高温超导储能监测系统的制作方法

1.本发明涉及储能技术领域，特别是涉及一种高温超导储能监测系统。


背景技术：

2.随着电动汽车等电动交通运输工具的快速发展，电化学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设备，通过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。
3.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，由于传统动力电池本身结构和性能的限制，放电速度较慢，无法短时间内释放足够大的电能，造成电动汽车起步缓慢，难以满足电动车的起步速度需求。同时，电动汽车起步或者加速阶段，动力电池的极限放电会对电池造成冲击，是动力电池性能加速下降。并且，起步或加速阶段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，严重影响电池生命周期。
4.另外，传统的电动汽车缺乏动力源数据的实时监测。


技术实现要素：

5.基于此，有必要针对传统的动力电池无法短时间内释放足够大的电能，极限放电冲击造成动力电池性能加速下降，频繁充放电影响电池的生命周期以及传统的电动汽车缺乏动力源数据实时监测的问题，提供了一种可短时间内释放较大电能，缓解极限放电冲击力对动力电池的影响，减小动力电池充放电频率以及实时监测动力源数据的高温超导储能监测系统。
6.一种高温超导储能监测系统，包括超导储能电池、电流检测模块、电压检测模块和主控模块；
7.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；所述电流检测模块和所述电压检测模块分别电连接所述超导储能电池，分别用于检测所述超导储能电池的输出电压与输出电流；所述主控模块分别与电流检测模块和电压检测模块连接，用于获取、处理所述输出电压与输出电流，并显示电压值与电流值，且在所述电压值与电流值超过设定阈值时控制启动所述超导储能电池的失超保护。
8.进一步的，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；所述电流检测模块分别与各超导电池单体的输出电路串联，用于检测各超导电池单体的输出电流；所述电压检测模块分别与各超导电池单体的正负极并联，用于检测各超导电池单体的输出电压。
9.进一步的，多个所述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。
10.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。
11.进一步的，所述壳体的内侧为保温结构，所述保温结构为杜瓦。
12.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。
13.进一步的，所述控制系统还包括温度检测模块，所述温度检测模块与所述超导储能电池电连接，用于检测所述超导储能电池的外部环境温度与内部液氮温度；所述主控模块获取所述外部环境温度与内部液氮温度，并显示外部环境温度值与内部液氮温度值，且在所述外部环境温度值高于设定的环境温度阈值时发出告警信号，在所述内部液氮温度值高于设定的液氮温度阈值时，控制启动所述超导储能电池的失超保护。
14.进一步的，所述主控模块包括变送器和工控机；所述电流检测模块、电压检测模块和温度检测模块通过变送器与工控机连接。
15.进一步的，所述工控机内装载有上位机程序labview，用于进行数据处理、数据显示与数据保存。
16.进一步的，所述液氮温度阈值上限为92k。
17.上述高温超导储能监测系统，将超导储能电池加入到电动汽车的动力源系统中，用于在电动汽车起步或加速阶段进行供电，由于超导储能电池在超导状态下，线圈无电阻，能耗小、效率高，在供电时，能够在短时间内释放足够大的电能，使电动汽车在起步或者加速时获得足够的动力，缩短了电动汽车的起步或者加速阶段的时间。同时，避免了对动力电池的极限放电冲击和频繁充放电，不会对电池性能造成负面影响，延长了动力电池的使用周期。另外，通过将电流检测模块和电压检测模块安装在超导储能电池上，用于对超导储能电池的电流、电压等信号进行实时检测，以便于对超导储能电池的状态进行及时调控，提高了超导储能电池的稳定性和可靠性。
附图说明
18.图1为超导储能电池的结构示意图；
19.图2为监测系统的结构示意图；
20.图3为超导电池单体的结构示意图。
21.图中：100、超导储能电池；110、超导电池单体；111、壳体；112、铁心；113、超导线圈；114、杜瓦；200、电流检测模块；300、电压检测模块；400、温度检测模块；500、主控模块。
具体实施方式
22.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。
23.如图1和图2所示，在一个实施例中，一种高温超导储能监测系统，包括超导储能电池100、电流检测模块200、电压检测模块300和主控模块500；
