㈠ 电动车用飞轮储能，40年前的技术又热起来了
文/田忠朝
大家应该见过拖拉机的单缸发动机，侧面都有一个大大的铁盘子，这个就是飞轮，可以利用高速旋转的惯性能量稳定发动机转速，获得平稳动力输出。
而随着复合材料、磁支撑、动发一体机和多学科优化设计技术的不断进步，飞轮储能容量或许能进一步提升，应用于汽车行业前景依然广阔。
本文来源于汽车之家车家号作者，不代表汽车之家的观点立场。
㈡ 飞轮储能系统构成、核心技术及应用
1 引言
随着人类对能源的需求越来越大，人们对能源的控制技术，特别是对电能的储存技术越来越重视。目前常见的电储能技术有化学电池储能、蓄水储能、超导储能、超级电容储能和飞轮储能。
化学电池技术已经很成熟，应用广泛，但它的效率较低，通常只有（70~85）%,功率密度低，充电很慢，通常是小时级，更重要的是化学电池的循环使用寿命比较短，这样就增加了电池的使用成本。蓄水储能的效率也很低，通常只有75%,因为蓄水储能需要庞大的蓄水装置，其储能密度较低，只有约0.27Wh·kg-1,而且受到环境的影响很大，无法便携使用。超导储能是新型的高效储能技术，然而它不具备模块化特点，而且一般都需要创造低温环境，适应性不强。超级电容储能也是新型的高效储能技术，目前它的储能密度还比较低，约为（2~10）Wh·kg-1,该技术还在实验阶段。
飞轮储能系统储能密度大，功率密度高，对环境的要求低，可模块化，其充放电的时间可以达到分钟级，而且容易检测放电深度，可以应用的场合广泛，同时飞轮储能的使用寿命长，维护简单，大大降低了电能储备成本[1].随着电力电子技术、磁悬浮技术、新材料开发研究等技术的不断发展，飞轮储能技术变得越来越完善，应用的范围也遍及交通、供电、军工、航空航天等领域，成为目前最具有开发前途的储能技术之一。
2 飞轮储能系统原理及结构
2.1 飞轮储能系统原理
飞轮储能系统又被称为飞轮电池，是机械能与电能的转换装置。飞轮储能系统原理图，如图1所示。从图1中可以看出能量的转化过程。飞轮储能系统的工作模式有三种：充电、放电和能量保持。通常给飞轮充电的能量有电能和机械能两种，如图1所示。目前电能充电方式应用较多，机械能充电在汽车制动能量回收、孤岛风能储存等领域都可以应用。放电时，飞轮带动发电机使发电机发电，输出的电能经过电力电子设备变成可用的电能。能量保持阶段，飞轮储能系统既不充电也不放电，保持额定转速运行。
2.2 飞轮储能的结构及能量存储
飞轮储能系统最为常见的结构示意图，如图2所示。主要由飞轮、电机、轴承、真空室和电力电子设备组成。
从式（1）和式（2）可以看出，飞轮储能系统存储的能量与飞轮的质量、半径和旋转角速度呈正相关。因此要增大飞轮存储能量，主要通过增大飞轮的轮缘质量和飞轮转速。
3 飞轮储能关键技术分析
飞轮是储能装置，所以飞轮储能关键技术中最重要的两个因素就是储能和减少损耗。为了提高飞轮转速，飞轮的材料与高速电机的选择尤其重要。使用真空室能大大减少飞轮与空气的摩擦损耗，使用磁轴承能够大大降低支承摩损并提高使用寿命。
3.1 飞轮材料的选择
飞轮的储能密度和飞轮能承受的强度会直接影响飞轮材料的选择。飞轮的储能密度e为：
e=ks∕σρ（3）
式中：ks-飞轮形状系数；ρ-飞轮材料的密度，kg/cm3;σ-飞轮材料的许用应力，MPa.
