飞轮电池的充放电方法、系统及电子设备.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201911237690.1 (22)申请日 2019.12.05 (71)申请人 北京泓慧国际能源技术发展有限公 司 地址 101300 北京市顺义区马坡镇聚源西 路26号 (72)发明人 张帆李光军汪大春 (74)专利代理机构 北京超凡宏宇专利代理事务 所(特殊普通合伙) 11463 代理人 于利晓 (51)Int.Cl. H02J 15/00(2006.01) H02K 7/02(2006.01) (54)发明名称 飞轮电池的充放电方法、 系统及电子设备 (57)摘要 本发。

2、明提供了一种飞轮电池的充放电方法、 系统及电子设备， 涉及飞轮电池领域， 该方法包 括： 飞轮电池的飞轮转子由静止旋转至额定转速 时， 充电辅助电机带动飞轮转子向飞轮电池进行 充电； 当飞轮电池的外部负载需要能量时， 放电 辅助电机通过飞轮转子的带动， 向外部负载输出 电能。 通过双电机的配置， 在充电时是使用小功 率电机， 缓慢的使转子积蓄动能， 从而达到降低 充电电流， 保护设备， 降低充电设备要求的作用。 在放电时， 使用大功率电机， 把转子储存的动能， 瞬时大功率释放， 保证了负载对于瞬时大功率要 求的特性。 权利要求书1页 说明书6页 附图3页 CN 110855014 A 2020。

3、.02.28 CN 110855014 A 1.一种飞轮电池的充放电方法， 其特征在于， 所述飞轮电池内设置有充电辅助电机以 及放电辅助电机， 所述方法包括： 所述飞轮电池的飞轮转子由静止旋转至额定转速时， 所述充电辅助电机带动所述飞轮 转子向所述飞轮电池进行充电； 当所述飞轮电池的外部负载需要能量时， 所述放电辅助电机通过所述飞轮转子的带 动， 向所述外部负载输出电能。 2.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 所述方法还包括： 当所述飞轮电池充电完成后， 所述放电辅助电机用于所述飞轮电池的发电转换， 实现 所述飞轮电池的放电过程。 3.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 所述放电。

4、辅助电机的功率大于所述充电辅 助电机的功率。 4.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 所述放电辅助电机的输出功率为5MW- 10MW。 5.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 所述飞轮电池的充电电流为100-200A； 功 率为50-100KW； 所述充电辅助电机的工作功率为100-500KW。 6.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 所述飞轮电池的飞轮转子为悬浮结构； 所 述充电辅助电机以及放电辅助电机通过产生的磁场与所述飞轮转子进行交互。 7.一种飞轮电池的充放电系统， 其特征在于， 所述飞轮电池内设置有充电辅助电机以 及放电辅助电机， 所述系统包括： 充电模块： 用于所。

5、述飞轮电池的飞轮转子由静止旋转至额定转速时， 所述充电辅助电 机带动所述飞轮转子向所述飞轮电池进行充电； 放电模块： 当所述飞轮电池充电完成后， 所述放电辅助电机用于所述飞轮电池的发电 转换， 实现所述飞轮电池的放电过程。 8.根据权利要求7所述的系统， 其特征在于， 所述系统中的所述飞轮电池的充电电流为 100-200A； 功率为50-100KW； 所述放电辅助电机的输出功率为5-10MW； 所述充电辅助电机的 工作功率为100-500KW。 9.一种电子设备， 其特征在于， 包括： 处理器和存储装置； 所述存储装置上存储有计算 机程序， 所述计算机程序在被所述处理器运行时执行如权利要求1至。

6、6任一项所述的方法。 10.一种计算机可读存储介质， 所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序， 其特征 在于， 所述计算机程序被处理器运行时执行上述权利要求1至6任一项所述的方法的步骤。 权利要求书 1/1 页 2 CN 110855014 A 2 飞轮电池的充放电方法、 系统及电子设备 技术领域 0001 本发明涉及飞轮电池领域， 尤其是涉及一种飞轮电池的充放电方法、 系统及电子 设备。 背景技术 0002 飞轮电池的应用越来越普遍， 飞轮电池中有一个电机， 充电时该电机以电动机形 式运转， 在外电源的驱动下， 电机带动飞轮高速旋转， 即用电给飞轮电池充电增加了飞轮 的转速从而增大其功能；。

