飞轮电池课件.ppt

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1、飞轮电池核心问题：1、飞轮材质、尺寸、承受能力；2、电机；3、摩擦损失；4、电磁线路内阻损失；5、空气损失；飞轮储能系统的组成：1、转子系统（飞轮）2、转换能量系统（电机）3、轴承系统4、电子电力变换器5、支持系统（如真空、深冷、外壳和控制系统）1、转子系统原理E=1/2Jω^2J=(0.5~1)*M*R^2式中：E--飞轮在转动时的动能J--飞轮的转动惯量ω--飞轮旋转的角速度R--飞轮直径M--飞轮的质量系数--飞轮质量分布均匀时取0.5，质量完全集中在边缘时取11、转子系统（飞轮）飞轮储能大小与飞轮的质量和飞轮上各点的速度有关，且是速度平方的关系。因此提高飞轮的转速比增

2、加质量更有效。且当过于庞大、沉重的飞轮在高速旋转时，会受到极大的离心力作用，往往超过飞轮材料的极限强度，很不安全。因此，飞轮选用高强度、低密度的高强纤维复合材料碳纤维，其轮缘线速度可达1000米/秒，比子弹速度还要高。2、转换能量系统（电机）飞轮储能装置中有一个内置电机，它既是电动机也是发电机。在充电时，它作为电动机给飞轮加速；当放电时，它又作为发电机给外设供电，此时飞轮的转速不断下降；而当飞轮空闲运转时，整个装置则以最小损耗运行。3、轴承系统支撑转子的轴承，支撑转子运动，降低摩擦阻力，使整个装置则以最小损耗运行。故，选用超导磁悬浮轴承，摩擦损失控制在5%以内。实现条件：高能永

3、磁及高温超导技术。超导磁悬浮原理：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。超导原理：当温度降温到一定程度（临界温度），金属的电阻会突然消失变为零这种现象就是超导现象。注：绝对零度0K约等于摄氏温标零下2

4、73.15摄氏度。由于临界温度的不断提高，人们将这些材料称为高温超导体。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。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），减小空气摩擦损失，这种飞轮能耗极小，每天仅耗掉储能的2%。应用：2010年10月，美国勒芒系列赛最后一轮，保时捷911GT3混合动力赛车首次正式使用飞轮电池技术。同时，其是保时捷918Spyder的前身。这两款车型的飞轮

5、电池均仅作辅助能源使用，其功能类似于我们常见的制动能量回收系统。化学电池/Tesla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）大最小中等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能量密度（wh/kg）170wh/kg100～200wh/kg功率密度/比功率(w/kg)5000～l0000w/kg能量转换效率90%体积飞轮直径约20cm质量十几千克左右