飛輪電池是90年代才提出的新概念電池，它突破了化學電池 的局限，用物理方法實現儲能。眾所周知，當飛輪以一定角速度旋轉時，它就具有一定的動能。飛輪電池正是以其動能轉換成電 能的。高技術型的飛輪用于儲存電能，就很像標準電池。

簡介

飛輪電池中有一個電機，充電時該電機以電動機形式運轉，在外電源的 驅動下，電機帶動飛輪高速旋轉，即用電給飛輪電池"充電"增加了飛輪的轉速從而增大其功能;放電時，電機則以發電機狀態 運轉，在飛輪的帶動下對外輸出電能，完成機械能(動能)到電 能的轉換。當飛輪電池發出電的時，飛輪轉速逐漸下降，飛輪電 池的飛輪是在真空環境下運轉的，轉速極高(高達200000r/min， 使用的軸承為非接觸式磁軸承。據稱，飛輪電池比能量可達150W ·h/kg，比功率達5000-10000W/kg，使用壽命長達25年，可供電 動汽車行駛500萬公里。美國飛輪系統公司已用最新研制的飛輪電池成功地把一輛克萊斯勒LHS轎車改成電動轎車，一次充電可行駛 600km，由靜止到96km/h加速時間為6.5秒。

起源

飛輪儲能電池的概念起源于上世紀70年代早期，最初只是想將其應用在電動汽車上，但限于當時的技術水平，并沒有得到發展。直到上世紀90年代由于電路拓撲思想的發展，碳纖維材料的廣泛應用，以及全世界范圍對污染的重視，這種新型電池又得到了高速發展，并且伴隨著磁軸承技術的發展，這種電池顯示出更加廣闊的應用前景，現正迅速地從實驗室走向社會。歐美國家已出現實用化產品，而我國在這方面的研究才剛剛起步。

工作原理

飛輪儲能電池系統包括三個核心部分：一個飛輪，電動機——發電機和電力電子變換裝置。

電力電子變換裝置從外部輸入電能驅動電動機旋轉，電動機帶動飛輪旋轉，飛輪儲存動能(機械能)，當外部負載需要能量時，用飛輪帶動發電機旋轉，將動能轉化為電能，再通過電力電子變換裝置變成負載所需要的各種頻率、電壓等級的電能，以滿足不同的需求。由于輸入、輸出是彼此獨立的，設計時常將電動機和發電機用一臺電機來實現，輸入輸出變換器也合并成一個，這樣就可以大大減少系統的大小和重量。同時由于在實際工作中，飛輪的轉速可達40000～50000r/min，一般金屬制成的飛輪無法承受這樣高的轉速，所以飛輪一般都采用碳纖維制成，既輕又強，進一步減少了整個系統的重量，同時，為了減少充放電過程中的能量損耗(主要是摩擦力損耗)，電機和飛輪都使用磁軸承，使其懸浮，以減少機械摩擦;同時將飛輪和電機放置在真空容器中，以減少空氣摩擦。這樣飛輪電池的凈效率(輸入輸出)達95%左右。

實際使用的飛輪裝置中，主要包括以下部件：飛輪、軸、軸承、電機、真空容器和電力電子變換器。飛輪是整個電池裝置的核心部件，它直接決定了整個裝置的儲能多少，它儲存的能量由公式E=jω^2決定。式中j為飛輪的轉動慣量，與飛輪的形狀和重量有關; ω為飛輪的旋轉角速度。

電力電子變換器通常是由MOSFET 和IGBT組成的雙向逆變器，它們的原理不再敘述，它們決定了飛輪裝置能量輸入輸出量的大小。

優點

飛輪電池兼顧了化學電池、燃料電池和超導電池等儲能裝置的諸多優點，主要表如下幾個方面： (1)能量密度高：儲能密度可達100～200 wh/kg，功率密度可達5 000～lO 000 w/kg。

(2)能量轉換效率高：工作效率高達百分之90。

(3)體積小、重量輕：飛輪直徑約二十多厘米，總重在十幾千克左右。

(4)工作溫度范圍寬：對環境溫度沒有嚴格要求。

(5)使用壽命長：不受重復深度放電影響，能夠循環幾百萬次運行，預期壽命20年以上。

(6)低損耗、低維護：磁懸浮軸承和真空環境使機械損耗可以被忽略，系統維護周期長。

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