四、飞轮电池
    1．飞轮电池结构与原理
    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，如图43所示。如图44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；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。



    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。
    飞轮电池原理如图45（a）所示，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（高达每分钟20万转，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45（b）所示。

    飞轮电池储能密度可达100~200W·h/kg，比功率可达5000~10000 W/kg，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500万千米。
    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96kW·h加速时间为65s。

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