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目前具有代表性的用于行驶车辆的能量储存方式有以下三种:飞轮蓄能,液压蓄能和电池储能。
飞轮蓄能
飞轮蓄能是机械蓄能的一种形式,以惯性能(动能)的方式,将能量储存在高速旋转的飞轮中。
当车辆制动时,飞轮蓄能系统托动飞轮加速,将车身的惯性动能转化为飞轮的旋转动能。当车辆需起动或加速时,飞轮减速,释放其旋转动能给车身。
按构成材料划分,飞轮主要有两种:金属制飞轮与超级飞轮。
金属制飞轮以钢制飞轮为主,能量密度较低,价廉且宜于加工;而超级飞轮选用强度较高的碳素纤维材料制造,转速极高,最大可以达到78000R/Min,能量密度高,是钢制飞轮的10倍。为了减少空气阻力损耗,可以将飞轮运行于真空罩中,而目前这方面的前沿研究是飞轮轴承采用高温超导磁悬浮技术。
真空罩内,碳纤维包裹的高速飞轮
在设计飞轮时,既要考虑本身强度,又需注意系统的共振及稳定性,这里就不展开了。
飞轮混合动力系统的应用实例是F1的KERS系统,在保留F1赛车原有动力总成的基础上,加装由IVT(InfinitelyVariableTransmission,无限变速器,和传统CVT相比特点在于速比变化范围极大)和真空飞轮构成的机械动能回收系统。沃尔沃正在尝试将F1上的KERS技术应用在了量产车型上,技术合作方是为F1车队提供技术支持的Torotrak与FlybridSystem公司。
Torotrak供应的大传动比无级变速箱,与传统钢带式无级变速原理不同
FlywheelKERS
飞轮储能的应用领域非常广阔,除了汽车之外,还经常用于UPS(不间断电源系统);美国航母上的电磁弹射器也借助飞轮原理,提供瞬时大电流;有研究人员使用飞轮提供核聚变所需要的瞬时能源。
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