一种延长飞轮电池储能时间的装置的制作方法

1.本发明属于新能源技术领域，涉及一种飞轮电池，尤其涉及一种延长飞轮电池储能时间的装置，适用于交通、工业、农业、军事、民用、新能源等领域。


背景技术：

2.如今，使用最多最广的储能电池无疑是化学电池，它将电能转变为化学能储存，再转化为电能输出，它价格低廉，技术成熟，但污染严重，效率低，充电时间长，用电时间短，使用过程中电能不易控制。
3.作为一种新兴的储能方式，飞轮电池所拥有传统化学电池无法比拟的优点，如充电时间短（数秒钟即可完成充电过程，适合给电动汽车充电），能量密度高，放电充分，使用时间长（充放电反复使用，一般25年，化学电池仅1-3年），基本无污染等，已被人们广泛认同，它非常符合未来储能技术的发展方向。目前，正在向小型化、低廉化的方向发展。可以预见，伴随着技术和材料学的进步，飞轮电池将在未来的各行各业中发挥重要的作用。
4.与化学电池相比，飞轮电池弱点之一是待机储能时间远小于化学电池，其应用范围受到限制。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的技术问题是：提供一种延长飞轮电池储能时间的装置，能有效延长飞轮电池的待机储能时间。
6.为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种延长飞轮电池储能时间的装置，所述装置包括：变流器模块，用于将所述装置的电池模块的直流电源变换成飞轮电池电源，还用于将飞轮电池电源变换成电池模块的直流电源；所述变流器模块有三种工作模式：直流变换成交流模式、交流变换成直流模式、停机模式；充放电模块，用于为飞轮电池提供维持正常运转提供电能，也用于为电池模块充电；所述充放电模块有两种工作模式：充电模式、放电模式；测控模块，用于检测飞轮电池的三种工作状态：充电模式、供电模式、待机模式；也用于控制变流器模块的工作模式和充放电模块的工作模式；电池模块，用于给飞轮电池和本装置提供电能。
7.作为本发明的一种优选方案，当飞轮电池在非充电状态的待机模式下，变流器模块将电池模块的直流低压电源转换成交流或直流高压电源，为飞轮电池提供维持电能，测控模块检测飞轮电池的参数，控制给飞轮电池的维持电流大小。所述测控模块监测飞轮电池的工作状态，当飞轮电池工作于供电模式时，测控模块控制变流器模块进入待机运行状态，停止给风轮电池供电。所述测控模块检测到飞轮电池进入充电状态时，测控模块控制充放电模块进入充电运行状态，充放电模块根据电池模块状态参数控制充电电流大小和充电模式，并检测电池模块的状态参数，确定需要更换电池模块的指示灯是否点亮。
8.作为本发明的一种优选方案，所述变流器模块包括第一微处理器、普通晶体管、场效应晶体管、绝缘栅型晶体管、晶闸管、门极可关断晶闸管；所述测控模块包括第二微处理器、电流测量传感器、电压测量传感器、运算放大器、显示器；所述充放电模块包括第三微处理器，功率开关管，电流传感器。
9.作为本发明的一种优选方案，所述变流器模块包括单片机单元电路、直流变交流单元电路、第一电子开关单元电路、交流变直流单元电路、第二电子开关单元电路。直流电压经过直流母线进入直流变交流单元电路和单片机单元电路；直流变交流单元电路负责将直流电变换成交流电经交流母线输出，交流电的电压大小和频率参数受单片机单元电路控制，单片机单元电路上有直流电流电压检测传感器，检测直流母线上的电流电压参数的大小和方向；交流母线上的电压也输入给单片机单元电路，单片机单元电路上有交流电压电流传感器，检测交流母线上的电流电压参数的大小和方向。单片机单元电路控制第一电子开关单元电路和第二电子开关单元电路，当需要将直流电转换成交流电时，第一电子开关单元电路和第二电子开关单元电路的电力开关处于断开状态。当需要将交流电转换成直流电时，单片机单元电路控制直流变交流单元电路停止工作，同时控制第一电子开关单元电路和第二电子开关单元电路的电力开关处于导通状态，外界输入的交流电经交流母线和第二电子开关单元电路进入交流变直流单元电路，将交流电变换成直流电，经第一电子开关单元电路输出至直流母线。
10.作为本发明的一种优选方案，所述测控模块包括微处理器电路、第一通信接口电路、显示器、第二通信接口电路、键盘接口电路。微处理器电路通过第一通信接口电路、第二通信接口电路，分别与电流变换模块和充放电模块的通信接口电路交换测量数据和控制参数，显示器用于显示测量参数、命令参数和工作状态；键盘接口电路用于输入命令参数。
