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飞轮电池的原理_飞轮电池为什么不量产

2019年08月20日 10:39 xx 作者: 用户评论(0

  飞轮电池的原理

  飞轮电池是20世纪90年代才提出的新概念电池,它突破了化学电池 的局限,用物理方法实现储能。众所周知,当飞轮以一定角速度 旋转时,它就具有一定的动能。飞轮电池正是以其动能转换成电 能的。高技术型的飞轮用于储存电能,就很像标准电池。

  飞轮电池中有一个电机,充电时该电机以电动机形式运转,在外电源的驱动下,电机带动飞轮高速旋转,即用电给飞轮电池“充电”增加了飞轮的转速从而增大其功能;放电时,电机则以发电机状态运转,在飞轮的带动下对外输出电能,完成机械能(动能)到电能的转换。当飞轮电池发出电的时,飞轮转速逐渐下降,飞轮电池的飞轮是在真空环境下运转的,转速极高(高达200000r/min,使用的轴承为非接触式磁轴承。据称,飞轮电池比能量可达150W·h/kg,比功率达5000-10000W/kg,使用寿命长达25年,可供电动汽车行驶500万公里。美国飞轮系统公司已用最新研制的飞轮电池成功地把一辆克莱斯勒LHS轿车改成电动轿车,一次充电可行驶600km,由静止到96km/h加速时间为6.5秒。

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  飞轮电池的应用领域

  由于技术和材料价格的限制,飞轮电池的价格相对较高,在小型场合还无法体现其优势。但在下列一些需大型储能装置的场合,使用化学电池的价格也非常昂贵,飞轮电池已得到逐步应用。

  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。

  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。

  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。

  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。

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  飞轮电池为什么不量产

  飞轮电池在汽车上的应用主要包括辅助储能装置和主要储能装置。用作汽车的辅助储能装置时,在车辆起步、加速和爬坡时,飞轮电池可以提高电动汽车的动力性,协助蓄电池供电和延长其使用寿命;制动时也可以很好地回收能量。而用作主要储能装置的飞轮电池也是行业研究热点之一,美国飞轮公司研制的飞轮电池汽车由0-96千米/小时仅需6.5s加速时间,续航里程高达600千米。

  尽管飞轮电池在新能源汽车的应用上具有显著的优势,但现阶段仍未得以大规模应用。首先,飞轮电池的比能量比较低,因此飞轮电池不能替代蓄电池成为电动汽车主要的储能装置;其次,由于飞轮电池是靠高速旋转的飞轮存储能量,当飞轮出现破裂等意外时,其释放能量的方式不可控,因此带来了安全问题;另外,与蓄电池相比,飞轮储能的技术还不够成熟;此外,飞轮电池的成本较高,这也影响力其市场竞争力。

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( 发表人:姚远香 )

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