飛輪電池的原理_飛輪電池為什么不量產(chǎn)

　　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(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?；放電時(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)飛輪電池發(fā)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(chēng)，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(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電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，由靜止到96km/h加速時(shí)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(jià)格的限制，飛輪電池的價(jià)格相對(duì)較高，在小型場(chǎng)合還無(wú)法體現(xiàn)其優(yōu)勢(shì)。但在下列一些需大型儲(chǔ)能裝置的場(chǎng)合，使用化學(xué)電池的價(jià)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(shí)間為化學(xué)電池的3～10倍。同時(shí)，因?yàn)樗霓D(zhuǎn)速是可測(cè)可控的，故可以隨時(shí)查看電能的多少。美國(guó)太空總署已在空間站安裝了48個(gè)飛輪電池，聯(lián)合在一起可提供超過(guò)150KW的電能。據(jù)估計(jì)相比化學(xué)電池，可節(jié)約200萬(wàn)美元左右。

　　交通運(yùn)輸

　　包括火車(chē)和汽車(chē)，這種車(chē)輛采用內(nèi)燃機(jī)和電機(jī)混合推動(dòng)，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(dòng)的車(chē)輛中。車(chē)輛在正常行使時(shí)和剎車(chē)制動(dòng)時(shí)，給飛輪電池充電，飛輪電池則在加速或爬坡時(shí)，給車(chē)輛提供動(dòng)力，保證車(chē)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(dòng)機(jī)的維護(hù)，延長(zhǎng)發(fā)動(dòng)機(jī)的壽命。美國(guó)TEXAS大學(xué)已研制出一汽車(chē)用飛輪電池，電池在車(chē)輛需要時(shí)，可提供150KW·h的能量，能加速滿載車(chē)輛到100Km/h。在火車(chē)方面，德國(guó)西門(mén)子公司已研制出長(zhǎng)1.5m，寬0.75m的飛輪電池，可提供3MW的功率，同時(shí)，可儲(chǔ)存30%的剎車(chē)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(shí)間足已保證工廠進(jìn)行電源切換。德國(guó)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(chē)輛

　　美國(guó)國(guó)防部預(yù)測(cè)未來(lái)的戰(zhàn)斗車(chē)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(chē)輛工作處于最優(yōu)狀態(tài)，減少車(chē)輛的噪聲（戰(zhàn)斗中非常重要），提高車(chē)輛的加速性能等優(yōu)點(diǎn)，已成為美國(guó)軍方首要考慮的儲(chǔ)能裝置。

　　飛輪電池為什么不量產(chǎn)

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

　　盡管飛輪電池在新能源汽車(chē)的應(yīng)用上具有顯著的優(yōu)勢(shì)，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(dòng)汽車(chē)主要的儲(chǔ)能裝置;其次，由于飛輪電池是靠高速旋轉(zhuǎn)的飛輪存儲(chǔ)能量，當(dāng)飛輪出現(xiàn)破裂等意外時(shí)，其釋放能量的方式不可控，因此帶來(lái)了安全問(wèn)題;另外，與蓄電池相比，飛輪儲(chǔ)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(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。