專利名稱：延長飛輪電池儲能時間的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于新能源技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種飛輪電池，尤其涉及一種延長飛輪電池儲能時間的裝置，適用于交通、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、軍事、民用、新能源等領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
如今，使用最多最廣的儲能電池?zé)o疑是化學(xué)電池，它將電能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能儲存，再轉(zhuǎn)化為電能輸出，它價格低廉，技術(shù)成熟，但污染嚴重，效率低，充電時間長，用電時間短，使用過程中電能不易控制。作為一種新興的儲能方式，飛輪電池所擁有傳統(tǒng)化學(xué)電池?zé)o法比擬的優(yōu)點，如充電時間短(數(shù)秒鐘即可完成充電過程，適合給電動汽車充電)，能量密度高，放電充分，使用時間長(充放電反復(fù)使用，一般25年，化學(xué)電池僅1-3年)，基本無污染等，已被人們廣泛認同，它非常符合未來儲能技術(shù)的發(fā)展方向。目前，正在向小型化、低廉化的方向發(fā)展?？梢灶A(yù)見，伴隨著技術(shù)和材料學(xué)的進步，飛輪電池將在未來的各行各業(yè)中發(fā)揮重要的作用。與化學(xué)電池相比，飛輪電池弱點之一是待機儲能時間遠小于化學(xué)電池，其應(yīng)用范圍受到限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種延長飛輪電池儲能時間的裝置，能有效延長飛輪電池的待機儲能時間。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種延長飛輪電池儲能時間的裝置，所述裝置包括變流器模塊，用于將所述裝置的電池模塊的直流電源變換成飛輪電池電源，還用于將飛輪電池電源變換成電池模塊的直流電源；所述變流器模塊有三種工作模式直流變換成交流模式、交流變換成直流模式、停機模式；充放電模塊，用于為飛輪電池提供維持正常運轉(zhuǎn)提供電能，也用于為電池模塊充電；所述充放電模塊有兩種工作模式充電模式、放電模式；測控模塊，用于檢測飛輪電池的三種工作狀態(tài)充電模式、供電模式、待機模式；也用于控制變流器模塊的工作模式和充放電模塊的工作模式； 電池模塊，用于給飛輪電池和本裝置提供電能。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，當飛輪電池在非充電狀態(tài)的待機模式下，變流器模塊將電池模塊的直流低壓電源轉(zhuǎn)換成交流或直流高壓電源，為飛輪電池提供維持電能，測控模塊檢測飛輪電池的參數(shù)，控制給飛輪電池的維持電流大小。所述測控模塊監(jiān)測飛輪電池的工作狀態(tài)，當飛輪電池工作于供電模式時，測控模塊控制變流器模塊進入待機運行狀態(tài)，停止給風(fēng)輪電池供電。所述測控模塊檢測到飛輪電池進入充電狀態(tài)時，測控模塊控制充放電模塊進入充電運行狀態(tài)，充放電模塊根據(jù)電池模塊狀態(tài)參數(shù)控制充電電流大小和充電模式，并檢測電池模塊的狀態(tài)參數(shù)，確定需要更換電池模塊的指示燈是否點亮。
