1。磁懸浮飛輪電池的基本概念：
隨著人們環保意識的增強，全世界人們都在尋找一種無污染或污染小的能量供給方式。飛輪技術由於是電能和機械能的相互轉化，不會造成污染，飛輪儲能電池的概念起源於上世紀70年代早期，最初只是想將其套用在電動汽車上，但限於當時的技術水平，並沒有得到發展。直到上世紀90年代由於電路拓撲思想的發展，碳纖維材料的廣泛套用，以及全世界範圍對污染的重視，這種新型電池又得到了高速發展，在飛輪儲能裝置中，決定輸入輸出能量的是外接的電力電子裝置，而與外部的負載沒有關係，還可以很方便地通過控制飛輪的鏇轉速度來控制飛輪的充電，這種特點在化學電池中實現起來要困難得多。並且伴隨著磁軸承技術的發展，這種電池顯示出更加廣闊的套用前景，現正迅速地從實驗室走向社會。目前飛輪技術的發展速度很快，再加上飛輪儲能系統的充電速度可以非常快，飛輪儲能裝置的儲能密度越來越大，效率和壽命也在不斷提高。在放電的時候，是機械能和電能的相互轉化，所以飛輪的壽命和放電的深度沒有關係，這樣飛輪可以套用的放電深度範圍非常寬，特別適用於放電深度不規則的場合，由於飛輪的快速充放電和獨立而且穩定的能量輸出，當設備需要能量突然增加或者在能量轉換時需要平穩過渡的時候，經常考慮到使用飛輪技術，雖然我國在這方面的研究才剛剛起步，但是現在歐美國家已出現實用化產品。並且現在飛輪電池的發展相當迅速，並已經出現了利用超導磁懸浮的高新技術讓飛輪和包裹容納它的真空容器沒有物理接觸減小摩擦損耗，這樣飛輪就能轉的非常快，而且損耗極小，存幾年轉速也不會降低很多，這就是磁懸浮飛輪電池。
2。磁懸浮飛輪電池的發展狀況：
縱觀歐美國家的現狀，在汽車行業中，美國飛輪系統公司（AFS）就生產出了以克萊斯勒LHS轎車為原形的飛輪電池轎車AFS20；在火車方面，德國西門子公司已研製出長1.5m，寬0.75m的飛輪電池，可提供3MW的功率，同時，可儲存30%的剎車能；在軍用設備上，美國已經開始嘗試使用飛輪裝置，尤其是大型混能牽引機車上，美國國防部預測未來的戰鬥車輛在通信、武器和防護系統等方面都廣泛需要電能，飛輪電池由於其快速的充放電，獨立而穩定的能量輸出，重量輕，能使車輛工作處於最優狀態，減少車輛的噪聲（戰鬥中非常重要），提高車輛的加速性能等優點，已成為美國軍方首要考慮的儲能裝置；在太空方面，由於飛輪儲能裝置的儲能密度很大，並且隨著材料學和磁懸浮軸承技術的不斷發展，現在在衛星上使用的飛輪儲能裝置甚至小到可以裝進衛星壁中，而且飛輪儲能裝置運行的時候損耗很小，基本上不用維護，這就使得飛輪技術目前不斷套用於衛星裝置和太空空間站的太陽能儲能電池中作為它們的能量供應中心來使用，同時飛輪還可以用於衛星的姿態控制中。
3。磁懸浮飛輪電池的基本結構和原理
磁懸浮飛輪電池的主體是個真空容器里的不停鏇轉的飛輪和與飛輪連線在一起的兩個電機（一個發電機和一個電動機）。飛輪里有磁鋼片，外面裹著碳纖維材料防止飛輪解體。起初的飛輪電池的飛輪是通過轉軸依靠軸承連線在容器里，轉速不能很高，損耗也大。現在我們要研究的是利用新技術即超導磁懸浮，將普通軸承改為非接觸式磁軸承，其目的在於讓飛輪和容器沒有物理接觸，這樣飛輪就能轉的非常快，而且損耗極小，即使存放幾年轉速也不會降低很多。飛輪存儲的能量用這個公式E =1/2jω2（2是平方）計算。j是轉動慣量，ω是角速度。j = k*M*R2（2是平方）k是慣性常數。飛輪是個圈是1，圓柱是1/2，M是質量，R是半徑。現在飛輪一般都能做到四五萬轉，儲存的能量極其大。真空容器內有電動機，充電時電動機線圈通電，電動機鏇轉帶動飛輪轉速提高，從而飛輪存儲一定的能量，轉速越高、飛輪轉動慣量越大，所存儲能量越大。放電時利用真空容器里的發電機，飛輪的高速鏇轉帶動發電機轉動使得磁力線切割線圈產生電流，電流通過真空容器外部的電子電力裝置變壓。這樣飛輪電池的性能就非常好，只要電子電力裝置撐得住，充放電速度要多快有多快。
