一种利用大功率飞轮储能实现电动汽车快速充电系统的制作方法

本发明涉及电动汽车快速充电技术领域，尤其涉及一种利用大功率飞轮储能实现电动汽车快速充电系统。

背景技术：

近年以来，电动汽车以其在节能减排和减少对传统化石燃料的依赖方面相比于传统汽车具有明显优势，逐渐成为汽车行业的发展方向。电动汽车需要使用能源供给装置对电池进行充电，因此能源供给装置对电动汽车的推广使用具有不可替代的作用。

目前能源供给装置主要有两种形式，一种是直流充电桩，该充电桩功率较大，60-100kw，充电时间短，体积比较大，一般是固定安装；另一种是交流充电桩，直接利用交流电网，输出交流电能，通过电动汽车自带的车载充电桩将交流电能转换为直流电能为电池进行充电，特点是功率小，一般为10kw左右，充电时间长，体积小，用于移动式充电。

由于现有电网框架容量的限制，建设一个电动汽车充电站，涉及到电网的增容、城市规划的调整等等一系列的重大问题。在现有电网不增容的情况下，如何实现电动汽车的大功率快速充电功能成为亟待解决的问题。

技术实现要素：

根据现有技术存在的问题，本发明公开了一种利用大功率飞轮储能实现电动汽车快速充电系统，该系统包括：国家电网、ac滤波器、ac/dc/ac双向变流器、大功率飞轮储能控制装置和直流快速充电装置；

所述ac滤波器通过三相电路与国家电网相连接；所述ac/dc/ac双向变流器通过三相电路分别与ac滤波器、大功率飞轮储能控制装置相连接；所述大功率飞轮储能控制装置通过三相电路与所述ac/dc/ac双向变流器相连接，形成可逆回路；所述直流快速充电装置通过单相电路与ac/dc/ac双向变流器相连接；

所述ac/dc/ac双向变流器同时具有整流功能和逆变功能，当所述大功率飞轮储能控制装置进行充电时，电能经过所述ac滤波器后，通过整流和逆变功能将电能存储到所述大功率飞轮储能控制装置，此过程电能形式由交流电转化为直流电，再转化为交流电；当所述电动汽车电池需要充电时，电能经过ac/dc/ac双向变流器，通过整流将交流电转化为直流电，输送给所述直流快速充电装置；

所述大功率飞轮储能控制装置包括一组或多组飞轮储能控制单元，所述飞轮储能控制单元包括飞轮电池和飞轮电池控制单元；通常充电装置可以实现60-100kw的直流快充，时间为2-4小时，所述大功率飞轮储能控制装置可将功率扩容到150-300kw，即功率提高了3-5倍，时间也大幅缩短至20分钟；具有快速充电和快速放电的特点，满足大功率需求场合。

所述直流快速充电装置设置有一条多通道电能传输路径，具有快速充电的特点，当有汽车充电时，后级电路保护作用，同时对输入电源的电磁噪声及杂波信号进行抑制，防止对电源干扰，所述直流快速充电装置可以将转化后的大功率直流电快速充满所述电动汽车电池，最短时间可缩至20分钟；

工作状态下：当所述大功率飞轮储能控制装置充电时，电能由所述国家电网经过所述ac滤波器的过滤稳定后通过所述ac/dc/ac双向变流器以交流电形式供给所述大功率飞轮储能控制装置进行快速存储，当所述大功率飞轮储能控制装置储存满时，电能通过所述ac/dc/ac双向变流器以直流电形式经过所述直流快速充电装置直接供给电动汽车电池进行充电；当电动汽车电池需要充电时，电能由所述大功率飞轮储能控制装置通过所述ac/dc/ac双向变流器转化为单相电经过所述直流快速充电装置供给电动汽车电池进行快速充电；

由于采用了上述技术方案，本发明提供的一种利用大功率飞轮储能实现电动汽车快速充电系统，采用ac滤波器具有防雷功能，同时对输入电源的电磁噪声及杂波信号进行抑制，防止对电源干扰；所述直流快速充电装置当有汽车充电时，后级电路保护作用，同时对输入电源的电磁噪声及杂波信号进行抑制，防止对电源干扰，该装置实现了电动汽车对充电装置大功率和快速充电的功能要求，可以在现有配电网不增容的情况下，实现充电功率增大3-5倍，时间缩短到20分钟的快速充电功能。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为一种利用大功率飞轮储能实现电动汽车快速充电系统示意图；

