飞轮储能电源系统非常适合应用于混合电动汽车中。车辆在正常行使或刹车制动时,给飞轮储能电源系统充电;在车辆加速或爬坡时,飞轮储能电源系统放电,给车辆提供动力,保证车辆运行在一种平稳、最优状态下的转速,可减少燃料消耗,并可以减少发动机的维护,延长发动机的寿命。众所周知,在城区运行的各种车辆需要频繁的刹车制动、再启动。而刹车制动的能量,却以机械磨擦的形式转化为热能消耗掉。研究证明,此能量约占车辆使用能量的30%。如果能再利用这部分能量,则会产生巨大的经济效益。
飞轮储能电源系统除了在电动汽车中的应用以外,还可以用于电车、载重汽车、城铁、铁路交通等许多领域。图2是基于三菱PLC控制的飞轮储能在电车中应用的原理示意图。通过三菱O系列PLC、CC-Link现场总线和F700变频器的控制系统,依据一定的控制算法,把电机运行时的电能转化为动能储存在飞轮的机械系统中,电机处于发电机状态时,再释放这部分能量。
飞轮储能电源系统在电车中应用的工作原理可以分为三个部分来说明:
(1)飞轮储能:此例中,电车是由三相交流电供电。交流输入在变频器B中经整流和逆变后,驱动电机B处于电动机状态,带动飞轮高速运转,此时,将电能转化为飞轮的动能储存起来;
(2)电车启动:与飞轮储能的同时,交流输入在变频器A中经整流和逆变后,驱动电机A通过传动装置驱动车轮转动;当电车运行时,控制变频器B的输出频率使电机B处于再生发电状态,此时飞轮储存的能量回馈到变频器的直流母线侧,再经过变频器A的逆变器将直流电转化为交流电,为电车的运行提供能量,在这个过程中,需要对变频器B的输出频率进行相应的控制,使变频器的直流母线电压稳定在一定范围内;
(3)电车制动:在电车制动时,同样控制变频器A的输出频率,将电动汽车的能量回馈到变频器直流母线侧,此时提高变频器B的输出频率,飞轮加速,将电车回馈的能量重新储存到飞轮中,从而达到节能的效果。
