一种飞轮储能UPS电源车的制作方法

本实用新型属于储能与供电技术领域，具体涉及一种飞轮储能ups电源车。

背景技术：

储能技术将是未来智能电网的重要组成部分，涉及其建设的各个主要环节。发展储能技术重要意义包括削峰填谷、调节节约能源、提高电力电网系统效率、保证电力电网系统安全等方面。储能技术也可以解决电源车充电的随机性、波动性问题，有效调节电源车充电引起的电网电压、频率及相位的变化，为新能源汽车的大规模推广提供基础。

目前飞轮储能系统中会采用不间断电源系统(uninterruptedpowersystem，ups)，应用最广泛的ups是在线双变换式ups，在线双变换式ups通常配备铅酸蓄电池，用于在市电失电时提供后备供电。在线双变换式ups分为工频ups和高频ups。其中，工频ups采用降压整流的方式，典型的母线电压通常为300v～500v之间，铅酸蓄电池组可以直接挂在直流母线，不需要另外增加电池变换器来进行电压转换；高频ups整流采用升压整流模式，其输出直流母线的电压比输入交流线电压的峰峰值高，一般典型值为700v～800v左右。如果铅酸蓄电池组直接挂接在母线上，所需要串联的电池节数太多，超出了铅酸蓄电池所允许串联数量的限制。因此一般高频ups会单独配置一个双向直流/直流电池变换器，用于直流母线和电池之间的电压转换，将直流电压变换到铅酸电池组适合的范围内。对于高频ups来说，为了适应铅酸蓄电池，采用双向直流/直流电池变换器已成为一种典型的配置。

但是，由于飞轮储能装置自带直流/交流双向变流器，其直流侧接入电压范围可调，完全可以满足高频ups装置的直流母线电压变化范围，因此，对于采用飞轮储能的高频双变换式ups来说，如果沿袭传统的设计方式，增加一个直流/直流变换环节，不仅降低了飞轮储能系统整体的工作效率，而且增加了整个飞轮储能系统的成本和体积，增加了系统控制的复杂度。

技术实现要素：

为了解决现有技术中的不足，本实用新型提供了一种飞轮储能ups电源车，该飞轮储能ups电源车包括：

包括底盘车和箱体，其特征在于，所述车厢内装配有飞轮储能系统室、机组燃油箱、发电机组、消音器，所述飞轮储能系统室装配有储能系统散热柜、和储能系统进气柜、若干飞轮储能系统，每一所述飞轮储能系统包括双变换式ups装置和飞轮储能装置，其中，所述双变换式ups装置包括交流-直流整流器、直流-交流逆变换器、直流-交流双向变换器，所述交流-直流整流器的输出端与所述直流-交流逆变换器的输入端连接，所述直流-交流双向变换器的输入端与所述交流-直流整流器的输出端、所述直流-交流逆变换器的输入端连接，所述直流-交流双向变换器的输入端、所述直流-交流双向变换器的输出端均与飞轮储能装置连接。

在本实用新型的一个实施例中，每个所述飞轮储能装置包括飞轮、电机、第一磁轴承、第二磁轴承、密封壳体、真空室和旋转轴，所述密封壳体内形成真空室，所述飞轮、所述电机、所述第一磁轴承、所述第二磁轴承、旋转轴装配于所述密封壳体内，所述飞轮装配于所述旋转轴上，所述旋转轴与所述电机的转子同轴设置，所述旋转轴的一端装配有所述第一磁轴承，所述旋转轴的另一端装配有所述第二磁轴承，所述电机与所述直流-交流双向变换器的输出端连接。

在本实用新型的一个实施例中，所述飞轮上至少装配有位移传感器。

在本实用新型的一个实施例中，所述位移传感器型号为hg-c1050。

在本实用新型的一个实施例中，每个所述飞轮储能装置还包括飞轮控制器，所述飞轮控制器与所述直流-交流双向变换器的输入端、所述电机连接。

在本实用新型的一个实施例中，所述发电机组装配有若干组发电装置，每组所述发电装置包括一柴油机和一发电机，所述柴油机由机组燃油箱提供燃油，所述柴油机驱动所述发电机工作。

在本实用新型的一个实施例中，所述发电机组还装配有电源供电装置，所述电源供电装置包括至少三个电源转换供电模块，每个所述电源供电模块包括依次连接的第一滤波电路、功率转换电路、第二滤波电路，其中，所述第一滤波电路还与电源信号输入端连接，第二滤波电路还与电源信号输出端连接。

在本实用新型的一个实施例中，每个所述电源转换供电模块还包括电压反馈调整电路，所述电压反馈调整电路与所述功率转换电路、所述第二滤波电路连接。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果：

