飛輪電池的發(fā)展現(xiàn)狀與應(yīng)用

【摘 要】目前，電動汽車上應(yīng)用最廣泛的電源是鉛酸蓄電池，但隨著電動汽車技術(shù)的發(fā)展，鉛酸蓄電池由于比能量較低，充電速度較慢，壽命較短，已逐漸被其他蓄電池所取代。正在發(fā)展的電源主要有鈉-硫電池、鎳-鎘電池、鋰電池、燃料電池、飛輪電池等等，本文主要闡述飛輪電池的目前廣闊前景。

【關(guān)鍵詞】飛輪電池；現(xiàn)狀；應(yīng)用

隨著人們環(huán)保意識的增強(qiáng)，全世界人們都在尋找一種無污染或污染小的能量供給方式。飛輪技術(shù)由于是電能和機(jī)械能的相互轉(zhuǎn)化，不會造成污染，飛輪儲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)用在電動汽車上，但限于當(dāng)時(shí)的技術(shù)水平，并沒有得到發(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，以及全世界范圍對污染的重視，這種新型電池又得到了高速發(fā)展。

飛輪電池實(shí)際上是一種電能轉(zhuǎn)換和儲存裝置。飛輪可以儲存能量，根據(jù)飛輪能夠儲存和釋放能量的特性研制的一種機(jī)械式蓄電池就是飛輪蓄電池。在飛輪的內(nèi)部鑲有永久性磁鐵，外殼上裝有感應(yīng)線圈，這樣飛輪就具有電動機(jī)和發(fā)電機(jī)的雙重功能，充電時(shí)飛輪中的電機(jī)以電動機(jī)的形式運(yùn)行，在外接電源的驅(qū)動下帶動飛輪旋轉(zhuǎn)，達(dá)到極高的轉(zhuǎn)速，從而完成電能—機(jī)械能轉(zhuǎn)換的儲能過程；放電時(shí)飛輪中的電機(jī)以發(fā)電機(jī)的狀態(tài)運(yùn)行，在飛輪的帶動下對外輸出電能，完成機(jī)械能—電能轉(zhuǎn)換的釋放過程。

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(shí)和剎車制動時(shí)，給飛輪電池充電；飛輪電池則在加速或爬坡時(shí)，給車輛提供動力，保證車輛運(yùn)行在一種平穩(wěn)，最優(yōu)狀態(tài)下的轉(zhuǎn)速，可減少燃料消耗，空氣和噪聲污染，并可以減少發(fā)動機(jī)的維護(hù)，延長發(fā)動機(jī)的壽命。飛輪電池電動汽車?yán)脙Υ嬖陔S車飛輪中的機(jī)械能驅(qū)動汽車前進(jìn)。它的推進(jìn)系統(tǒng)由飛輪電池，電機(jī)控制器，電機(jī)和傳動系統(tǒng)等組成。

飛輪電池實(shí)際上是一種機(jī)-電能量轉(zhuǎn)換和儲存裝置。飛輪可以儲存能量，根據(jù)飛輪能夠儲存和釋放能量的特性研制的一種機(jī)械式蓄電池就是飛輪蓄電池。在飛輪的內(nèi)部鑲有永久性磁鐵，外殼上裝有感應(yīng)線圈，這樣飛輪就具有電動機(jī)和發(fā)目前隨著環(huán)境保護(hù)意識的提高以及全球能源的供需矛盾，開發(fā)節(jié)能及采用替代能源的環(huán)保型汽車，以減少對環(huán)境的污染，成為當(dāng)今世界汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個(gè)重要趨勢。汽車制造行業(yè)紛紛把目光轉(zhuǎn)向電動汽車的研制。能找到儲能密度大，充電時(shí)間短，價(jià)格適宜的新型電池，是電動汽車能否擁有更大的機(jī)動性并與汽油車一爭高下的關(guān)鍵。而飛輪電池因具有清潔，高效，充放電迅捷，不污染環(huán)境等特點(diǎn)而受到汽車行業(yè)的廣泛重視。預(yù)計(jì)21世紀(jì)飛輪電池將會是電動汽車行業(yè)的研究熱點(diǎn)。

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(shí)和剎車制動時(shí)，給飛輪電池充電；飛輪電池則在加速或爬坡時(shí)，給車輛提供動力，保證車輛運(yùn)行在一種平穩(wěn)，最優(yōu)狀態(tài)下的轉(zhuǎn)速，可減少燃料消耗，空氣和噪聲污染，并可以減少發(fā)動機(jī)的維護(hù)，延長發(fā)動機(jī)的壽命。飛輪電池電動汽車?yán)脙Υ嬖陔S車飛輪中的機(jī)械能驅(qū)動汽車前進(jìn)。它的推進(jìn)系統(tǒng)由飛輪電池，電機(jī)控制器，電機(jī)和傳動系統(tǒng)等組成。