作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述變流器模塊包括第一微處理器、普通晶體管、場效應(yīng)晶體管、絕緣柵型晶體管、晶閘管、門極可關(guān)斷晶閘管；所述測控模塊包括第二微處理器、電流測量傳感器、電壓測量傳感器、運算放大器、顯示器；所述充放電模塊包括第三微處理器，功率開關(guān)管，電流傳感器。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述變流器模塊包括單片機單元電路、直流變交流單元電路、第一電子開關(guān)單元電路、交流變直流單元電路、第二電子開關(guān)單元電路。直流電壓經(jīng)過直流母線進入直流變交流單元電路和單片機單元電路；直流變交流單元電路負責(zé)將直流電變換成交流電經(jīng)交流母線輸出，交流電的電壓大小和頻率參數(shù)受單片機單元電路控制，單片機單元電路上有直流電流電壓檢測傳感器，檢測直流母線上的電流電壓參數(shù)的大小和方向；交流母線上的電壓也輸入給單片機單元電路，單片機單元電路上有交流電壓電流傳感器，檢測交流母線上的電流電壓參數(shù)的大小和方向。單片機單元電路控制第一電子開關(guān)單元電路和第二電子開關(guān)單元電路，當需要將直流電轉(zhuǎn)換成交流電時，第一電子開關(guān)單元電路和第二電子開關(guān)單元電路的電力開關(guān)處于斷開狀態(tài)。當需要將交流電轉(zhuǎn)換成直流電時，單片機單元電路控制直流變交流單元電路停止工作，同時控制第一電子開關(guān)單元電路和第二電子開關(guān)單元電路的電力開關(guān)處于導(dǎo)通狀態(tài)，外界輸入的交流電經(jīng)交流母線和第二電子開關(guān)單元電路進入交流變直流單元電路，將交流電變換成直流電，經(jīng)第一電子開關(guān)單元電路輸出至直流母線。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述測控模塊包括微處理器電路、第一通信接口電路、顯示器、第二通信接口電路、鍵盤接口電路。微處理器電路通過第一通信接口電路、第二通信接口電路，分別與電流變換模塊和充放電模塊的通信接口電路交換測量數(shù)據(jù)和控制參數(shù)，顯示器用于顯示測量參數(shù)、命令參數(shù)和工作狀態(tài)；鍵盤接口電路用于輸入命令參數(shù)。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述充放電模塊包括微處理器單兀、充電與放電單元電路、電池模塊接口、檢測單元電路、第三通信接口電路和指示燈電路。當微處理器單元收到測控模塊的供電指令，充電與放電單元電路啟動該單元電路的放電電路，同時關(guān)閉該單元電路的充電電路；當微處理器單元收到測控模塊的充電指令時，充電與放電單元電路關(guān)閉該單元電路的放電電路，同時啟動該單元電路的充電電路；檢測單元電路檢測電池電流和電壓參數(shù)，傳送給微處理器單元，通過第三通信接口電路把電流電壓參數(shù)傳遞給測控模塊，同時微處理器單元把實時檢測到的參數(shù)進行計算分析，當發(fā)現(xiàn)需要更換電池時，控制指示燈點亮；當微處理器單元收到測控模塊的待機指令時，控制充放電單元電路關(guān)閉充電和放電電路。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述變流器模塊具有直角坐標系四象限運行功能；變流器模塊元器件的功率大小隨該模塊功率大小而改變。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述測控模塊與變流器模塊交換信息，向變流器模塊發(fā)出工作模式指令；測控模塊與充放電模塊交換信息，向充放電模塊發(fā)出工作模式指令。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述充放電模塊分別與電池模塊、測控模塊連接，充放電模塊控制電池模塊的充電電流或放電電流大?。怀浞烹娔K接受測控模塊指令，改變工作模式，將實時數(shù)據(jù)傳給測控模塊。