飞轮电池的概念起源于上世纪70年代早期，最初只是想将其应用在电动汽车上，但限于当时的技术水平，并没有得到发展。直到上世纪90年代由于电路拓扑思想的发展，碳纤维材料的广泛应用，以及全世界范围对污染的重视，这种新型电池又得到了高速发展，并且伴随着磁轴承技术的发展，这种电池显示出更加广阔的应用前景，现正迅速地从实验室走向社会。欧美国家已出现实用化产品，而我国在这方面的研究才刚刚起步。飞轮电池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。

1 飞轮电池的结构和工作原理
1.1飞轮电池的结构
    飞轮电池是一种典型的机电一体化装置，由飞轮电池本体、电力电子装置及控制器三部分组成（图1）。如图2所示，飞轮电池本体主要由飞轮、集成电动机（电动机-发电机集成为一体）、真空容器、磁悬浮轴承四大部分组成。为使真空容器密封良好，飞轮电池本体仅通过三根导线与外部的控制系统相连接。飞轮电池本体中的磁悬浮轴承和集成电动机均需通过控制器对电力电子装置的控制来保证飞轮电池正常工作，以及发挥其使用性能。为了减轻飞轮电池的重量及提高飞轮的强度，飞轮的转子可以采用碳纤维材料；电动机采用电动／发电于一体的集成电动机，可以减小飞轮电池的体积和重量；轴承采用磁悬浮轴承可以减少高速旋转情况下机械零件间的摩擦损耗；将整体系统置于真空中的目的是为了减少飞轮高速旋转情况下产生的风阻损耗。

1.2飞轮电池的工作原理
    飞轮电池分为充电、能量保持和放电三种工作状态。飞轮电池能量的存储是靠飞轮的惯性来实现的，若飞轮运行于理想状态，没有任何阻力损耗，能量将全部被保存并释放出来。飞轮电池的储能能力取决于飞轮的转动惯量和转速，而提高转速能够使飞轮电池的储能能力得到更大的提高。

    图3所示是飞轮电池原理的示意图，飞轮电池的工作过程是：电力电子装置在控制器的作用下，飞轮电池中的集成电动机在外部电源的驱动下，以电动机形式运转，电动机带动飞轮高速旋转，飞轮完成储存动能的过程，即用电给飞轮电池“充电”，之后飞轮以较低的损耗处于能量保持状态，直到当汽车负载需要能量时，飞轮带动集成电动机旋转，集成电动机以发电机的形式旋转，将动能转化为电能，对外输出电能，完成机械能（动能）到电能的转换，并通过电力电子装置将电能转换成汽车各种负载所需的电压来驱动负载工作。当飞轮电池发电时，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20万r/min，使用的轴承为非接触式磁悬浮轴承）。飞轮电池充放电工作过程如图4所示。

2飞轮电池与其他电池的比较
    目前使用最多、最广泛的储能电池无疑是化学电池，它将电能转变为化学能储存，再转化为电能输出，它价格低廉，技术成熟，但污染严重，效率低下，充电时间长，使用时间短，使用过程中电能不易控制。另一储能电池是超导电池，它把电能转化为磁能储存在超导线圈的磁场中，由于超导状态下线圈没有电阻，所以能量损耗非常小，效率也高，对环境污染也小。但由于超导状态是线圈处于极低温度下才能实现的，维持线圈处于超导状态所需要的低温需耗费大量能源，而且维持装置过大，不易小型化，所以市场前景不好。被誉为改变未来世界的十大科技之首的燃料电池，是一种将燃料的化学能转化为电能的装置，它由燃料、氧化剂、电极、电解液等组成。燃料一般采用氢，而电极只用作化学反应的场所并不参与化学反应，所以这种装置质量轻、无污染、不用充电、工作可靠、寿命长。然而它是通过不断补充燃料来维持能量供应的，所以它需要不断进行维护，这也就决定了其应用范围必然不会很广，不过它在汽车和电力工业中却备受青睐。

    飞轮电池兼顾了化学电池、燃料电池和超导电池等储能装置的诸多优点，主要表现在如下几个方面。

    （1）能量密度高。储能密度可达100 Wh/kg-200 Wh/kg，比功率可达5 000 W/kg ～10000 W/kg。
    （2）能量转换效率高。工作效率高达90%。
    （3）体积小、重量轻。飞轮直径约为20 cm多，总质量在10 kg多。
    （4）工作温度范围宽。对环境温度没有严格要求。
    （5）使用寿命长。不受重复深度放电影响，能够循环几百万次运行，预期寿命长达25年，可供电动汽车行驶500万km。
    （6）低损耗、低维护。磁悬浮轴承和真空环境使机械损耗可以被忽略，系统维护周期长。
    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600 km，由静止到96 km/h加速时间为65 s。