飛輪電池實(shí)際上是一種機(jī)-電能量轉(zhuǎn)換和儲存裝置。飛輪可以儲存能量，根據(jù)飛輪能夠儲存和釋放能量的特性研制的一種機(jī)械式蓄電池就是飛輪蓄電池。在飛輪的內(nèi)部鑲有永久性磁鐵，外殼上裝有感應(yīng)線圈，這樣飛輪就具有電動機(jī)和發(fā)電機(jī)的雙重功能。充電時(shí)飛輪中的電機(jī)以電動機(jī)的形式運(yùn)行，在外接電源的驅(qū)動下帶動飛輪旋轉(zhuǎn)，達(dá)到極高的轉(zhuǎn)速，從而完成電能-機(jī)械能轉(zhuǎn)換的儲能過程；放電時(shí)，飛輪中的電機(jī)以發(fā)電機(jī)的狀態(tài)運(yùn)行，在飛輪的帶動下對外輸出電能，完成機(jī)械能-電能轉(zhuǎn)換的釋放過程 。

但是，飛輪儲能方法一直未能得到廣泛的應(yīng)用，其主要有三點(diǎn)原因；飛輪本身的能耗主要來自軸承摩擦和空氣阻力；常規(guī)飛輪是有鋼（或鑄鐵）制成，儲能有限；要完成電能機(jī)械能的轉(zhuǎn)換，還需要一套復(fù)雜的電力電子裝置。目前，飛輪儲能技術(shù)取得突破性進(jìn)展是基于下述三項(xiàng)技術(shù)的飛速發(fā)展；一是高能永磁及高溫超導(dǎo)技術(shù)的出現(xiàn)；二是高強(qiáng)纖維復(fù)合材料的問世；三是電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展。就目前的技術(shù)來看，飛輪電池電動汽車還不能廣泛應(yīng)用，根據(jù)飛輪儲能裝置本身的特點(diǎn)來講，它更加適用于復(fù)合動力汽車和混合電動汽車技術(shù)中，復(fù)合電力汽車是靠內(nèi)燃機(jī)和電動機(jī)兩種方式共同提供推動力的，在汽車正常行駛和制動的時(shí)候給電池充電，汽車爬坡和加速，需要功率大的時(shí)候讓電池放電。

由于普通汽車在正常行駛的時(shí)候，功率僅為最大功率的四分之一，復(fù)合電力汽車中蓄電池和電動機(jī)的加入恰好可以解決這個(gè)問題，這樣，復(fù)合動力汽車就可以不用按照汽車的最大功率來進(jìn)行設(shè)計(jì)，以避免出現(xiàn)在正常行駛的過程中出現(xiàn)大馬拉小車的現(xiàn)象，大幅度提高汽車的性能。復(fù)合動力汽車技術(shù)早就得到了科學(xué)家們的重視，美國和許多歐洲國家都已經(jīng)開始應(yīng)用。首先，在汽車的使用過程中，電池的充放電次數(shù)很多，而一般的化學(xué)電池的充放電次數(shù)很難提高，其次，在汽車的使用過程中，電池的放電深度很不規(guī)則，對于化學(xué)電池的壽命就會有很大的影響，最后，要求點(diǎn)吃的充方速度快，這樣才能滿足汽車電動機(jī)電池的需要。但是，對于飛輪儲能裝設(shè)來說卻不難。隨著磁懸浮技術(shù)的發(fā)展，飛輪的充放電次數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于汽車電池使用的需要，而且飛輪的充放電是化學(xué)能和機(jī)械能的互相轉(zhuǎn)化，它的放電深度可大可小，絕不會影響電池壽命，同時(shí)，由多臺驅(qū)動的飛輪系統(tǒng)可以在很短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到幾萬轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速。此外，在飛輪儲能裝置中，決定輸入輸出的器件是它外接的電力電子器件，而與外部的負(fù)載沒有關(guān)系，還可以很方便地通過控制飛輪的旋轉(zhuǎn)速度來控制飛輪的充電，這種特點(diǎn)在化學(xué)電池中實(shí)現(xiàn)起來要困難得多。

飛輪電池與其它電池進(jìn)行比較可得到飛輪電池的優(yōu)點(diǎn)。現(xiàn)在，使用最多最廣的儲能電池?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，用電時(shí)間短，使用過程中電能不易控制。另一儲能電池是超導(dǎo)電池，它把電能轉(zhuǎn)化為磁能儲存在超導(dǎo)線圈的磁場中，由于超導(dǎo)狀態(tài)下線圈沒有電阻，所以能量損耗非常小，效率也高，對環(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，而且維持裝置過大，不易小型化，所以家用市場前景不強(qiáng)。

結(jié)束語：

作為一種新興的儲能方式，飛輪電池所擁有傳統(tǒng)化學(xué)電池?zé)o法比擬的優(yōu)點(diǎn)已被人們廣泛認(rèn)同，它非常符合未來儲能技術(shù)的發(fā)展方向。目前，飛輪電池除了上面介紹的應(yīng)用領(lǐng)域以外，也正在向小型化、低廉化的方向發(fā)展?，F(xiàn)在，最可能出現(xiàn)的是手機(jī)電池。可以預(yù)見，伴隨著技術(shù)和材料學(xué)的進(jìn)步，飛輪電池將在未來的各行各業(yè)中發(fā)揮重要的作用。

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