高效车载飞轮电池减振机理的研究

Flywheel Battery for vehicle is a kind of flywheel energy storage system supported by Active Magnetic Bearing and can be used for the only or auxiliary energy source for vehicle. However Active Magnetic Bearing will cause eddy current loss and hysteresis loss, so flywheel energy is difficult to be storaged for long time. More importantly, flywheel rotor with high and wide-range rotation speed will cause gyroscopic torque and inertial force with variable magnitude and direction which Active Magnetic Bearing can hardly bear when vehicle is running, so flywheel rotor is easy to run into Active Magnetic Bearing. The project will aim to further investigate low loss Active Magnetic Bearing and vibration attenuation mechanism of flywheel rotor. In the project, Variable Bias Current Control is advanced and the influence of homopolar structure and Variable Bias Current Control on power loss of Active Magnetic Bearing will be studied. Metal Rubber Isolator is introduced into Flywheel Battery for vehicle and structural parameter optimization design will be studied so that Metal Rubber Isolator and Active Magnetic Bearing can give the best use and the load of Active Magnetic Bearing is lightened. Self-Tuning Fuzzy Control strategy based on rotation speed and Variable Bias Current Control is also advanced and its influence on dynamic characteristics of Flywheel Battery for vehicle will studied. The object of the project is to solve the collision problem of Flywheel Battery for vehicle and push ahead with actual application of Flywheel Battery on Electric Vehicle.

车载飞轮电池是一种高速磁悬浮储能飞轮，可作为驱动电动汽车的唯一或辅助能源。但是磁悬浮轴承存在涡流和磁滞损耗，不利于飞轮能量长时间保存。更为重要的是，高速飞轮转子在汽车行驶时将产生大小与方向不断变化的陀螺扰动力矩和惯性力并且转速变化范围大，导致磁悬浮轴承不能完全克服陀螺扰动力矩和惯性力的冲击，容易造成高速飞轮转子与磁悬浮轴承碰撞。本项目拟在低损耗磁悬浮轴承技术和飞轮转子的减振方法与机理两方面进行深入研究。提出变偏置电流方式，研究同极型结构和变偏置电流方式对降低磁悬浮轴承损耗的效果；引入金属橡胶隔振器，研究结构参数优化设计，以充分发挥金属橡胶隔振器和磁悬浮轴承各自的优点，有效减轻磁悬浮轴承的负担；提出并研究基于转速与变偏置电流方式的自调整模糊控制策略对车载飞轮电池系统动态性能的影响。本研究的目的是解决车载飞轮电池的碰撞问题并进一步减少其自放电，推动车载飞轮电池在电动汽车上的应用进程。

车载飞轮电池是一种高速磁悬浮储能飞轮，可作为驱动电动汽车的唯一或辅助能源。本项目对低损耗磁悬浮轴承技术和飞轮转子的减振方法与机理等车载飞轮电池的关键问题展开研究。建立了飞轮转子-驱动电机－磁悬浮轴承－金属橡胶隔振器－摇摆台试验系统，研制了磁悬浮轴承电控系统，包括传感器、基于TMS320F28335DSP数字控制器、基于FPGA数字控制器和开关功率放大器。通过ADAMS和Matlab Simulink软件联合仿真分析了不同基础运动状态对车载飞轮电池动态性能的影响，得到了基础的转弯运动和俯仰运动对系统动态性能影响显著的结果。鉴于车载飞轮电池的工作转速变化范围较大，而磁悬浮轴承的等效刚度和等效阻尼与转速有关，提出并研究了基于转速的控制策略。鉴于飞轮转子的转动惯量较大且转速较高，陀螺效应明显，研究了交叉反馈控制策略。为了降低磁悬浮轴承的涡流和磁滞损耗，提出并研究了“变偏置电流方式”控制策略，根据转子的转速和振幅对磁悬浮轴承的偏置电流进行动态调整，在保证系统动态性能的同时降低磁悬浮轴承的能量损耗，提高了系统的综合性能。研究了“基于转速与变偏置电流方式的自调整模糊控制策略”对系统动态性能的影响，根据转速与偏置电流变化和某一性能指标最优条件确定可调整因子的变化规律。研究了“基于变偏置电流方式的交叉反馈控制策略”对系统动态性能的影响。为了利用磁悬浮轴承非接触的优点，同时解决碰撞问题，引入金属橡胶隔振器，将整个车载飞轮电池置于金属橡胶隔振器（弹性基础）上，研究金属橡胶隔振器和磁悬浮轴承的刚度与阻尼对系统动态性能的影响，确定了最优参数组合，充分发挥各自的优点，既保证飞轮转子的非接触悬浮，又使金属橡胶隔振器可以帮助克服陀螺扰动力矩和惯性力的冲击，有效减轻磁悬浮轴承的负担。本项目的研究结果有助于解决车载飞轮电池的碰撞问题并进一步减少其“自放电”，推动车载飞轮电池在电动汽车上的应用进程。