7、 放电时， 电机则以发电机状态运转， 在飞轮的带动下对外输出电 能， 完成机械能(动能)到电能的转换。 0003 现在飞轮的功率由于受现有技术限制， 单台电机的功率等级并不大， 且在功率增 大后， 对于电机的充电电流要求比较高， 对相应的配套设施的要求也增加。 发明内容 0004 有鉴于此， 本发明的目的在于提供一种飞轮电池的充放电方法、 系统及电子设备， 通过双电机的配置， 在充电时是使用小功率电机， 缓慢的使转子积蓄动能， 从而达到降低充 电电流， 保护设备， 降低充电设备要求的作用。 在放电时， 使用大功率电机， 把转子储存的动 能， 瞬时大功率释放， 保证了负载对于瞬时大功率要求的特性。

8、。 0005 第一方面， 本发明实施例提供了一种飞轮电池的充放电方法， 上述飞轮电池内设 置有充电辅助电机以及放电辅助电机， 该方法包括： 0006 飞轮电池的飞轮转子由静止旋转至额定转速时， 充电辅助电机带动飞轮转子向飞 轮电池进行充电； 0007 当飞轮电池的外部负载需要能量时， 放电辅助电机通过飞轮转子的带动， 向外部 负载输出电能。 0008 在一些实施方式中， 上述方法还包括： 0009 当飞轮电池充电完成后， 放电辅助电机用于飞轮电池的发电转换， 实现飞轮电池 的放电过程。 0010 在一些实施方式中， 放电辅助电机的功率大于充电辅助电机的功率。 0011 在一些实施方式中， 上述。

9、放电辅助电机的输出功率为5MW-10MW。 0012 在一些实施方式中， 上述飞轮电池的充电电流为100-200A； 功率为50-100KW； 0013 充电辅助电机的工作功率为100-500KW。 0014 在一些实施方式中， 上述飞轮电池的飞轮转子为悬浮结构； 充电辅助电机以及放 电辅助电机通过产生的磁场与飞轮转子进行交互。 0015 第二方面， 本发明实施例提供了一种飞轮电池的充放电系统， 该系统中的飞轮电 池内设置有充电辅助电机以及放电辅助电机， 该系统包括： 0016 充电模块： 用于飞轮电池的飞轮转子由静止旋转至额定转速时， 充电辅助电机带 动飞轮转子向飞轮电池进行充电； 说明书 。

10、1/6 页 3 CN 110855014 A 3 0017 放电模块： 当飞轮电池充电完成后， 放电辅助电机用于飞轮电池的发电转换， 实现 飞轮电池的放电过程。 0018 在一些实施方式中， 系统中的飞轮电池的充电电流为100-200A； 功率为50-100KW； 放电辅助电机的输出功率为5-10MW； 充电辅助电机的工作功率为100-500KW。 0019 第三方面， 本发明实施例提供了一种电子设备， 该飞轮电池包括： 处理器和存储装 置； 存储装置上存储有计算机程序， 计算机程序在被处理器运行时执行上述飞轮电池的充 放电方法的步骤。 0020 第四方面， 本发明实施例提供了一种计算机可读存。

11、储介质， 计算机可读存储介质 上存储有计算机程序， 计算机程序被处理器运行时执行上述飞轮电池的充放电方法的步 骤。 0021 本发明实施例带来了以下有益效果： 本发明实施例提供了一种飞轮电池的充放电 方法、 系统及电子设备， 该飞轮电池内设置有充电辅助电机以及放电辅助电机， 该方法包 括： 飞轮电池的飞轮转子由静止旋转至额定转速时， 充电辅助电机带动飞轮转子向飞轮电 池进行充电； 当飞轮电池的外部负载需要能量时， 放电辅助电机通过飞轮转子的带动， 向外 部负载输出电能。 通过双电机的配置， 在充电时是使用小功率电机， 缓慢的使转子积蓄动 能， 从而达到降低充电电流， 保护设备， 降低充电设备要。

12、求的作用。 在放电时， 使用大功率电 机， 把转子储存的动能， 瞬时大功率释放， 保证了负载对于瞬时大功率要求的特性。 0022 本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述， 并且， 部分地从说明书中变 得显而易见， 或者通过实施本发明而了解。 本发明的目的和其他优点在说明书、 权利要求书 以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。 0023 为使本发明的上述目的、 特征和优点能更明显易懂， 下文特举较佳实施例， 并配合 所附附图， 作详细说明如下。 附图说明 0024 为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案， 下面将对具体 实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介。

