飞轮储能系统毕业设计

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1、绪论绪论 制动能量回收是现代电动汽车与混合动力车重要技术之一， 也是它们的重要特点。 在一 般内燃机汽车上，当车辆减速、制动时，车辆的运动能量通过制动系统而转变为热能，并向 大气中释放。 而在电动汽车与混合动力车上， 这种被浪费掉的运动能量已可通过制动能量回 收技术转变为电能并储存于蓄电池中，并进一步转化为驱动能量。例如，当车辆起步或加速 时，需要增大驱动力时，电机驱动力成为发动机的辅助动力，使电能获得有效应用。 随着石油价格的飞速增长，混合动力汽车，特别是对于城市道路交通，显得更为重要。 另外，值得说明的是，世界石油存储量正在迅速减少，保守预测，石油资源将在3040年后 枯竭。 通常意义上，

2、 采用热机的混合动力架起了目前传统技术与未来混合动力燃料电池汽车 技术之间过渡的桥梁。目前，鉴于价格昂贵，制氢、储氢、加氢站等基础设施投入巨大，使 用燃料电池发动机取代内燃发动机的时机还不成熟。 在城市交通中， 空气污染的治理问题显 得尤为重要。混合动力技术为降低传统汽车的污染排放量提供了可能，特别是CO2的排放， 具体可通过尽可能地使用发动机的高效率点、 维持发动机处于优化的工作区等措施以降低发 动机油耗。变惯量飞轮电池是一种高科技机电一体化产品,它在国防工业、汽车工业、电力 工业、电信业等领域具有广阔的前景。 国际飞轮储能技术现状： 飞轮储能系统主要由转子、电动/发电机、电力转换器和真空室

3、四部分1组成。 80年代初，瑞士0erlikon工程公司研制了第一辆完全由飞轮供能的公共汽车。飞轮直径 163m，重15t，在氢气环境里以3000rpm运行以降低风损。该车可载乘客70名，行程大约 08km，在每停靠站停车时，飞轮需要允电2min。 1992年美国飞轮系统公司(American nywheel systems Inc.简称AFS)开发了一种用于汽车的 机电电池，每个“电池”长18cm，直径23cm。电池的核心是个以2lO5rpm旋转的碳纤维 飞轮转子，将12个“电池”放在lMPAcT轿车上，续航里程达480km。机电电池共重273kg，若 采用铅酸电池，则共重396kg。机电电

4、池所储的能量为铅酸电池的25倍，使用寿命为铅酸 电池的8倍，且它的“比功率”(即爆发力)极高，是铅酸电池的25倍，可在8秒钟内使该车由 静止加速至100kmh。 KERS 是动能回收系统(Kinetic Energy Recovery Systems)的英文缩写。它是 FIA 在 F1 赛车上使用的一项新技术。KERS 系统是国外动能回收系统中技术已经比较成熟，其基础 原理是： 通过技术手段将车身制动能量存储起来， 并在赛车加速过程中将其作为辅助动力释 放利用！ 国内飞轮储能的技术现状： 我国在飞轮储能方面研究刚刚起步，1995年始清华大学和中科院电工所等单位开始进 行初步研究。实验室自筹部分

5、资金，改建成用于飞轮研究的专用实验室。鉴于国内在超导磁 悬浮、电磁悬浮方面技术差距，且附件多，成本高，尤其磁悬浮电涡流功率损耗较大，我们 提出了永磁悬浮与机械轴承混合支承储能飞轮结构方案。 现阶段主要研究目标是基础固定的 飞轮储能模块（如电力调峰，不间断供电、电磁炮等） 。 行驶工况 通过对应时间点的加速度、速度值，运用相关公式就可以确定车辆运动中需要的机 械能量。无论车辆采用何种动力，当需要复现这种行驶工况时，使用一种共同的环境如 温度、风速、滚动系数等一些可以控制的条件时，采用定容取样系统(CVS)和数据分 析系统，可以对车辆的动力性、经济性以及车辆排放性能等指标进行比较判断。因此我 们希

6、望找到一种方法来确定对应时间点的加速度、速度值。这样，便出现了车辆行驶工 况图的概念。 车辆在道路上的行驶状况可用一些参数(如加速、减速、匀速和怠速等)来反映， 这些参数的集合则构成了车辆的运动特征。通过对这种运动特征的调查和解析，绘制出 能够代表车辆运动状况，时间的步长通常为1秒，表达形式为速度时间的曲线，即 为车辆行驶工况图。 1发动机的选择 1.1发动机的最大动率 ) 761403600 ( 1 3 maxmaxV CDA V mgf Pe =175 76140 )427.1710.1(32.0 175 3600 )50175(01.010165.08.91560 9.0 1 3 =91.73kw 91.73*1.2=110kw 故可选用东风康明斯 ISBe150 30型发动机，其参数为： 额定功率/转速 110kw/2500（r*min-1） 最大扭矩/转速550N*m/1500（r*min-1） 1.2轮胎的选择 发动机前置前轮驱动，查表可知轴荷分配为：前轴占57%后轴占43%。 %571gmGa