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【科技动态】国内外飞轮储能应用最新研究进展

发表时间:2021-06-08 15:28作者:胡东旭 徐帆 编译来源:国际储能技术与产业联盟

德克萨斯农工大学利用飞轮储能优化全轮驱动电动动力系统

文章信息

技术领域:飞轮储能在车辆能量回收领域的应用
开发单位:美国德克萨斯农工大学 Nima Farrokhzad Ershad
技术突破:提出了一种基于飞轮动能回收系统的新型全轮驱动电动动力系统,实例分析表明,与传统的基于永磁同步电机的动力系统相比,该系统在加速/减速过程中将电化学存储量降至零,可以提高动力系统的效率和电池寿命。
文章名称:Nima Farrokhzad Ershad, Ramin Tafazzoli Mehrjardi, Mehrdad Ehsani. Efficient Flywheel-Based All-Wheel-Drive Electric Powertrain. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 2021.
应用价值:可提高全轮驱动电动动力系统的效率,降低电池额定功率,延长蓄电池寿命。

全轮驱动(AWD)多电机动力系统在提高系统性能、效率和可靠性方面具有更大的潜力。与单轴驱动车辆相比,全轮驱动电动动力系统具有更高的传动系统效率和更好的驱动性能,同时能够吸收车辆的更多动能,但是如何储存高功率能量仍是一个挑战,这是由于高功率回收(紧急制动)意味着从机械到电气再到化学形式的转变,期间伴随着电池的高损耗和高磨损。值得注意的是,在城市驾驶中车辆的大部分动力需求是惯性的,其余的是克服摩擦。因此,如果使用动能回收系统回收这部分能量,就可以显著延长车辆续航里程和电池寿命。

在传统的飞轮动能回收系统中,回收的能量会先被转化为电能,再驱动电机转化为飞轮的机械能。来自德克萨斯农工大学的研究人员另辟蹊径,将飞轮与一个变速器轴相连,另一个轴与车轮相连。变速器的磁力离合器功能将飞轮和车轮耦合在一起,在不同转速下旋转时实现动能的可控交换。这样,飞轮就可以满足所有高功率的加速和制动需求,而电池则可以满足巡航等低功率需求,可以大大提高电池寿命和性能。实例分析表明,与传统的基于永磁同步电机的动力系统相比,该系统在加速/减速过程中将电化学存储量降至零,验证了所提出的动力传动系统延长电池寿命的作用。(编译:徐帆,胡东旭 INESA)

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图1 基于飞轮的车辆动能回收系统能量流动框图

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中电建路桥集团开展基于飞轮储能的地铁再生制动研究

文章信息

技术领域:飞轮储能在车辆能量回收领域的应用
开发单位:中电建路桥集团有限公司 刘平
技术突破:设计了一种基于飞轮储能阵列的直流电能循环利用系统,可实现车辆进站制动能量的快速吸收和出站时的功率补偿,并通过对飞轮阵列关键指标进行论证,确定了飞轮并联方案和容量配置。
文章名称:刘平,李树胜,李光军,戴兴建. 基于磁悬浮储能飞轮阵列的地铁直流电能循环利用系统及实验研究.储能科学与技术,2020.
应用价值:开展了基于磁悬浮飞轮阵列储能型制动能回收节能系统研究,为城市轨道交通再生制动能量的回收和节能奠定基础。

地铁具有站间距短、载客量大、安全准点,以及车辆启动加速快、制动减速频繁等特点,当车辆再生制动时,将产生巨大的制动能量。动态能量回收系统可以在制动期间辅助回收动能,并将其存储在各种储能单元中,从而在加速条件下使用。由于具有能量密度大、能量转换效率高、工作寿命年限长、充放电时间短等优点,飞轮储能作为一种新型的储能装置,是地铁交通用于能量回收的合适选择。

来自中电建路桥集团的研究人员首先对轨道交通牵引供电系统进行了介绍,并以此对列车进出站工况及制动能量进行了分析,确定储能飞轮制动能回收系统结构和关键技术指标。设计了飞轮储能实验平台,并依托实际系统进行了飞轮阵列对拖充放电性能测试。实验结果表明所设计的飞轮阵列性能优越,完全满足地铁直流电能循环利用需求,为后续开展飞轮储能阵列在轨道交通中的应用奠定基础。(来源:储能科学与技术;编辑:徐帆,胡东旭 INESA)

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图2 磁悬浮飞轮储能型制动能量回收系统图

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