一种自悬浮飞轮电池多模式驱动控制系统及方法与流程

本发明属于飞轮电池领域，尤其涉及一种自悬浮飞轮电池多模式驱动控制系统及方法。

背景技术：

飞轮电池是一种突破化学电池局限性，利用物理储能的新型电池。利用飞轮具有高质量因此有较高的转动惯量的特点，可储存大量动能，利用电机转换为电能。

为实现飞轮电池的可能性，减少储能发电过程中的能力损耗，目前普遍采用无轴承永磁同步电机作为飞轮电池的充放电媒介，通过真空环境以及机械转轴的悬浮可大大减少机械摩擦，降低摩擦损耗。

但无轴承永磁同步电机中的悬浮绕组必须一直持续供电，除了飞轮电池的充能模式可接通外电源供电，其他如待机与发电模式下，没有相应不接通外电源的情况下，不能使机械转轴实现悬浮，或者连接其他蓄电池电源供电，不能够实现飞轮电池的独立运行及运输转移。

由于无轴承永磁同步电机中的悬浮绕组通常采用超导材料，且仅供机械转轴悬浮，电流小，损耗低，因此可实现通过高速的机械转轴，利用微型的永磁同步发电机，实现机械转轴的自发电悬浮。

技术实现要素：

本发明根据现有技术的不足与缺陷，提出了一种自悬浮飞轮电池多模式驱动控制系统及方法，实现自悬浮式飞轮电池在多种运行模式下的平稳切换控制。

本发明采用的技术方案如下：

一种自悬浮飞轮电池多模式驱动控制系统，包括信号检测模块、dsp处理模块(数字信号处理模块)、西门子s7-200控制量输出模块、微型永磁发电机、外电源、飞轮以及负载；所述信号检测模块连接无轴承永磁同步电机的转轴，用于检测转轴的转速与转角等信息，所述信号检测模块、dsp处理模块、控制量输出模块依次连接；所述控制量输出模块分别连接外电源、微型永磁发电机与负载，所述飞轮连接外电源与负载。

所述无轴承永磁同步电机中包括转矩绕组与悬浮绕组，所述外电源连接无轴承永磁同步电机转矩绕组与悬浮绕组；所述微型永磁发电机连接悬浮绕组。

所述信号检测模块选用转速传感器与转角传感器。

所述自悬浮飞轮电池系统有三种工作模式，分别为充能模式、发电模式和待机模式。

一种自悬浮飞轮电池多模式驱动控制方法，包括以下方案：通过信号检测模块检测转轴的转速与转角，并将该信息传输到dsp处理模块，经dsp处理模块后输出电流控制方案并将所述电流控制方案传递到控制量输出模块，通过控制量输出模块实现自悬浮飞轮电池充能模式、发电模式和待机模式工作。

进一步，当自悬浮飞轮电池系统处于充能模式时，飞轮连接外电源，且信号检测模块检测转轴的转速与转角，并将该信息传输到dsp处理模块，经dsp处理模块后输出电流控制方案，将所述电流控制方案传递到控制量输出模块，通过控制量输出模块通过外电源调节无轴承永磁同步电机转矩绕组与悬浮绕组的电流大小，实现飞轮电池的稳定充能与机械转轴的悬浮。

进一步，当自悬浮飞轮电池系统处于待机模式时，信号检测模块检测转轴的转速与转角，并将该信息传输到dsp处理模块，经dsp处理模块后输出电流控制方案，将所述电流控制方案传递到控制量输出模块，微型永磁发电机工作，且控制量输出模块将微型永磁发电机产生的电流输入到无轴承永磁同步电机的悬浮绕组中，保持转轴的悬浮。

进一步，当自悬浮飞轮电池系统处于发电模式时，信号检测模块检测转轴的转速与转角，并将该信息传输到dsp处理模块，经dsp处理模块后输出电流控制方案，将所述电流控制方案传递到控制量输出模块，微型永磁发电机工作，且控制量输出模块将微型永磁发电机产生的电流输入到无轴承永磁同步电机的悬浮绕组中，保持转轴的悬浮；且飞轮连接负载，控制量输出模块将无轴承永磁同步电机所产电流传输到负载。

进一步，在发电模式与充能模式的相互转换过程中，需先切换至待机模式，再进行转换。

本发明的有益效果：

本发明的自悬浮的飞轮电池的多模式驱动控制，可实现飞轮电池放电，待机，充能三种模式的平稳切换，通过添加一个微型永磁同步电机的控制，可实现在不接通外电源的情况下，实现飞轮电池在待机模式与发电模式下的机械转轴自悬浮。