由式（3）可以看出，飞轮材料密度成反比，与飞轮材料的许用应力成正比。几种常见的用于飞轮的材料[2],如表1所示。从数据中可以看出碳素纤维密度小，强度高，是其中最好的选择。同时，使用碳素纤维制成的飞轮一旦发生解体，飞轮本身会变成絮状物飞出，降低了事故带来的危害。
3.2 真空室
当前真空室的真空度达到了10-5Pa级，用于减少飞轮旋转过程中与空气的摩擦，同时也防止外力影响飞轮正常运行。真空室可以使用透明的高强度玻璃钢，这样方便观测飞轮的运行状况。同等气压下氦气的导热性是空气的七倍，与飞轮的摩擦损耗大约只有空气的七分之一，并且充入氦气的工艺更简单，因此选择氦气作为真空室的介质气体具有一定优势。
3.3 支承技术
在飞轮储能系统的众多损耗中，轴承的损耗占据了很大的比例，随着各种先进轴承技术的问世，这部分损耗可以被大大的减少。下面将介绍几种用于飞轮储能系统的轴承。
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3.3.1 机械轴承
较为普遍的机械轴承有滚动轴承、滑动轴承、挤压油膜阻尼轴承和陶瓷轴承等，由于滚动轴承和滑动轴承的摩擦损耗相对较大，所以在高速飞轮储能系统中一般只用做辅助轴承，挤压油膜阻尼轴承和陶瓷轴承在飞轮储能中有所应用[3].
3.3.2 被动磁轴承
（1）永磁轴承是被动磁轴承的一种，是利用永磁体使两个或多个磁环在轴向或是径向悬浮。随着这几年永磁体的不断发展，其承载力也大大提高，应用的越来越广泛。然而根据Earnshaw定理，仅依靠永磁体无法使物体在空间六个自由度都达到稳定悬浮，稳定悬浮至少需要其中一个自由的上的主动控制[4].
（2）超导磁轴承也是被动磁轴承的一种。超导体在超导环境下具有迈斯纳效应，当超导体处于磁场中时，其内部的磁场恒等于零，即超导体在磁场中表现出完全抗磁性。超导体在磁场作用下其表面产生无损的感应电流，该电流在超导体中没有损耗，同时形成了一个和原磁场大小相等、方向相反的镜像磁场，如图3所示。这种磁场可以使物体稳定悬浮。
3.3.3 主动磁轴承
主动磁轴承又称电磁轴承，是通过改变控制电路中电流的通断和大小来控制磁场的变化，同时通过实时反馈位置信号与输出电流信号及时调整控制电流，从而使轴承定子、转子之间能够稳定悬浮，主动磁轴承控制策略框图，如图4所示。
3.3.4 混合轴承
在实际应用中，通常将上述几种轴承结合起来使用达到优势互补。
（1）机械轴承与永磁轴承结合。机械轴承主要的缺点是摩擦损耗较大，永磁轴承可以帮助克服重力到来的定子、转子之间的压力，从而减少摩擦损耗。
（2）超导体与永磁体混合轴承。超导体作为定子，永磁体做转子，转子能够悬浮在某一位置。同时超导体中俘获的磁通由于钉扎力的存在不会随便运动，保证了轴向稳定性，使得转子稳定悬浮[5].
（3）电磁与永磁体混合轴承。为了减少功耗，利用永磁体产生偏置磁场，电流产生控制磁场，图三极混合磁轴承[6],如图5所示。
4 飞轮储能系统的应用
由于飞轮储能系统具有能量密度大、效率高、无污染等优点，技术水平也日益完善，已经在越来越多的领域中得到应用。
4.1 在电力系统中的应用
4.1.1 电力调峰
飞轮储能系统用于电力调峰具有储能、释能速度快，效率高，同时不受地理环境影响的优点。当用电低谷时，将产生的多余电力用于驱动飞轮储能；当用电高峰时，飞轮带动发电机运行，通过电力电力设备将机械能转化为与电网匹配的电能。2008年，美国Beacon Power公司在马萨诸塞州的Tyngsboro建设的一座5MW飞轮储能调峰、调频电厂投入商业使用，电厂总效率达到85%,该系统响应时间为4s,相比较于需要5min响应时间的传统发电机调节来说优势很明显[7].
4.1.2 不间断供电
为了避免政府重要部门、军事指挥中心、医院手术楼、计算中心等重要用电场合停电或者电能质量不稳定，都会使用不间断供电系统（UPS）。过去常使用化学电池，虽然其技术成熟，但使用寿命较短，不支持频繁的开关操作，据业界统计，UPS系统的故障70%都是由化学电池引起的。美国Active Power公司于2007年将飞轮储能技术运用在中国网通山西省通信公司太原第二枢纽楼的UPS中[8].在市电正常时，飞轮相当于一台低耗空载电动机，转速维持在7700r/min;当市电异常或停电时，飞轮系统能够瞬间供电。
4.2 在交通工具中的应用
4.2.1 车载飞轮电池
随着能源日益短缺和对环境保护的重视，世界各地都在研究汽车的新动力，而用飞轮储能系统代替内燃机具有很好的前景，称之为车载飞轮电池。车载飞轮电池具有清洁无污染、充电快捷等优点。上世纪80年代，瑞士研究出第一辆飞轮电池汽车的充电时间控制在2min中内；90年代末，美国Texas大学将飞轮储能系统应用于军用车辆中，该系统可以间歇性的提供5MW的输出脉冲，连续输出功率为350k W,最小的空载损耗小于1000W,可以满足14-ton的军用侦查车辆的脉冲电力需求[9].
