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新型车载飞轮储能系统结构设计及控制研究
| 论文题名： | 新型车载飞轮储能系统结构设计及控制研究 |
| 关键词： | 新能源汽车;车载飞轮储能系统;结构设计;抗干扰特性 |
| 摘要： | 应对能源紧缺的问题，我国在“十四五”规划中，提出了推动能源转型的战略举措。随着新能源汽车的不断发展，将带来大量退役电池（以化学电池为主）。在我国化学电池回收乱象屡见不鲜，对环境带来不可逆转性的伤害。飞轮储能系统突破了化学电池的局限，具有无污染、能量转换效率和功率密度高、循环寿命长等特点，是助力我国实现低碳和能源转型目标的重要途径，在电动汽车上有广阔的应用前景。然而，没有综合权衡飞轮储能系统的集成度、储能量、安全稳定性、抗干扰等性能，是限制车载飞轮储能系统快速推广的主要原因之一。本文主要围绕新型的车载飞轮储能系统的设计展开研究，主要研究工作如下： 1.首先概述车载飞轮储能系统的研究背景和关键技术，详细阐述了国内外飞轮储能系统和支承系统的发展状况，总结了研究目的和论文的主要研究内容。 2.从电动汽车的角度，阐述了车载飞轮储能系统的工作原理。针对传统的带有惯性主轴拓扑结构导致体积大的问题，设计了一种新型的嵌入式的集成度高的拓扑结构。然后，在对现有飞轮储能系统分析的基础上确定了总体拓扑方案和各关键部件的设计方案。 3.综合考虑集成度、储能量、安全稳定性、抗干扰等性能，提出了一种新型的车载飞轮储能系统。详细分析了飞轮、磁轴承和电动机/发电机等关键部件，并进行优化设计。首先，为了实现集成度高、储能密度大、稳定性高的目标，设计了不规则实心飞轮。利用多目标优化，得到了储能性能最优的飞轮结构。对飞轮进行强度校验验证了飞轮的安全稳定性。其次，为了提高系统在复杂工况下的稳定性，设计了带“球面”元素的组合式交流混合磁轴承。介绍了组合式磁轴承的基本结构和工作原理，进行优化设计，并利用有限元软件验证了磁轴承工作原理的正确性以及带“球面”元素磁轴承的抗干扰特性。设计了轻质、高效、损耗小的外转子无刷直流电机。 4.根据优化设计结果，加工了车载飞轮储能系统样机，搭建了实验平台。为了验证理论车载飞轮储能样机的可行性以及磁轴承-飞轮系统的抗干扰性能，开展了刚度实验和性能测试，并进行详细分析。 |
| 作者： | 王健萍 |
| 专业： | 电气工程 |
| 导师： | 张维煜 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 江苏大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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