13、绍， 显而易见地， 下面描述中的 附图是本发明的一些实施方式， 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。 0025 图1为本发明实施例提供的飞轮电池的充放电方法流程图； 0026 图2为本发明实施例提供的飞轮电池的充放电方法中的飞轮电机结构图； 0027 图3为本发明实施例提供飞轮电池的充放电系统的示意图； 0028 图4为本发明实施例提供的一种电子设备的结构示意图。 0029 图标： 0030 210-充电辅助电机； 220-飞轮； 230-放电辅助电机； 310-充电模块； 320-放电模块； 101-处理器； 102-存储器； 10。

14、3-总线； 104-通信接口。 具体实施方式 0031 为使本发明实施例的目的、 技术方案和优点更加清楚， 下面将结合附图对本发明 的技术方案进行清楚、 完整地描述， 显然， 所描述的实施例是本发明一部分实施例， 而不是 说明书 2/6 页 4 CN 110855014 A 4 全部的实施例。 基于本发明中的实施例， 本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提 下所获得的所有其他实施例， 都属于本发明保护的范围。 0032 近年来， 飞轮电池的应用越来越普遍， 飞轮电池中有一个电机， 充电时该电机以电 动机形式运转， 在外电源的驱动下， 电机带动飞轮高速旋转， 即用电给飞轮电池充电增加 了飞轮。

15、的转速从而增大其功能； 放电时， 电机则以发电机状态运转， 在飞轮的带动下对外输 出电能， 完成机械能(动能)到电能的转换。 0033 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。 电力电子变换装置从外部输入电能驱动电动机旋转， 电动机带动飞轮旋转， 飞轮储 存动能(机械能)， 当外部负载需要能量时， 用飞轮带动发电机旋转， 将动能转化为电能， 再 通过电力电子变换装置变成负载所需要的各种频率、 电压等级的电能， 以满足不同的需求。 0034 由于输入、 输出是彼此独立的， 现有技术中通常将电动机和发电机用一台电机来 实现， 输入输出变换器也合并成一个， 。

16、这样就可以减少系统的体积和重量。 但现在飞轮的功 率由于受现有技术限制， 单台电机的功率等级并不大， 且在功率增大后， 对于电机的充电电 流要求比较高， 对相应的配套设施的要求也增加。 0035 考虑到现有飞轮电池中存在的上述问题， 本发明的目的在于提供一种飞轮电池的 充放电方法、 系统及电子设备， 该技术可以应用于飞轮电池中， 可以采用相关的软件或硬件 实现， 下面通过实施例进行描述。 0036 为便于对本实施例进行理解， 首先对本发明实施例所公开的一种飞轮电池的充放 电方法进行详细介绍， 上述飞轮电池内设置有充电辅助电机以及放电辅助电机， 该方法的 流程图如图1所示， 包括： 0037 步。

17、骤S101， 飞轮电池的飞轮转子由静止旋转至额定转速时， 充电辅助电机带动飞 轮转子向飞轮电池进行充电。 0038 上述步骤是充电过程， 当飞轮转子由静止旋转至额定转速的过程中， 此时的充电 辅助电机处于工作状态， 使得飞轮转子缓慢加速， 动能逐渐上升。 可见， 上述过程是通过充 电辅助电机实现了飞轮电池的缓慢充电， 这种机制即能保护充电电机， 又能使得充电电流 及其相应设备的要求降低。 0039 步骤S102， 当飞轮电池的外部负载需要能量时， 放电辅助电机通过飞轮转子的带 动， 向外部负载输出电能。 0040 当飞轮电池的外部负载需要能量时， 此时飞轮转子处于高速旋转的状态， 需要向 外释。

18、放电能。 此时， 充电辅助电机停止工作， 放电辅助电机进入工作状态， 向外部负载输出 电能。 0041 放电辅助电机的功率可设置根据场景需求进行设置， 如果需要大功率放电时， 则 将选取较大功率的放电辅助电机， 通过该放电辅助电机的功率特性， 实现了飞轮瞬间大功 率放电， 以满足大功率设备的用电需求。 0042 在本发明实施例提到的一种飞轮电池的充放电方法中可知， 该飞轮电池内设置有 充电辅助电机以及放电辅助电机， 当飞轮电池需要充电时， 飞轮电池的飞轮转子由静止旋 转至额定转速时， 充电辅助电机带动飞轮转子向飞轮电池进行充电； 当飞轮电池的外部负 载需要能量时， 放电辅助电机通过飞轮转子的带。