4.2.2 飞轮混合电池
飞轮储能系统也可以与内燃机或者化学电池并用于汽车中，当汽车下坡或是刹车时，将汽车的动能转化为飞轮的机械能储存；当汽车加速、上坡等需要短时间大功率输出时，飞轮再将能量释放出来。这样可以使汽车节约大约30%的能量，也使加速度更大[10].由于轨道交通制动比公路汽车更有规律性，飞轮在其中能够在回收巨大能量。
4.3 在航空航天中的应用
飞轮储能系统使用寿命长，非常适合对卫星供电。同时，利用飞轮的动量矩可以有效地对卫星的姿态进行控制，代替原来的化学电池可以减少了卫星的重量。1986年2月，法国发射“SPOT”卫星，首次将飞轮技术运用于航天器，上面的3个反作用飞轮使卫星对地球的指向控制精度为0.15°，的姿态稳定达到0. 0001°/s.
5 飞轮储能关键技术发展趋势
随着技术的不断进步，飞轮储能向大容量、高效率、无污染、高安全性、适应性强的方向发展，飞轮储能技术未来的研究重点应该包括以下几个方面：
（1）新材料的应用。使用新型的复合材料可以有效地增加飞轮的强度与储能密度，高温超导材料的突破也将为超导飞轮赢得更大的优势。
（2）磁轴承的研究。磁轴承的使用将使飞轮储能系统的损耗大大减少，同时增加其使用寿命，对飞轮速度的提升也大有帮助。
（3）高速电机的研究。高速电机的研究将提供足够的动力使飞轮能够携带更大的能量，增大飞轮电池的续航能力。
（4）使用先进的控制方法。先进的控制方法能使系统效率高，响应速度快，飞轮的高速问题和损耗问题也能有效解决。现代控制方法向着智能控制的方向发展，常见的有模糊控制、神经网络控制、自适应控制等。
（5）模块化建设。将多个飞轮列阵式的运行，实现飞轮单元的模块化。这样就可以大大扩充储能的规模，同时也增大了负载能力。
6 结论
目前飞轮储能还不是主流的储能方式，但其表现出来的潜质让人们寄予厚望，尤其是它储能密度大、效率高、充放电快捷、清洁无污染等特点得到人们认可。这里对飞轮储能系统的结构原理、关键技术、应用和发展趋势都做了介绍与分析，并指出了飞轮储能存在的局限性，通过这些不足分析了它的关键技术所需要解决的问题。由于飞轮储能在能源领域具有很多优势，因此对其研究具有重大意义。
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。
㈢ 科普储能之飞轮储能知识点
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，并采用机械保护轴承。
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，而且采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。
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㈣ 清洁能源的飞轮储能
飞轮储能是一种利用高速旋转的飞轮存储能量的技术。在储能阶段，通过电动机拖动飞轮，使飞轮加速到一定的转速，将电能转化为动能；在能量释放阶段，飞轮减速带动电动机作发电机运行，将动能转化为电能。典型的飞轮储能装置，一般包括高速旋转的飞轮、封闭壳体和轴承系统、电源转换和控制系统等。
飞轮储能具有储能密度较高、充放电次数与充放电深度无关、能量转换效率高、可靠性高、易维护、使用环境条件要求低、无污染等优点。但大规模的飞轮储能系统的研制在高速低损耗轴承、发电/电动机、散热和真空等技术上还有难度。
目前飞轮储能技术主要有两个分支，一是以接触式机械轴承为代表的大容量飞轮储能技术，其主要特点是储存动能、释放功率大，一般用于短时大功率放电和电力调峰场合。二是以磁悬浮轴承为代表的中小容量飞轮储能技术，其主要特点是结构紧凑、效率更高，一般用作飞轮电池、不间断电源等。
㈤ 飞轮储能系统有什么优点
大家应该见过拖拉机的单缸发动机，侧面都有一个大大的铁盘子，这个就是飞轮，可以利用高速旋转的惯性能量稳定发动机转速，获得平稳动力输出。
但如今有人想把这个大飞轮用在电动车上，当然，作用不是稳定动力输出，而是看中了它的储能特性。
有外媒报道，伦敦大学城市学院与Dynamic Boosting Systems公司合作研发了一项飞轮储能装置，即飞轮电池，可以为电动车供电。
你可以把它理解为这就是一个机械电池
