飛輪電池是一種新型機械儲能裝置的電池技術(shù)，它利用高速旋轉的飛輪將能量以動(dòng)能的形式轉化成電能存儲起來(lái)。同傳統的電池相比較，飛輪電池具有更高的比能量和比功率，充電時(shí)間短，使用壽命長(cháng)，無(wú)過(guò)度充放電問(wèn)題。因此，可將飛輪電池應用于電動(dòng)汽車(chē)中，使飛輪電池和傳統電池共同提供或吸收汽車(chē)運行中的峰值功率。

1、飛輪電池系統結構

上圖為傳統電池和飛輪電池在電動(dòng)汽車(chē)中的復合電源系統結構圖。該系統主要由汽車(chē)驅動(dòng)電機模塊、電池模塊和飛輪電池模塊三部分組成。其中E為傳統電池的電動(dòng)勢，R為傳統電池的內阻，PWM1為電動(dòng)汽車(chē)交流電機的變流器。

飛輪電池并聯(lián)在系統的直流母線(xiàn)上，主要由高速飛輪、水磁同步電機和PwM2變流器構成飛輪電池在系統中起著(zhù)提供電能和制動(dòng)能量回收的雙重作用。電動(dòng)汽車(chē)加速、爬坡時(shí)，為滿(mǎn)足電動(dòng)汽車(chē)的瞬時(shí)大功率要求，飛輪電池快速放電，它和傳統電池一同為電動(dòng)汽車(chē)提供能量；電動(dòng)汽車(chē)減速、下坡時(shí)，汽車(chē)的驅動(dòng)電機工作在發(fā)電狀態(tài)，飛輪電池則工作在充電狀態(tài)，它和傳統電池一起吸收汽車(chē)制動(dòng)時(shí)回饋的能量；電動(dòng)汽車(chē)正常行駛時(shí)，其驅動(dòng)電機所需功率較小，此時(shí)飛輪電池工作在能量保持模式，僅由傳統電池供電即可滿(mǎn)足要求。

2、飛輪電池的充放電控制

（1）飛輪電池充電控制

電動(dòng)汽車(chē)下坡或制動(dòng)時(shí)，它的驅動(dòng)電機工作在發(fā)電狀態(tài)，向系統直流母線(xiàn)回饋人量電能，飛輪電池和傳統電池共同回收汽車(chē)的制動(dòng)能量。飛輪電池工作在充電模式，飛輪的轉速升高，電能轉化為飛輪的機械能飛輪電池充電的控制也就是對匕輪轉速的控制，即對水磁電機的轉速控制由電機運動(dòng)方程式（4）可知，轉速控制的關(guān)鍵在于能否精確地控制電機電磁轉矩的輸出。為了滿(mǎn)足飛輪電池的快速充電要求，采用基于轉子磁場(chǎng)定向的矢量控制，其控制框圖如圖3所示在矢量控制中，控制電機的定子電流與q軸重合，即id=0，由式（3）可知此時(shí)電磁轉矩te僅由iq決定，定子電流全部用來(lái)產(chǎn)生電磁轉矩，能夠保證較人的輸出轉矩。此時(shí)，水磁同步電機就相當于一臺他勵直流電動(dòng)機。采用id=0的矢量控制時(shí)，由式（2）可知定子電流的電樞反應中沒(méi)有d軸去磁分量，水磁電機不會(huì )產(chǎn)生退磁現象。

（2）飛輪電池放電控制

電動(dòng)汽車(chē)啟動(dòng)或加速時(shí)，需要電源系統輸出很人的功率，飛輪電池和傳統電池工作在放電狀態(tài)上式中，E為傳統電池的電動(dòng)勢，R為傳統電池的內阻，udc為系統直流側電壓?？梢?jiàn)，控制系統的直流側電壓即可限制傳統電池的放電電流。

飛輪電池放電時(shí)，對其電機發(fā)出的交流電進(jìn)行PWM整流控制，采取直流側電壓外環(huán)、電流內環(huán)的雙閉環(huán)控制策略。圖4為系統的控制原理框圖。在飛輪電池電機輸出電壓下降或直流側電壓擾動(dòng)時(shí)，電壓外環(huán)保證了輸出電壓的穩定。電流內環(huán)確保系統有快速的動(dòng)態(tài)響應。

電壓調節器和電流調節器都采用帶限幅的PI調節器，電壓調節器的輸出限幅決定了飛輪電池的最大輸出電流，從而限制了飛輪電池的最大輸出功率。

針對電動(dòng)汽車(chē)在頻繁加速和制動(dòng)時(shí)傳統電池的大電流充放電問(wèn)題，將飛輪電池技術(shù)應用于電動(dòng)汽車(chē)中可以延長(cháng)傳統電池的使用壽命。