汽车飞轮储能,飞轮储能汽车有哪些

1.科普储能之飞轮储能知识点

2.飞轮电池的研究进展

3.飞轮电池的优缺点

4.各种车用储能电池技术对析：化学、飞轮、超级电容……

5.电动汽车储能装置的结构类型汽车

新能源汽车主要包括哪几种类型

新能源汽车包括混合动力汽车、纯电动汽车、燃料电池汽车、氢动力汽车、气动力汽车、甲醇汽车、飞轮储能汽车和超级电容汽车。

1.混合动力电动汽车。混合动力是指那些使用传统燃料，并配备电机和发动机以改善低速动力输出和油耗的车辆。根据燃料种类的不同，可以分为汽油混合动力和柴油混合动力。

2.纯电动汽车。纯电动汽车主要靠电力驱动。大多数车辆都是由电动机直接驱动的，有些电动机安装在发动机舱内，有些直接用车轮作为四个电动机的转子。难点在于储能技术。

3.燃料电池汽车。燃料电池汽车是指使用氢、甲醇等作为燃料，通过化学反应产生电流，并由马达驱动的汽车。电池的能量通过氢和氧的化学作用直接转化为电能，不会产生有害产物，所以燃料电池汽车是无污染汽车；

4.氢动力汽车。氢动力汽车是真正的零排放汽车，排放的是纯水。它具有无污染、零排放、储量丰富等优点。因此，氢动力汽车是传统汽车最理想的替代品。

5.燃气汽车。燃气成分单一，纯度高，与空气混合均匀，燃烧完全，一氧化碳和微粒排放低，发动机低温起动和运行性能好。其缺点是运输性能比液体燃料差，发动机容积效率低，点火延迟时间长，动力性能降低。

6.甲醇汽车。使用甲醇代替石油燃料的汽车；

7.飞轮储能车。飞轮的惯性储能用于储存发动机未满载时的剩余能量和车辆下坡增长减速时的能量，回馈给发电机发电，再驱动或加速飞轮转动。作为混合动力汽车中的，它具有提高能量利用效率、重量轻、储能高、能量进出响应快、维护量少、使用寿命长等优点，但缺点是成本高、汽车转向会受到飞轮陀螺效应的影响。

8.超级电容车。超级电容器是基于双电层原理的电容器。在超级电容器两个极板上的电荷产生的电场的作用下，在电解质和电极的界面上形成相反的电荷，以平衡电解质内部的电场。这种正电荷和负电荷排列在相反的位置，在两个不同相之间的界面上，正电荷和负电荷之间有非常短的间隙。这个电荷分布层叫做双电层，所以电容很大。

科普储能之飞轮储能知识点

最近关注了一支股票，有飞轮储能概念，但是飞轮储能的利用前景大多数人 却不是太了解，它是绿色环保零污染的一种能量回收系统，是一种机电能量转换的储能装置。该系统用物理方法进行储能，并通过电动或发电互逆式双向电机实现电能与飞轮的机械能之间相互转换和储能。

目前新能源车以电动车为主，还有以氢能源为燃料的 汽车 ，但无以为例都存在续航里程和充电桩或加氢站难寻的问题，制约者新能源车的发展。

未来的新能源车的发展方向在哪里：可以在现有电动车的基础上加装飞轮储能的能量回收系统，利用刹车、加速等产生的能量加一回收利用。同时在车身（车顶）、车窗（膜）等安装高效的太阳能转化电能系统。

这样，车辆续航可以在2000—3000公里，甚至更多， 这个思路怎么样？

飞轮电池的研究进展

为了让大家更加全面清楚的了解储能，我特意开设了科普小课堂，每一期都会讲一些关于储能的小知识点，欢迎大家关注北极星储能网微信哦！本期的主题是储能中的飞轮储能。与其他形式的储能技术相比，飞轮储能具有使用寿命长、储能密度高、不受充放电次数限制、安装维护方便、对环境危害小等优点，因此得到广泛的应用。

知识点1：飞轮储能原理

飞轮储能的工作原理即在电力富裕条件下，由电能驱动飞轮到高速旋转，电能转变为机械能储存;当系统需要时，飞轮减速，电动机作发电机运行，将飞轮动能转换成电能，供用户使用。飞轮储能通过转子的加速和减速，实现电能的存入和释放。

