飛輪電池的原理

　　飛輪電池是20世紀(jì)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)儲能。眾所周知，當(dāng)飛輪以一定角速度 旋轉(zhuǎn)時，它就具有一定的動能。飛輪電池正是以其動能轉(zhuǎn)換成電 能的。高技術(shù)型的飛輪用于儲存電能，就很像標(biāo)準(zhǔn)電池。

　　飛輪電池中有一個電機(jī)，充電時該電機(jī)以電動機(jī)形式運(yùn)轉(zhuǎn)，在外電源的驅(qū)動下，電機(jī)帶動飛輪高速旋轉(zhuǎn)，即用電給飛輪電池“充電”增加了飛輪的轉(zhuǎn)速從而增大其功能；放電時，電機(jī)則以發(fā)電機(jī)狀態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)，在飛輪的帶動下對外輸出電能，完成機(jī)械能（動能）到電能的轉(zhuǎn)換。當(dāng)飛輪電池發(fā)出電的時，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，飛輪電池比能量可達(dá)150W·h/kg，比功率達(dá)5000-10000W/kg，使用壽命長達(dá)25年，可供電動汽車行駛500萬公里。美國飛輪系統(tǒng)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。

　　飛輪電池的應(yīng)用領(lǐng)域

　　由于技術(shù)和材料價格的限制，飛輪電池的價格相對較高，在小型場合還無法體現(xiàn)其優(yōu)勢。但在下列一些需大型儲能裝置的場合，使用化學(xué)電池的價格也非常昂貴，飛輪電池已得到逐步應(yīng)用。

　　太空

　　包括人造衛(wèi)星、飛船、空間站，飛輪電池一次充電可以提供同重量化學(xué)電池兩倍的功率，同負(fù)載的使用時間為化學(xué)電池的3～10倍。同時，因?yàn)樗霓D(zhuǎn)速是可測可控的，故可以隨時查看電能的多少。美國太空總署已在空間站安裝了48個飛輪電池，聯(lián)合在一起可提供超過150KW的電能。據(jù)估計(jì)相比化學(xué)電池，可節(jié)約200萬美元左右。

　　交通運(yùn)輸

　　包括火車和汽車，這種車輛采用內(nèi)燃機(jī)和電機(jī)混合推動，飛輪電池充電快，放電完全，非常適合應(yīng)用于混合能量推動的車輛中。車輛在正常行使時和剎車制動時，給飛輪電池充電，飛輪電池則在加速或爬坡時，給車輛提供動力，保證車輛運(yùn)行在一種平穩(wěn)、最優(yōu)的狀態(tài)下的轉(zhuǎn)速，可減少燃料消耗，空氣和噪聲污染，發(fā)動機(jī)的維護(hù)，延長發(fā)動機(jī)的壽命。美國TEXAS大學(xué)已研制出一汽車用飛輪電池，電池在車輛需要時，可提供150KW·h的能量，能加速滿載車輛到100Km/h。在火車方面，德國西門子公司已研制出長1.5m，寬0.75m的飛輪電池，可提供3MW的功率，同時，可儲存30%的剎車能。

　　不間斷電源

　　飛輪電池可提供高可靠的穩(wěn)定電源，可提供幾秒到幾分鐘的電能，這段時間足已保證工廠進(jìn)行電源切換。德國GmbH公司制造了一種使用飛輪電池的UPS，在5s內(nèi)可提供或吸收5MW的電能。

　　軍用車輛

　　美國國防部預(yù)測未來的戰(zhàn)斗車輛在通信、武器和防護(hù)系統(tǒng)等方面都廣泛需要電能，飛輪電池由于其快速的充放電，獨(dú)立而穩(wěn)定的能量輸出，重量輕，能使車輛工作處于最優(yōu)狀態(tài)，減少車輛的噪聲（戰(zhàn)斗中非常重要），提高車輛的加速性能等優(yōu)點(diǎn)，已成為美國軍方首要考慮的儲能裝置。

　　飛輪電池為什么不量產(chǎn)

　　飛輪電池在汽車上的應(yīng)用主要包括輔助儲能裝置和主要儲能裝置。用作汽車的輔助儲能裝置時，在車輛起步、加速和爬坡時，飛輪電池可以提高電動汽車的動力性，協(xié)助蓄電池供電和延長其使用壽命;制動時也可以很好地回收能量。而用作主要儲能裝置的飛輪電池也是行業(yè)研究熱點(diǎn)之一，美國飛輪公司研制的飛輪電池汽車由0-96千米/小時僅需6.5s加速時間，續(xù)航里程高達(dá)600千米。

　　盡管飛輪電池在新能源汽車的應(yīng)用上具有顯著的優(yōu)勢，但現(xiàn)階段仍未得以大規(guī)模應(yīng)用。首先，飛輪電池的比能量比較低，因此飛輪電池不能替代蓄電池成為電動汽車主要的儲能裝置;其次，由于飛輪電池是靠高速旋轉(zhuǎn)的飛輪存儲能量，當(dāng)飛輪出現(xiàn)破裂等意外時，其釋放能量的方式不可控，因此帶來了安全問題;另外，與蓄電池相比，飛輪儲能的技術(shù)還不夠成熟;此外，飛輪電池的成本較高，這也影響力其市場競爭力。