新能源汽车概论 课件 项目三 动力电池与动力电池管理系统学习任务五 其他储能装置

项目三

动力电池与动力电池管理系统学习任务五

其他储能装置目录目录飞轮储能电池一太阳能电池二复习题三学习任务5其他储能装置学习目标：✦了解飞轮储能电池的类型、结构、工作原理、特点与应用。✦了解太阳能电池的类型、结构、工作原理、特点与应用。

素养目标：✦养成关注新能源汽车相关储能技术发展的习惯。✦培养学生分析储能装置相关技术参数的能力。一、飞轮储能电池飞轮电池（如图3-5-1所示）是一种纯机电蓄电池，

它以高速旋转的飞轮为介质进行能量存储与释放:在充电时通过控制集成电机带动飞轮高速旋转实现能量存储；放电时利用高速飞轮驱动集成电机发电输出电能。学习任务5其他储能装置图3-5-1飞轮储能电池飞轮储能电池的概念起源于上世纪70年代早期，最早只是想将其应用在电动汽车上，但限于当时的技术水平，并没有得到发展。1.飞轮储能电池系统飞轮储能电池系统包括三个核心部分:一个飞轮，电动机/发电机和电力电子变换装置，如图3-5-2所示。学习任务5其他储能装置图3-5-2飞轮储能电池系统的组成飞轮系统在储能时，由工频电网提供的电能，经功率电子变换器，驱动电机并带动飞轮高速旋转，以动能的形式将能量储存于飞轮中，从而完成电能-机械能转换的储存能量过程。当需要向负载供电或者并入电网时，高速旋转的飞轮作为发电机发电，经功率变换器输出用于负载的电流与电压，完成机械能-电能转换释放能量过程。整个飞轮储能系统实现了电能的输入、储存和输出的全过程。学习任务5其他储能装置（1）飞轮储能电池飞轮储能系统是一种以动能方式存储能量的机械电池，它由高速飞轮、电动机/发电机、轴承、功率电子变换器、控制设备以及附加设备（如真空泵、紧急备用轴承）等组成，如图3-5-3所示。学习任务5其他储能装置图3-5-3飞轮储能电池的结构示意图（2）电力电子变换器电力电子变换器是实现飞轮储能电池电能输入/输出的控制装置，主要由整流电路、逆变电路DC/DC及稳压电路等组成，如图3-5-4所示。学习任务5其他储能装置图3-5-4电力电子变换器工作原理①电力电子装置充电时的电能输入过程充电时，控制器控制电力电子装置输入电路工作，由整流电路对充电电源输入的交流电进行整流，再通过逆变器转换为三相交流电，驱动永磁同步电动机转动。电机带动飞轮加速运转，将电能转换为飞轮旋转的动能。②电力电子装置放电时的电能输出过程放电时，控制器控制电力电子装置输出电路工作，高速旋转的飞轮带动电机发出交流电，经整流电路整流后，再通过DC/DC转换为飞轮电池的输出电压，输送给电动机驱动器，使电动机工作。学习任务5其他储能装置2.飞轮储能电池的特点（1）优点①能量密度高：储能密度可达100～200wh/kg，功率密度可达5000～l0000w/kg。②能量转换效率高：工作效率高达百分之90。③体积小、重量轻：飞轮直径约二十多厘米，总重在十几千克左右。④工作温度范围宽：对环境温度没有严格要求。⑤使用寿命长：不受重复深度放电影响，能够循环几百万次运行，预期寿命20年以上。⑥低损耗、低维护：磁悬浮轴承和真空环境使机械损耗可以被忽略，系统维护周期长。学习任务5其他储能装置（2）缺点①由于在实际工作中，飞轮的转速可达40000～50000r/min，一般金属制成的飞轮无法承受这样高的转速，容易解体，所以飞轮一般都采用碳纤维制成，制造飞轮的碳纤维材料目前还很贵，成本比较高。②飞轮一旦充电，就会不停转动下去。当不用电时，飞轮还在那里转动，浪费了能量。例如给一辆飞轮电池汽车充电后，该汽车可以行驶三小时，汽车走了两个小时后，车主需要就餐半小时，那么，这半小时，飞轮就在那里白白转动。不过，也有人说，飞轮空转时，由于没有负载，能量损失不会太大，比目前存放一段时间不用的蓄电池损失的能量还要小。如果静止不动，几乎没有能量损失。解决的办法：给飞轮电池配备化学充电电池，当不需要用电时，可把飞轮转动的电能充进化学电池中。但是给飞轮电池配备化学电池带来的问题是，增加了汽车或设备的重量。学习任务5其他储能装置3.飞轮储能电池的应用（1）沃尔沃的KERSKERS是动能回收系统（KineticEnergyRecoverySystems）的缩写。该系统能够通过某种技术手段将车身制动能量储存起来，并在加速过程中作为辅助动力瞬间释放。沃尔沃的KERS如图3-5-5所示。学习任务5其他储能装置图3-5-5沃尔沃的KERS来自车身的动能被储存在飞轮模块中（以飞轮旋转的方式），需要释放时，其通过CVT变速模块将能量传递至后桥直接驱动车轮。据官方测试的结果表明，使用了KERS技术的四缸涡轮增压发动机可以达到6缸涡轮增压发动机的水平，同时相比六缸涡轮增压发动机的油耗降低25%。（2）保时捷的能量回收系统保时捷911GT3R混合动力版是在911GT3RSR的基础上研发出来的。与传统意义上的混合动力车型不同，保时捷911GT3RHybrid采用了同F1赛车上的KERS动能回收系统（KineticEnergyRecoverySystems）相似的能量回收系统。学习任务5其他储能装置保时捷911GT3R混合动力车辆能量回收系统工作的基础本理是：通过技术手段将车身制动能量存储起来，并在赛车加速过程中将其作为辅助动力释放利用。保时捷通过在车身前排座椅位置加装的飞轮（如图3-5-6所示）来实现能量的收集，并最终转化为电能通过一组额定功率为80马力的电动马达将能量传递到车辆的前驱动轴。而其所搭载的4.0L水平对置六缸自然吸气汽油引擎（最高输出功率480马力）则将动力传递到后驱动轴。在车辆需要提速或超车的时候，驾驶者可以通过按下加速按钮就能获得最长可持续8秒钟的回收能量的释放，在短时间内实现超越。学习任务5其他储能装置图3-5-6保时捷911GT3R混合动力车型上的飞轮储能装置二、太阳能电池太阳能电池是通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能的装置。只要被光照到，瞬间就可输出电压及电流。1.太阳能电池的类型太阳能电池的类型如图3-5-7所示。学习任务5其他储能装置图3-5-7太阳能电池的分类2.太阳能电池的工作原理太阳能电池工作原理的基础是半导体PN结的光生伏特效应，如图3-5-8所示。所谓光生伏特效应就是当物体受到光照时，物体内的电荷分布状态发生变化而产生电动势和电流的一种效应。当太阳光或其他光照射半导体的PN结时，就会在PN结的两边出现电压，叫做光生电压。学习任务5其他储能装置图3-5-8太阳能电池工作原理当光照射到pn结上时，产生电子——空穴对，在半导体内部P-N结附近生成的载流子没有被复合而到达空间电荷区，受内部电场的吸引，电子流入n区，空穴流入p区，结果使n区储存了过剩的电子，p区有过剩的空穴。它们在p-n结附近形成与势垒方向相反的光生电场。光生电场除了部分抵消势垒电场的作用外，还使p区带正电，n区带负电，在n区和p区之间的薄层就产生电动势，这就是光生伏特效应。学习任务5其他储能装置3.太阳电池在汽车上的应用目前，太阳能在汽车上的应用技术主要有作为驱动力和作为汽车辅助能源两个方面。（1）作为驱动力的太阳能汽车完全用太阳能为驱动力代替传统燃油，这种太阳能汽车与传统的燃油汽车不论在外观还是运行原理上都有很大的不同，太阳能汽车没有发动机、底盘、驱动、变速箱等构件，而是由电池板、储电器和电机组成。利用贴在车体外表的太阳电池板，将太阳能直接转换成电能，再通过电能的消耗，驱动车辆行驶，车的行驶快慢只要控制输入电机的电流就可以解决，如图3-5-9所示。目前此类太阳车的车速最高能达到100km/h以上，而无太阳光最大续行能力也在100km左右。学习任务5其他储能装置图3-5-9太阳能汽车（2）作为辅助能源的太阳能汽车太阳能和其它能量混合驱动汽车，太阳能辐射强度较弱，光伏电池板造价昂贵，加之蓄电池容量和天气的限制，使得完全靠太阳能驱动的汽车的实用性受到极大的限制，不利于推广。复合能源汽车外观与传统汽车相似，只是在车表面加装了部分太阳能吸收装置，比如车顶电池板，用于给蓄电池充电或直接作为动力源，如图3-5-10所示。这种汽车既有汽油发动机，又有电动机，汽油发动机驱动前轮，蓄电池给电动机供电驱动后轮。电动机用于低速行驶。当车速达到某一速度以后，汽油发动机起动，电动机脱离驱动轴，汽车便像普通汽车一样行驶。学习任务5其他储能装置图3-5-10太阳能作为辅助能源的汽车一、选择题（1）飞轮储能电池的概念起源于上世纪（