知识点2：飞轮储能结构

飞轮储能系统基本的结构包括以下五个组成部分：

飞轮轮子：

一般为高强度复合纤维材料组成，通过一定的绕线方式缠绕在与电机转子一体的金属轮毅上。

轴承：

利用永磁轴承、电磁轴承、超导悬浮轴承或其他低摩擦功耗轴承支承飞轮，并用机械保护轴承。

电动发电机：

一般为直流永磁无刷同步电动发电互逆式双向电机。

电力转换器：

它是输入电能转化为直流电供给电机，输出电能进行调频、整流后供给负载的关键部件。

真空室：

为减少风损、防止高速旋转的飞轮发生安全事故，飞轮系统放置与高真空密封保护套筒内。

知识点3：飞轮储能优点

作为一种新型的物理储能方式，飞轮储能与传统化学电池相比，具备有以下优点：

1)充放电迅速。

从收到电网侧的调节信号到飞轮储能系统做出反应，时间极短，并且在之后数分钟时间内能够完成整个系统的充/放电过程，符合电网的短时响应与调节需求，相比于蓄电池、抽水蓄能、压缩空气等，具有较快的充/放电时间。

2)工作效率高。

一般的飞轮储能系统工作效率可以达到90%左右，相比于抽水蓄能的60%以及蓄电池储能的70%，具有明显的优势，而且用磁悬浮轴承的飞轮储能系统，其工作效率更高，接近95%。

3)使用寿命长。

飞轮储能系统虽价格昂贵，但是设计良好，其年平均维护费用极低，充放电次数明显优于蓄电池储能等，其达到了百万数量级，且一般免维护的时间是在10a以上。

4)环保无污染。

由于机械储能的缘故，飞轮储能不会排放出污染环境的物质，其是一种环境友好型的绿色储能技术。此外，飞轮储能系统还具有模块性、建设时间短、事故后果影响低等优点。

知识点4：飞轮储能应 ? 用

飞轮储能技术的应用主要集中在储能和峰值动力使用2大类，具体应用体现在以下几方面：

1)UPS不间断电源。

不间断电源(UPS)是一种利用储能装置向负载提供高质量电能的设备，在医疗设备、通信、计算机系统领域有着广泛的应用。目前UPS逐渐倾向于使用飞轮储能装置等新型储能设备，既减少了环境污染，延长了使用寿命，同时也提高了工作效率。

2)节能。

能源利用率一直是我们比较关注的话题，节能已经得到广泛的共识。传统的机械装置，进行机械制动后能量被转化为热能而流失，造成了一定程度上的浪费，降低了能源的使用效率。因此，通过飞轮储能装置把这部分能量转化为动能存储起来，在需要的时候，输出到系统中，可以减少能量损失，提高能量的利用率，目前主要的应用领域集中在新能源汽车和城市轨道交通等方面。

3)传统电力系统。

飞轮储能技术应用于传统电力系统，其能够较好地调节有功功率，削峰填谷，增大功率因数，稳定电压和频率，并对改善电能质量和稳定负荷具有良好的作用。暂态稳定性问题一直是电力系统稳定运行和分析的重点，依靠飞轮储能的瞬时功率大、响应迅速、充放电完成时间短等特点，投入到电力系统中，能够快速主动地参与电力系统动态过程，消除扰动并缩短暂态过程，尽量避免了电压崩溃、低频振荡等危险状况的出现，为电力系统恢复到稳定运行起到了积极作用。

4)微网。

目前，微网(Microgrid)作为一个小型发配电系统，能够实现自我监控、自我调节，既可以并网运行，也能独立运行。因此，相对于传统大电网而言，微网由于分布式电源多、位置灵活、分散等特点，需要有储能系统的支撑做保障。在微网能量充足时，飞轮储能系统将多余的能量存储起来，稳定端电压;当微网发生故障，或出现功率性缺额现象时，将存储的能量释放出去，增强了局部供电可靠性，维持了微网的频率稳定。

5)可再生能源的并网。

飞轮储能技术的一个关键应用领域是可再生能源的并网。当前，风力发电、光伏发电等新能源因为清洁、巨量、可再生等优点，受到越来越多的关注。但是由于风光等可再生能源自身的间歇性和波动性，并网后增大了电网的冲击，对电力系统的安全稳定运行造成了一定的影响。而飞轮储能系统作为一个可灵活调控的有功源，能稳定并网频率和电压，减小可再生能源的波动性，削峰填谷，降低对电网的冲击，有效地改善可再生能源并网过程中产生的电能质量问题，确保安全性和可靠性。

关于微控新能源

深圳微控新能源技术有限公司（简称微控或微控新能源）是全球物理储能技术领航者。公司全球总部位于深圳，业务覆盖北美、欧洲、亚洲、拉美等地区，凭借“安全、可靠、高效”的全球领先的磁悬浮能源技术，产品与服务广泛受到华为、GE、ABB、西门子、爱默生等众多世界500强企业的信赖。

面向未来能源“更清洁、高密度、数字化”的三大趋势，公司持续致力于为战略性新兴产业提供能源运输、储存、回收、数据化管理提供系统解决方案。

飞轮电池的优缺点

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，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。

