飛輪電池工作原理視頻

飛輪電池中有一個電機(jī)，充電時該電機(jī)以電動機(jī)形式運(yùn)轉(zhuǎn)，在外電源的驅(qū)動下，電機(jī)帶動飛輪高速旋轉(zhuǎn)，即用電給飛輪電池“充電”增加了飛輪的轉(zhuǎn)速從而增大其功能；放電時，電機(jī)則以發(fā)電機(jī)狀態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)，在飛輪的帶動下對外輸出電能，完成機(jī)械能（動能）到電能的轉(zhuǎn)換。

當(dāng)飛輪電池發(fā)出電的時，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，飛輪電池比能量可達(dá)150W·h/kg，比功率達(dá)5000-10000W/kg，使用壽命長達(dá)25年，可供電動汽車行駛500萬公里。美國飛輪系統(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轎車改成電動轎車，一次充電可行駛600km，由靜止到96km/h加速時間為6.5秒。

飛輪儲能電池系統(tǒng)包括三個核心部分：一個飛輪，電動機(jī)—發(fā)電機(jī)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(qū)動電動機(jī)旋轉(zhuǎn)，電動機(jī)帶動飛輪旋轉(zhuǎn)，飛輪儲存動能（機(jī)械能），當(dāng)外部負(fù)載需要能量時，用飛輪帶動發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，將動能轉(zhuǎn)化為電能，再通過電力電子變換裝置變成負(fù)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(dú)立的，設(shè)計(jì)時常將電動機(jī)和發(fā)電機(jī)用一臺電機(jī)來實(shí)現(xiàn)，輸入輸出變換器也合并成一個，這樣就可以大大減少系統(tǒng)的大小和重量。

同時由于在實(shí)際工作中，飛輪的轉(zhuǎn)速可達(dá)40000～50000r/min，一般金屬制成的飛輪無法承受這樣高的轉(zhuǎn)速，所以飛輪一般都采用碳纖維制成，既輕又強(qiáng)，進(jìn)一步減少了整個系統(tǒng)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(jī)和飛輪都使用磁軸承，使其懸浮，以減少機(jī)械摩擦；同時將飛輪和電機(jī)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(dá)95%左右。

實(shí)際使用的飛輪裝置中，主要包括以下部件：飛輪、軸、軸承、電機(jī)、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=1/2jω^2決定。式中j為飛輪的轉(zhuǎn)動慣量，與飛輪的形狀和重量有關(guān)；ω為飛輪的旋轉(zhuǎn)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。