11.作为本发明的一种优选方案，所述充放电模块包括微处理器单元、充电与放电单元电路、 电池模块接口、检测单元电路、第三通信接口电路和指示灯电路。
12.当微处理器单元收到测控模块的供电指令，充电与放电单元电路启动该单元电路的放电电路，同时关闭该单元电路的充电电路；当微处理器单元收到测控模块的充电指令时，充电与放电单元电路关闭该单元电路的放电电路，同时启动该单元电路的充电电路；检测单元电路检测电池电流和电压参数，传送给微处理器单元，通过第三通信接口电路把电流电压参数传递给测控模块，同时微处理器单元把实时检测到的参数进行计算分析，当发现需要更换电池时，控制指示灯点亮；当微处理器单元收到测控模块的待机指令时，控制充放电单元电路关闭充电和放电电路。
13.作为本发明的一种优选方案，所述变流器模块具有直角坐标系四象限运行功能；变流器模块元器件的功率大小随该模块功率大小而改变。
14.作为本发明的一种优选方案，所述测控模块与变流器模块交换信息，向变流器模块发出工作模式指令；测控模块与充放电模块交换信息，向充放电模块发出工作模式指令。
15.作为本发明的一种优选方案，所述充放电模块分别与电池模块、测控模块连接，充放电模块控制电池模块的充电电流或放电电流大小；充放电模块接受测控模块指令，改变工作模式，将实时数据传给测控模块。
16.本发明延长飞轮电池储能时间装置的特点是：利用飞轮在维持正常运转时所需能量极其微小的原理，飞轮电池在非充电状态的待机模式下，由电池模块提供这一微小的能
量让飞轮维持正常运转，从而延长飞轮的储能时间。为需要飞轮电池提供能量而何时需要能量的时间却不可预测的用户提供延长等待时间的能源储备，从而提高了飞轮电池的适用范围。该装置的电池模块功率大小与飞轮电池功率特性相关，依据飞轮电池的功率和正常运行维持功率决定，一般为飞轮电池功率的1-10%，飞轮电池质量越高，维持功率越小，该装置电池模块的容量也越小，因此，降低了该装置的成本和体积重量等参数。同时，该装置的电池模块也是可以充放电的，并可以方便更换。飞轮电池在充电工作模式，电网或其它电源装置给飞轮电池充电储能和维持正常运转，同时也给电池模块充电。飞轮电池在非充电状态的待机模式下，变流器模块将电池模块的直流低压电源转换成交流或直流高压电源，为飞轮电池提供维持电能，测控模块通过变流器模块得到飞轮电池运行参数，控制给飞轮电池的维持电流大小。测控模块通过充放电模块监测飞轮电池工作状态，当飞轮电池工作于等待供电模式时，控制变流器模块进入待机运行状态，停止给风轮电池供电；当飞轮电池进入充电状态时，电池模块进入充电运行状态，测控模块根据电池模块状态参数控制充电电流大小和充电模式，并根据电池模块的状态参数，提前预报更换电池模块；当飞轮电池工作于供电模式时，电池模块不提供电能，该装置处于待机状态。电池模块的种类根据可以根据使用条件和对象选择，如使用锂电池或普通铅酸蓄电池等。该延长飞轮电池储能时间装置可以制造成系列产品，不同功率等级，与不同功率大小的各种飞轮电池配合使用。
17.本发明的有益效果在于：本发明提出的延长飞轮电池储能时间的装置，为飞轮电池在待机储能过程中通过化学电池补充能量方式延长飞轮电池的待机储能时间，克服飞轮电池缺陷，拓展飞轮电池的用途。而所用化学电池能量只是飞轮电池能量的1%-10%。
18.附图说明
19.图1为本发明装置的原理框图。
20.图2为本发明中变流器模块的原理框图。
21.图3为本发明中测控模块的原理框图。
22.图4为本发明中充放电模块的原理框图。
23.具体实施方式
24.下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。
25.实施例一请参阅图1，本发明揭示了一种延长飞轮电池储能时间装置（虚线框内为本发明服务对象——飞轮电池6），所述装置包括变流器模块2、充放电模块3、电池模块4、测控模块5。
26.变流器模块2用于将所述装置的电池模块的直流电源变换成飞轮电池电源，还用于将飞轮电池电源变换成电池模块的直流电源；所述变流器模块2有三种工作模式：直流变换成交流模式、交流变换成直流模式、停机模式。充放电模块3用于为飞轮电池提供维持正常运转提供电能，也用于为电池模块充电；所述充放电模块有两种工作模式：充电模式、放电模式。测控模块5用于检测飞轮电池的三种工作状态：充电模式、供电模式、待机模式；也用于控制变流器模块的工作模式和充放电模块的工作模式。电池模块4用于给飞轮电池和
