[论文解读] On a Flywheel-Based Regenerative Braking System for Regenerative Energy Recovery

Tai–Ran Hsu|arXiv (Cornell University)|Nov 23, 2013

Electric and Hybrid Vehicle Technologies参考文献 1被引用 6

一句话总结

本文提出了一种基于飞轮的再生制动系统，可在风力涡轮机和混合动力汽车等间歇性运动系统减速时捕获并储存动能，并通过集成的发电机将其重新转换为电能。已成功设计、制造并测试了原型系统（SJSU-RBS），证明了其在损耗极小情况下的有效能量回收与储存能力。

ABSTRACT

This paper presents a unique flywheel-based regenerative energy recovery, storage and release system developed at the author's laboratory. It can recover and store regenerative energy produced by braking a motion generator with intermittent rotary velocity such as the rotor of a wind turbogenerator subject to intermittent intake wind and the axels of electric and hybrid gas-electric vehicles during frequent coasting and braking. Releasing of the stored regenerative energy in the flywheel is converted to electricity by the attached alternator. A proof-of-concept prototype called the SJSU-RBS was designed, built and tested by author's students with able assistance of a technical staff in his school.

研究动机与目标

• 开发一种新型基于飞轮的系统，用于在风力涡轮机和混合动力汽车等间歇性运动应用中实现再生能量回收。
• 设计并制造一个概念验证原型（SJSU-RBS），能够高效捕获、储存和释放再生能量。
• 验证在真实动态条件下，使用带附着发电机的飞轮实现双向能量转换的可行性。
• 在具有可变旋转速度的系统中，展示制动过程中的能量回收以及加速过程中的能量释放。

提出的方法

• 该系统利用飞轮储存由具有间歇性旋转速度的运动源（如风力涡轮机转子或车辆车轴）制动时产生的动能。
• 安装在飞轮上的集成发电机可在需要时将储存的旋转能重新转换为电能。
• 原型系统（SJSU-RBS）由学生在技术工作人员支持下构建，集成了用于能量捕获与释放的机械和电气组件。
• 在模拟真实世界间歇性制动与滑行循环的受控条件下，对能量回收与释放进行了测试。
• 该系统无需依赖电化学储能，避免了电池的退化与寿命限制问题。
• 实施了控制机制，以管理飞轮与电网或负载之间的能量传输。

实验结果

研究问题

• RQ1 基于飞轮的系统能否有效从具有间歇性制动的动态旋转系统中回收并储存再生能量？
• RQ2 通过集成发电机，飞轮中储存的动能能以多高效率重新转换为可用的电能？
• RQ3 在涉及变速与变载荷的真实世界条件下，概念验证飞轮系统的性能如何？
• RQ4 与传统的基于电池的能量回收系统相比，飞轮系统在耐用性与效率方面表现如何？

主要发现

• SJSU-RBS原型成功展示了制动过程中的能量回收以及通过发电机实现的高效能量释放。
• 该系统实现了有效的能量储存与回收，且未出现与电化学电池相关的退化问题。
• 飞轮方法在输入波动的系统（如风力涡轮机和混合动力汽车）中实现间歇性能量回收方面被证明是可行的。
• 该原型验证了将机械飞轮作为再生能量系统中耐用、低维护的替代方案的可行性。