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

1、飛輪電池系統(tǒng)結構

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

飛輪電池并聯在系統(tǒng)的直流母線上，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(tǒng)中起著提供電能和制動能量回收的雙重作用。電動汽車加速、爬坡時，為滿足電動汽車的瞬時大功率要求，飛輪電池快速放電，它和傳統(tǒng)電池一同為電動汽車提供能量；電動汽車減速、下坡時，汽車的驅動電機工作在發(fā)電狀態(tài)，飛輪電池則工作在充電狀態(tài)，它和傳統(tǒng)電池一起吸收汽車制動時回饋的能量；電動汽車正常行駛時，其驅動電機所需功率較小，此時飛輪電池工作在能量保持模式，僅由傳統(tǒng)電池供電即可滿足要求。

2、飛輪電池的充放電控制

（1）飛輪電池充電控制

電動汽車下坡或制動時，它的驅動電機工作在發(fā)電狀態(tài)，向系統(tǒng)直流母線回饋人量電能，飛輪電池和傳統(tǒng)電池共同回收汽車的制動能量。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方程式（4）可知，轉速控制的關鍵在于能否精確地控制電機電磁轉矩的輸出。為了滿足飛輪電池的快速充電要求，采用基于轉子磁場定向的矢量控制，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）可知此時電磁轉矩te僅由iq決定，定子電流全部用來產生電磁轉矩，能夠保證較人的輸出轉矩。此時，水磁同步電機就相當于一臺他勵直流電動機。采用id=0的矢量控制時，由式（2）可知定子電流的電樞反應中沒有d軸去磁分量，水磁電機不會產生退磁現象。

（2）飛輪電池放電控制

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

飛輪電池放電時，對其電機發(fā)出的交流電進行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(tǒng)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時，電壓外環(huán)保證了輸出電壓的穩(wěn)定。電流內環(huán)確保系統(tǒng)有快速的動態(tài)響應。

電壓調節(jié)器和電流調節(jié)器都采用帶限幅的PI調節(jié)器，電壓調節(jié)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。

針對電動汽車在頻繁加速和制動時傳統(tǒng)電池的大電流充放電問題，將飛輪電池技術應用于電動汽車中可以延長傳統(tǒng)電池的使用壽命。