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标题: 转－电动汽车用动力电池新方向"飞轮储能" [打印本页]

作者: 电容车 时间: 2009-6-1 21:14
标题: 转－电动汽车用动力电池新方向"飞轮储能"
使用化学电池的电动汽车目前已试验过几十年，但至今尚末进入实用阶段。太阳能、风能、潮夕能、海浪能，都存在储存问题，目前主要靠化学电池，但受到化学蓄电池寿命及效率的制约，至今尚不能广泛应用。以上诸多问题，促使人们寻求一种效率高、寿命长、储能多、使用方便，而且无污染的绿色储能装置。出乎意料，古老的“飞轮”变成了首选对象。

“飞轮”这一储能元件，已被人们利用了数千年，从古老的纺车，到工业革命时的蒸汽机，以往主要是利用它的惯性来均衡转速和闯过“死点”，由于它们的工作周期都很短，每旋转一周时间不足一秒钟，在这样短的时间内，飞轮的能耗是可以忽略的。现在想利用飞轮来均衡周期长达12～24小时的能量，飞轮本身的能耗就变得非常突出了。能耗主要来自轴承摩擦和空气阻力。人们曾通过改变轴承结构，如变滑动轴承为滚动轴承、液体动压轴承、气体动压轴承等来减小轴承摩擦力，通过抽真空的办法来减小空气阻力，轴承摩擦系数已小到10-3。即使如此微小，飞轮所储的能量在一天之内仍有25％被损失，仍不能满足高效储能的要求。再一个问题是常规的飞轮是由钢（或铸铁）制成的，储能有限。例如，欲使一个发电力为100万千瓦的电厂均衡发电，储能轮需用钢材150万吨！另外要完成电能机械能的转换，还需要一套复杂的电力电子装置，因而飞轮储能方法一直未能得到广泛的应用。

　　近年来，飞轮储能技术取得突破性进展是基于下述三项技术的飞速发展：一是高能永磁及高温超导技术的出现；二是高强纤维复合材料的问世；三是电力电子技术的飞速发展。为进一步减少轴承损耗，人们曾梦想去掉轴承，用磁铁将转子悬浮起来，但试验结果是一次次失败。后来被一位英国学者从理论上阐明物体不可能被永磁全悬浮（Earnshaw定理），颇使试验者心灰意冷。出乎意料的是物体全悬浮之梦却在超导技术中得以实现，真像是大自然对探索者的慰藉。

　　超导磁悬浮原理是这样的：当我们将一块永磁体的一个极对准超导体，并接近超导体时，超导体上便产生了感应电流。该电流产生的磁场刚好与永磁的磁场相反，于是二者便产生了斥力。由于超导体的电阻为零，感生电流强度将维持不变。若永磁体沿垂直方向接近超导体，永磁体将悬空停在自身重量等于斥力的位置上，而且对上下左右的干扰都产生抗力，干扰力消除后仍能回到原来位置，从而形成稳定的磁悬浮。若将下面的超导体换成永磁体，则两永磁体之间在水平方向也产生斥力，故永磁悬浮是不稳定的。

　　利用超导这一特性，我们可以把具有一定质量的飞轮放在永磁体上边，飞轮兼作电机转子。当给电机充电时，飞轮增速储能，变电能为机械能；飞轮降速时放能，变机械能为电能。图1是储能飞轮装置的示意图，图中超导体是由钡钇铜合金制成，并用液氮冷却至77K，飞轮腔抽至10-8托的真空度（托为真空度单位，1Torr（托）＝133.332Pa），这种飞轮能耗极小，每天仅耗掉储能的2％。

　　　

　　

　　质量，v是速度。由于飞轮上各点的速度是不一样的，所以它的动能也可表达为：

　　式中∑是“求和”的表示，mi是轮上各点的质量，vi是轮上各点的速度。由上式可知，飞轮储能大小除与飞轮的质量（重量）有关外，还与飞轮上各点的速度有关，而且是平方的关系。因此提高飞轮的速度（转速）比增加质量更有效。但飞轮的转速受飞轮本身材料限制。转速过高，飞轮可能被强大的离心力撕裂。故采用高强度、低密度的高强复合纤维飞轮，能储存更多的能量。目前选用的碳纤维复合材料，其轮缘线速度可达1000米／秒，比子弹速度还要高。正是由于高强复合材料的问世，飞轮储能才进入实用阶段。