由英利集团投资研究的飞轮储能技术，目前已经取得了阶段性成果，并且有望在十二五期间实现量产。2011年1月，英利自主研发出1kWh储能飞轮样机。同年9月，国内首台20kWh磁悬浮飞轮储能样机也在英利下线。此后，由英利投资的北京奇峰聚能科技有限公司经过国家科技部审批，在国家高技术研究发展（863）高性能物理储能项目中承担了磁悬浮储能飞轮技术研究课题研究工作。“飞轮磁悬浮储能装备是英利集团驾驭新能源产业发展，培育新的经济增长点、提升整体竞争力的战略选择。”北京奇峰聚能科技有限公司总经理蒋涛表示，英利集团在“十二五”期间将重点投入大容量储能飞轮研发，争取实现大储能装置的规模化生产。

21及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。

各种车用储能电池技术对析：化学、飞轮、超级电容……

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，主要表如下几个方面：

(1)能量密度高：储能密度可达100～200wh/kg，功率密度可达5000～l0000w/kg。

(2)能量转换效率高：工作效率高达百分之90。

(3)体积小、重量轻：飞轮直径约二十多厘米，总重在十几千克左右。

(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**响，能够循环几百万次运行，预期寿命20年以上。

(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。 （1)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，容易解体，所以飞轮一般都用碳纤维制成，制造飞轮的碳纤维材料目前还很贵，成本比较高。

（2)飞轮一旦充电，就会不停转动下去。当我不用电时，飞轮还在那里转动，浪费了能量。例如给一辆飞轮电池汽车充电后，该汽车可以行驶三小时，汽车走了两个小时后，车主需要就餐半小时，那么，这半小时，飞轮就在那里白白转动。不过，也有人说，飞轮空转时，由于没有负载，能量损失不会太大，比目前存放一段时间不用的蓄电池损失的能量还要小。如果静止不动，几乎没有能量损失。解决的办法：给飞轮电池配备化学充电电池，当不需要用电时，可把飞轮转动的电能充进化学电池中。但是给飞轮电池配备化学电池带来的问题是，增加了汽车或设备的重量。

电动汽车储能装置的结构类型汽车

制约电动汽车等新能源车辆大规模普及应用的关键技术有很多，车用储能技术肯定是最卡脖子的瓶颈技术。经过长期的演化，车用储能电池技术也演化出了多种多样的形式类别，有化学电池技术，超导储能技术，机械飞轮技术等等，化学电池技术又包括铅酸电池、镍铬电池、镍氢电池、金属-空气电池、锂离子电池、锂聚合物电池、超级电容等。

决定新能源汽车用何种形式电池的因素除了能量密度、功率密度外，还需综合考虑寿命、温度特性、成本、安全、可靠性等，本期小站君就来对各种车用储能电池技术进行对析。

关于微控新能源

深圳微控新能源技术有限公司（简称微控或微控新能源）是全球物理储能技术领航者。公司全球总部位于深圳，业务覆盖北美、欧洲、亚洲、拉美等地区，凭借“安全、可靠、高效”的全球领先的磁悬浮能源技术，产品与服务广泛受到华为、GE、ABB、西门子、爱默生等众多世界500强企业的信赖。

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电动汽车是目前我们出行最重要的工具。近年来，电动汽车的发展相当迅速，所以今天，边肖汽车将与大家分享一点关于电动汽车的知识，即电动汽车储能装置的结构类型。除了使用不同的电驱动系统，不同类型的储能装置，如不同的电池、燃料电池、超级电容器和飞轮动能电池，也会构成不同结构类型的电动汽车。让我们一起来看看他们。

汽车电能储存装置的结构类型

如图2.5(a)所示，最常遇到的是纯电池供电的电动车。这款电动车的储能和调节相比上一年简单，整车用动力电池作为储能装置。具有这种结构的汽车由单个动力电池提供动力。在新能源汽车的划分中，称之为BEV，即纯电池到锌空气体电池等等，基本属于动力电池的范畴。这种结构的电动车的电池布置与前一年相比比较简单，电池可以布置在车辆周围，也可以集中在车辆的尾部、前部、底部或顶部。这种结构对电池有严格的要求。它们大多遵循电动汽车的功能和运行条件，需要选择比能量和比功率更高的电池。比能量与整车的行驶里程有关，比功率与电池的大功率放电性能有关，因此与电动汽车的加速性能和爬坡能力有关。

为了解决动力电池不能同时满足比功率和比能量的问题，一些电动汽车使用两种不同的电池，一种可以提供高比能量，另一种可以提供高比功率。图2.5(b)显示了作为混合能源的两种电池的基本结构。这种结构不仅解决了比功率和比能量之间的矛盾，因为存在更大的比功率电池，而且对汽车的制动能量回收也起到了显著的作用。

