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飛輪電池就是什么,何謂飛輪儲能電池

鉅大鋰電  |  點擊量:0  |  2018年06月24日  

飛輪電池是90年代才提出的新概念電池,它突破了化學電池的局限,用物理方法實現儲能。眾所周知,當飛輪以一定角速度旋轉時,它就具有一定的動能。飛輪電池正是以其動能轉換成電能的。高技術型的飛輪用于儲存電能,就很像標準電池。飛輪電池中有一個電機,充電時該電機以電動機形式運轉,在外電源的驅動下,電機帶動飛輪高速旋轉,即用電給飛輪電池"充電"增加了飛輪的轉速從而增大其功能;放電時,電機則以發電機狀態運轉,在飛輪的帶動下對外輸出電能,完成機械能(動能)到電能的轉換。當飛輪電池發出電的時,飛輪轉速逐漸下降,飛輪電池的飛輪是在真空環境下運轉的,轉速極高(高達200000r/min,使用的軸承為非接觸式磁軸承。據稱,飛輪電池比能呈可達150W·h/kg,比功率達5000-10000W/kg,使用壽命長達25年,可供電動汽車行駛500萬公里。美國飛輪系統公司已用最新研制的飛輪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,由到96km/h加速時間為6.5秒。


歐美國家已出現實用化產品,而我國在這方面的研究才剛剛起步。


何謂飛輪儲能電池


飛輪儲能電池系統包括三個核心部分:一個飛輪,電動機—發電機和電力電子變換裝置。


電力電子變換裝置從外部輸入電能驅動電動機旋轉,電動機帶動飛輪旋轉,飛輪儲存動能(機械能),當外部負載需要能量時,用飛輪帶動發電機旋轉,將動能轉化為電能,再通過電力電子變換裝置變成負載所需要的各種頻率、電壓等級的電能,以滿足不同的需求。由于輸入、輸出是彼此獨立的,設計時常將電動機和發電機用一臺電機來實現,輸入輸出變換器也合并成一個,這樣就可以大大減少系統的大小和重量。同時由于在實際工作中,飛輪的轉速可達40000~50000r/min,一般金屬制成的飛輪無法承受這樣高的轉速,所以飛輪一般都采用碳纖維制成,既輕又強,進一步減少了整個系統的重量,同時,為了減少充放電過程中的能量損耗(主要是摩擦力損耗),電機和飛輪都使用磁軸承,使其懸浮,以減少機械摩擦;同時將飛輪和電機放置在真空容器中,以減少空氣摩擦。這樣飛輪電池的凈效率(輸入輸出)達95%左右。


實際使用的飛輪裝置中,主要包括以下部件:飛輪、軸、軸承、電機、真空容器和電力電子變換器。飛輪是整個電池裝置的核心部件,它直接決定了整個裝置的儲能多少,它儲存的能量由公式E=jw^2決定。式中j為飛輪的轉動慣量,與飛輪的形狀和重量有關;為飛輪的旋轉角速度。


電力電子變換器通常是由MOSFET和IGBT組成的雙向逆變器,它們的原理不再敘述,它們決定了飛輪裝置能量輸入輸出量的大小。


使用最多最廣的儲能電池無疑是化學電池,它將電能轉變為化學能儲存,再轉化為電能輸出,它價格低廉,技術成熟,但污染嚴重,效率低下,充電時間長,用電時間短,使用過程中電能不易控制。


另一儲能電池是超導電池,它把電能轉化為磁能儲存在超導線圈的磁場中,由于超導狀態下線圈沒有電阻,所以能量損耗非常小,效率也高,對環境污染也小。但由于超導狀態是線圈處于極低溫度下才能實現,維持線圈處于超導狀態所需要的低溫需耗費大量能源,而且維持裝置過大,不易小型化,所以家用市場前景不強。


飛輪電池則兼顧了兩者的優點,雖然近階段的價格較高,但伴隨著技術的進步,必將有一個非常廣闊的前景。


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