什么是飞轮电池技术？

飞轮电池是一种新型机械储能装置的电池技术，它利用高速旋转的飞轮将能量以动能的形式转化成电能存储起来。同传统的电池相比较，飞轮电池具有更高的比能量和比功率，充电时间短，使用寿命长，无过度充放电问题。因此，可将飞轮电池应用于电动汽车中，使飞轮电池和传统电池共同提供或吸收汽车运行中的峰值功率。

1、飞轮电池系统结构

上图为传统电池和飞轮电池在电动汽车中的复合电源系统结构图。该系统主要由汽车驱动电机模块、电池模块和飞轮电池模块三部分组成。其中E为传统电池的电动势，R为传统电池的内阻，PWM1为电动汽车交流电机的变流器。

飞轮电池并联在系统的直流母线上，主要由高速飞轮、水磁同步电机和PwM2变流器构成飞轮电池在系统中起着提供电能和制动能量回收的双重作用。电动汽车加速、爬坡时，为满足电动汽车的瞬时大功率要求，飞轮电池快速放电，它和传统电池一同为电动汽车提供能量；电动汽车减速、下坡时，汽车的驱动电机工作在发电状态，飞轮电池则工作在充电状态，它和传统电池一起吸收汽车制动时回馈的能量；电动汽车正常行驶时，其驱动电机所需功率较小，此时飞轮电池工作在能量保持模式，仅由传统电池供电即可满足要求。

2、飞轮电池的充放电控制

（1）飞轮电池充电控制

电动汽车下坡或制动时，它的驱动电机工作在发电状态，向系统直流母线回馈人量电能，飞轮电池和传统电池共同回收汽车的制动能量。飞轮电池工作在充电模式，飞轮的转速升高，电能转化为飞轮的机械能飞轮电池充电的控制也就是对匕轮转速的控制，即对水磁电机的转速控制由电机运动方程式（4）可知，转速控制的关键在于能否精确地控制电机电磁转矩的输出。为了满足飞轮电池的快速充电要求，采用基于转子磁场定向的矢量控制，其控制框图如图3所示在矢量控制中，控制电机的定子电流与q轴重合，即id=0，由式（3）可知此时电磁转矩te仅由iq决定，定子电流全部用来产生电磁转矩，能够保证较人的输出转矩。此时，水磁同步电机就相当于一台他励直流电动机。采用id=0的矢量控制时，由式（2）可知定子电流的电枢反应中没有d轴去磁分量，水磁电机不会产生退磁现象。

（2）飞轮电池放电控制

电动汽车启动或加速时，需要电源系统输出很人的功率，飞轮电池和传统电池工作在放电状态上式中，E为传统电池的电动势，R为传统电池的内阻，udc为系统直流侧电压。可见，控制系统的直流侧电压即可限制传统电池的放电电流。

飞轮电池放电时，对其电机发出的交流电进行PWM整流控制，采取直流侧电压外环、电流内环的双闭环控制策略。图4为系统的控制原理框图。在飞轮电池电机输出电压下降或直流侧电压扰动时，电压外环保证了输出电压的稳定。电流内环确保系统有快速的动态响应。

电压调节器和电流调节器都采用带限幅的PI调节器，电压调节器的输出限幅决定了飞轮电池的最大输出电流，从而限制了飞轮电池的最大输出功率。

针对电动汽车在频繁加速和制动时传统电池的大电流充放电问题，将飞轮电池技术应用于电动汽车中可以延长传统电池的使用寿命。