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飞轮电池简介
飞轮电池优点
飞轮电池缺点
飞轮储能电池系统
飞轮电池应用领域

飞轮电池简介

        飞轮电池中有一个电机，充电的时候该电机可以以电动机形式运转起来，在外电源的驱动下，电机会带动飞轮高速旋转，即给飞轮电池“充电”增加了转速从而加大了功能。放电的时候，电机则是以发电机的状态运转的，在飞轮的带动下对外输出电能，完成机械能到电能的转换。当飞轮电机发电的时候，它的转速会逐渐下降，飞轮电池的飞轮是在真空环境下运转的，转速可以高达200000r/min，使用的是非接触式的磁轴承。

飞轮电池优点

        飞轮电池比能量大，可以达到达150W ·h/kg，比功率有5000-10000W/kg。它的使用寿命长可以连续使用25年，可供电动汽车行驶500万公里。据了解美国飞轮系统公司已经用最新研制的飞轮电池成功的将一辆莱克斯勒LHS轿车改装成了电动轿车，一次充电可以行驶600千米，由静止加速到96km/h，只要6.5秒。除此之外，飞轮电池还具有体积小、重量轻，一般的飞轮电池只有十几千克左右，而且它的工作温度范围宽，没有严格的工作环境要求。而且它养护起来周期长，因为使用的磁悬浮轴承并且是在真空环境下工作的，所以几乎没有损耗。

飞轮电池缺点

         虽然飞轮电池优点多多，但是它依旧有着不可忽视的缺点，那就是它的高转速带来的“麻烦”，一般金属制成的飞轮是无法承受它的高转速的，容易解体，所以一般飞轮都是采用碳纤维制成，它的制作成本目前来看非常昂贵。

飞轮储能电池系统

        飞轮储能电池系统包括了三个核心部分：一个飞轮，一个电动机—发电机，还有一个电力电子转换装置。

        电力电子转换装置利用外部输入的电能驱动电动机旋转，电动机带动飞轮旋转飞轮储存机械能，当外部负载需要能量的时候，用飞轮带动发电机旋转，将机械能转化为电能，再通过电力电子换装器转换成负载时所需要的各种频率、电压等级的电能，以满足不同需求。由于输入和输出是彼此独立的，设计时会经常用一台电机来实现电动机和发电机的功能，而且输入、输出变换器也合并成了一个，这样就大大减小了系统的大小和重量。

        实际使用的飞轮装置中，主要包括以下部件：飞轮、轴、轴承、电机、真空容器和电力电子变换器。飞轮是整个电池装置的核心部件，它直接决定了整个装置的储能多少，它储存的能量由公式E=jω^2决定。式中j为飞轮的转动惯量，与飞轮的形状和重量有关； ω为飞轮的旋转角速度。

        电力电子变换器通常是由MOSFET 和IGBT组成的双向逆变器，它们决定了飞轮装置能量输入输出量的大小。

        还有就是飞轮一旦充电就不会停转，若是我们不用的时候飞轮还是会在那里转，造成能量的浪费，解决这个问题的办法是给飞轮电池安装一个化学充电电池，当不需要用电的时候，可以把飞轮的产生的能量储存起来不过解决这个问题同样带来了难题，那就是增加了汽车的重量。

飞轮电池应用领域

        受限于造价成本，在小型场合中还无法体现它的优势，但是自一些需要大型储能装置的场合，飞轮电池已经得到了逐步的应用。

1、太空
        包括人造卫星、飞船、空间站，飞轮电池一次充电可以提供同重量化学电池两倍的功率，同负载的使用时间为化学电池的3～10倍。同时，因为它的转速是可测可控的，故可以随时查看电能的多少。美国太空总署已在空间站安装了48个飞轮电池，联合在一起可提供超过150KW的电能。据估计相比化学电池，可节约200万美元左右。

2、交通运输
        包括火车和汽车，这种车辆采用内燃机和电机混合推动，飞轮电池充电快，放电完全，非常适合应用于混合能量推动的车辆中。车辆在正常行使时和刹车制动时，给飞轮电池充电，飞轮电池则在加速或爬坡时，给车辆提供动力，保证车辆运行在一种平稳、最优的状态下的转速，可减少燃料消耗，空气和噪声污染，发动机的维护，延长发动机的寿命。美国TEXAS大学已研制出一汽车用飞轮电池，电池在车辆需要时，可提供150KW·h的能量，能加速满载车辆到100Km/h。在火车方面，德国西门子公司已研制出长1.5m，宽0.75m的飞轮电池，可提供3MW的功率，同时，可储存30%的刹车能。

3、不间断电源
        飞轮电池可提供高可靠的稳定电源，可提供几秒到几分钟的电能，这段时间足已保证工厂进行电源切换。德国GmbH 公司制造了一种使用飞轮电池的UPS，在5s内可提供或吸收5MW的电能。

4、军用车辆
        美国国防部预测未来的战斗车辆在通信、武器和防护系统等方面都广泛需要电能，飞轮电池由于其快速的充放电，独立而稳定的能量输出，重量轻，能使车辆工作处于最优状态，减少车辆的噪声（战斗中非常重要），提高车辆的加速性能等优点，已成为美国军方首要考虑的储能装置。