本实用新型提供的飞轮储能ups电源车，飞轮储能系统中只在双变换式ups装置内设置直流-交流双向变换器，无需在飞轮储能装置中设置直流-交流双向变换器，以提高整体飞轮储能系统的运行效率，降低系统控制的复杂度，同时降低整体飞轮储能系统的设备成本和体积。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的一种飞轮储能ups电源车的箱内侧视结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的一种飞轮储能ups电源车的箱内俯视结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的一种飞轮储能ups电源车的双变换式ups装置的结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的一种飞轮储能ups电源车的飞轮储能装置的结构示意图；

图5为本实用新型实施例提供的一种飞轮储能ups电源车的电源供电装置中电源转换供电模块的结构示意图。

附图标记说明：

1-底盘车；2-飞轮储能系统；3-储能系统散热柜；4-储能系统进气柜；5-机组燃油箱；6-发电机组；7-消音器；8-飞轮储能系统室；9-机组工作室；10-排风降噪室；11电缆绞盘室；201-双变换式ups装置；202-飞轮储能装置；2011-交流-直流整流器；2012-直流-交流逆变换器；2013-直流-交流双向变换器；2021-飞轮；2022-电机；2023-第一磁轴承；2024-第二磁轴承；2025-密封壳体；2026-真空室；2027-旋转轴；2028-飞轮控制器。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明，但本实用新型的实施方式不限于此。

实施例一

本实施例涉及一种飞轮储能ups电源车。请参见图1、图2，图1为本实用新型实施例提供的一种飞轮储能ups电源车的箱内侧视结构示意图，图2为本实用新型实施例提供的再一种飞轮储能ups电源车的箱内俯视结构示意图。具体地，本实施例提供的飞轮储能ups电源车包括：

底盘车1和箱体，厢体内装配有飞轮储能系统室8、机组燃油箱5、发电机组6、消音器7，飞轮储能系统室8装配有储能系统散热柜3、储能系统进气柜4、若干飞轮储能系统2。

具体而言，本实施例电源车包括底盘车1和箱体，如图2所示电源车箱体内包括飞轮储能系统室8，飞轮储能系统室8装配有储能系统散热柜3、和储能系统进气柜4，保证飞轮储能系统室8中装配的多个飞轮储能系统2的正常运行，还包括机组工作室9，机组工作室9包括机组燃油箱5、发电机组6，为电源车提供电能，还包括排风降噪室10，排风降噪室10包括排风装置和消音器7，保证电源车在低噪、适温环境下的正常运行，电缆绞盘室11用于放置电缆绞盘。

本实施例储能采用飞轮储能方式，每一飞轮储能系统2包括双变换式ups装置201和飞轮储能装置202，具体地：

请参见图3，图3为本实用新型实施例提供的一种飞轮储能ups电源车的双变换式ups装置的结构示意图，本实施例双变换式ups装置201包括交流-直流整流器2011、直流-交流逆变换器2012、直流-交流双向变换器2013，交流-直流整流器2011的输出端与直流-交流逆变换器2012的输入端连接，直流-交流双向变换器2013的输入端与交流-直流整流器2011的输出端、直流-交流逆变换器2012的输入端连接,直流-交流双向变换器2013的输入端、直流-交流双向变换器2013的输出端均与飞轮储能装置202连接。本实施例交流-直流整流器2011为igbt整流器，采用升压整流方式，其输出直流母线的电压值较高，一般典型值为700v～800v左右；本实施例中的直流-交流逆变器2012为igbt逆变器；通过直流-交流双向变换器2013提高双变换式ups装置201直流侧的电压，使得双变换式ups装置201输出的直流电压无需进行降压处理，可直接输送至飞轮储能装置202。因此，本实施例在双变换式ups装置201内设置直流-交流双向变换器2013，无需在飞轮储能装置202中再设置直流-交流双向变换器2013，即将直流-交流双向变换器2013集成于双变换式ups装置201，以提高整体飞轮储能系统2的运行效率，降低整体飞轮储能系统2的设备体积和成本，同时降低系统控制的复杂度。

