就目前的技术来看,飞轮电池电动汽车还不能广泛应用,根据飞轮储能装置本身的特点来讲,它更加适用于复合动力汽车和混合电动汽车技术中,复合动力汽车是靠内燃机和电动机两种方式共同提供推动力的,在汽车正常行驶和制动的时候给电池充电,汽车爬坡和加速需要功率大的时候让电池放电。
由于普通汽车在正常行驶的时候,功率仅为最大功率的1/4,复合动力汽车中蓄电池和电动机的加入恰好可以解决这个问题。这样复合动力汽车在设计的时候就可以不用按照汽车的最大功率来进行设计,可以避免在正常行驶的过程中出现大马拉小车的现象,大幅度提高汽车的性能。随着磁悬浮技术的发展,飞轮的充放电次数远远大于汽车电池使用的需要,而且飞轮的充放电是化学能和机械能的相互转化,它的放电深度可大可小,绝不会影响电池寿命,同时,由多台驱动电动机共同驱动的飞轮系统可以在很短的时间内达到几万转的转速。此外,在飞轮储能装置中,决定输入输出的器件是它外接的电力电子器件,而与外部的负载没有关系,还可以很方便地通过控制飞轮的旋转速度来控制飞轮的充电,这种特点在化学电池中实现起来要困难得多。
混合电动汽车的原理和复合动力汽车差不多,它是将飞轮电池加到化学电池或者其他电池上,做成一块电池,称为飞轮混合电池,共同驱动汽车电动机,典型代表为911 GT3 R Hybrid油电混合动力车(见图2-14),采用飞轮电池设计(见图2-15)。这套针对赛车开发的Hybrid油电混合动力系统,采用前轮电力驱动搭配后轮引擎驱动的油电混合四驱模式,左右前轮传动轴的两台电动机,分别拥有60kW的输出功率,搭配输出为350kW的后置后驱六缸水平对卧发动机,采用体积小、高效能的电控飞轮电池设计,利用飞轮物理储能取代现行主流的镍氢电池与锂电池组设计。飞轮电池组最高转速可达40000r/min,搭配前轮轴两台电机组成充放电架构。在刹车时前轮电机将成为发电机,将前轮刹车动能转换为电能并回充至飞轮电动机,当驾驶员踩加速踏板输出动力时,飞轮电池又可供电驱动两台电动机,一次全力放电时,高达120kW的前轮总输出动力将可维持6~8s。
图2-14 911 GT3 R Hybrid油电混合动力车
1—电机逆变器;2—驱动电机;3—电缆;4—飞轮电池;5—飞轮电池逆变器
图2-15 座椅下部的飞轮电池总成
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