图2为本发明飞轮电池控制单元的结构示意图；

图3为本发明飞轮电池的结构示意图。

图中：1、国家电网，2、ac滤波器，3、ac/dc/ac双向变流器，4、大功率飞轮储能控制装置，5、直流快速充电装置，10、控制器c，11、ac滤波器a，12、ac/dc/ac双向变流器a，13、飞轮电池，30、电机主轴，31、电池外壳，32、电机定子，33、电机转子，34、蓄能飞轮，35、磁悬浮轴承，36、磁定子，37、真空泵，40、大功率飞轮储能控制装置，41、飞轮电池，42、飞轮电池控制单元。

具体实施方式

为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚完整的描述：

图1为一种利用大功率飞轮储能实现电动汽车快速充电系统，该系统包括国家电网1、ac滤波器2、ac/dc/ac双向变流器3、大功率飞轮储能控制装置4和直流快速充电装置5；

所述ac滤波器2通过三相电路与国家电网1相连接；所述ac滤波器2对输入电能的电磁噪声及杂波信号进行抑制，防止对电源干扰，同时可以有效防止雷击；所述ac滤波器2然后将过滤后的电能输送给ac/dc/ac双向变流器3；

所述ac/dc/ac双向变流器3通过三相电路分别与ac滤波器2、大功率飞轮储能控制装置4相连接；

所述大功率飞轮储能控制装置4通过三相电路与所述ac/dc/ac双向变流器3相连接，形成可逆回路；

所述直流快速充电装置5通过单相电路与ac/dc/ac双向变流器3；

所述ac/dc/ac双向变流器3同时具有整流功能和逆变功能；当所述大功率飞轮储能控制装置4进行充电时，电能经过所述ac滤波器2后，通过整流和逆变功能将电能存储到所述大功率飞轮储能控制装置4，此过程电能形式由交流电转化为直流电，再转化为交流电；当所述电动汽车电池需要充电时，电能经过ac/dc/ac双向变流器3，通过整流将交流电转化为直流电，输送给所述直流快速充电装置4；

所述大功率飞轮储能控制装置4包括一组或多组飞轮储能控制单元40，所述飞轮储能控制单元40包括飞轮电池41和飞轮电池控制单元42，通常充电装置可以实现60-100kw的直流快充，时间为2-4小时，所述大功率飞轮储能控制装置可将功率扩容到150-300kw，即功率提高了3-5倍，时间也大幅缩短至20分钟；具有快速充电和快速放电的特点，满足大功率需求场合。

图2为本发明飞轮电池控制单元的结构示意图；所述飞轮电池控制单元42包括控制器c10、ac滤波器a11、ac/dc/ac双向变流器a12和飞轮电池13，所述ac滤波器a11一端通过三相交流电与国家电网1相连接，所述ac滤波器a11的另一端与ac/dc/ac双向变流器a12相连接，所述ac/dc/ac双向变流器a12的另一端与所述飞轮电池13相连接，通过所述控制器c10与所述ac/dc/ac双向变流器a12和飞轮电池13相连接；

图3为本发明飞轮电池的结构示意图，所述飞轮电池13包括电机主轴30和电机定子32；所述电机定子32通过三相交流电与所述ac/dc/ac双向变流器a12相连接，所述飞轮电池13在电机主轴30端与控制器c10相连接；

所述飞轮电池13还包括电池外壳31、电机转子33、蓄能飞轮34、磁悬浮轴承35、磁定子36和真空泵37，所述电机主轴30与所述电机转子33、所述蓄能飞轮34、所述磁悬浮轴承35相连接，所述磁定子36固定在所述电池外壳31的内壁上，所述真空泵37与所述电池外壳31相连接。

所述直流快速充电装置5通过单相电路分别与ac/dc/ac双向变流器3和电动汽车电池相连接，所述直流快速充电装置5包括设置有一条多通道电能传输路径，具有汽车充电时，后级电路保护作用，同时对输入电源的电磁噪声及杂波信号进行抑制，防止对电源干扰。

运用大功率飞轮储能技术，所述大功率飞轮储能控制装置4充电时，电能由所述国家电网1经过所述ac滤波器2的过滤稳定后通过所述ac/dc/ac双向变流器3以交流电形式供给所述大功率飞轮储能控制装置4进行快速存储，当所述大功率飞轮储能控制装置4储存满时，电能通过所述ac/dc/ac双向变流器3以直流电形式经过所述直流快速充电装置5直接供给电动汽车电池进行充电；当电动汽车需要充电时，电能由所述大功率飞轮储能控制装置4通过所述ac/dc/ac双向变流器3转化为单相电经过所述直流快速充电装置5供给电动汽车电池进行快速充电，实现了电动汽车对充电装置大功率和快速充电的功能要求。

上述控制过程实现了电动汽车对充电装置大功率和快速充电的功能要求。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。