飛輪電池比能呈可達150W ·h/kg，比功率達5000-10000W/kg，使用壽命長達25年，可供電動汽車行駛500萬公里。美國飛輪系統公司已用最新研製的飛輪池成功地把一輛克萊斯勒LHS轎車改成電動轎車，一次充電可行駛 600km，由到96km/h加速時間為6.5秒降到3秒左右。
4。關於飛輪電池
飛輪電池是90年代才提出的新概念電池，它突破了化學電池 的局限，用物理方法實現儲能。眾所周知，當飛輪以一定角速度 鏇轉時，它就具有一定的動能。飛輪電池正是以其動能轉換成電 能的。高技術型的飛輪用於儲存電能，就很像標準電池。飛輪電 池中有一個電機，充電時該電機以電動機形式運轉，在外電源的 驅動下，電機帶動飛輪高速鏇轉，即用電給飛輪電池"充電"增 加了飛輪的轉速從而增大其功能；放電時，電機則以發電機狀態 運轉，在飛輪的帶動下對外輸出電能，完成機械能（動能）到電 能的轉換。當飛輪電池發出電的時，飛輪轉速逐漸下降，飛輪電 池的飛輪是在真空環境下運轉的，轉速極高（高達200000r/min， 使用的軸承為非接觸式磁軸承。據稱，飛輪電池比能呈可達150W ·h/kg，比功率達5000-10000W/kg，使用壽命長達25年，可供電 動汽車行駛500萬公里。美國飛輪系統公司已用最新研製的飛輪池 成功地把一輛克萊斯勒LHS轎車改成電動轎車，一次充電可行駛 600km，由到96km/h加速時間為6.5秒。
飛輪儲能電池的概念起源於上世紀70年代早期，最初只是想將其套用在電動汽車上，但限於當時的技術水平，並沒有得到發展。直到上世紀90年代由於電路拓撲思想的發展，碳纖維材料的廣泛套用，以及全世界範圍對污染的重視，這種新型電池又得到了高速發展，並且伴隨著磁軸承技術的發展，這種電池顯示出更加廣闊的套用前景，現正迅速地從實驗室走向社會。現在歐美國家已出現實用化產品，而我國在這方面的研究才剛剛起步。
飛輪儲能電池系統包括三個核心部分：一個飛輪，電動機—發電機和電力電子變換裝置。
電力電子變換裝置從外部輸入電能驅動電動機鏇轉，電動機帶動飛輪鏇轉，飛輪儲存動能（機械能），當外部負載需要能量時，用飛輪帶動發電機鏇轉，將動能轉化為電能，再通過電力電子變換裝置變成負載所需要的各種頻率、電壓等級的電能，以滿足不同的需求。由於輸入、輸出是彼此獨立的，設計時常將電動機和發電機用一台電機來實現，輸入輸出變換器也合併成一個，這樣就可以大大減少系統的大小和重量。同時由於在實際工作中，飛輪的轉速可達40000～50000r/min，一般金屬製成的飛輪無法承受這樣高的轉速，所以飛輪一般都採用碳纖維製成，既輕又強，進一步減少了整個系統的重量，同時，為了減少充放電過程中的能量損耗（主要是摩擦力損耗），電機和飛輪都使用磁軸承，使其懸浮，以減少機械摩擦；同時將飛輪和電機放置在真空容器中，以減少空氣摩擦。這樣飛輪電池的淨效率（輸入輸出）達95%左右。
實際使用的飛輪裝置中，主要包括以下部件：飛輪、軸、軸承、電機、真空容器和電力電子變換器。飛輪是整個電池裝置的核心部件，它直接決定了整個裝置的儲能多少，它儲存的能量由公式E=jw^2決定。式中j為飛輪的轉動慣量，與飛輪的形狀和重量有關； 為飛輪的鏇轉角速度。
電力電子變換器通常是由MOSFET 和IGBT組成的雙向逆變器，它們的原理不再敘述，它們決定了飛輪裝置能量輸入輸出量的大小。
現在，使用最多最廣的儲能電池無疑是化學電池，它將電能轉變為化學能儲存，再轉化為電能輸出，它價格低廉，技術成熟，但污染嚴重，效率低下，充電時間長，用電時間短，使用過程中電能不易控制。
另一儲能電池是超導電池，它把電能轉化為磁能儲存在超導線圈的磁場中，由於超導狀態下線圈沒有電阻，所以能量損耗非常小，效率也高，對環境污染也小。但由於超導狀態是線圈處於極低溫度下才能實現，維持線圈處於超導狀態所需要的低溫需耗費大量能源，而且維持裝置過大，不易小型化，所以家用市場前景不強。