本發(fā)明延長飛輪電池儲能時間裝置的特點是利用飛輪在維持正常運轉(zhuǎn)時所需能量極其微小的原理，飛輪電池在非充電狀態(tài)的待機模式下，由電池模塊提供這一微小的能量讓飛輪維持正常運轉(zhuǎn)，從而延長飛輪的儲能時間。為需要飛輪電池提供能量而何時需要能量的時間卻不可預(yù)測的用戶提供延長等待時間的能源儲備，從而提高了飛輪電池的適用范圍。該裝置的電池模塊功率大小與飛輪電池功率特性相關(guān)，依據(jù)飛輪電池的功率和正常運行維持功率決定，一般為飛輪電池功率的1-10%，飛輪電池質(zhì)量越高，維持功率越小，該裝置電池模塊的容量也越小，因此，降低了該裝置的成本和體積重量等參數(shù)。同時，該裝置的電池模塊也是可以充放電的，并可以方便更換。飛輪電池在充電工作模式，電網(wǎng)或其它電源裝置給飛輪電池充電儲能和維持正常運轉(zhuǎn)，同時也給電池模塊充電。飛輪電池在非充電狀態(tài)的待機模式下，變流器模塊將電池模塊的直流低壓電源轉(zhuǎn)換成交流或直流高壓電源，為飛輪電池提供維持電能，測控模塊通過變流器模塊得到飛輪電池運行參數(shù)，控制給飛輪電池的維持電流大小。測控模塊通過充放電模塊監(jiān)測飛輪電池工作狀態(tài)，當飛輪電池工作于等待供電模式時，控制變流器模塊進入待機運行狀態(tài)，停止給風(fēng)輪電池供電；當飛輪電池進入充電狀態(tài)時，電池模塊進入充電運行狀態(tài)，測控模塊根據(jù)電池模塊狀態(tài)參數(shù)控制充電電流大小和充電模式，并根據(jù)電池模塊的狀態(tài)參數(shù)，提前預(yù)報更換電池模塊；當飛輪電池工作于供電模式時，電池模塊不提供電能，該裝置處于待機狀態(tài)。電池模塊的種類根據(jù)可以根據(jù)使用條件和對象選擇，如使用鋰電池或普通鉛酸蓄電池等。該延長飛輪電池儲能時間裝置可以制造成系列產(chǎn)品，不同功率等級，與不同功率大小的各種飛輪電池配合使用。本發(fā)明的有益效果在于本發(fā)明提出的延長飛輪電池儲能時間的裝置，為飛輪電池在待機儲能過程中通過化學(xué)電池補充能量方式延長飛輪電池的待機儲能時間，克服飛輪電池缺陷，拓展飛輪電池的用途。而所用化學(xué)電池能量只是飛輪電池能量的1%_10%。


圖I為本發(fā)明裝置的原理框圖。圖2為本發(fā)明中變流器模塊的原理框圖。圖3為本發(fā)明中測控模塊的原理框圖。圖4為本發(fā)明中充放電模塊的原理框圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖詳細說明本發(fā)明的優(yōu)選實施例。實施例一請參閱圖1，本發(fā)明揭示了一種延長飛輪電池儲能時間裝置(虛線框內(nèi)為本發(fā)明服務(wù)對象——飛輪電池6)，所述裝置包括變流器模塊2、充放電模塊3、電池模塊4、測控模塊5。變流器模塊2用于將所述裝置的電池模塊的直流電源變換成飛輪電池電源，還用于將飛輪電池電源變換成電池模塊的直流電源；所述變流器模塊2有三種工作模式直流變換成交流模式、交流變換成直流模式、停機模式。充放電模塊3用于為飛輪電池提供維持正常運轉(zhuǎn)提供電能，也用于為電池模塊充電；所述充放電模塊有兩種工作模式充電模式、放電模式。測控模塊5用于檢測飛輪電池的三種工作狀態(tài)充電模式、供電模式、待機模式；也用于控制變流器模塊的工作模式和充放電模塊的工作模式。電池模塊4用于給飛輪電池和本裝置提供電能。
