飞轮储能系统又称飞轮电池，其基本结构由飞轮转子、轴承、电动机/发电机、电力电子控制装置、真空室等五个部分组成。其中飞轮转子作为飞轮电池的关键部件，一般选用强度高密度相对较小的材料制作而成，根据外形不同可分为圆轮、圆盘或圆柱刚体等类型；轴承是飞轮装置的轴系支承部件，由于磁悬浮支承轴承和组合式轴承可以降低摩擦损耗，提高系统效率而成为了支承技术的研究热点，尤其是组合式轴承结合了机械轴承和磁悬浮轴承的优点，已经引起了飞轮储能系统研究和开发者的广泛关注；电机作为一个集成部件，具有电动机和发电机的功能，可以在电动和发电两种模式下自由切换，以实现机械能和电能的相互转换；电力电子控制装置主要是对输入或输出的电能进行变换控制，通过对电力电子控制装置的操作可以实现对飞轮电机各种工作要求的控制；真空室主要作用是为飞轮提供真空环境以降低风阻损耗并在飞轮高速旋转破裂时保护周围人员和设备。

飞轮储能系统是将能量以高速旋转飞轮的转动动能的形式来存储起来的装置。它有三种模式：充电模式、放电模式、保持模式。充电模式即飞轮转子从外界吸收能量,使飞轮转速升高将能量以动能的形式存储起来，充电过程飞轮做加速运动，直到达到设定的转速；放电模式即飞轮转子将动能传递给发电机，发电机将动能转化为电能,再经过电力控制装置输出适合于用电设备的电流和电压，实现机械能到电能的转化，此时飞轮将做减速运动，飞轮转速将不断降低，直到达到设定的转速；保持模式即当飞轮转速达到预定值时既不再吸收能量也不向外输出能量，如果忽略自身的能量损耗其能量保持不变。由此，整个飞轮系统实现了能量的输入、输出以及存储。

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