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标题: 飞轮电池---真的很厉害 [打印本页]

作者: zmg666666 时间: 2009-10-21 21:17
标题: 飞轮电池---真的很厉害
编辑词条飞轮电池　　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。当飞轮电池公出电的时，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。美国飞轮系统公司已用最新研制的飞轮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，由到96km/h加速时间为6.5秒。
　　飞轮储能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。现在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。
　　一、何谓飞轮储能电池
　　飞轮储能电池系统包括三个核心部分：一个飞轮，电动机—发电机和电力电子变换装置。
　　电力电子变换装置从外部输入电能驱动电动机旋转，电动机带动飞轮旋转，飞轮储存动能（机械能），当外部负载需要能量时，用飞轮带动发电机旋转，将动能转化为电能，再通过电力电子变换装置变成负载所需要的各种频率、电压等级的电能，以满足不同的需求。由于输入、输出是彼此独立的，设计时常将电动机和发电机用一台电机来实现，输入输出变换器也合并成一个，这样就可以大大减少系统的大小和重量。同时由于在实际工作中，飞轮的转速可达40000～50000r/min，一般金属制成的飞轮无法承受这样高的转速，所以飞轮一般都采用碳纤维制成，既轻又强，进一步减少了整个系统的重量，同时，为了减少充放电过程中的能量损耗（主要是摩擦力损耗），电机和飞轮都使用磁轴承，使其悬浮，以减少机械摩擦；同时将飞轮和电机放置在真空容器中，以减少空气摩擦。这样飞轮电池的净效率（输入输出）达95％左右。
　　实际使用的飞轮装置中，主要包括以下部件：飞轮、轴、轴承、电机、真空容器和电力电子变换器。飞轮是整个电池装置的核心部件，它直接决定了整个装置的储能多少，它储存的能量由公式E=jw^2决定。式中j为飞轮的转动惯量，与飞轮的形状和重量有关；为飞轮的旋转角速度。
　　电力电子变换器通常是由MOSFET 和IGBT组成的双向逆变器，它们的原理不再叙述，它们决定了飞轮装置能量输入输出量的大小。
　　二、飞轮电池与其它电池的比较
　　现在，使用最多最广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，用电时间短，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，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，所以家用市场前景不强。
　　飞轮电池则兼顾了两者的优点，虽然近阶段的价格较高，但伴随着技术的进步，必将有一个非常广阔的前景。下面通过表—1来具体比较三者的优缺点。
　　表—1 三种电池性能比较
　　化学电池飞轮电池超导电池
　　储能方式化学能机械能电磁能
　　使用寿命 3～5 ＞20 ～20
　　技术成熟验证验证
　　温度范围限制不限不限
　　相对尺寸（同功率）大最小中间
　　储能密度小大大
　　放能深度浅深深
　　价格低高较高
　　环境影响污染无污染无污染
　　三、飞轮电池的应用场合及现状
　　由于技术和材料价格的限制，飞轮电池的价格相对较高，在小型场合还无法体现其优势。但在下列一些需大型储能装置的场合，使用化学电池的价格也非常昂贵，飞轮电池已得到逐步应用。
　　1、太空包括人造卫星、飞船、空间站，飞轮电池一次充电可以提供同重量化学电池两倍的功率，同负载的使用时间为化学电池的3～10倍。同时，因为它的转速是可测可控的，故可以随时查看电能的多少。美国太空总署已在空间站安装了48个飞轮电池，联合在一起可提供超过150KW的电能。据估计相比化学电池，可节约200万美元左右。
　　2、交通运输包括火车和汽车，这种车辆采用内燃机和电机混合推动，飞轮电池充电快，放电完全，非常适合应用于混合能量推动的车辆中。车辆在正常行使时和刹车制动时，给飞轮电池充电，飞轮电池则在加速或爬坡时，给车辆提供动力，保证车辆运行在一种平稳、最优的状态下的转速，可减少燃料消耗，空气和噪声污染，发动机的维护，延长发动机的寿命。美国TEXAS大学已研制出一汽车用飞轮电池，电池在车辆需要时，可提供150KW的能量，能加速满载车辆到100Km/h。在火车方面，德国西门子公司已研制出长1.5m，宽0.75m的飞轮电池，可提供3MW的功率，同时，可储存30%的刹车能。
　　3、不间断电源飞轮电池可提供高可靠的稳定电源，可提供几秒到几分钟的电能，这段时间足已保证工厂进行电源切换。德国GmbH 公司制造了一种使用飞轮电池的UPS，在5s内可提供或吸收5MW的电能。
　　4、军用战斗车辆美国国防部预测未来的战斗车辆在通信、武器和防护系统等方面都广泛需要电能，飞轮电池由于其快速的充放电，独立而稳定的能量输出，重量轻，能使车辆工作处于最优状态，减少车辆的噪声（战斗中非常重要），提高车辆的加速性能等优点，已成为美国军方首要考虑的储能装置。
　　作为一种新兴的储能方式，飞轮电池所拥有传统化学电池无法比拟的优点已被人们广泛认同，它非常符合未来储能技术的发展方向。目前，飞轮电池除了上面介绍的应用领域以外，也正在向小型化、低廉化的方向发展。现在，最可能出现的是手机电池。可以预见，伴随着技术和材料学的进步，飞轮电池将在未来的各行各业中发挥重要的作用。