所述變流器模塊2可包括第一微處理器、普通晶體管、場效應(yīng)晶體管、絕緣柵型晶體管、晶閘管、門極可關(guān)斷晶閘管；所述測控模塊5可包括第二微處理器、電流測量傳感器、電壓測量傳感器、運算放大器、顯示器；所述充放電模塊3可包括第三微處理器，功率開關(guān)管，電流傳感器。當飛輪電池6在非充電狀態(tài)的待機模式下，變流器模塊2將電池模塊4的直流低壓電源轉(zhuǎn)換成交流或直流高壓電源，為飛輪電池6提供維持電能，測控模塊4檢測飛輪電池6的參數(shù)，控制給飛輪電池6的維持電流大小。測控模塊4監(jiān)測飛輪電池6的工作狀態(tài)，當飛輪電池6工作于供電模式時，測控模塊5控制變流器模塊2進入待機運行狀態(tài)，停止給風(fēng)輪電池供電；測控模塊4檢測到飛輪電池6進入充電狀態(tài)時，測控模塊4控制充放電模塊3進入充電運行狀態(tài)，充放電模塊3根據(jù)電池模塊5狀態(tài)參數(shù)控制充電電流大小和充電模式，并檢測電池模塊5的狀態(tài)參數(shù)，確定需要更換電池模塊5的指示燈是否點亮。圖2是變流器模塊的原理框圖，它由單片機單元電路8、直流變交流單元電路9、電子開關(guān)單元電路11、交流變直流單元電路12、電子開關(guān)單元電路13組成。直流電壓經(jīng)過直流母線7進入直流變交流單元電路9和單片機單元電路8。直流變交流單元電路9負責(zé)將直流電變換成交流電經(jīng)交流母線10輸出，交流電的電壓大小和頻率參數(shù)受單片機單元電路8控制，單片機單元電路8上有直流電流電壓檢測傳感器，檢測直流母線上的電流電壓參數(shù)的大小和方向。交流母線上的電壓也輸入給單片機單元電路8，單片機單元電路8上有交流電壓電流傳感器，檢測交流母線上的電流電壓參數(shù)的大小和方向。單片機單元電路8控制電子開關(guān)單元電路11和電子開關(guān)單元電路13，當需要將直流電轉(zhuǎn)換成交流電時，電子開關(guān)單元電路11和電子開關(guān)單元電路13的電力開關(guān)處于斷開狀態(tài)。當需要將交流電轉(zhuǎn)換成直流電時，單片機單元電路8控制直流變交流單元電路9停止工作，同時控制電子開關(guān)單元電路11和13的電力開關(guān)處于導(dǎo)通狀態(tài)，外界輸入的交流電經(jīng)交流母線10和電子開關(guān)單元電路13進入交流變直流單元電路12，將交流電變換成直流電，經(jīng)電子開關(guān)單元電路11輸出至直流母線7。圖3是測控模塊的原理框圖，它由通信接口電路14、微處理器電路15、IXD顯示器16、通信接口電路17、鍵盤接口電路18組成。微處理器電路15通過通信接口電路14、通信接口電路17，分別與電流變換模塊2和充放電模塊3的通信接口電路交換測量數(shù)據(jù)和控制參數(shù)，IXD顯示器用于顯示測量參數(shù)、命令參數(shù)和工作狀態(tài)。鍵盤接口電路18用于輸入命令參數(shù)。圖4是充放電模塊的原理框圖，它由微處理器單元電路19、充電與放電單元電路20、電池模塊接口 21、檢測單元電路22、通信接口電路23和LED指示燈電路24組成。當微處理器單元電路19收到測控模塊5的供電指令,充電與放電單元電路20啟動該單元電路的放電電路，同時關(guān)閉該單元電路的充電電路。當微處理器單元電路19收到測控模塊5的充電指令時，充電與放電單元電路20關(guān)閉該單元電路的放電電路，同時啟動該單元電路的充電電路。檢測單元電路22檢測電池電流和電壓參數(shù)，傳送給微處理器單元電路19，通過通信接口電路23把電流電壓參數(shù)傳遞給測控模塊5，同時微處理器單元電路把實時檢測到的參數(shù)進行計算分析，當發(fā)現(xiàn)需要更換電池時，控制LED指示燈點亮。當微處理器單元電路19收到測控模塊5的待機指令時，控制充放電單元電路關(guān)閉充電和放電電路。綜上所述，本發(fā)明提出的延長飛輪電池儲能時間的裝置，為飛輪電池在待機儲能過程中通過化學(xué)電池補充能量方式延長飛輪電池的待機儲能時間，克服飛輪電池缺陷，拓展飛輪電池的用途。而所用化學(xué)電池能量只是飛輪電池能量的1%-10%。這里本發(fā)明的描述和應(yīng)用是說明性的，并非想將本發(fā)明的范圍限制在上述實施例中。這里所披露的實施例的變形和改變是可能的，對于那些本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說實施例的替換和等效的各種部件是公知的。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該清楚的是，在不脫離本發(fā)明的精神或本質(zhì)特征的情況下，本發(fā)明可以以其它形式、結(jié)構(gòu)、布置、比例，以及用其它組件、材料和部件來實現(xiàn)。在不脫離本發(fā)明范圍和精神的情況下，可以對這里所披露的實施例進行其它變形和改變。
