[發明專利]一種模塊化且容量可調的新型串聯聯動式機械彈性儲能箱

在審

• 申請號: 201710216586.9
• 申請日: 2017-04-05
• 公開（公告）號: CN106884764A
• 公開（公告）日: 2017-06-23
• 發明（設計）人: 米增強;鄭曉明;暢達;余洋;湯敬秋;孫辰軍;李曉龍;魏明磊
• 申請（專利權）人: 華北電力大學（保定）;國網河北省電力公司
• 主分類號: F03G1/00
• 分類號: F03G1/00;F03G1/06;F03G1/02
• 代理公司: 天津盛理知識產權代理有限公司12209
• 代理人: 陳娟

技術領域

本發明屬于機械儲能領域，涉及機械彈性儲能箱，由其是一種模塊化且容量可調的新型串聯聯動式機械彈性儲能箱。

背景技術

機械彈性儲能系統的儲能元件為機械彈性儲能箱，儲能箱內部有若干個儲能單元，儲能單元的儲能介為大型平面蝸卷彈簧，其是由一組簧片在一個平面內盤繞而成，由于要保證一定的儲能容量，所以簧片要有相當的長度、寬度和厚度。以往的機械彈性儲能箱的儲能單元和儲能箱箱體是一體的，簧片兩端直接固定在儲能箱的芯軸和箱體內壁上，非常不方便于安裝和維修，而且大型蝸卷彈簧的內作用力非常大，安裝維修時容易出危險。同時，根據實際應用情況的不同，可能需要的儲能容量是不一樣的，這種情況下需要不同容量的儲能單元以及裝配不同的數量，以往的一體化安裝很難更換。在機械彈性儲能箱投入使用之后，可能一部分簧片在使用過程中損壞，一體化的安裝很難維修，往往整個儲能箱報廢，浪費嚴重。

在儲能運行中，常規的串聯聯動機械儲能箱沒有防反轉設計，在儲能過程中萬一電機故障轉矩小于儲能箱反轉矩或消失，儲能箱就有可能帶著電機反轉，非常危險，同時，在儲能系統非空儲啟動時，儲能箱已經有一定的反轉矩，電機啟動要迅速達到或大于儲能箱反轉矩，不然同樣可能導致儲能箱帶著電機反轉，控制復雜，安全性不好。在發電過程中，傳統的串聯聯動式儲能箱的結構決定了彈性勢能-動能-電能的轉化必須同時進行，而且要求電機必須快速抽離儲能箱的動能，理想的情況是儲能單元彈性勢能釋放完畢的同時動能也同時完全轉換成電能，及此時儲能箱箱體轉速被控為零，不然儲能箱箱體就會反擰儲能單元，損壞儲能單元，這種控制目標很難實現，傳統的做法是以損失一部分能量為代價剎車制動，但這也會對儲能系統造成一定的沖擊。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的缺陷，提供一種儲能單元與儲能箱箱體呈分離式的結構，儲能單元通過卡槽等和儲能箱箱體裝配在一起，方便于前期的安裝和后期的維護。而且將儲能單元設計成幾種不同容量的標準件，用戶可以自由搭配組裝自己需求容量的儲能箱，便于工廠大規模的生產，對降低單位成本有一定的意義。同時儲能系統加入了單向超越離合器，在儲能階段能實現防反轉作用，發電階段能讓儲能單元和芯軸在一定情況在自動脫離，實現防反擰的作用，同時由于超越離合器的超越功能，新結構的彈性勢能-動能-電能的轉化過程更加的靈活，便于控制方案設計。

本發明所述的問題是由以下技術方案實現的：

一種模塊化且容量可調的新型串聯聯動式機械彈性儲能箱，包括儲能箱箱體、儲能箱芯軸及多個儲能單元，所述儲能箱箱體為圓筒形，在儲能箱箱體的軸向兩端分別封裝左端蓋及右端蓋，在左端蓋的外側壁同軸一體制出一左端蓋伸出軸，在儲能箱箱體內同軸穿裝一儲能箱芯軸，儲能箱芯軸的一端在儲能箱內，另一端從右端蓋穿出，在儲能箱箱體內的儲能箱芯軸上均勻間隔套裝多個儲能單元，儲能單元的外壁與儲能箱箱體內壁固定，儲能單元的中心與芯軸固定，在每個儲能單元內均安裝有一平面蝸卷彈簧。

而且，在儲能箱芯軸的外壁沿軸向一體制有一條芯軸凸鍵，所述的儲能單元中心制有與芯軸及凸鍵適配的通孔。

而且，在儲能單元的外壁沿著軸向制有兩定位凸臺，兩定位凸臺徑向對稱，在儲能箱體的內壁與定位凸臺對應制有兩條定位凹槽。

而且，在儲能單元安裝位置的兩側儲能箱箱體壁上對稱制有定位螺紋孔，在螺紋孔內旋入螺釘，儲能單元位于兩螺釘間。

而且，儲能箱芯軸的右端從右端蓋穿出且連接一單向超越離合器。

而且，多個儲能箱通過單向超越離合器串聯構成聯動式機械彈性儲能系統。

(1)標準化模塊化儲能單元的設計：

單個儲能單元所儲存能量的公式為：

其中，E_p為單個平面蝸卷彈簧存儲的彈性勢能，E為簧片的彈性模量，由簧片的材質決定，l、b、h為別為簧片的長度，寬度和厚度，n₁、n₂為別為平面渦卷彈簧自然釋放和完全擰緊時的工作圈數。不難看出，可以通過設計簧片的長度，寬度，厚度以及工作圈數來設計單個儲能單元的儲能容量。根據市場的實際需求情況來設計不同儲能容量的標準件。

2.儲能箱箱體和儲能單元分離式設計：