摘要：本文將對(duì)飛輪電池及其優(yōu)勢(shì)進(jìn)行介紹，并對(duì)其核心技術(shù)和發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行闡述，同時(shí)也對(duì)其當(dāng)前未得以廣泛使用的原因進(jìn)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(dòng)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(shí)，也在探索其他綠色儲(chǔ)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(shì)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(gè)世紀(jì)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(chǔ)存能量。它通常包括電動(dòng)發(fā)電機(jī)、軸承、飛輪、真空容器、動(dòng)力軸以及電力電子設(shè)備等。電動(dòng)機(jī)與發(fā)電機(jī)通過飛輪與軸承來進(jìn)行連接，并都通過同一臺(tái)電動(dòng)發(fā)電機(jī)來實(shí)現(xiàn)工作，通過電動(dòng)機(jī)，外界輸送的電能被轉(zhuǎn)化為飛輪的動(dòng)能而儲(chǔ)備起來，并通過發(fā)電機(jī)將飛輪的動(dòng)能轉(zhuǎn)化電能來實(shí)現(xiàn)對(duì)外輸送能量的目的。通常情況下，飛輪和電動(dòng)機(jī)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(shì)：一方面，飛輪電池瞬時(shí)功率高且儲(chǔ)能密度大;另一方面，飛輪電池不存在過度充、放電，其實(shí)質(zhì)是把飛輪機(jī)械功與電能進(jìn)行轉(zhuǎn)換，因此，其能量轉(zhuǎn)換效率也更高，儲(chǔ)能密度也不會(huì)受到影響;另外，和化學(xué)電池相較而言，飛輪電池的充電時(shí)間更短;此外，飛輪電池使用壽命通常可達(dá)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(chǔ)能裝置相關(guān)性能的比較。

　　表1 儲(chǔ)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(jī)械、力學(xué)、電機(jī)、電子等多個(gè)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(dòng)力學(xué)技術(shù)、電機(jī)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(dòng)力電池技術(shù))

　　飛輪電池技術(shù)在過去的十幾年里進(jìn)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(dá)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(dòng)汽車，該結(jié)構(gòu)具有較高的系統(tǒng)穩(wěn)定性和儲(chǔ)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(shí)驗(yàn)室合作了超導(dǎo)磁力軸承(SMB)的飛輪儲(chǔ)能試驗(yàn)則創(chuàng)造了世界紀(jì)錄，當(dāng)轉(zhuǎn)子質(zhì)量為0.32kg時(shí)，SMB的摩擦系數(shù)只有30×10^-7。電機(jī)方面，馬里蘭大學(xué)設(shè)計(jì)了磁芯纏繞、磁鐵材料和磁芯疊片，使得電機(jī)總效率達(dá)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(shí)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(fēng)阻損失的真空容器，也基本能達(dá)到10^-5Pa量級(jí)。

　　飛輪電池在新能源汽車上的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)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(chǔ)能裝置和主要儲(chǔ)能裝置。用作汽車的輔助儲(chǔ)能裝置時(shí)，在車輛起步、加速和爬坡時(shí)，飛輪電池可以提高電動(dòng)汽車的動(dòng)力性，協(xié)助蓄電池供電和延長其使用壽命;制動(dòng)時(shí)也可以很好地回收能量。而用作主要儲(chǔ)能裝置的飛輪電池也是行業(yè)研究熱點(diǎn)之一，美國飛輪公司研制的飛輪電池汽車由0-96千米/小時(shí)僅需6.5s加速時(shí)間，續(xù)航里程高達(dá)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(shì)，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(dòng)汽車主要的儲(chǔ)能裝置;其次，由于飛輪電池是靠高速旋轉(zhuǎn)的飛輪存儲(chǔ)能量，當(dāng)飛輪出現(xiàn)破裂等意外時(shí)，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(chǔ)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(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

　　結(jié)語

　　盡管飛輪電池具有瞬時(shí)功率高、儲(chǔ)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(shì)，但由于安全隱患、軸承技術(shù)、儲(chǔ)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(dòng)力裝置。隨著石油資源緊缺及環(huán)境污染問題的日益嚴(yán)重，飛輪電池極有可能在汽車動(dòng)力裝置中占據(jù)更加重要的地位。