汽车电能储存装置的结构类型

除了电池，燃料电池也可以用作储能装置。对于电动汽车来说，燃料电池相当于一台小型发电机。如今，燃料电池种类繁多，经常会遇到氢燃料电池。氢燃料电池的原理是在可逆电解过程的帮助下，氢和氧在特定的介质和工作条件下结合，产生电和水。目前，氢气的储存是一个棘手的问题。由于氢气的液化压力很高，液化温度相当低，氢气很难液化，因此需要一个耐高压的储存容器。目前，大部分氢气以气态形式储存在高压车载氢气罐中，少量储存在液态氢或金属氢化物中，而氧气可以直接从空气体中获得。虽然燃料电池可以提供非常高的比能量，但不能回收制动的再生能量。如图2.5(c)所示，这种结构基本被混动取代。

为了解决燃料电池不能制动的缺陷，燃料电池的使用更加频繁，同时电池也一起使用。这不仅可以吸收燃料电池的部分过剩能量，还可以吸收制动并产生能量，如图2.5(d)所示。

目前，燃料电池所需的氢气不仅以氢气的形式存在，还以压缩空气体、液态氢或金属氢化物的形式储存，在常温下可由液态燃料生产，如甲醇、乙醇或汽油。这就要求汽车配备一个小型重整器，随时分解甲醇、乙醇或汽油，产生燃料电池所需的氢气，如图2.5(e)所示。

汽车电能储存装置的结构类型

超级电容器的存在给了电动汽车一个新的选择。超级电容器类似电池，但工作原理完全不同。超级电容器物理储存电能。目前也有很多纯超级电容器作为能源驱动的电动汽车，如图2.5(f)所示。超级电容器是一种物理储存电能的装置，没有化学反应，因此可以大倍率充放电，而且几乎与温度无关，使用寿命长，维护简单。超级电容器的另一个明显优点是，它们可以很好地吸收汽车的制动能量。然而，目前超级电容器的使用受到必要的限制。它的比能虽然不低，但可用比能不高，密度也低，占据空的大面积。以超级电容器为动力源的电动汽车大多行驶里程较短，多用于公共出行便利。

当超级电容器与蓄电池结合使用时，所选蓄电池必须能够提供高比能量。由于超级电容器比蓄电池具有更高的比能量和比功率，并且电动汽车使用的超级电容器的电压与蓄电池相比基本上相当低，因此需要大量的超级电容器来实现与蓄电池类似的电压。因此，为了平衡电压和缩短使用的电容器数量，大多数需要在蓄电池和超级电容器之间增加一个DC/DC功率转换器。图2.5(g)示出了使用蓄电池和超低电平电容器的混合能源的结构。

当超级电容器与燃料电池结合使用时，由于燃料电池具有较高的比能量和比功率，与超级电容器相似。只要这两种能源的电压匹配，就可以组合成合理的混合能源结构。超级电容器提供优异的制动能量回收性能，防止燃料电池制动并产生能量回收。因此，这种结构在燃料电池领域有了新的应用，如图2.5(h)所示。

汽车电能储存装置的结构类型

与超级电容器类似，高速飞轮也是一种高比功率、高制动能量回收的储能，也是一种物理储能。然而，高速飞轮不同于传统的低速重型飞轮。这种飞轮重量轻，但转速很高。从而能够高速旋转，能量自耗率很低，对高速飞轮的制造有特殊要求，大部分在高保真度的密闭容器中高速旋转空。高速飞轮有两个特点。两种工作模式的超高速飞轮和电机转子的组合，可以双向转换电能和机械能，所以既是发电机又是电机。电能转化为飞轮动能后储存起来。图2.5(j)为飞轮和电池混合能源的结构，使用的电池应具有较高的比能量。此外，这种混合结构应该在高速飞轮和电池之间增加一个交流/DC功率转换器。

目前电池的比能量和比功率还不能完全满足大家，尤其是电池的充电，不能像普通燃油车那样随时加油。为了获得更长的行驶里程，在电池后面安装了一种由传统燃油发动机驱动的发电机组。汽车由电力驱动，通常由电池提供的能量驱动。当电池电量不足时，发动机开始驱动发电机给电池充电，从而获得更长的行驶里程。这种结构的车是增程式电动车，如图2.5(k)所示。这是电池不能完全替代发动机时的过渡方案。如果发动机不启动，就是纯电池驱动的电动车。这种结构的汽车不能完全实现零排放，但如果发动机和发电机配备得当，保证发动机在最经济的工况下工作，与传统汽车相比，排放还是可以明显缩短的。

今天，小型车系列的分享到此结束。以上是小型车系列共享的电动车储能装置的结构类型。电动车的技术还不是很成熟，所以发展一直有限，所以发展一直不是很好。不过，这几年电动车发展相当迅速，前景受到大家的青睐，喜欢电动车的可以买。希望小汽车系列的分享能对你有所帮助。

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