　　下面介绍一下国外飞轮储能的进展情况。
　　1994年，美国阿贡（ANL）国家实验室用碳纤维试制一个储能飞轮：直径38厘米，质量为 11千克，采用超导磁悬浮，飞轮线速度达1000米／秒。它储的能量可将10个100瓦灯泡点燃2～5小时。该实验室目前正在开发储能为50千瓦小时的储能轮，最终目标是使其储能达5000千瓦小时的储能飞轮。一个发电功率为100万千瓦的电厂，约需这样的储能轮200个。

　　1992年美国飞轮系统公司（AFS）开发了一种用于汽车上的机-电电池（EMB），每个“电池”长18厘米，直径23厘米，质量为23千克。电池的核心是一个以20万转／分旋转的碳纤飞轮，每个电池储能为1千瓦小时，它们将12个“电池”放在IMPACT轿车上，能使该车以100千米／小时的速度行驶480千米。机-电电池共重273千克，若采用铅酸电池，则共重396千克。机-电电池所储的能量为铅酸电池的2.5倍，使用寿命是铅酸电池的8 倍，且它的“比功率”（即爆发力）极高，是铅酸电池的25倍，是汽油发动机的10倍，它可将该车在8秒钟内由静止加速至100千米／小时。

　　日本曾利用飞轮“比功率”高的特性设计了一个引发可控热核聚变的装置，如图2所示。该装置的飞轮直径达6.45米，高1米，重255吨。它所储存的能量与挂有150个车厢的列车以100千米／小时的速度行驶时所具有的能量相当。故将这些能量在极短时间释放出来足以引发核聚变。

　　我国对飞轮的研究，始于1993年，在理论分析及模型试验方面也已取得不小的进展。以飞轮作储能装置，其可行性目前已无人怀疑。大规模的工业应用虽然还存在不少技术问题需要解决，但这只是时间问题。

　　21，22世纪，太阳能（包括其派生的风能、浪能）可能变为唯一允许使用的能源，再辅以飞轮储能，太阳能电厂即可提供全天候的能源，这时，也只有这时，地球村的天空才会变得蔚蓝，水才会清莹，人类“绿色能源”之梦才会彻底实现。

飞轮电池是90年代才提出的新概念电池，它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。高技术型的飞轮用于储存电能，就很像标准电池。
飞轮电池中有一个电机，充电时该电机以电动机形式运转，在外电源的驱动下，电机带动飞轮高速旋转，即用电给飞轮电池“充电”增加了飞轮的转速从而增大其功能；

放电时，电机则以发电机状态运转，在飞轮的带动下对外输出电能，完成机械能(动能)到电能的转换。
当飞轮电池输出电的时，飞轮转速逐渐下降，飞轮电他的飞轮是在真空环境下运转的，转速极高(高达200000r/min)，使用的轴承为非接触式磁轴承。
据称，飞轮电池比能呈可达150W·h／kg，比功率达5000-10000W／kg，使用寿命长达25年，可供电动汽车行驶500万公里。
　　
国外已经商品化了的飞轮电池
这是一只150WH飞轮电池的照片。
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目前的产品规格有：
FLB-E 150 Wh
FLB-E 500 Wh
HB -B 2.5 kwh
FLC-B 25 kwh
FLB-D 200 kwh

什么，想看看里面的结构？
好吧。。。。。。
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飞轮电池原理图飞轮储能技术是一种新兴的电能存储技术，它与超导储能技术、燃料电池技术等一样，都是近年来出现的有很大发展前景的储能技术。虽然目前化学电池储能技术已经发展得非常成熟，但是，化学电池储能技术存在着诸如充放电次数的限制、对环境的污染严重以及对工作温度要求高等问题。这样就使新兴的储能技术越来越受到人们的重视。尤其是飞轮储能技术，已经开始越来越广泛地应用于国内外的许多行业中。

