基本信息
- 项目名称：
- 储能飞轮在现代城市公交车上的应用
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 设计机械式储能飞轮回收公交汽车在制动时所浪费的制动能量，并将其用于汽车的再次起步过程，这样既能回收制动能量，也能避免汽车起步时的巨大油耗，还可以一定的减少汽车的尾气排放。
- 详细介绍：
- 公交汽车作为现代城市最便捷最经济的交通工具，在城市的交通运输中担当着不可替代的角色。由于城市中公交运输团体的庞大，决定了它的能源消耗一直是城市能源消耗的主体之一。所以公交汽车的节能运行越来越受到社会的关注。 在现代城市公交的运行工况下，公交车难免走走停停。在这样的运行状态下，汽车的很大一部分能量被浪费在汽车的刹车过程中，而且汽车在起步过程中的油耗也相当之高。设计储能飞轮制动能量再生系统回收制动能量并用于汽车再次起步加速过程，这样既能使浪费能量回收再利用，又起到降低油耗、节约能源、保护环境的目的。 而且，与传统的混合动力汽车相比，该储能飞轮制动能量回收系统在运行过程中并不需要储能电池及发电放、电机构，这样就延长了系统的运行维护周期性，降低了废旧电池的处理压力。 所以该系统是一种能够较好的降低公交运行成本的节能系统。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 基本思路：将飞轮作为能量存储的工具，当汽车制动时，飞轮储能，汽车起步时飞轮释放能量。 创新点：1、效能高，能量的转换仅仅通过了机械能到机械能，能量转换效率高； 2、无副产物，该系统不需要化学储能电池，避免了废旧化学电池的处理； 3、提高汽车性能，该系统还减轻了刹车、离合系统的负担，提高汽车运行平稳性。 技术关键：飞轮在回收能量和释放能量时，传动机构中的离合器的啮合与断开的及时性，这将影响飞轮的能量回收效率和使用效率。
科学性、先进性
- 目前，对大型汽车的制动能量回收研究相对于小汽车（如雷克萨斯HS250h）的该技术研究而言相对比较滞后，然而大型汽车与小型汽车相比较，不仅消耗的能源较多，而且浪费的能量相对集中，易收集，使用效果比较明显。 在众多混合动力汽车的制动能量回收系统中，大部分都要通过化学储能电池作为储能的工具，这样不仅对系统提出了更高的要求，而且在能量的转化过程中难免会有较大的损失。利用机械式储能系统较好地能够克服其弱点。 将飞轮通过传动机构与汽车后桥相连接，中间接有离合器控制其断连，离合器由电脑自动控制。当汽车处于制动阶段，离合器在控制器的作用下闭合，汽车车轴带动飞轮转动，汽车动能转换成飞轮动能，当飞轮储能达到峰值或车速过低，离合断开，飞轮储能完毕。反之，飞轮释放能量，为汽车提供起步加速扭矩，降低汽车起步油耗。
获奖情况及鉴定结果
- 无
作品所处阶段
- 理论设计计算阶段
技术转让方式
- 无
作品可展示的形式
- 模型 图片 现场演示
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 本项目从公交汽车的实际运行工况出发，本着即存即用的原则，使能量利用效率尽可能地达到最高，从而提高汽车的燃油经济型，提高能源的使用效率。而且由于该系统结构简单，制造成本比较低，可以在类似的交通工具上进行大范围推广，如地铁、轻轨以及无轨电车等。 制动能量再生是混合动力汽车节油最有效的途径之一，通过Advisor2002以及AMESin-Sinulink仿真结果表明，制动能量再生可节油5 %~8%甚至更高[1-2]。在北京的循环工况下，传统客车燃油消耗为56.4L/100km[4]。根据以上信息可大概估算： 汽车每运行100km可节约4L左右燃油，假设每辆汽车每天运行的总里程数为200km，那么每天每一辆车将节油8L。一座中型城市按1000辆公交汽车来计算，节油总量为8000L，一年将节油2880000L，减少CO2排放约为10000吨。
同类课题研究水平概述
- 在实验室中，储能飞轮的发展研究已经达到了相当高的水平。1998年清华大学工程物理储能飞轮实验室成功将质量为8kg，直径为230mm的转子成功运转到48000r/min，线速度为580m/s。2001年，成功将质量为15kg，直径为300mm的转子以线速度650m/s成功运转，储能500w*h。在国外，储能飞轮的研究更加久远。从目前来说，储能飞轮的研究在材料、轴承方面已经基本发展到能够满足中高速飞轮运行条件，对于低速飞轮运行的条件在技术上是没有局限的。 在国内外关于混合动力汽车的研究种类繁多。在国内，以李骏博士为代表的一大批研究者对混合动力客车进行了全方位的研究，如节能途径、节能机理以及混合动力功率分配与使用问题等都进行了比较全面的分析，并且编撰成册，如《李骏博士论文选集》。其中指出，混合动力汽车节油主要途径：选择小功率发动机；取消发动机怠速；控制发动机工作在高效区；发动机断油；适当增大蓄电池SOC窗口；回收再生制动能量。其中回收再生制动能量可使燃油经济性提高5%~12%，整体系统可使燃油经济性提高30%~50%。因此制动能量的回收是一种比较好的节能方式。 尽管在混合动力汽车上研究技术比较成熟，但是我们发现其共同点都是将能量回收转换成电能，进行再利用。因此其结构基本包括轮毂电机、动力电机、动力合成箱、蓄电池、逆变器等，其结构和工作原理比较复杂，在机械式储能飞轮储能系统中能够很大程度上缩小其结构，简化其原理，在其开发推广、检修维护方面更具有发展潜力。
