飞轮储能电池的结构特点及其应用
硫磷设计与粉体工程
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ＳＰ＆ＢＭＨＲＥＬＡＴＥＤＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ
２００４年第６期
飞轮储能电池的结构特点及其应用
赵旭升，沈囤良
（南京化工职业技术学院，江苏南京２１００４８）
中图分类号：ＴＭ９１２．０３
文献标识码：Ｂ
文章编号：１００９—１９０４（２００４）０６—００４４—０３
飞轮储能电池的概念起源于上世纪７０年代早期，最早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，以及全世界对环境污染的重视，这种新型电池又得
际工作时飞轮的转速可达４０
０００一５００００
ｒ／ｍｉｎ，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
系统的总质量。同时，为了减少充放电过程中的能
量损耗（主要是摩擦损耗），电机和飞轮都使用磁轴承，使之悬浮，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
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。目前欧美国家已出现实用化的产
储能电池的净效率（输入输出）可达到９５％左右。
实际使用中，飞轮储能电池主要包括以下部件：
飞轮、轴、轴承、电机、真空容器和电力电子变换器。
品，但我国在这方面的研究才刚刚起步。
１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
它的结构见图２。飞轮是整个电池装置的核心部件，直接决定了整个装置的储能多少，它储存的能量
１
轮，电动机一发电机和电力电子变换装置。它的原
理如图１所示。
由公式Ｅ＝÷山２决定。式中，．，为飞轮的转动惯二量，与飞轮的形状和质量有关；∞为飞轮的旋转角速
—————１输入设备ｒ１甩功机型叫暑交嚣Ｍ动疵
度。所以，飞轮储能电池又称为飞轮电池。
飞轮机械能
轴承
变换器
真空
图ｌ飞轮储能电池系统原理示意
电器
从图１可看出：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转化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。由于输人、输出是彼此独立的，设计时常将电动机和发电机用同一台
飞轮
轴承
图２飞轮储能电池结构示意
电力电子变换器通常是由ＭＯＳＦＥＴ（场效应晶
体管）和ＩＧＢＴ（绝缘栅极场效应晶体管）组成的双
向逆变器，它们决定了飞轮装置能量输入输出的大小。
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总质量和外形大小。由于在实
万方数据
２００４年第６期
赵旭升，等．飞轮储能电池的结构特点及其应用・４５・
２电池性能的比较
现在广泛使用的储能电池是基于电化学原理的化学电池，它将电能转变为化学能储存，再转化为电能输出，主要优点是价格低廉，技术成熟。但存在污染严重，效率低下，充电时间长，用电时间短，使用过
程中电能不易控制等缺点。
另一种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
需耗费大量能量，而且维持装置过大，不易小型化，
民用的市场前景并不看好。
飞轮储能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。三种储能电池的性能见表１。
表ｌ三种储能电池的性能
３飞轮储能电池的应用
由于技术发展和材料价格的限制，飞轮储能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，飞轮储能电池已得到逐步应
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相同质量化学电池的两倍功率，同负载的使用时间为化学电池的３～１０倍心Ｊ。同时，因为它的转速是可测可控的，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个飞轮储能电
万
方数据池，联合在一起可提供超过１５０ｋｗ的电能。和化学电池相比，据估计可节约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动机混合推动，飞轮储能电池充电快，放电完全，非常适合应用于混合能量推动的车辆中。车辆在正常行使和刹车制动时，给飞轮储能电池充电，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、最优的转速，可减少燃料消耗以及空气和噪
声污染，延长发动机的使用寿命、减少维修工作。美国ｒＩ＇ＥｘＡＳ大学已研制出一种汽车用飞轮电池，电池在车辆需要时可提供１５０ｋｗ的能量，使满载车辆
能加速到１００ｋ・ｎ／ｈ旧Ｊ。在火车方面，德国西门子公
司已研制出一种长１．５ｍ，宽０．７５ｍ的飞轮储能电池，可提供３Ｍｗ的功率，同时，可储存３０％的刹车
制引。
３、不间断电源
飞轮储能电池可提供高可靠性的稳定电源，可提供几秒到几分钟的电能，这段时间足以保证工厂进行电源切换。德国ＧｍｂＨ公司制造了一种使用飞轮储能电池的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。飞轮储能电池由于其快速的充放电，独立而稳定的能量输出，且轻，能使车辆工作在最优状态，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。