飛輪電池則兼顧了兩者的優點，雖然近階段的價格較高，但伴隨著技術的進步，必將有一個非常廣闊的前景。下面通過表—1來具體比較三者的優缺點。
表—1 三種電池性能比較
化學電池 飛輪電池 超導電池
儲能方式 化學能 機械能 電磁能
使用壽命 3～5 >20 ～20
技術 成熟 驗證 驗證
溫度範圍 限制 不限 不限
相對尺寸（同功率） 大 最小 中間
儲能密度 小 大 大
放能深度 淺 深 深
價格 低 高 較高
環境影響 污染 無污染 無污染
由於技術和材料價格的限制，飛輪電池的價格相對較高，在小型場合還無法體現其優勢。但在下列一些需大型儲能裝置的場合，使用化學電池的價格也非常昂貴，飛輪電池已得到逐步套用。
1、太空 包括人造衛星、飛船、空間站，飛輪電池一次充電可以提供同重量化學電池兩倍的功率，同負載的使用時間為化學電池的3～10倍。同時，因為它的轉速是可測可控的，故可以隨時查看電能的多少。美國太空總署已在空間站安裝了48個飛輪電池，聯合在一起可提供超過150KW的電能。據估計相比化學電池，可節約200萬美元左右。
2、交通運輸 包括火車和汽車，這種車輛採用內燃機和電機混合推動，飛輪電池充電快，放電完全，非常適合套用於混合能量推動的車輛中。車輛在正常行使時和剎車制動時，給飛輪電池充電，飛輪電池則在加速或爬坡時，給車輛提供動力，保證車輛運行在一種平穩、最優的狀態下的轉速，可減少燃料消耗，空氣和噪聲污染，發動機的維護，延長發動機的壽命。美國TEXAS大學已研製出一汽車用飛輪電池，電池在車輛需要時，可提供150KW的能量，能加速滿載車輛到100Km/h。在火車方面，德國西門子公司已研製出長1.5m，寬0.75m的飛輪電池，可提供3MW的功率，同時，可儲存30%的剎車能。
3、不間斷電源 飛輪電池可提供高可靠的穩定電源，可提供幾秒到幾分鐘的電能，這段時間足已保證工廠進行電源切換。德國GmbH 公司製造了一種使用飛輪電池的UPS，在5s內可提供或吸收5MW的電能。
4、軍用戰鬥車輛 美國國防部預測未來的戰鬥車輛在通信、武器和防護系統等方面都廣泛需要電能，飛輪電池由於其快速的充放電，獨立而穩定的能量輸出，重量輕，能使車輛工作處於最優狀態，減少車輛的噪聲（戰鬥中非常重要），提高車輛的加速性能等優點，已成為美國軍方首要考慮的儲能裝置。
作為一種新興的儲能方式，飛輪電池所擁有傳統化學電池無法比擬的優點已被人們廣泛認同，它非常符合未來儲能技術的發展方向。目前，飛輪電池除了上面介紹的套用領域以外，也正在向小型化、低廉化的方向發展。現在，最可能出現的是手機電池。可以預見，伴隨著技術和材料學的進步，飛輪電池將在未來的各行各業中發揮重要的作用。
四.磁懸浮飛輪電池的套用
在2010美國勒芒系列賽最後一輪中，保時捷911GT3混合動力賽車首次正式使用了該項技術（該車成績在比賽中排名中游）。
911 GT3是保時捷第一輛混合動力賽車，它是918 Spyder混合動力車的前身，而後者將於2012年推出。保時捷北美區執行總裁德特勒夫·馮普拉滕（Detlev Von Platen）表示，用於這兩款車型的飛輪技術代表著保時捷的未來。
“這輛車將明確保時捷未來60年的走向”，馮普拉滕說道。
保時捷918 SPYDER混合動力車
飛輪技術在前輪使用兩個電動馬達以補充引擎的動力（在本文的車型中，後置引擎的動力為480馬力）。飛輪技術將制動所收集的動能轉化為電能，並將能量貯存於一個飛輪之中。在加速過程中，該能量將轉移至前輪，前輪載有內燃機。這一過程將大大減少燃料消耗，並增加行駛範圍；在賽車中，飛輪技術的一大優勢在於賽車加油的次數較少，為其在賽場上贏得了寶貴的時間。
在不犧牲速度和敏捷性的前提下，讓汽車更有效率，這是一個令人振奮的進步——保時捷918 Spyder混合動力車可不是畏縮不前的小車，它有500加馬力的全輪驅動，僅需3.2秒即能將速度從0提至62英里每秒。保時捷公司表示，已有900名準買家簽約購買該車。