權(quán)利要求
1.一種延長飛輪電池儲能時間的裝置，其特征在于，所述裝置包括 變流器模塊，用于將所述裝置的電池模塊的直流電源變換成飛輪電池電源，還用于將飛輪電池電源變換成電池模塊的直流電源；所述變流器模塊有三種工作模式直流變換成交流模式、交流變換成直流模式、停機模式； 充放電模塊，用于為飛輪電池提供維持正常運轉(zhuǎn)提供電能，也用于為電池模塊充電；所述充放電模塊有兩種工作模式充電模式、放電模式； 測控模塊，用于檢測飛輪電池的三種工作狀態(tài)充電模式、供電模式、待機模式；同時用于控制變流器模塊的工作模式和充放電模塊的工作模式； 電池模塊，用于給飛輪電池和本裝置提供電能。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的延長飛輪電池儲能時間的裝置，其特征在于 當飛輪電池在非充電狀態(tài)的待機模式下，變流器模塊將電池模塊的直流低壓電源轉(zhuǎn)換成交流或直流高壓電源，為飛輪電池提供維持電能，測控模塊檢測飛輪電池的參數(shù)，控制給飛輪電池的維持電流大小； 所述測控模塊監(jiān)測飛輪電池的工作狀態(tài)，當飛輪電池工作于供電模式時，測控模塊控制變流器模塊進入待機運行狀態(tài)，停止給風(fēng)輪電池供電； 所述測控模塊檢測到飛輪電池進入充電狀態(tài)時，測控模塊控制充放電模塊進入充電運行狀態(tài)，充放電模塊根據(jù)電池模塊狀態(tài)參數(shù)控制充電電流大小和充電模式，并檢測電池模塊的狀態(tài)參數(shù)，確定需要更換電池模塊的指示燈是否點亮。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的延長飛輪電池儲能時間的裝置，其特征在于 所述變流器模塊包括第一微處理器、普通晶體管、場效應(yīng)晶體管、絕緣柵型晶體管、晶閘管、門極可關(guān)斷晶閘管； 所述測控模塊包括第二微處理器、電流測量傳感器、電壓測量傳感器、運算放大器、顯示器； 所述充放電模塊包括第三微處理器，功率開關(guān)管，電流傳感器。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的延長飛輪電池儲能時間的裝置，其特征在于 所述變流器模塊包括單片機單元電路、直流變交流單元電路、第一電子開關(guān)單元電路、交流變直流單元電路、第二電子開關(guān)單元電路； 直流電壓經(jīng)過直流母線進入直流變交流單元電路和單片機單元電路；直流變交流單元電路負責(zé)將直流電變換成交流電經(jīng)交流母線輸出，交流電的電壓大小和頻率參數(shù)受單片機單元電路控制，單片機單元電路上有直流電流電壓檢測傳感器，檢測直流母線上的電流電壓參數(shù)的大小和方向；交流母線上的電壓也輸入給單片機單元電路，單片機單元電路上有交流電壓電流傳感器，檢測交流母線上的電流電壓參數(shù)的大小和方向； 單片機單元電路控制第一電子開關(guān)單元電路和第二電子開關(guān)單元電路，當需要將直流電轉(zhuǎn)換成交流電時，第一電子開關(guān)單元電路和第二電子開關(guān)單元電路的電力開關(guān)處于斷開狀態(tài)； 當需要將交流電轉(zhuǎn)換成直流電時，單片機單元電路控制直流變交流單元電路停止工作，同時控制第一電子開關(guān)單元電路和第二電子開關(guān)單元電路的電力開關(guān)處于導(dǎo)通狀態(tài)，外界輸入的交流電經(jīng)交流母線和第二電子開關(guān)單元電路進入交流變直流單元電路，將交流電變換成直流電，經(jīng)第一電子開關(guān)單元電路輸出至直流母線。