飞轮电池,飞轮电池由什么组成…

文/田忠朝

大家应该见过拖拉机的单缸发动机，侧面都有一个大大的铁盘子，这个就是飞轮，可以利用高速旋转的惯性能量稳定发动机转速，获得平稳动力输出。

但如今有人想把这个大飞轮用在电动车上，当然，作用不是稳定动力输出，而是看中了它的储能特性。

有外媒报道，伦敦大学城市学院与Dynamic Boosting Systems公司合作研发了一项飞轮储能装置，即飞轮电池，可以为电动车供电。

你可以把它理解为这就是一个机械电池

简单来说就是通过电动/发电互逆式双向电机，以物理的方式实现电能与飞轮机械动能之间的相互转换和储存。而我们常说的锂电池属于化学电池，将化学能与电能相互转化。

它的结构也不算复杂，典型的飞轮储能系统由飞轮本体、轴承、双向电机、电力转换器和真空室5个主要组件构成。

飞轮本体是飞轮储能系统的核心部件，作用是力求提高转子的极限角速度，减轻转子重量，最大限度地增加飞轮储能系统的储能量，多采用碳素纤维材料制作。

双向电机在储能时作为电动机运行，由外界回收能量驱动，加速飞轮旋转，此时电能转化为动能；在释能时，电机又转变为发电机，飞轮带动电机发电，向驱动电机供电，完成机械能向电能转化，在这个过程中飞轮转速会不断下降。

电力转换器是为了提高飞轮储能系统的灵活性和可控性，并将输出电能通过调频、整流或恒压等变换为满足负荷供电要求的电能。

真空室的主要作用是提供真空环境，降低飞轮旋转时的风阻损耗。

轴承的性能直接影响飞轮储能系统的可靠性、效率和寿命。飞轮储能系统多采用磁悬浮系统，减少电机转子旋转时的摩擦，降低机械损耗，提高储能效率。

听起来好像很新奇，但其实这项技术早在上世纪八十年代初就已经出现了，当时瑞士Oerlikon工程公司，成功研制出了一辆完全由飞轮驱动的公共汽车。

你可能会好奇，飞轮电池的功率有多大？

在2007年保时捷也曾研究过飞轮电池，并在2009年将这一技术用在了勒芒911 GT3 RHybrid赛车上，当时副驾驶座椅下面安装了一套飞轮储能系统，它的重量才103磅（约46.7kg）。

在全速下，飞轮的转速可以接近4,0000rpm ，16英寸直径的飞轮可以提供0.2kWh的能量。不要看它容量很小，但功率很大，它可以提供163马力（约120kW）长达6秒的功率输出，而且可以频繁的快速充放电，这为当时的911赢得了不少比赛时间。

因为正常情况下，赛车在激烈驾驶中急加速或急减速都会有极大的功率输入或输出，而大功率对化学电池寿命都有极大的损伤，据说在一场24小时的纽伯格林比赛中，电池就要更换三次。

而采用飞轮电池则无需换电池，在无需维护的情况下能够使用25年，反复充放电100万次也不会出现损耗。而且可以说它几乎没有功率限制，类似超级电容，可以快速充放电。

另外飞轮电池吸收刹车动能的效果也优于化学电池，比如一般车辆减速度只有0.3g，而飞轮电池能让赛车减速度达到1g，从而减少制动片磨损，同时还能提升25%的燃油效率。一般一场拉力赛普通车型要换2-3此刹车片，而飞轮电池车型只需更换一次。

这些减少的更换次数都可以为比赛赢得大量时间。后来在保时捷918概念车上，也出现过飞轮储能系统，可以为前桥两个电机提供2×75kW的额外动力。

可以说飞轮电池在技术上，性能指标上，安全性上，都很适合汽车使用，但为什么没有发展起来呢？

还是因为它性价比低，虽然功率大，但容量难以提升，所以不适合用于跑里程的电动车，只适合用于需要大功率的车型，例如跑车、卡车等。

事实上，考虑到飞轮储能量大，储能密度高，充电快捷，充放电次数无限，国外不少科研机构已将飞轮储能引入风力发电系统，即：风力发电机组+内燃机组+飞轮储能。

例如美国的Vista Tech Engineering，将飞轮引入到风力发电系统，实现全程调峰，飞轮机组的发电功率达到300kW，大容量储能飞轮的储能为277kW/h。

而随着复合材料、磁支撑、动发一体机和多学科优化设计技术的不断进步，飞轮储能容量或许能进一步提升，应用于汽车行业前景依然广阔。