19、动， 向外部负载输出电能。 通过双电机的配 置， 在充电时是使用小功率电机， 缓慢的使转子积蓄动能， 从而达到降低充电电流， 保护设 说明书 3/6 页 5 CN 110855014 A 5 备， 降低充电设备要求的作用。 在放电时， 使用大功率电机， 把转子储存的动能， 瞬时大功率 释放， 保证了负载对于瞬时大功率要求的特性。 0043 在一些实施方式中， 上述飞轮电池的充放电方法还包括： 0044 当飞轮电池充电完成后， 放电辅助电机用于飞轮电池的发电转换， 实现飞轮电池 的放电过程。 0045 如果飞轮电池一直处于充电状态， 直至飞轮电池充电完成后， 此时充电辅助电机 停止工作， 放电辅。

20、助电机开始介入， 用于飞轮电池的发电转换过程， 将多余的电量进行释 放。 0046 具体的， 该飞轮电机的结构图如图2所示， 充电辅助电机210设置在飞轮220的顶 部， 放电辅助电机230设置在飞轮220的底部。 0047 在一些实施方式中， 放电辅助电机230的功率大于充电辅助电机210的功率。 通常 情况下， 放电辅助电机230的功率要大于充电辅助电机210的功率至少一个量级。 充电辅助 电机210采用小功率电机， 可缓慢的使得飞轮220积蓄动能， 从而达到降低充电电流， 保护设 备， 降低充电设备要求的作用。 而在放电过程中， 使用大功率电机， 把飞轮220存储的动能瞬 间进行大功率释。

21、放， 保证了负载对于瞬时大功率输出特性的要求。 0048 在一些实施方式中， 上述放电辅助电机230的输出功率为5MW-10MW； 上述飞轮电池 的充电电流为100-200A； 功率为50-100KW； 充电辅助电机的工作功率为100-500KW。 0049 上述飞轮电池的飞轮220为悬浮结构； 充电辅助电机210以及放电辅助电机230通 过产生的磁场与飞轮220的转子进行交互。 0050 图2中的飞轮220的转子为全悬浮结构设计， 与充电辅助电机210以及放电辅助电 机230并没有物理上的接触。 它们之间的交互通过磁场得以实现， 运用充电辅助电机210以 及放电辅助电机230产生磁场控制飞轮。

22、220的转子的旋转， 相当于旋转部分共用。 该过程的 原理与下述的齿轮结构类似， 齿轮中设置有一个轴和两个大小不等的齿轮， 其中的小齿轮 是动力， 大齿轮是输出， 二者通过轴实现了相互控制。 0051 本实施例中结合图2所示的飞轮电机的结构图可知， 通过双电机的配置， 在充电时 是使用小功率电机， 缓慢的使转子积蓄动能， 从而达到降低充电电流， 保护设备， 降低充电 设备要求的作用。 在放电时， 使用大功率电机， 把转子储存的动能， 瞬时大功率释放， 保证了 负载对于瞬时大功率要求的特性。 0052 对应于上述飞轮电池的充放电方法的实施例， 本实施例还提供一种飞轮电池的充 放电系统， 如图3所。

23、示， 该系统中的飞轮电池内设置有充电辅助电机以及放电辅助电机， 该 系统包括： 0053 充电模块310： 用于飞轮电池的飞轮转子由静止旋转至额定转速时， 充电辅助电机 带动飞轮转子向飞轮电池进行充电； 0054 放电模块320： 当飞轮电池充电完成后， 放电辅助电机用于飞轮电池的发电转换， 实现飞轮电池的放电过程。 0055 在一些实施方式中， 系统中的飞轮电池的充电电流为100-200A； 功率为50-100KW； 放电辅助电机的输出功率为5-10MW； 充电辅助电机的工作功率为100-500KW。 0056 本发明实施例所提供的飞轮电池的充放电系统， 其实现原理及产生的技术效果和 前述飞。

24、轮电池的充放电方法的实施例相同， 为简要描述， 实施例部分未提及之处， 可参考前 说明书 4/6 页 6 CN 110855014 A 6 述方法实施例中相应内容。 0057 本实施例还提供一种电子设备， 为该电子设备的结构示意图如图4所示， 该设备包 括处理器101和存储器102； 其中， 存储器102用于存储一条或多条计算机指令， 一条或多条 计算机指令被处理器执行， 以实现上述飞轮电池的充放电方法。 0058 图4所示的电子设备还包括总线103和通信接口104， 处理器101、 通信接口104和存 储器102通过总线103连接。 0059 其中， 存储器102可能包含高速随机存取存储器(。

