中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：飛輪電池是90年代才提出的新概念電池，它突破了化學(xué)電池 的局限，用物理方法實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能。眾所周知，當(dāng)飛輪以一定角速度 旋轉(zhuǎn)時(shí)，它就具有一定的動(dòng)能。飛輪電池正是以其動(dòng)能轉(zhuǎn)換成電 能的。高技術(shù)型的飛輪用于儲(chǔ)存電能，就很像標(biāo)準(zhǔn)電池。飛輪電 池中有一個(gè)電機(jī)，充電時(shí)該電機(jī)以電動(dòng)機(jī)形式運(yùn)轉(zhuǎn)，在外電源的 驅(qū)動(dòng)下，電機(jī)帶動(dòng)飛輪高速旋轉(zhuǎn)，即用電給飛輪電池＂充電＂增 加了飛輪的轉(zhuǎn)速?gòu)亩龃笃涔δ埽环烹姇r(shí)，電機(jī)則以發(fā)電機(jī)狀態(tài) 運(yùn)轉(zhuǎn)，在飛輪的帶動(dòng)下對(duì)外輸出電能，完成機(jī)械能（動(dòng)能）到電 能的轉(zhuǎn)換。當(dāng)飛輪電池公出電的時(shí)，飛輪轉(zhuǎn)速逐漸下降，飛輪電 池的飛輪是在真空環(huán)境下運(yùn)轉(zhuǎn)的，轉(zhuǎn)速極高（高達(dá)200000r/min， 使用的軸承為非接觸式磁軸承。據(jù)稱，飛輪電池比能呈可達(dá)150W ·h/kg，比功率達(dá)5000-10000W/kg，使用壽命長(zhǎng)達(dá)25年，可供電 動(dòng)汽車(chē)行駛500萬(wàn)公里。美國(guó)飛輪系統(tǒng)公司已用最新研制的飛輪池 成功地把一輛克萊斯勒LHS轎車(chē)改成電動(dòng)轎車(chē)，一次充電可行駛 600km，由到96km/h加速時(shí)間為6.5秒。
飛輪儲(chǔ)能電池的概念起源于上世紀(jì)７０年代早期，最初只是想將其應(yīng)用在電動(dòng)汽車(chē)上，但限于當(dāng)時(shí)的技術(shù)水平，并沒(méi)有得到發(fā)展。直到上世紀(jì)９０年代由于電路拓?fù)渌枷氲陌l(fā)展，碳纖維材料的廣泛應(yīng)用，以及全世界范圍對(duì)污染的重視，這種新型電池又得到了高速發(fā)展，并且伴隨著磁軸承技術(shù)的發(fā)展，這種電池顯示出更加廣闊的應(yīng)用前景，現(xiàn)正迅速地從實(shí)驗(yàn)室走向社會(huì)。現(xiàn)在歐美國(guó)家已出現(xiàn)實(shí)用化產(chǎn)品，而我國(guó)在這方面的研究才剛剛起步。
一、 何謂飛輪儲(chǔ)能電池
飛輪儲(chǔ)能電池系統(tǒng)包括三個(gè)核心部分：一個(gè)飛輪，電動(dòng)機(jī)—發(fā)電機(jī)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(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)飛輪旋轉(zhuǎn)，飛輪儲(chǔ)存動(dòng)能（機(jī)械能），當(dāng)外部負(fù)載需要能量時(shí)，用飛輪帶動(dòng)發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，將動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能，再通過(guò)電力電子變換裝置變成負(fù)載所需要的各種頻率、電壓等級(jí)的電能，以滿足不同的需求。由于輸入、輸出是彼此獨(dú)立的，設(shè)計(jì)時(shí)常將電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)用一臺(tái)電機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)，輸入輸出變換器也合并成一個(gè)，這樣就可以大大減少系統(tǒng)的大小和重量。同時(shí)由于在實(shí)際工作中，飛輪的轉(zhuǎn)速可達(dá)40000～50000r/min，一般金屬制成的飛輪無(wú)法承受這樣高的轉(zhuǎn)速，所以飛輪一般都采用碳纖維制成，既輕又強(qiáng)，進(jìn)一步減少了整個(gè)系統(tǒng)的重量，同時(shí)，為了減少充放電過(guò)程中的能量損耗（主要是摩擦力損耗），電機(jī)和飛輪都使用磁軸承，使其懸浮，以減少機(jī)械摩擦；同時(shí)將飛輪和電機(jī)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(dá)95％左右。
實(shí)際使用的飛輪裝置中，主要包括以下部件：飛輪、軸、軸承、電機(jī)、真空容器和電力電子變換器。飛輪是整個(gè)電池裝置的核心部件，它直接決定了整個(gè)裝置的儲(chǔ)能多少，它儲(chǔ)存的能量由公式E=jw^2決定。式中j為飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，與飛輪的形狀和重量有關(guān)； 為飛輪的旋轉(zhuǎn)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。
二、飛輪電池與其它電池的比較
現(xiàn)在，使用最多最廣的儲(chǔ)能電池?zé)o疑是化學(xué)電池，它將電能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能儲(chǔ)存，再轉(zhuǎn)化為電能輸出，它價(jià)格低廉，技術(shù)成熟，但污染嚴(yán)重，效率低下，充電時(shí)間長(zhǎng)，用電時(shí)間短，使用過(guò)程中電能不易控制。
另一儲(chǔ)能電池是超導(dǎo)電池，它把電能轉(zhuǎn)化為磁能儲(chǔ)存在超導(dǎo)線圈的磁場(chǎng)中，由于超導(dǎo)狀態(tài)下線圈沒(méi)有電阻，所以能量損耗非常小，效率也高，對(duì)環(huán)境污染也小。但由于超導(dǎo)狀態(tài)是線圈處于極低溫度下才能實(shí)現(xiàn)，維持線圈處于超導(dǎo)狀態(tài)所需要的低溫需耗費(fèi)大量能源，而且維持裝置過(guò)大，不易小型化，所以家用市場(chǎng)前景不強(qiáng)。
飛輪電池則兼顧了兩者的優(yōu)點(diǎn)，雖然近階段的價(jià)格較高，但伴隨著技術(shù)的進(jìn)步，必將有一個(gè)非常廣闊的前景。