作者: 活宝小明儿 时间: 2009-10-21 21:18

作者: konglingqing 时间: 2009-10-21 23:04
效率做高不容易

作者: xlz8 时间: 2009-10-21 23:59

...........

作者: 信阳得康 时间: 2009-10-22 10:06

作者: zmg666666 时间: 2009-10-22 10:20
核心技术是那个高速飞轮，其它的都已经解决了，此飞轮最难的地方是保证各个点的质量要完全一致，否则就会强烈震动导致解体。目前的理想环境只有2个，1是太空中成型，2是在地球上建造一个高“烟囱”，把内部抽真空，然后做自由落体运动，在下落期间固化飞轮。其难度和耗资都是不能接受的。

飞轮电池效率应该是很高的，充电效率和放电效率一样高，理论上就只有线圈的铜损，从输入到输出总效率95％燃油汽车只有17%左右。电动车放电效率也比燃油汽车高几倍。

作者: zotefg 时间: 2009-10-22 13:38
高速旋转的东西产生很大的惯性质量，如果装到汽车上，会不会给转向带来极大地困难？

作者: franklee 时间: 2009-10-22 14:53
真值得期待。

作者: 江苏香樟 时间: 2009-10-22 20:44

作者: konglingqing 时间: 2009-10-23 12:08

高速旋转的东西产生很大的惯性质量，如果装到汽车上，会不会给转向带来极大地困难？
zotefg 发表于 2009-10-22 13:38

水平面旋转，万向支撑。

作者: zmg666666 时间: 2009-10-25 14:50
转：超导汽车：彻底终结石油时代
http://blog.icxo.com/read.jsp?aid=46198&uid=13371
——超导汽车

这种汽车利用超导磁悬浮的原理，将飞轮悬空，并置于真空容器中，然后用超导电机带动飞轮高速旋转，将电能高效地转化为动能，并且无损耗地储存起来（每天损耗1%左右，跟充电电池的损耗率接近），使用时再用飞轮带动超导电机发电，把飞轮的动能转化电能，然后用电去驱动汽车。

相比上述各种汽车，超导汽车具有高度环保、无噪音、无发热、能量转换率很高、寿命长、充电量大（因而行驶距离长），功率也大（比普通的汽车内燃机要大好几倍，因而加速性能好）、充电时间短、体积小、重量轻、维护保养简单等多方面的突出优势，未来必将成为主流汽车。

目前美国已经生产出超导汽车的样车，各项技术指标均优于其他电动汽车，甚至优于传统汽车。

超导汽车的核心是超导飞轮系统，超导飞轮系统的核心技术是超导材料技术、超导磁悬浮技术和碳纤维材料技术。超导材料是超导磁悬浮的基础，超导磁悬浮技术则用以悬浮飞轮；飞轮主要由碳纤维材料制成。

我国在超导材料技术和超导磁悬浮技术方面均处于国际先进水平，但仍然不够成熟，需要继续努力攻关；我国的碳纤维材料技术与国际先进水平相差甚远，目前高质量的碳纤维仍属于对华禁运物资，所以我们要对碳纤维技术给予高度重视。

碳纤维的密度不到钢的1/4，强度是钢的10倍左右，不仅是制造超导飞轮的必需材料，而且还是制造风力发电机叶片、飞机机身和军用防弹材料的必需材料，是非常重要的战略物资。中央已经决定要搞大飞机，搞大飞机就一定得搞碳纤维。一架大飞机起码需要10多吨碳纤维，而我国目前每年仅能生产100吨左右，看来中央肯定会投一大笔钱来搞碳纤维。一旦我国的碳纤维技术取得突破，我们的超导飞轮、风电叶片、飞机机身、防弹材料，甚至汽车车身，就都可以用上价廉物美的国产碳纤维。

前阵子本人跟国内某超导磁悬浮权威机构进行了联系，请他们比照着普通的汽车发动机的性能，利用现有的技术水平，做一个超导飞轮系统的方案。根据他们的方案来进行批量生产的话，估计超导汽车的售价会在200万元左右。其中高价进口的碳纤维占100多万，国产的超导材料占20多万。

在大飞机项目的推动下,预计我国的碳纤维技术将会迅速取得重大进展。如果能够在5年内取得重大进展的话，那么在10年内我们的超导汽车就很可能会实现商业化（在这10年中，超导材料技术也会不断进步）。

