摘要：本文將對飛輪電池及其優(yōu)勢進行介紹，并對其核心技術(shù)和發(fā)展現(xiàn)狀進行闡述，同時也對其當前未得以廣泛使用的原因進行整理與分析，為新能源汽車電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供參考。

　　由于蓄電池大電流充放電能力、壽命及效率方面等存在的不足，至今尚有許多問題需要解決，這制約了電動汽車的迅速發(fā)展。因此，行業(yè)在研究高能量蓄電池的同時，也在探索其他綠色儲能裝置。其中，飛輪電池發(fā)展較快，并在各類汽車上得到了成功的應(yīng)用。

　　飛輪電池優(yōu)勢顯著 已成為新能源汽車電池行業(yè)的重要發(fā)展方向

　　飛輪電池起源于上個世紀九十年代，和傳統(tǒng)的化學(xué)能電池有所區(qū)別，飛輪電池采用物理方法儲存能量。它通常包括電動發(fā)電機、軸承、飛輪、真空容器、動力軸以及電力電子設(shè)備等。電動機與發(fā)電機通過飛輪與軸承來進行連接，并都通過同一臺電動發(fā)電機來實現(xiàn)工作，通過電動機，外界輸送的電能被轉(zhuǎn)化為飛輪的動能而儲備起來，并通過發(fā)電機將飛輪的動能轉(zhuǎn)化電能來實現(xiàn)對外輸送能量的目的。通常情況下，飛輪和電動機等構(gòu)件均被置于密封的真空容器中來降低空氣阻力和能量消耗。

　　飛輪電池相比于化學(xué)電池而言，具備許多顯著的優(yōu)勢：一方面，飛輪電池瞬時功率高且儲能密度大;另一方面，飛輪電池不存在過度充、放電，其實質(zhì)是把飛輪機械功與電能進行轉(zhuǎn)換，因此，其能量轉(zhuǎn)換效率也更高，儲能密度也不會受到影響;另外，和化學(xué)電池相較而言，飛輪電池的充電時間更短;此外，飛輪電池使用壽命通常可達20年，比化學(xué)電池更長。飛輪電池已經(jīng)成為新能源汽車電池行業(yè)的重要發(fā)展方向。表1為儲能裝置相關(guān)性能的比較。

　　表1 儲能裝置相關(guān)性能的比較

　　(資料來源：中國知網(wǎng))

　　近年來飛輪電池技術(shù)發(fā)展迅速

　　飛輪電池的研究跨越了材料、機械、力學(xué)、電機、電子等多個學(xué)科，其關(guān)鍵技術(shù)主要包括飛輪的結(jié)構(gòu)與制造工藝、軸承支撐技術(shù)、高速轉(zhuǎn)子動力學(xué)技術(shù)、電機及能量轉(zhuǎn)換技術(shù)以及真空密封技術(shù)五大板塊。表2為飛輪電池的關(guān)鍵技術(shù)。

　　表2 飛輪電池的關(guān)鍵技術(shù)

　　(資料來源：新能源汽車動力電池技術(shù))

　　飛輪電池技術(shù)在過去的十幾年里進步非常迅速。首先是飛輪本體，美國LLNL開發(fā)出的超高速飛輪最高轉(zhuǎn)速可達60000r/min，伊朗Shiraz大學(xué)研制的帶式可變慣量飛輪已經(jīng)應(yīng)用于電動汽車，該結(jié)構(gòu)具有較高的系統(tǒng)穩(wěn)定性和儲能效率。而就軸承而言，美國愛迪生電力公司與阿貢(ANL)國家實驗室合作了超導(dǎo)磁力軸承(SMB)的飛輪儲能試驗則創(chuàng)造了世界紀錄，當轉(zhuǎn)子質(zhì)量為0.32kg時，SMB的摩擦系數(shù)只有30×10^-7。電機方面，馬里蘭大學(xué)設(shè)計了磁芯纏繞、磁鐵材料和磁芯疊片，使得電機總效率達到了94%。另外，在輸入/輸出電路方面，美國Beacon公司已經(jīng)可以實現(xiàn)直流母線到三相變頻交流的雙休能量轉(zhuǎn)換。而現(xiàn)階段，給飛輪系統(tǒng)提供真空環(huán)境來降低風阻損失的真空容器，也基本能達到10^-5Pa量級。

　　飛輪電池在新能源汽車上的應(yīng)用優(yōu)勢顯著 但仍未大規(guī)模應(yīng)用

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

　　盡管飛輪電池在新能源汽車的應(yīng)用上具有顯著的優(yōu)勢，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汽車主要的儲能裝置;其次，由于飛輪電池是靠高速旋轉(zhuǎn)的飛輪存儲能量，當飛輪出現(xiàn)破裂等意外時，其釋放能量的方式不可控，因此帶來了安全問題;另外，與蓄電池相比，飛輪儲能的技術(shù)還不夠成熟;此外，飛輪電池的成本較高，這也影響力其市場競爭力。

　　結(jié)語

　　盡管飛輪電池具有瞬時功率高、儲能密度大、使用壽命長、能量轉(zhuǎn)換效率高、不存在過度充放電等顯著優(yōu)勢，但由于安全隱患、軸承技術(shù)、儲能功率有限等問題尚未得以大規(guī)模推廣，但仍是一類充滿前景的汽車動力裝置。隨著石油資源緊缺及環(huán)境污染問題的日益嚴重，飛輪電池極有可能在汽車動力裝置中占據(jù)更加重要的地位。