飛輪儲能電源系統(tǒng)非常適合應用于混合電動汽車中。車輛在正常行使或剎車制動時,給飛輪儲能電源系統(tǒng)充電;在車輛加速或爬坡時,飛輪儲能電源系統(tǒng)放電,給車輛提供動力,保證車輛運行在一種平穩(wěn)、最優(yōu)狀態(tài)下的轉(zhuǎn)速,可減少燃料消耗,并可以減少發(fā)動機的維護,延長發(fā)動機的壽命。眾所周知,在城區(qū)運行的各種車輛需要頻繁的剎車制動、再啟動。而剎車制動的能量,卻以機械磨擦的形式轉(zhuǎn)化為熱能消耗掉。研究證明,此能量約占車輛使用能量的30%。如果能再利用這部分能量,則會產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟效益。
飛輪儲能電源系統(tǒng)除了在電動汽車中的應用以外,還可以用于電車、載重汽車、城鐵、鐵路交通等許多領域。圖2是基于三菱PLC控制的飛輪儲能在電車中應用的原理示意圖。通過三菱O系列PLC、CC-Link現(xiàn)場總線和F700變頻器的控制系統(tǒng),依據(jù)一定的控制算法,把電機運行時的電能轉(zhuǎn)化為動能儲存在飛輪的機械系統(tǒng)中,電機處于發(fā)電機狀態(tài)時,再釋放這部分能量。
飛輪儲能電源系統(tǒng)在電車中應用的工作原理可以分為三個部分來說明:
(1)飛輪儲能:此例中,電車是由三相交流電供電。交流輸入在變頻器B中經(jīng)整流和逆變后,驅(qū)動電機B處于電動機狀態(tài),帶動飛輪高速運轉(zhuǎn),此時,將電能轉(zhuǎn)化為飛輪的動能儲存起來;
(2)電車啟動:與飛輪儲能的同時,交流輸入在變頻器A中經(jīng)整流和逆變后,驅(qū)動電機A通過傳動裝置驅(qū)動車輪轉(zhuǎn)動;當電車運行時,控制變頻器B的輸出頻率使電機B處于再生發(fā)電狀態(tài),此時飛輪儲存的能量回饋到變頻器的直流母線側(cè),再經(jīng)過變頻器A的逆變器將直流電轉(zhuǎn)化為交流電,為電車的運行提供能量,在這個過程中,需要對變頻器B的輸出頻率進行相應的控制,使變頻器的直流母線電壓穩(wěn)定在一定范圍內(nèi);
(3)電車制動:在電車制動時,同樣控制變頻器A的輸出頻率,將電動汽車的能量回饋到變頻器直流母線側(cè),此時提高變頻器B的輸出頻率,飛輪加速,將電車回饋的能量重新儲存到飛輪中,從而達到節(jié)能的效果。