附图说明

图1是本发明一种自悬浮飞轮电池多模式驱动控制方案的策略图；

图2是本发明充能模式的流程图；

图3是本发明待机模式的流程图；

图4是本发明发电模式的流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1，一种自悬浮飞轮电池多模式驱动控制系统，包括信号检测模块、dsp处理模块、西门子s7-200控制量输出模块、无轴承永磁同步电机、微型永磁发电机、外电源、飞轮以及负载；所述信号检测模块选用转速传感器与转角传感器连接无轴承永磁同步电机的转轴，用于检测转轴的转速与转角等信息，所述信号检测模块、dsp处理模块、控制量输出模块依次连接；所述控制量输出模块分别连接外电源、微型永磁发电机与负载，所述飞轮连接外电源与负载。所述无轴承永磁同步电机中包括转矩绕组与悬浮绕组，所述外电源连接无轴承永磁同步电机转矩绕组与悬浮绕组；所述微型永磁发电机连接悬浮绕组。

一种自悬浮飞轮电池多模式驱动控制方法，包括以下方案：通过信号检测模块检测转轴的转速与转角，并将该信息传输到dsp处理模块，经dsp处理模块后输出电流控制方案并将所述电流控制方案传递到控制量输出模块，通过控制量输出模块实现自悬浮飞轮电池充能模式、发电模式和待机模式工作。

如图2，当自悬浮飞轮电池系统处于充能模式时，飞轮连接外电源，且信号检测模块检测转轴的转速与转角，并将该信息传输到dsp处理模块，经dsp处理模块后输出电流控制方案，将所述电流控制方案传递到控制量输出模块，通过控制量输出模块通过外电源调节无轴承永磁同步电机转矩绕组与悬浮绕组的电流大小，实现飞轮电池的稳定充能与机械转轴的悬浮，在此模式下，微型永磁发电机不与其他设施相连工作。

如图3，当自悬浮飞轮电池系统处于待机模式时，信号检测模块检测转轴的转速与转角，并将该信息传输到dsp处理模块，经dsp处理模块后输出电流控制方案，将所述电流控制方案传递到控制量输出模块，微型永磁发电机工作发电，且控制量输出模块将微型永磁发电机产生的电流输入到无轴承永磁同步电机的悬浮绕组中，保持转轴的悬浮。

如图4，当自悬浮飞轮电池系统处于发电模式时，信号检测模块检测转轴的转速与转角，并将该信息传输到dsp处理模块，经dsp处理模块后输出电流控制方案，将所述电流控制方案传递到控制量输出模块，微型永磁发电机工作，且控制量输出模块将微型永磁发电机产生的电流输入到无轴承永磁同步电机的悬浮绕组中，保持转轴的悬浮；且飞轮连接负载，控制量输出模块将无轴承永磁同步电机所产电流传输到负载。此外，转速传感器对转轴的转速检测，可作为判断飞轮电池电量的依据，通过显示模块反应出电量大小及电力不足或充满的临界状态，供使用者判断充放电时机或是否与外电源或负载相连接，进行模式的切换。

此外，本发明所提出的对自悬浮飞轮电池多模式驱动控制系统的控制有两种模式，一种是自动模式，一种是手动模式，所述自动模式即通过信号检测模块检测飞轮连接的外电源、负载或空载，dsp处理模块对飞轮电池的工作模式做出判断；同时，本发明所提供的自悬浮飞轮电池多模式驱动控制系统的控制还可以采用手动模式选择飞轮电池的工作模式，dsp处理模块再根据所选择的工作模式进行控制，进行下一步的控制。

为了达到自悬浮式飞轮电池的多种模式的平稳切换，将独立运行的待机模式作为过渡模式，发电模式与充能模式的相互转换，必须先切换至待机模式，如飞轮电池以发电模式切换至充能模式时，必须先停止与外部负载的连接，而后控制无轴承永磁同步电机转矩绕组停机工作，使飞轮电池进入待机模式，在接通外电源后，微型永磁同步电机停止工作，外电源开始对转矩绕组和悬浮绕组供电，完成模式切换。选择待机模式作为过渡模式，可使充放电两模式切换保持平稳，减少扰动与切换故障的产生。

以上实施例仅用于说明本发明的设计思想和特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，本发明的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依据本发明所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本发明的保护范围之内。