CN113650500A - 高温超导混合储能系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高温超导混合储能系统。包括超导储能电池，所述超导储能电池分别电连接车辆动力电池与车辆的驱动电机，超导储能电池包括多个超导电池单体，多个超导电池单体串联。上述高温超导混合储能系统，通过将高温超导电池模块化，该系统便于维护，通过多组超导电池单体的组合形成不同电压、不同储能、不同功率的超导混合电池，实现可调储能能量和功率，使得电池不必经受频繁的充放电，电机启动、加速等脉冲大电流，提高动力电池的寿命，提高了电动汽车的充放电功率。
Description
技术领域
本发明涉及储能技术领域，特别是涉及一种高温超导混合储能系统。
背景技术
随着电动汽车等电动交通运输工具的快速发展，储能电池如锂离子电池成为目前发展最快也是使用最广泛的储能方式。交通运输系统通常需要高能量型储能车辆动力电池，长时间的放电以获得长时间的续航能力，从而最大化系统效率并最小化系统费用和质量。
在电动汽车起步或加速阶段，需要动力电池快速放电，以提供足够的动力。但是，由于动力电池本身结构和性能的限制，电池的放电速度较慢，无法短时间内释放足够的电能，造成电动汽车起步缓慢。同时，动力电池的极限放电会对电池造成冲击，造成动力电池性能迅速下降。另外，起步或加速阶段动力电池消耗的电能较多，使续航能力缩短，从而需要较频繁的充电，而动力电池的频繁充电会严重影响电池生命周期。
发明内容
基于此，有必要针对传统车辆动力电池无法短时间内释放足够的电能、极限放电对动力电池冲击大、续航能力较差以及动力电池生命周期较短的的问题，提供一种短时间释放电能较大、极限放电对动力电池冲击较小、续航能力较好以及电池生命周期较长的高温超导混合储能系统。
一种高温超导混合储能系统，包括超导储能电池，所述超导储能电池分别电连接车辆动力电池与车辆的驱动电机，所述超导储能电池包括多个超导电池单体，所述多个超导电池单体串联。
进一步的，所述多个超导电池单体串联形成超导电池模组，所述超导储能电池包括多个超导电池模组，所述多个超导电池模组并联。
进一步的，所述超导电池单体包括壳体、液氮、铁心与超导线圈，所述铁心设置于所述壳体内，所述超导线圈缠绕于所述铁心上，且所述超导线圈的正负极引接于所述壳体的外侧，所述壳体内填充有所述液氮。
进一步的，所述壳体的内侧为保温结构。
进一步的，所述保温结构为杜瓦。
进一步的，所述壳体设置为方形结构。
进一步的，所述壳体上分别设有液氮进口和液氮出口，所述液氮进口和所述液氮出口均与壳体内部连通。
进一步的，所述超导储能电池通过一个DC/DC转换器与DC/AC转换器电连接所述驱动电机，所述车辆动力电池通过另一个DC/DC转换器与所述DC/AC转换器电连接所述驱动电机。
上述高温超导混合储能系统，通过将高温超导电池模块化，该系统便于维护，通过多组超导电池单体的组合形成不同电压、不同储能、不同功率的超导混合电池，实现可调储能能量和功率，使得电池不必经受频繁的充放电，电机启动、加速等脉冲大电流，提高动力电池的寿命，提高了电动汽车的充放电功率。
附图说明
图1为超导储能电池的系统示意图；
图2为超导电池单体的结构示意图。
图中：100、壳体；200、铁心；300、超导线圈；400、杜瓦。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，在一个实施例中，一种高温超导混合储能系统，包括超导储能电池，超导储能电池分别电连接车辆动力电池与车辆的驱动电机，超导储能电池包括多个超导电池单体，多个超导电池单体串联。
上述高温超导混合储能系统，通过将高温超导电池模块化，该系统便于维护，通过多组超导电池单体的组合形成不同电压、不同储能、不同功率的超导混合电池，实现可调储能能量和功率，使得电池不必经受频繁的充放电，电机启动、加速等脉冲大电流，提高动力电池的寿命，提高了电动汽车的充放电功率。
在本实施例中，多个超导电池单体串联形成超导电池模组，超导储能电池包括多个超导电池模组，多个超导电池模组并联。
上述超导储能电池通过模块化设置的超导电池单体，阵列式组成超导储能电池，并与电动车动力电池形成混合储能系统，提高了电动车的功率，并提高了动力电池的寿命。
在本实施例中，超导储能电池通过一个DC/DC转换器与DC/AC转换器电连接驱动电机，车辆动力电池通过另一个DC/DC转换器与DC/AC转换器电连接驱动电机。