请参见图4，图4为本实用新型实施例提供的一种飞轮储能ups电源车的飞轮储能装置的结构示意图，本实施例飞轮储能装置202包括飞轮2021、电机2022、第一磁轴承2023、第二磁轴承2024、密封壳体2025、真空室2026、旋转轴2027和飞轮控制器2028，密封壳体2025内部空间形成真空室2026，飞轮2021、电机2022、第一磁轴承2023、第二磁轴承2024、旋转轴2027装配于密封壳体2025内，飞轮2021装配于旋转轴2027上，旋转轴2027与电机2022的转子同轴设置，旋转轴2027的一端装配有第一磁轴承2023，旋转轴2027的另一端装配有第二磁轴承2024，第一磁轴承2023、第二磁轴承2024用于支撑润滑。飞轮2021上至少装配有位移传感器，优选地，位移传感器型号为hg-c1050，比如还可以包括温度传感器，检测飞轮储能装置202环境温度。其中，飞轮2021为高强度复合材料制成的高速飞轮，高强度复合材料优选为碳纤维或玻璃纤维等高强度复合材料，以使飞轮2021可以承受起高速旋转时的离心力；电机2022为电动/发电互逆式电机，例如，现有产品gtr200采用的可达36000转的高速永磁电机，作为发电机使用时它是永磁同步发电机，它既具备交流电动机的结构简单、运行可靠、维护方便等一系列优点，又具备直流电动机的运行效率高、无励磁损耗以及调速性能好的特点，飞轮储能单元202充电时作为电动机使用，充电时，电机2022获得直流-交流双向变换器2013的输出电力以驱动飞轮2021旋转，飞轮2021用于存储动能，飞轮储能装置202放电时，作为发电机使用，放电时，飞轮2021将储存的动能传输给电机2022，电机2022的电输出端与直流-交流双向变换器2013的交流侧连接，将由动能转化的电能输送至外部设备；第一磁轴承2023和第二磁轴承2024为磁悬浮轴承，且在旋转轴2027上配备相应的机械轴承，磁悬浮轴承可以在真空环境中以无摩擦的状态承载，机械轴承作为磁轴承失效时的备用；密封壳体2025采用高强度材料制成，防止飞轮2021碎裂后对外界人员或设备造成损害；真空室2026为飞轮2021、电机2022、第一磁轴承2023和第二磁轴承2024提供一个真空的工作环境，减小空气阻力造成的能量损耗；飞轮控制器2028根据输入直流-交流逆变换器2012的输入电压控制飞轮储能装置202的运行状态，本实施例飞轮控制器2028可以为可编程处理器，该可编程处理器中写有软件程序，该软件程序可执行飞轮控制器2028控制飞轮储能装置202的运行状态，该软件程序可以通过网络以电子格式的形式下载至处理器中，或者，该软件程序可以存储在如磁存储器、光学存储器或电子存储器等存储介质上，具体地：

该软件程序被配置为执行如下步骤：不间断的监测直流-交流逆变换器2012输入端的输入电压；当该输入电压大于或等于第一电压阈值时，控制该直流-交流双向变换器2013的功率流向为由直流侧流向交流侧，控制电机2022工作模式为电动机模式，驱动飞轮2021旋转，将电能转换为动能，对该飞轮储能装置202进行充电；当该输入电压小于或等于第二电压阈值时，控制该直流-交流双向变换器2013的功率流向为由交流侧流向直流侧，控制电机2022工作模式为发电机模式，飞轮2021的惯性驱动电机2022转子旋转，将动能转换为电能，控制飞轮储能装置202进行放电；当该输入电压大于第二电压阈值且小于第一电压阈值时，控制该直流-交流双向变换器2013停止功率变换，控制飞轮储能装置202进入待机状态，当飞轮储能装置202进入待机状态时，不再考虑能量损失的前提下，飞轮2022将靠自身惯性以当前转速继续旋转。

本实施例采用飞轮储能方式，与传统的化学蓄电池储能方式相比，其在同等储能容量要求下，飞轮储能方式的体积大大减小，同时电源车电力系统的稳定性、可靠性、安全性大大提高，同时还可以通过控制飞轮储能系统2的充电、放电状态，保证电源车不间断的工作，飞轮储能系统2使用寿命远超过其他传统的储能方式，比如化学蓄电池储能，并且由于飞轮储能系统2是机械储能方式，对于工作温度没有特定的要求，对于环境几乎没有影响，而且飞轮储能系统2维护周期长、系统稳定性强；本实施例飞轮储能装置202内部集成了飞轮控制器2028，根据其输入端的输入电压在充电状态和放电状态之间调节，简化了系统控制的复杂程度，且基于上述调节方式，可以根据需要增加飞轮储能装置202的数量，系统具有良好的可扩展性。

进一步地，本实施例发电机组6装配有若干组发电装置，每组发电装置包括一柴油机和一发电机，柴油机由机组燃油箱5提供燃油，柴油机驱动发电机工作。

具体而言，本实施例发电机组6装配有多组发电装置，每组发电设备包括一个柴油机和一个发电机。其中，每组发电装置分别同后续供电设备连接，发电机组6的数目可以根据实际需要进行设计，装配一组、二组或四组发电设备，进而实现发电机组6可以单台发电机向后续供电设备供电，也可以由多台发电机并入为后续供电设备供电。每组发电装置包括一柴油机和一发电机，柴油机由机组燃油箱5提供燃油，柴油机作为原动机，驱动发电机发电，将电力输送到后续供电设备，实现发电机组6为供电设备提供电能。