简单来说就是通过电动/发电互逆式双向电机，以物理的方式实现电能与飞轮机械动能之间的相互转换和储存。而我们常说的锂电池属于化学电池，将化学能与电能相互转化。
它的结构也不算复杂，典型的飞轮储能系统由飞轮本体、轴承、双向电机、电力转换器和真空室5个主要组件构成。
飞轮本体是飞轮储能系统的核心部件，作用是力求提高转子的极限角速度，减轻转子重量，最大限度地增加飞轮储能系统的储能量，多采用碳素纤维材料制作。
双向电机在储能时作为电动机运行，由外界回收能量驱动，加速飞轮旋转，此时电能转化为动能；在释能时，电机又转变为发电机，飞轮带动电机发电，向驱动电机供电，完成机械能向电能转化，在这个过程中飞轮转速会不断下降。
电力转换器是为了提高飞轮储能系统的灵活性和可控性，并将输出电能通过调频、整流或恒压等变换为满足负荷供电要求的电能。
真空室的主要作用是提供真空环境，降低飞轮旋转时的风阻损耗。
轴承的性能直接影响飞轮储能系统的可靠性、效率和寿命。飞轮储能系统多采用磁悬浮系统，减少电机转子旋转时的摩擦，降低机械损耗，提高储能效率。
听起来好像很新奇，但其实这项技术早在上世纪八十年代初就已经出现了，当时瑞士Oerlikon工程公司，成功研制出了一辆完全由飞轮驱动的公共汽车。
你可能会好奇，飞轮电池的功率有多大？
在2007年保时捷也曾研究过飞轮电池，并在2009年将这一技术用在了勒芒911 GT3 RHybrid赛车上，当时副驾驶座椅下面安装了一套飞轮储能系统，它的重量才103磅（约46.7kg）。
在全速下，飞轮的转速可以接近4,0000rpm ，16英寸直径的飞轮可以提供0.2kWh的能量。不要看它容量很小，但功率很大，它可以提供163马力（约120kW）长达6秒的功率输出，而且可以频繁的快速充放电，这为当时的911赢得了不少比赛时间。
因为正常情况下，赛车在激烈驾驶中急加速或急减速都会有极大的功率输入或输出，而大功率对化学电池寿命都有极大的损伤，据说在一场24小时的纽伯格林比赛中，电池就要更换三次。
而采用飞轮电池则无需换电池，在无需维护的情况下能够使用25年，反复充放电100万次也不会出现损耗。而且可以说它几乎没有功率限制，类似超级电容，可以快速充放电。
另外飞轮电池吸收刹车动能的效果也优于化学电池，比如一般车辆减速度只有0.3g，而飞轮电池能让赛车减速度达到1g，从而减少制动片磨损，同时还能提升25%的燃油效率。一般一场拉力赛普通车型要换2-3此刹车片，而飞轮电池车型只需更换一次。
这些减少的更换次数都可以为比赛赢得大量时间。后来在保时捷918概念车上，也出现过飞轮储能系统，可以为前桥两个电机提供2×75kW的额外动力。
可以说飞轮电池在技术上，性能指标上，安全性上，都很适合汽车使用，但为什么没有发展起来呢？
还是因为它性价比低，虽然功率大，但容量难以提升，所以不适合用于跑里程的电动车，只适合用于需要大功率的车型，例如跑车、卡车等。
事实上，考虑到飞轮储能量大，储能密度高，充电快捷，充放电次数无限，国外不少科研机构已将飞轮储能引入风力发电系统，即：风力发电机组+内燃机组+飞轮储能。
例如美国的Vista Tech Engineering，将飞轮引入到风力发电系统，实现全程调峰，飞轮机组的发电功率达到300kW，大容量储能飞轮的储能为277kW/h。
而随着复合材料、磁支撑、动发一体机和多学科优化设计技术的不断进步，飞轮储能容量或许能进一步提升，应用于汽车行业前景依然广阔。
㈥ 飞轮储能是一种利用高速旋转的飞轮存储能量的技术。在储
能阶段，通过电动机拖动飞轮，使飞轮加速到一定的转速，将电能转化为动能；在能量释放阶段，飞轮减速带动电动机作发电机运行，将动能转化为电能。典型的飞轮储能装置，一般包括高速旋转的飞轮、封闭壳体和轴承系统、电源转换和控制系统等
㈦ 走进飞轮储能系统
一、飞轮储能系统是什么。
指利用电动机带动飞轮高速旋转，将电能转化成动能储存起来，在需要的时候再用飞轮带动发电机发电的储能方式。飞轮储能系统主要包括转子系统、轴承系统和转换能量系统三个部分构成。另外还有一些支持系统， 如真空、深冷、外壳和控制系统。基本结构如图所示。
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。
飞轮储能器中没有任何化学活性物质，也没有任何化学反应发生。旋转时的飞轮是纯粹的机械运动，飞轮在转动时的动能为：E =1/2Jω^2
式中： J为飞轮的转动惯量，ω为飞轮旋转的角速度.