上述混合储能系统通过每个模块化的超导电池单体储存一定的能量，并且能以较大功率释能存储的能量，并通过阵列式组合，可以形成更高的电池电压和更大的储能功率，通过DC/DC转换模型，与电动汽车的主储能电池形成能量合并，最终通过DC/AC转换，驱动电动汽车的交流电机，能够提高电动汽车的输出功率，从而缩短电动车加速时间，乘车体验好。
传统的电动汽车在使用过程中，在启动和加速阶段，电池的放电速度较慢，达不到预期效果。且电池系统的频繁充放电会严重影响电池生命周期。而目前的电动汽车所使用的混合储能系统由多个混合储能模块组成，每个模块内部可包含一或两组不同介质的储能单元。与多组单元并联控制结构不同，该种架构具有以下特点：动力电池作为电动汽车的储能装置,其固有特性的缺陷制约了电动汽车的发展；而超级电容与动力电池的混合式储能装置可以改善单一动力电池储能装置的不足。超导磁储能系统具有高储能、快供电的特性,应用于电动汽车会提高电动汽车的续航时间,甚至实现电动汽车的自主产能。现有的超导储能是基于整个超导大磁体，非模块化的超导磁体，具体体积大，如果损害，整个超导储能系统损害的风险。
并且随着新型超导材料研发和超导技术的发展，超导储能将会在汽车领域及其他相关领域得到规模化应用。超导储能在使用自身不会消耗能量，但必须增加额外的低温制冷机或低温制冷剂使超导磁体冷却到临界温度以下，此方法会导致能量的损耗和成本增加，使其在电动汽车储能电池领域的应用受到了很大的限制。
如图2所示，在本实施例中，超导电池单体包括壳体100、液氮、铁心200与超导线圈300，铁心200设置于壳体100内，超导线圈300缠绕于铁心200上，且超导线圈300的正负极引接于壳体100的外侧，壳体100内填充有液氮。
上述超导电池相比常规高温超导磁体小很多，并且通过模块化、可阵列式的自由组合，其接口和尺寸都支持模块化，灵活组合形成不同规格、不同储能能量的超导电池阵列。同时其内部可流通液氮用于降温，成本低。
在实际使用中，铁心200的材料可选用纯铁(DT4)。
具体的，壳体100设置为方形结构。壳体100的内侧为保温结构。保温结构为杜瓦400。壳体100上分别设有液氮进口和液氮出口，液氮进口和液氮出口均与壳体100内部连通。
在实际使用过程中，当汽车起步或加速时，超导储能电池辅助汽车电池为汽车驱动电机进行供给，使汽车达到预期效果，提升汽车加速能力和乘坐体验，当汽车平稳行驶时，超导储能电池不运行，汽车电池单独为汽车电机进行供给。
本实施例中超导电池单体可采用模块化的S-SMES(small-SuperconductorMagnetics Energy Storage，超导磁)。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (8)
1.一种高温超导混合储能系统，其特征在于，包括超导储能电池，所述超导储能电池分别电连接车辆动力电池与车辆的驱动电机，所述超导储能电池包括多个超导电池单体，所述多个超导电池单体串联。
2.根据权利要求1所述的高温超导混合储能系统，其特征在于，所述多个超导电池单体串联形成超导电池模组，所述超导储能电池包括多个超导电池模组，所述多个超导电池模组并联。
3.根据权利要求1所述的高温超导混合储能系统，其特征在于，所述超导电池单体包括壳体、液氮、铁心与超导线圈，所述铁心设置于所述壳体内，所述超导线圈缠绕于所述铁心上，且所述超导线圈的正负极引接于所述壳体的外侧，所述壳体内填充有所述液氮。
4.根据权利要求3所述的高温超导混合储能系统，其特征在于，所述壳体的内侧为保温结构。
5.根据权利要求4所述的高温超导混合储能系统，其特征在于，所述保温结构为杜瓦。
6.根据权利要求3所述的高温超导混合储能系统，其特征在于，所述壳体设置为方形结构。
7.根据权利要求3所述的高温超导混合储能系统，其特征在于，所述壳体上分别设有液氮进口和液氮出口，所述液氮进口和所述液氮出口均与壳体内部连通。
8.根据权利要求3所述的高温超导混合储能系统，其特征在于，所述超导储能电池通过一个DC/DC转换器与DC/AC转换器电连接所述驱动电机，所述车辆动力电池通过另一个DC/DC转换器与所述DC/AC转换器电连接所述驱动电机。
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