[发明专利]一种自由活塞发电机能量存储一体化模块及能量调控方法

说明书

本发明涉及一种自由活塞发电机能量存储一体化模块及能量调控方法，属于能源动力领域。本发明的目的是为了解决自由活塞发电机启动过程能量稳定供给，中间发电切换过程能量调节，稳定发电过程能量高效储存和动子运动特性实时调控，延长储能单元使用寿命以及自由活塞内燃发电系统模块化应用的问题，提出一种自由活塞发电机能量存储一体化模块及能量调控方法。本发明利用两个直流功率变换器将超级电容模组，充电机，电池模组依次串联，形成闭合回路，通过直流母线与自由活塞发电机子系统耦合。

技术领域

本发明涉及一种自由活塞发电机能量存储一体化模块及能量调控方法，属于能源动力领域。

背景技术

自由活塞发电机属于一种新型动力装置。将自由活塞内燃机与直线电机耦合，内燃机做功推动电机动子做切割磁感线运动，定子线圈产生感应电动势，从而向外输出电能。具有高效环保，振声特性优良等优势。其中，设计合理的混合储能系统拓扑结构和能量调控方法，辅助自由活塞发电机平稳启动，以及保证系统稳定运行，并使输出电能高效存储是目前领域内亟待解决的问题。

如何将自由活塞发电机与能量存储单元耦合成为一个能量单元，作为可移植的能量包，作为混合动力汽车增程器使用，根据功率需求自行配置单元个数，具有较大的应用前景。增程式混合动力汽车具有噪声小，启动扭矩大，续航时间不受电池功率密度限制，有加油站的地方就能为汽车补充能量，综合自由活塞发电机优势，将自由活塞发电机与增程式电动汽车结合，具有广阔的发展前景。

自由活塞发电机启动过程中，直线电机工作在电动模式，需要储能系统向电机供电，推动电机动子做往复直线运动，推动活塞运动，直至发动机达到点火所需压缩比，此阶段储能系统向外输出稳定的能量。

自由活塞发电机从启动状态过渡到稳定发电的过程中，直线电机依然工作于电动模式，并且发动机缸内工质开始燃烧做功，推动活塞运动，与直线电机之间存在动态匹配过程，该阶段，储能系统能量输出随着发动机缸内燃烧状态的变化而波动，以确保活塞运行在设计的行程之内。

自由活塞发电机稳定运行过程中，内燃机缸内燃烧做功推动电机动子做切割磁感线运动，电机处于发电模式，向外输出电能，该阶段，储能系统在确保电能高效存储的同时，需时刻保证能提供给电机充足的能量，以便在发动机运行发生较大波动时调节动子的运动特性。

综合考虑自由活塞发电机的工作过程与特点，提出一种由单向充电机、电池模组、超级电容模组以及功率变换器构成的混合储能系统。该储能系统综合考虑能量流动与存储要求，以及系统的可实现性与可操作性，具有可靠性强，结构简单，调节方便，便于模块化应用。在功率变换器的调控下，既可保证自由活塞发电机顺利启动，还能实现能量可靠高效地存储与能量流调节。

发明内容

本发明的目的是为了解决自由活塞发电机启动过程能量稳定供给，中间发电切换过程能量调节，稳定发电过程能量高效储存和动子运动特性实时调控，延长储能单元使用寿命以及自由活塞内燃发电系统模块化应用的问题，提出一种自由活塞发电机能量存储一体化模块及能量调控方法。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。

本发明的一种自由活塞发电机能量存储一体化模块及能量调控方法，主要包括两个双向直流功率变换器，一个超级电容模组，一个充电机，一个电池模组，一个储能控制器。

上述部件的连接关系为：其中第一个双向直流功率变换器并联于直流母线上，后面依次串联超级电容模组，充电机，电池模组，最后利用第二个双向直流功率变换器将电池模组与直流母线并联，各部件之间连接形成一闭合回路。储能系统各部件通过CAN总线与储能控制器之间进行状态信息和命令的交互。

本发明的一种自由活塞发电机能量存储一体化模块及能量调控方法，工作过程分为启动过程，切换过程，发电过程。