本装置提供电能。
27.所述变流器模块2可包括第一微处理器、普通晶体管、场效应晶体管、绝缘栅型晶体管、晶闸管、门极可关断晶闸管；所述测控模块5可包括第二微处理器、电流测量传感器、电压测量传感器、运算放大器、显示器；所述充放电模块3可包括第三微处理器，功率开关管，电流传感器。
28.当飞轮电池6在非充电状态的待机模式下，变流器模块2将电池模块4的直流低压电源转换成交流或直流高压电源，为飞轮电池6提供维持电能，测控模块4检测飞轮电池6的参数，控制给飞轮电池6的维持电流大小。测控模块4监测飞轮电池6的工作状态，当飞轮电池6工作于供电模式时，测控模块5控制变流器模块2进入待机运行状态，停止给风轮电池供电；测控模块4检测到飞轮电池6进入充电状态时，测控模块4控制充放电模块3进入充电运行状态，充放电模块3根据电池模块5状态参数控制充电电流大小和充电模式，并检测电池模块5的状态参数，确定需要更换电池模块5的指示灯是否点亮。
29.图2是变流器模块的原理框图，它由单片机单元电路8、直流变交流单元电路9、电子开关单元电路11、交流变直流单元电路12、电子开关单元电路13组成。直流电压经过直流母线7进入直流变交流单元电路9和单片机单元电路8。直流变交流单元电路9负责将直流电变换成交流电经交流母线10输出，交流电的电压大小和频率参数受单片机单元电路8控制，单片机单元电路8上有直流电流电压检测传感器，检测直流母线上的电流电压参数的大小和方向。交流母线上的电压也输入给单片机单元电路8，单片机单元电路8上有交流电压电流传感器，检测交流母线上的电流电压参数的大小和方向。单片机单元电路8控制电子开关单元电路11和电子开关单元电路13，当需要将直流电转换成交流电时，电子开关单元电路11和电子开关单元电路13的电力开关处于断开状态。当需要将交流电转换成直流电时，单片机单元电路8控制直流变交流单元电路9停止工作，同时控制电子开关单元电路11和13 的电力开关处于导通状态，外界输入的交流电经交流母线10和电子开关单元电路13 进入交流变直流单元电路12，将交流电变换成直流电，经电子开关单元电路11输出至直流母线7。
30.图3是测控模块的原理框图，它由通信接口电路14、微处理器电路15、lcd显示器16、通信接口电路17、键盘接口电路18组成。微处理器电路15通过通信接口电路14、通信接口电路17，分别与电流变换模块2和充放电模块3的通信接口电路交换测量数据和控制参数，lcd显示器用于显示测量参数、命令参数和工作状态。键盘接口电路18用于输入命令参数。
31.图4是充放电模块的原理框图，它由微处理器单元电路19 、充电与放电单元电路20、 电池模块接口21、检测单元电路22、通信接口电路23和led指示灯电路24组成。当微处理器单元电路19收到测控模块5的供电指令，充电与放电单元电路20启动该单元电路的放电电路，同时关闭该单元电路的充电电路。当微处理器单元电路19收到测控模块5的充电指令时，充电与放电单元电路20关闭该单元电路的放电电路，同时启动该单元电路的充电电路。检测单元电路22检测电池电流和电压参数，传送给微处理器单元电路19，通过通信接口电路23把电流电压参数传递给测控模块5，同时微处理器单元电路把实时检测到的参数进行计算分析，当发现需要更换电池时，控制led指示灯点亮。当微处理器单元电路19收到测控模块5的待机指令时，控制充放电单元电路关闭充电和放电电路。
32.综上所述，本发明提出的延长飞轮电池储能时间的装置，为飞轮电池在待机储能过程中通过化学电池补充能量方式延长飞轮电池的待机储能时间，克服飞轮电池缺陷，拓展飞轮电池的用途。而所用化学电池能量只是飞轮电池能量的1%-10%。
33.这里本发明的描述和应用是说明性的，并非想将本发明的范围限制在上述实施例中。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本发明的精神或本质特征的情况下，本发明可以以其它形式、结构、布置、比例，以及用其它组件、材料和部件来实现。在不脱离本发明范围和精神的情况下，可以对这里所披露的实施例进行其它变形和改变。