一、飞轮电池简介

　　飞轮电池是一种新型高效的环保电池，是一种以动能方式存储能量的机械电池。一般由高速飞轮、电动/发动机、轴承支撑系统、电子变换器、真空室等组成。由于具有储能密度高、使用寿命长、工作温度范围宽、效率高、储能状况容易测量、无污染等优点而日益受到人们的关注。

二、飞轮电池储能原理

　　飞轮电池包括三个核心部分：一个飞轮，电动机／发电机和电力电子变换装置。

　　电力电子变换装置从外部输入电能驱动电动机旋转，电动机带动飞轮旋转，飞轮储存动能（机械能），当外部负载需要能量时，用飞轮带动发电机旋转，将动能转化为电能，再通过电力电子变换装置变成负载所需要的各种频率、电压等级的电能，以满足不同的需求。由于输入、输出是彼此独立的，设计时常将电动机和发电机用一台电机来实现，输入输出变换器也合并成一个，这样就可以大大减少系统的大小和重量。
　　同时由于在实际工作中，飞轮的转速可达40000～50000r/min，一般金属制成的飞轮无法承受这样高的转速，所以飞轮一般都采用碳纤维制成，既轻又强，进一步减少了整个系统的重量，同时，为了减少充放电过程中的能量损耗（主要是摩擦力损耗），电机和飞轮都使用磁轴承，使其悬浮，以减少机械摩擦；同时将飞轮和电机放置在真空容器中，以减少空气摩擦。这样飞轮电池的净效率（输入输出）达95%左右。

三、飞轮电池储能过程

　　电能输入电动机带动飞轮旋转，也就是飞轮电池的充电过程，飞轮达到预定转速即为充电完成。至此，飞轮将在真空室中保持高速旋转。由于飞轮采用磁悬浮技术，几乎没有机械摩擦，也就是说几乎没有能量损耗，所以飞轮也将维持在高速一直旋转。当外界需要电能时，飞轮带动发电机转动发电，飞轮的转速也会随之降低，发电机发出的电经过电力电子输出设备转换成需要的电能，达到储能的目的。

四、飞轮电池的优点

　　现在，使用最多最广的储能电池无疑是化学电池，它将电能转变为化学能储存，再转化为电能输出，它价格低廉，技术成熟，但污染严重，效率低下，充电时间长，用电时间短，使用过程中电能不易控制。
　　另一储能电池是超导电池，它把电能转化为磁能储存在超导线圈的磁场中，由于超导状态下线圈没有电阻，所以能量损耗非常小，效率也高，对环境污染也小。但由于超导状态是线圈处于极低温度下才能实现，维持线圈处于超导状态所需要的低温需耗费大量能源，而且维持装置过大，不易小型化，所以家用市场前景不强。
　　飞轮电池兼顾了化学电池、燃料电池和超导电池等储能装置的诸多优点，主要表现如下几个方面：
　　1、能量密度高：储能密度可达100～200 wh/kg，功率密度可达5000～10000 w/kg
　　2、能量转换效率高：工作效率高达90%。
　　3、体积小、重量轻：飞轮直径约二十多厘米，总重在十几千克左右。
　　4、工作温度范围宽：对环境温度没有严格要求。
　　5、使用寿命长：不受重复深度放电影响，能够循环几百万次运行，预期寿命20年以上。
　　6、低损耗、低维护：磁悬浮轴承和真空环境使机械损耗可以被忽略，系统维护周期长。

　　飞轮电池的研究也已经进行了很多年，在理论上它是完美的储能设备，由于目前的各种技术的局限，导致飞轮电池并没有实现民用。笔者相信在之后的某个时期，飞轮电池将代替目前的储能设备实现大面积的推广，发挥它巨大的作用。

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作者：hb_yinhe
湖南银河电气有限公司（http://www.vfe.cc）

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