）年代早期，最早只是想将其应用在电动汽车上，但限于当时的技术水平，并没有得到发展。Ａ、60Ｂ、70Ｃ、80Ｄ、90（2）飞轮储能电池系统包括（

）个核心部分。Ａ、5Ｂ、4Ｃ、3Ｄ、2（3）不属于飞轮储能电池的特点的是（

）。Ａ、能量密度高Ｂ、体积小、重量轻Ｃ、使用寿命长Ｄ、能量转换效率低学习任务5其他储能装置复习题（4）硅太阳能电池可分为（

）种Ａ、3Ｂ、4Ｃ、5Ｄ、6（5）下面说法有误的是（

）。Ａ、目前，太阳能在汽车上的应用技术主要有作为驱动力和作为汽车辅助能源两个方面Ｂ、太阳能电池是通过霍尔效应直接把光能转化成电能的装置Ｃ、飞轮一般都采用碳纤维制成，制造飞轮的碳纤维材料目前还很贵，成本比较高Ｄ、飞轮储能电池不受重复深度放电影响，能够循环几百万次运行，预期寿命20年以上学习任务5其他储能装置二、判断题（1）飞轮电池是一种纯机电蓄电池，

它以高速旋转的飞轮为介质进行能量存储与释放。（

）（2）飞轮