；电池组，通过DC/DC电力变换模块将电能输送至直流母线；飞轮储能装置，通过DC/AC电力变换模块挂接在直流母线；直流母线连接车辆用电部件；电池组和飞轮储能装置共同构成推进系统的储能系统，以满足车辆平台的多种工况需要。本发明体积小、便于整体布置；与化学电池、超级电容比较，采用飞轮储能，可靠性高、环境适应能力强；满足电磁炮、电热化学炮、防护系统的特殊用电需要；对车辆电网系统起到平衡的作用。

技术领域

本发明属于特种车辆的推进系统的驱动技术及整车能量管理技术领域，涉及一种带有飞轮储能装置的特种车辆推进系统。

背景技术

随着环境保护的需求及石油储量问题的日益突出，开发节能及采用替代能源的环保型汽车，以减少对环境的污染，是当今世界汽车产业发展的一个重要趋势。汽车制造业纷纷把目光转向电动汽车的研制，能找到储能密度大、充电时间短、价格便宜的新型电池是电动汽车或电动车辆能否拥有更大的机动性并与汽油车一争高下的关键，而飞轮电池能在车辆正常行驶时和刹车时，给飞轮充电，在加速或爬坡时给车辆提供动力，对减少燃料消耗、空气和噪声污染、发动机的维护等方面具有重要意义。

飞轮电池的应用十分广泛，但主要分为两大类型；一是作为储能用的，如卫星和空间站的电源，车辆的动力装置，各种重要设备(如计算机、通信系统、医疗设备等)的不间断电源(UPS)等；二是作为峰值动力用的，如电力系统峰值负载的调节，分布式发电系统中电网电力的波动调节，混合动力车辆负载的调节、运载火箭和电磁炮等的瞬时大功率动力供应源，脉冲动力设备等。

日前，飞轮储能系统可以单独或与其他动力装置一起混合用于电动汽车上，极大地改善汽车的动力性和经济性以及汽车尾气的排放状况。飞轮储能系统在军事车辆的脉动负载和运行负载调节方面也担负重要角色，如德克萨斯大学奥斯丁电动力学研究中心(UT—CEM)就为军用车辆开发了脉动负载和运行负载调节的飞轮储能系统，该系统能储存25M的能量，能提供5MW的瞬时功率，可满足14t级军用车辆的脉动动力要求。

飞轮储能系统在电磁炮应用中具有明显优势，有一种8级逐级驱动的线性感应线圈发射炮能将2kg的炮弹以2km/s的速度发射，电热化学炮要求在1—5ms内将脉动动力传到枪炮后膛，而由飞轮储能装置构成的脉冲盘交流发电机(PDA)就能适应这种要求。

美国国防部预测未来的战斗车辆在通信、武器和防护系统等方面都广泛需要电能，飞轮电池由于其快速的充放电，独立而稳定的能量输出，重量轻，能使车辆工作处于最优状态，减少车辆的噪声(战斗中非常重要)，提高车辆的加速性能等优点，已成为美国军方首要考虑的储能装置。

当前，特种车辆储能装置已经成为其实现全电化的瓶颈，化学电池的环境适应性很难满足特种车辆的特殊使用环境，相应特性和放电深度不能满足高能武器和急加速情况下的快速放电需求，化学电池与超级电容组合的性能虽有所改善，但功率密度无法与飞轮电池的功率密度相比美，达不到目前预期的设计要求。

飞轮电池是20世纪90年代才提出的新概念电池，它突破了化学电池的局限，用物理方法实现储能。当飞轮以一定角速度旋转时，它就具有一定的动能。飞轮储能装置主要包括三个核心器件：飞轮、电机和电力电子装置，其原理见图2,事实上，为了减少空闲运转时的损耗，提高飞轮的转速和飞轮储能装置的效率，飞轮储能装置轴承的设计一般都使用非接触式的磁悬浮轴承技术，而且将电机和飞轮都密封在一个真空容器内以减少风阻,发电机和电动机通常使用一台电机来实现，通过轴承和飞轮连接在一起,这样，在实际常用的飞轮储能装置中，主要包括以下部件：飞轮、轴、轴承、电机、真空容器和电力电子装置。