25、RAM， Random Access Memory)， 也 可能还包括非不稳定的存储器(non-volatile memory)， 例如至少一个磁盘存储器。 总线 103可以是ISA总线、 PCI总线或EISA总线等。 总线可以分为地址总线、 数据总线、 控制总线 等。 为便于表示， 图4中仅用一个双向箭头表示， 但并不表示仅有一根总线或一种类型的总 线。 0060 通信接口104用于通过网络接口与至少一个用户终端及其它网络单元连接， 将封 装好的IPv4报文或IPv4报文通过网络接口发送至用户终端。 0061 处理器101可能是一种集成电路芯片， 具有信号的处理能力。 在实现过程中， 上述 。

26、方法的各步骤可以通过处理器101中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。 上 述的处理器101可以是通用处理器， 包括中央处理器(Central Processing Unit， 简称 CPU)、 网络处理器(Network Processor， 简称NP)等； 还可以是数字信号处理器(Digital Signal Processor， 简称DSP)、 专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit， 简称ASIC)、 现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array， 简称FPGA)或 者其他可编程逻辑器件、 分。

27、立门或者晶体管逻辑器件、 分立硬件组件。 可以实现或者执行本 公开实施例中的公开的各方法、 步骤及逻辑框图。 通用处理器可以是微处理器或者该处理 器也可以是任何常规的处理器等。 结合本公开实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为 硬件译码处理器执行完成， 或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。 软件模 块可以位于随机存储器， 闪存、 只读存储器， 可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储 器、 寄存器等本领域成熟的存储介质中。 该存储介质位于存储器102， 处理器101读取存储器 102中的信息， 结合其硬件完成前述实施例的方法的步骤。 0062 本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介。

28、质， 该计算机可读存储介质上存储 有计算机程序， 该计算机程序被处理器运行时执行前述实施例的方法的步骤。 0063 在本申请所提供的几个实施例中， 应该理解到， 所揭露的系统、 设备和方法， 可以 通过其它的方式实现。 以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的， 例如， 单元的划分， 仅仅 为一种逻辑功能划分， 实际实现时可以有另外的划分方式， 又例如， 多个单元或组件可以结 合或者可以集成到另一个系统， 或一些特征可以忽略， 或不执行。 另一点， 所显示或讨论的 相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口， 设备或单元的间接耦合 或通信连接， 可以是电性， 机械或其它的形式。 00。

29、64 作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的， 作为单元显示的 部件可以是或者也可以不是物理单元， 即可以位于一个地方， 或者也可以分布到多个网络 单元上。 可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。 0065 另外， 在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中， 也可以 是各个单元单独物理存在， 也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。 说明书 5/6 页 7 CN 110855014 A 7 0066 功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时， 可以存储 在一个处理器可执行的非易失的计算机可读取存储介质中。 基。

30、于这样的理解， 本发明的技 术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以用软件产品 的形式体现出来， 该计算机软件产品存储在一个存储介质中， 包括若干指令用以使得一台 计算机设备(可以是个人计算机， 服务器， 或者网络设备等)执行本发明各个实施例方法的 全部或部分步骤。 而前述的存储介质包括： U盘、 移动硬盘、 只读存储器(ROM， Read-Only Memory)、 随机存取存储器(RAM， Random Access Memory)、 磁碟或者光盘等各种可以存储程 序代码的介质。 0067 最后应说明的是： 以上实施例， 仅为本发明的具体实施方式， 用以说明本发明。

31、的技 术方案， 而非对其限制， 本发明的保护范围并不局限于此， 尽管参照前述实施例对本发明进 行了详细的说明， 本领域的普通技术人员应当理解： 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， 其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想 到变化， 或者对其中部分技术特征进行等同替换； 而这些修改、 变化或者替换， 并不使相应 技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围， 都应涵盖在本发明的保护范围 之内。 因此， 本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。 说明书 6/6 页 8 CN 110855014 A 8 图1 说明书附图 1/3 页 9 CN 110855014 A 9 图2 说明书附图 2/3 页 10 CN 110855014 A 10 图3 图4 说明书附图 3/3 页 11 CN 110855014 A 11 。