作者: sheji 时间: 2009-6-2 00:20
又一个高危产品。
动态环境可别指望用上它，使用它还得有一套安置设备，一般情况用不起。

作者: 690142876 时间: 2009-6-2 19:33
性价比？？？？？？简易不如电池，性价比不如抽水。

作者: supuser 时间: 2009-6-3 12:26
可以当陀螺仪了。

作者: hema 时间: 2009-6-3 14:54
压缩空气储能不更好，简单容易维护。期待压缩空气发动机上市

作者: sheji 时间: 2009-6-14 07:07
我很看好压缩空气，很适应国情的一种动力方式，就等待配套产业的发展了。

作者: kavanagao 时间: 2009-6-14 18:46
本帖最后由 kavanagao 于 2009-6-14 18:51 编辑

压缩空气比能量还不如NIMH
飞轮比能不如锂。而且危险

作者: diandongchemi 时间: 2009-6-14 21:04
这么小的东西，感觉力量挺大的。太有潜力了

作者: 长袖善舞 时间: 2009-6-19 08:05
如果在动态环境中使用，是否还需要一个陀螺仪来保证它的稳定。那这样结构是不是太复杂了。如果用于静态的发电站，却实是一个好的方法。

作者: sheji 时间: 2009-6-19 13:18

如果在动态环境中使用，是否还需要一个陀螺仪来保证它的稳定。那这样结构是不是太复杂了。如果用于静态的发电站，却实是一个好的方法。
长袖善舞发表于 2009-6-19 08:05

这正是困难的关键。而且还有别的，都会大增使用成本。

作者: 医生 时间: 2009-11-27 12:50
名人老了那叫鹤发童颜凡人呢就只能叫老顽童。。。。。。高！！！
事物总是一分为二，有好的一面，一有坏的一面，能前进就是好东西

作者: fsx19783 时间: 2009-11-28 19:48
超级永久性“容电堆”　将完全淘汰锂电池　！

http://club.battery.com.cn/wap/showtopic-71193.html　产品价格只有锂离子电池的1/5 、比铅酸电池价格还低且永久性使用　！

作者: sheji 时间: 2009-11-29 06:07
怎么没有人想用飞轮电池的飞轮部分直接变速后用于驱动车轮呢？还要发电不是多此一举吗？哈哈

不如在月亮上找一个支点拉根绳子下来就什么都解决了。

作者: 电容车 时间: 2009-11-29 09:51
[quote]怎么没有人想用飞轮电池的飞轮部分直接变速后用于驱动车轮呢？还要发电不是多此一举吗？哈哈

不如在月亮上找一个支点拉根绳子下来就什么都解决了。

不用电，你有什么办法让飞轮先高速转动？

作者: zytong2008 时间: 2009-11-29 22:35
有这家伙在车上我怕颠簸的稍微厉害就有翻车的可能呀！！！

作者: sheji 时间: 2009-11-30 01:59

怎么没有人想用飞轮电池的飞轮部分直接变速后用于驱动车轮呢？还要发电不是多此一举吗？哈哈

不如在月亮上找一个支点拉根绳子下来就什么都解决了。

不用电，你有什么办法让飞轮先高速转动？
电容车发表于 2009-11-29 09:51

那你用电怎么能够使它高速转动的？它是个飞轮还是个电动机啊？

你能让它转动起来，这只是储能。这个能也不是电能。利用它也可以不用电能的方式。

作者: kavanagao 时间: 2009-11-30 10:43
本帖最后由 kavanagao 于 2009-11-30 11:02 编辑

13# sheji

高速离合器很难搞的，20万转变几百转，这机械变速器也太变态了，效率低。

TB上三元锂电已有250WH/KG。飞轮落后很多了，才150

作者: sheji 时间: 2009-11-30 14:55
是的。
但若果是非接触式传动外加低速离合器就没问题了。

作者: zmg666666 时间: 2010-6-25 08:50
顶

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