纯电动的小汽车每百公里耗电一般为15度左右，约为7.5元；而传统的小汽车每百公理耗油9升左右，约为45元。如果每天跑50公里，纯电动的小汽车可以节约近20块钱。如果油价进一步攀升，或者是跑长途的电动大卡车，则会节约得更多。

所以，超导汽车宜先攻卡车市场。

现在发达国家明里是在研究燃料电池汽车、氢动力汽车、充电电池汽车甚至太阳能汽车，暗里却在偷偷研究超导汽车，其目的就是想把我们诱入歧途。没想到我们却偏不上他们的当，而是死死盯住了超导汽车！

有了只烧电不烧油而且性能优异的超导汽车，将使全球的石油消耗量减少2/3左右，届时包括中国在内的许多工业国家均能实现石油的自给自足，再也不用为了石油而大打出手，“石油时代”也将宣告终结。

注：超导汽车只烧电不烧油，它自身确实不产生温室气体。但烧电之前得先发电，如果是用煤炭等化石燃料来进行火力发电，一样要产生温室气体，如果是用太阳能、风能、水能来发电，则不会产生温室气体。

如果我国每年进口3亿吨石油用于以汽车为主的交通运输，则相当于7000亿度电左右，大约相当于1.5亿千瓦的火力发电能力，或者2亿千瓦的水力发电能力，或者2.5亿千瓦的风力发电能力。

以目前的油价计算，进口3亿吨石油需要1万亿元的成本，未来油价还可能继续攀升。而使用火电或水电的话，7000亿度电只需要1000多亿元的成本，即使是使用风电，7000亿度电也只需要3000亿元左右的成本。可见使用超导汽车每年可以为国家节约几千亿元人民币。如果能够从中拿出几十亿甚至几百亿来研究超导汽车，无疑是非常划算的。

我国待开发的水能资源约为3亿千瓦，待开发的陆地风能资源约为2.5亿千瓦，待开发的太阳能资源几乎是无限大。本人目前正在参与引进一项太阳能发电技术，根据本人的了解，在5年内，这项技术有可能使太阳能发电的成本接近目前的风力发电成本(上网电价约为0.55元/度,其中包含了风力发电企业的利润)，在10年内，这项技术有可能使太阳能发电的成本接近目前的火力发电成本。届时，只需要两三万平方公里的荒漠，就可以每年发出7000亿度电，相当于1.5亿千瓦的火力发电能力，或者2亿千瓦的水力发电能力。而我国的荒漠化面积达200多万平方公里，约占国土面积的1/4。只要拿出20多万平方公里的荒漠来搞太阳能发电，就相当于10多亿千瓦的常规发电能力，这已经超过了2020年时的全国总发电能力（其中煤电占60%以上，也消耗全国煤炭产量的60%以上）。

果真如此的话，10年之后的太阳能发电将彻底终结我国的“煤炭时代”，就象10年之后的超导汽车将彻底终结“石油时代”一样。

说明一下：这两个终结过程是大约开始于10年之后，而不是终结于10年之后。10年时间，说短不短，说长也不长。

作者: zmg666666 时间: 2009-10-25 15:21
超导马达样品
http://www.autoer.cn/Hybrid/hybr ... 12135760794577.html

作者: zmg666666 时间: 2009-10-25 15:33
无意中看到这个雷人网站--永动机网
http://www.yongdongji.cn/

作者: zmg666666 时间: 2009-10-25 15:48
本帖最后由 zmg666666 于 2009-12-3 16:37 编辑

希望不是太遥远

作者: zmg666666 时间: 2009-12-3 16:39
相比之下，铅酸电池真是短命电池。
若开发成功，哪怕价格高10-20倍，接受度也是很高的.

作者: angllevil 时间: 2009-12-3 16:48
高10-20倍的价格，能接受

作者: zmg666666 时间: 2009-12-3 16:50
这个电池出来了。还有我等存在的空间和理由吗？全部下岗吧

作者: 乾坤维修 时间: 2009-12-3 19:43
厉害

作者: xianli3688 时间: 2009-12-4 17:31
值得期待................

作者: sheji 时间: 2009-12-4 18:03
不用下岗，可以推销这个电池嘛，呵呵

作者: sheji 时间: 2009-12-4 18:09
不过你可以赶快开发出超导电机就可以了，超导电机要比这个超导电池节省得多。

听说超导电机只要接上一节小电池，，就可以长时间的让电机运转下去，，虽然不能做到永动机那样，但我想用48V/10AH的普通铅酸电池组足可以使一般电摩跑上十万八千里了，哈哈

作者: zmg666666 时间: 2010-6-25 08:54
我只是道听途说，设计的事请当然还是sheji的事情，呵呵

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