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的延長飛輪電池儲能時間的裝置，其特征在于 所述測控模塊包括微處理器電路、第一通信接口電路、顯示器、第二通信接口電路、鍵盤接口電路； 微處理器電路通過第一通信接口電路、第二通信接口電路，分別與電流變換模塊和充放電模塊的通信接口電路交換測量數(shù)據(jù)和控制參數(shù)，顯示器用于顯示測量參數(shù)、命令參數(shù)和工作狀態(tài)；鍵盤接口電路用于輸入命令參數(shù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的延長飛輪電池儲能時間的裝置，其特征在于 所述充放電模塊包括微處理器單元、充電與放電單元電路、電池模塊接口、檢測單元電路、第二通彳目接口電路和指TjV燈電路； 當微處理器單元收到測控模塊的供電指令，充電與放電單元電路啟動該單元電路的放電電路，同時關(guān)閉該單元電路的充電電路； 當微處理器單元收到測控模塊的充電指令時，充電與放電單元電路關(guān)閉該單元電路的放電電路，同時啟動該單元電路的充電電路； 檢測單元電路檢測電池電流和電壓參數(shù)，傳送給微處理器單元，通過第三通信接口電路把電流電壓參數(shù)傳遞給測控模塊，同時微處理器單元把實時檢測到的參數(shù)進行計算分析，當發(fā)現(xiàn)需要更換電池時，控制指示燈點亮； 當微處理器單元收到測控模塊的待機指令時，控制充放電單元電路關(guān)閉充電和放電電路。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的延長飛輪電池儲能時間的裝置，其特征在于 所述變流器模塊具有直角坐標系四象限運行功能；變流器模塊元器件的功率大小隨該模塊功率大小而改變。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的延長飛輪電池儲能時間的裝置，其特征在于 所述測控模塊與變流器模塊交換信息，向變流器模塊發(fā)出工作模式指令；測控模塊與充放電模塊交換信息，向充放電模塊發(fā)出工作模式指令。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的延長飛輪電池儲能時間的裝置，其特征在于 所述充放電模塊分別與電池模塊、測控模塊連接，充放電模塊控制電池模塊的充電電流或放電電流大?。? 充放電模塊接受測控模塊指令，改變工作模式，將實時數(shù)據(jù)傳給測控模塊。
全文摘要
本發(fā)明揭示了一種延長飛輪電池儲能時間的裝置，包括變流器模塊、充放電模塊、測控模塊、電池模塊。變流器模塊用于將所述裝置的電池模塊的直流電源變換成飛輪電池電源，還用于將飛輪電池電源變換成電池模塊的直流電源；變流器模塊有三種工作模式直流變換成交流模式、交流變換成直流模式、停機模式；充放電模塊用于為飛輪電池提供維持正常運轉(zhuǎn)提供電能，也用于為電池模塊充電；充放電模塊有兩種工作模式充電模式、放電模式；測控模塊用于檢測飛輪電池的三種工作狀態(tài)充電模式、供電模式、待機模式；也用于控制變流器模塊的工作模式和充放電模塊的工作模式；電池模塊用于給飛輪電池和本裝置提供電能。本發(fā)明可有效延長飛輪電池的待機儲能時間。
文檔編號H02J7/02GK102983612SQ20121045122
公開日2013年3月20日 申請日期2012年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月12日
發(fā)明者陳進 申請人:上海第二工業(yè)大學(xué)