由于在实际工作中，飞轮的转速可达40000～500000r/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）可以达到95%左右。
二、国内外飞轮储能系统研究的现状、发展及未来
飞轮电池是90年代提出的新概念电池，它突破了化学电池的局限，用物理方法实现储能，由于是电能和机械能的相互转化，不会造成污染。 飞轮储能电池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。
纵观欧美国家的现状，在汽车行业中，美国飞轮系统公司（AFS）就生产出了以克莱斯勒LHS轿车为原形的飞轮电池轿车AFS20；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；在军用设备上，美国已经开始尝试使用飞轮装置，尤其是大型混能牵引机车上，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；在太空方面，由于飞轮储能装置的储能密度很大，并且随着材料学和磁悬浮轴承技术的不断发展，在卫星上使用的飞轮储能装置甚至小到可以装进卫星壁中，而且飞轮储能装置运行的时候损耗很小，基本上不用维护，这就使得飞轮技术不断应用于卫星装置和太空空间站的太阳能储能电池中作为它们的能量供应中心来使用，同时飞轮还可以用于卫星的姿态控制中。
根据市场研究公司Research and Markets最新发布的报告，从2010年到2014年，全球飞轮储能市场的年复合增长率将达到12%。不过，国内飞轮储能市场开始发力也只有3、4年时间。美国、德国、日本等发达国家对飞轮储能技术的开发和应用比较多。欧洲的法国国家科研中心、德国的物理高技术研究所、意大利的SISE均正开展高温超导磁悬浮轴承的飞轮储能系统研究。飞轮储能的研究主要着力于研发提高能量密度的复合材料技术和超导磁悬浮技术。其中超导磁悬浮是降低损耗的主要方法，而复合材料能够提高储能密度，降低系统体积和重量。2014年9月16日国内第一台飞轮200千瓦工业化磁飞轮调试成功，各项实验测试指标均达良好，飞轮运行正常，性能安全可靠。专家评价，这项具有完全知识产权的储能技术和产品填补了国内科技和市场的空白。
目前已有机构在积极开发混合电动车（HEV）用的飞轮电池系统。其主要作用：A)稳定主动力源的功率输出。在混合动力汽车起步、爬坡和加速时，飞轮电池能够快速、大能量的放电，为主动力源提供辅助动力，并减少主动力源的动力输出损耗。B)提高能量回收的效率。在混合动力电动汽车下坡、滑行和制动时，飞轮电池能够快速、大量的存储动能，充电速度不受“活性物质”化学反应速度的影响，可提高再生制动时能量回收的效率。飞轮储能用于HEV，存在的主要问题是如何尽可能减轻飞轮的陀螺效应以及提高飞轮的工作效率。对应同等级别的汽车，安装飞轮储能系统后，可以采用相对小的发动机来提供动力，实现节能和减排的目的。最近国家工业和信息化部发布《新能源汽车生产企业及产品准入管理规则》时，特别将高效储能器作为解决新能源途径之一写入了规则，作为高效储能器的代表，飞轮储能在汽车上应用有着巨大潜力。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。
飞轮储能技术看似很神秘，其实与人们生活密切相关，比如地铁列车进出站时的能量转换，列车进站刹车时将多余能量输入飞轮，列车出站提速时需要能量，飞轮将能量输出，这个系统可为地铁节省20%左右的能量消耗。飞轮技术在我国仍处在研发阶段，而国际发达国家已有几十年的发展历史，在诸多领域获得应用，如F1赛车能量回收、轨道牵引能量回收、微电网调压及并网，超低温余热回收利用、应急UPS电源、高速离心风机等。
三、飞轮储能系统的优点
飞轮储能技术是目前最有发展前途的储能技术之一。相比锂电池、铅酸电池，飞轮储能具有诸多优点：
1、储能密度大。储能密度可达100～200wh/kg，功率密度可达5000～10000w/kg
2、效率高。工作效率高达百分之95
3、维护成本低。运行的时候损耗很小，基本上不用维护
4、寿命长。不受重复深度放电影响，设计寿命20年以上，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