本实施例发电机组6还装配有电源供电装置(图中未标识出)，电源供电装置包括至少三个电源转换供电模块，请参见图5，图5为本实用新型实施例提供的一种飞轮储能ups电源车的电源供电装置中电源转换供电模块的结构示意图，本实施例每个电源供电模块包括依次连接的第一滤波电路、功率转换电路、第二滤波电路，其中，第一滤波电路还与电源信号输入端连接，第二滤波电路还与电源信号输出端连接。

具体而言，常见电源车为内部设备提供的电压为统一电压，即电源车内部各设备输入的电压相同，为了满足汽车用电设备对恒定电压的需求，目前在电源车内设置电压调节器，来保证电源车镍提供的电压稳定在一定范围内，可见，目前无法做到分别为电源车内部设备提供合适的供电电压信号。基于上述存在的问题，本实施例发电机组6中还装配有电源供电装置，该电源供电装置包括至少三个电源转换供电模块，所有电源转换供电模块可以分别装配于一芯片上，也可以集成于同一芯片上，电源转换供电模块连接共同的电源信号输入端，分别输出不同的电源工作电压于需要供电的设备。

本实施例每个电源转换供电模块本实施例每个电源信号转换模块包括第一滤波电路、功率转换电路、第二滤波电路、电压反馈调整电路、信号控制电路，第一滤波电路、功率转换电路、第二滤波电路依次连接，第一滤波电路还与电源信号输入端连接，第二滤波电路还与电源信号输出端连接，电压反馈调整电路与第二滤波电路、信号控制电路连接，信号控制电路还与功率转换电路连接。本实施例首先第一滤波电路对电源信号输入端的电源电压信号进行干扰杂波滤除，再经功率转换电路将电源电压信号转换成相应的电能，再经第二滤波电路滤波形成新的需要的新的电源电压信号提供给电源车中某个设备。比如电源输入信号为+24v，依次经过第一滤波电路、功率转换电路、第二滤波电路处理后，转换成5v/12a的新的电源电压信号，电源车将该新的电源电压信号提供给需要5v/12a电源电压信号的设备。其中，功率转换电路为一功率转换器，实现电源电压信号电能的转换，具体功率转换器地选择根据实际输出电压需要决定；电源信号输入端可以为机电组6中发电机输出端，电源信号输出端可以为需要电源车供电的设备。

本实施例每个电源信号转换模块还包括电压反馈调整电路和信号控制电路。电压反馈调整电路的一端与信号控制电路一端连接，电压反馈调整电路的另一端与第二滤波电路连接，信号控制电路的另一端与功率转换电路连接。本实施例电压反馈调整电路取样第二滤波电路输出的电源电压信号变化量，并将该变化量反馈给信号控制电路，信号控制电路进行脉宽调整，进而控制功率转换电路转换电能的调整，从而达到第二滤波电路最终输出电源电压信号的高稳定性效果。

优选地，信号控制电路为一脉冲控制器，更优选地，脉冲控制器为一pwm控制器。

综上所述，本实施例提供的飞轮储能ups电源车：只在双变换式ups装置201内设置直流-交流双向变换器2013，无需在飞轮储能装置202中再设置直流-交流双向变换器2013，即将直流-交流双向变换器2013集成于双变换式ups装置201，以提高整体飞轮储能系统2的运行效率，降低整体飞轮储能系统2的设备体积和成本，同时降低系统控制的复杂度；本实施例电源车采用飞轮储能方式进行电能存储和电能提供，使得电源车供电处于不间断的状态，从而确保了整个电源车的工作效率；本实施例电源供电中由多个电源转换供电模块将发电机组6提供的电源电压信号转换为多种不同电压下的电源电压信号，实现了分别为电源车内部各个设备提供合适的工作电压，提高了电源车供电系统的安全性、可靠性，且电压反馈调整电路对电源转换供电模块输出电源电压信号起到稳定的效果，保证为电源车内部各个设备提供合适、稳定的工作电压。

需要说明的是，本实施例多源供电电源车不局限包括上述电源车所述结构，对于包括上述电源车结构的申请均在本申请的保护范围内；电源车内各系统/装置输出、输入电源信号根据实际需要可以预先进行直流信号、交流信号转换，比如发电机组6提供给电源供电装置的信号为交流信号，电源供电装置处理为直流电压信号，那么在电源供电装置处理前将发电机组6提供的交流信号先转换为直流电压信号，再传输至电源供电装置。

需要说明的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。

尽管在此结合各实施例对本实用新型进行了描述，然而，在实施所要求保护的本实用新型过程中，本领域技术人员通过查看所述附图、公开内容、以及所附权利要求书，可理解并实现所述公开实施例的其他变化。在权利要求中，“包括”(comprising)一词不排除其他组成部分或步骤，“一”或“一个”不排除多个的情况。单个处理器或其他单元可以实现权利要求中列举的若干项功能。相互不同的从属权利要求中记载了某些措施，但这并不表示这些措施不能组合起来产生良好的效果。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。