飞轮储能电池作为一种新兴的储能方式，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
储能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，伴随着科学技术和材料学的进步，飞
轮储能电池将在未来的各行各业中发挥重要的作
用。
参考文献：
［１］虞烈．可控磁悬浮转子系统［Ｍ］．北京：科学出版社．２００３：５～
７
４结束语
硫磷设计与粉体工程
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２００４年第６期
统计信用评级制度初探
李家萍１，杨忠民２
（１、南京市企业调查队，江苏南京２１０００８；２、南京市统计局，江苏南京２１０００８）
中图分类号：Ｆ２７０．７文献标识码：Ｃ文章编号：１００９一１９０４（２００４）０６—００４６—０３
１概况
古代思想家孔子说过“民无信不立”。社会主义市场经济是法制经济，也是道德经济，更是信用经济。诚信是市场经济的生命和灵魂，是社会协调有序发展不可缺少的条件。
市场经济越发达，各种经济活动的关系就越复杂。理性经济人要追求的必然是规避风险、获取经
济利益最大化。由于市场经济并不总能做到自我规
元，由于合同欺诈造成的直接损失为５５亿元，由于
“三角债”和现款交易而增加的财务费用约有２
０００
亿元，产品质量低劣和制假售假造成的各种损失至
少有２０００亿元。也就是说我国企业因信用问题导致的损失每年高达五六千亿元，相当于国家年财政收入的３０％强。
据某市“企业信用状况专项调查”结果显示，在被调查的１６个行业中，企业信用度普遍不高。邮电通信业信用度略高，认同率也仅为４４．１％，其他行业依次为烟草业３９％、电煤水等公用事业
３９％、教育业３３．９％、医药业１５．３％、房地产业
范、自我约束，所以放任自由必将导致尔虞我诈、虚假欺骗，而使市场竞争无序、最终导致市场失灵。目前我国处于社会主义市场经济的初级阶段，各种制度还不够健全。多元化的市场主体在巨大的利益机制的直接驱动下，社会信用意识一度淡化，近年来产品质量造成的危害令人吃惊。以化肥行业为例，某省对一批复合肥产品进行抽检中发现，其总养分高
的只有１３．６％，低的为１２．４％，国家规定总养分为２５％的标准竞被这些厂家打对折，有些品种的磷和
１３．６％、批发零售业１０．２％，餐饮业信用度最低，认同率仅有１．７％。而认为“目前不同行业存在偷工
减料、欺骗用户，拖欠或压低职工工资，生产污染环境的产品以及勾结券商违规抄作本企业股票等不良行为”的（所有选择项内按重要程度选择三项从高到低），分别依次占到调查总数的５５．９％、５０．８％、
４０．７％、３０．５％、１１．９％。失信导致了全社会的信用
危机。
钾含量极低，甚至为零。由于化肥使用效果的滞后
性决定了农民必将深受虚假之害。
诚信的缺失对经济发展的危害以及带来的直接经济损失更是触目惊心。据有关专家测算分析，我国市场交易中由于缺乏信用体系，使得无效成本占
国内生产总值的比重至少在ｌＯ％以上。具体来说，
２建立统计信用评级制度的必要性
面对社会的信用危机，调查中近九成的企业经
营者都认识到诚信是企业生存与发展的必要条件。企业家们也急切呼吁政府须加强诚信体制建设，重塑社会信用。调查中近八成的企业参加过企业资信
评估，其中有６７．４％的企业被评为“ＡＡＡ”级，２３．３％的企业被评为“ＡＡ”级，９．３％的企业被评为
全国每年因为逃避债务造成的直接损失约１８００亿
’＇，＇＞’ｌ，ｌｌ，＇＇’＇＇’’’＇，＇ｌ＇＇，ｌ，，＇ｌ，，＇＇），＇ｌ＇’＇，＇
［２］ＲＯＢＥＲＴＨＥＢＮＥＲ＆Ｊ０ｓＥＰＨＢＥＮ０＆ＡＬＡＮｗＡｕｓ．ｎｙｗｈｅｅｌ
ｔｅｒｉｅｓ
Ｂａｔ—
ｃｏｍｅＡｒｏｕｎｄＡｇａｉｎ［Ｊ］．ＩＥＥＥｓＰＥｃＴＲｕＭ，２００２，（４）：４６～５１．
“Ａ”级；五成以上的企业已建立了企业信用管理体
系，其中有两成的企业建立了３＋１科学信用管理模
作者简介：赵旭升（１９７１一），男，江苏高邮人，讲师，从事高速
电机、虚拟仪器、交直流电机控制等的研究工作。
式。打造良好的信用环境迫在眉睫，众望所归。
目前广东、浙江、山东、上海、北京等省市已率先
（收稿日期：２００４—０４—２９）
万方数据
飞轮储能电池的结构特点及其应用
作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：
赵旭升， 沈国良
南京化工职业技术学院,江苏,南京,210048
硫磷设计与粉体工程
SULPHUR PHOSPHORUS & BULK MATERIALS HANDLING RELATED ENGINEERING2004(6)4次
参考文献(2条)
1. 虞烈 可控磁悬浮转子系统 2003
2. ROBERT HEBNER& JOSEPH BENO&ALAN WALLS Flywheel Batteries Come Around Again[外文期刊] 2002(04)
引证文献(4条)
1. 苏志刚. 何婷. 汤双清 一种用于UPS的大功率飞轮储能系统研究[期刊论文]-兰州工业高等专科学校学报 2008(3)2. 严俊. 赵立飞 储能技术在分布式发电中的应用[期刊论文]-华北电力技术 2006(10)3. 彭江涛 车载飞轮电池磁力轴承设计理论及方法的研究[学位论文]硕士 2006
4. 吴华春. 胡业发. 王晓光. 江征风 车载磁悬浮飞轮电池系统研究[期刊论文]-机械工程师 2005(8)
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