全球气候变暖问题日益严重,将基于化石燃料的传统车辆转换为清洁的电动汽车被视为实现脱碳的关键步骤之一。然而,随着电动汽车市场强劲增长,汽车动力电池成为限制电动汽车广泛应用的主要原因。当今,对汽车动力电池的研究包括蓄电池、燃料电池和飞轮电池等。与其他动力电池相比,飞轮电池具有比能量高、比功率大、充电时间短和无环境污染等优点,独到的优势使之在电动汽车上有广阔的应用前景。飞轮电池应用在汽车上,汽车频繁切换的工况和复杂的道路情况都会对飞轮电池产生影响。因而,车载应用场合对飞轮电池的支承系统、悬浮力模型以及控制算法都提出了严苛的要求。本文主要围绕飞轮电池的支承系统结构设计和动态工况下的精确建模展开研究,主要研究工作如下:1.介绍车载飞轮电池的研究背景,详细说明车载飞轮电池的工作原理,总结国内外研究现状及其发展趋势,对车载飞轮电池支承系统的主要技术难点进行探讨,指出本文的研究意义和研究目的。2.为克服车载飞轮电池转子容易失稳的问题,提出了一种新型的纯球面向心力式磁轴承,介绍了该磁轴承的结构、磁路及工作原理。对比传统柱形拓扑结构的磁轴承,从磁场走向方面分析该结构能有效减少陀螺效应的原因。3.利用有限元软件,模拟磁轴承系统在实际运行与待机状态的区别,指出了多个在悬浮力建模过程中容易被遗漏的误差源。细致地分析误差源对悬浮力的影响程度,此处是温度和转速对定、转子形状的影响。将仿真结果进行理论化,推导出温升下的定、转子变形和离心力作用下的转子的变形规律。将定、转子的变形考虑进悬浮力建模过程中,建立基于温度和转速的多维动态悬浮力模型。与传统的静态悬浮力建模不同,所提出的动态悬浮力模型除考虑了电流、位移等常规变量外,还新增了两个动态变量:温度和转速。完善而精准的变量使悬浮力模型更加贴近磁轴承系统的工作状态。4.搭建纯球面向心力式磁轴承的实验平台,介绍总体实验方案,包括立式实验平台和控制方法。为保证实验结果的准确性,对在线式红外测温仪检测的温度进行了误差修正。利用该实验平台进行力-位移/电流刚度实验,并对实验结果作详细对比分析。