5、无噪声。
6、环境污染小，对周围环境几乎没有影响。
不受地理环境限制等，是目前最有发展前途的储能技术之一。
四、飞轮储能系统的缺点
能量密度不够高，能量释放只能维持较短时间，一般只有几十秒钟。自放电率高，如停止充电，能量在几到几十个小时内就会自行耗尽。Active Power公司的飞轮储能系统单位模块输出250千瓦，待机损耗为2.5千瓦，因此有些数据称其效率为99%。但这是有条件的。只有在迅速用掉的情况下才有这么高的效率。如果自放电的话，效率**降低。例如，几万转高速飞轮系统损耗在100瓦左右，1千瓦时的系统只能维持10小时的自放电。因此，飞轮储能最适合高功率、短时间放电或频繁充放电的储能需求。
五、飞轮储能系统目前使用的领域
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2010美国勒芒系列赛最后一轮中，保时捷911GT3混合动力赛车首次正式使用了该项技术（该车成绩在比赛中排名中游）。911 GT3是保时捷第一辆混合动力赛车，它是918 Spyder混合动力车的前身，飞轮技术在不牺牲速度和敏捷性的前提下，让汽车更有效率，这是一个令人振奋的进步——保时捷918 Spyder混合动力车有500加马力的全轮驱动，仅需3.2秒即能将速度从0提至62英里每秒。保时捷公司表示，已有900名准买家签约购买该车。
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。国外数据表明，在UPS应用中，飞轮储能正在逐步取代铅酸蓄电池，成为主流技术。
4、军用战斗车辆
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。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。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。
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。
㈧ 请问汽车发动机上的飞轮主要是起什么作用的
飞轮的主要作用是储存发动机做功冲程外的能量和惯性。在曲轴的动力输出端，也就是连变速箱和连接做功设备的那边。飞轮具有较大转动惯量。由于发动机各个缸的做功是不连续的，所以发动机转速也是变化的。当发动机转速增高时，飞轮的动能增加，把能量贮蓄起来;当发动机转速降低时，飞轮动能减少，把能量释放出来。飞轮可以用来减少发动机运转过程的速度波动。除此之外，飞轮还有下列功用：飞轮是摩擦式离合器的主动件；在飞轮轮缘上镶嵌有供起动发动机用的飞轮齿圈；在飞轮上还刻有上止点记号，用来校准点火定时或喷油定时，以及调整气门间隙。
㈨ 想了解关于发动机工作的原理，进气过程中飞轮有没有转动，还有飞轮能储存能量是怎么回事
现行的汽油发动机一般为四冲程发动机。发动机的活塞从一个极限位置到另一个极限位置的距离称为一个冲程。4冲程发动机的特点是曲轴转两圈才完成一个工作循环，也就是吸气冲程--压缩冲程--做功冲程--排气冲程，即活塞从上止点到下止点，吸气，此时进气门开启，排气门关闭，曲轴转动180°。在活塞移动过程中，汽缸容积逐渐增大，汽缸内气体压力逐渐降低，汽缸内形成一定的真空度，空气和汽油的混合气通过进气门被吸入汽缸，并在汽缸内进一步混合形成可燃混合气。然后活塞从下止点到上止点，压缩，此时进、排气门同时关闭，活塞从下止点向上止点运动，曲轴转动180°。当活塞接近上止点时，由火花塞点燃可燃混合气，气体膨胀推动活塞从上止点到下止点，作功，进气门、排气门均关闭，曲轴转动180°。然后活塞从下止点到上止点，排气门开启，进气门仍然关闭，活塞从下止点向上止点运动，曲轴转动180°。排气门开启时，燃烧后的废气一方面在汽缸内外压差作用下向缸外排出，另一方面通过活塞的排挤作用向缸外排气。飞轮连接在曲轴后端的较大的圆盘状零件，可以增加发动机运转的平稳性，它在四个冲程中都是随曲轴转动的。作功冲程所释放的能量有一部分转化为飞轮旋转的惯性，带动其它三个冲程中曲轴的旋转以及活塞的运行。