24.超导储能电池100分别电连接车辆动力电池与车辆的驱动电机；电流检测模块200和电压检测模块300分别电连接超导储能电池100，分别用于检测超导储能电池100的输出
电压与输出电流；主控模块500分别与电流检测模块200和电压检测模块300连接，用于获取、处理输出电压与输出电流，并显示电压值与电流值，且在电压值与电流值超过设定阈值时控制启动超导储能电池100的失超保护。
25.上述失超是指在某些情况下，超导磁体的绕制带材由超导态恢复成电阻态的现象。这主要是由于超导磁体的一些运行参数超出了磁体的临界参数范围，导致磁体绕组中有部分超导带材恢复成正常态引起全局磁体的失超。这里所说的临界参数范围也主要是指上面所说的临界电流、临界磁场和临界温度。失超保护是保证超导电池的安全性和稳定性的重要保障。
26.上述高温超导储能监测系统，将超导储能电池100加入到电动汽车的动力源系统中，用于在电动汽车起步或加速阶段进行供电，由于超导储能电池100在超导状态下，线圈无电阻，能耗小、效率高，在供电时，能够在短时间内释放足够大的电能，使电动汽车在起步或者加速时获得足够的动力，缩短了电动汽车的起步或者加速阶段的时间。同时，避免了对动力电池的极限放电冲击和频繁充放电，不会对电池性能造成负面影响，延长了动力电池的使用周期。另外，通过将电流检测模块200和电压检测模块300安装在超导储能电池100上，用于对超导储能电池100的电流、电压等信号进行实时检测，以便于对超导储能电池100的状态进行及时调控，提高了超导储能电池100的稳定性和可靠性。
27.在本实施例中，超导储能电池100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。
28.在本实例中，超导储能电池100包括多个超导电池单体110，多个超导电池单体110串联；电流检测模块200分别与各超导电池单体110的输出电路串联，用于检测各超导电池单体110的输出电流；电压检测模块300分别与各超导电池单体110的正负极并联，用于检测各超导电池单体110的输出电压。
29.在本实施例中，多个超导电池单体110串联形成超导电池模组，超导储能电池100包括多个超导电池模组，多个超导电池模组并联。
30.上述超导储能电池100，通过多组超导电池单体110的组合形成不同电压、不同储能、不同功率的超导储能电池100，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。
31.模块化超导电池单体110有充电、放电、待机等工作状态，这些状态参数是否在阈值范围将直接影响模块化超导电池单体110工作的稳定性、可靠性。监测系统的主要功能，是在不同状态时的励磁电流、电池电压、电池内部温度、电池外部温度等超导电池单体110状态参数的实时在线监测，为模块化超导电池单体110的安全、稳定、可靠工作提供了必要的显示及控制等作用。
32.上述超导储能电池100通过每个模块化的超导电池单体110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。
33.上述监测系统通过模块化的功能设计，可根据模块化超导电池的配置数量，灵活调整传感器配置、在线监测显示系统的调整。且其电流检测、电压检测、温度检测都是采用
传感器监测，成本低，便于安装，集成度高。
34.如图3所示，在本实施例中，超导电池单体110包括壳体111、液氮、铁心112与超导线圈113，铁心112设置于壳体111内，超导线圈113缠绕于铁心112上，且超导线圈113的正负极引接于壳体111的外侧，壳体111内填充有液氮。壳体111的内侧为保温结构，保温结构为杜瓦114。壳体111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111内部连通。
35.上述超导电池单体110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。
36.在本实施例中，控制系统还包括温度检测模块400，温度检测模块400与超导储能电池100电连接，用于检测超导储能电池100的外部环境温度与内部液氮温度；主控模块500获取外部环境温度与内部液氮温度，并显示外部环境温度值与内部液氮温度值，且在外部环境温度值高于设定的环境温度阈值时发出告警信号，在内部液氮温度值高于设定的液氮温度阈值时，控制启动超导储能电池100的失超保护。
37.在本实施例中，主控模块500包括变送器和工控机；电流检测模块200、电压检测模块300和温度检测模块400通过变送器与工控机连接。工控机内装载有上位机程序labview，用于进行数据处理、数据显示与数据保存。
38.在使用时，模块化超导电池通过dc/dc与锂电池电路连接，模块化超导电池单体110的励磁电流的大小通过电流检测模块200，实现在线监测，实现励磁电流的阈值、电流升降速率等电流状态的监测与控制。通过电压检测模块300，实现超导电池单体110工作中的两端电压的监测，如果电压超出工作电压阈值，则启动超导储能电池100的失超保护。通过液氮温度检测、外部温度检测，实现对超导电池的内部液氮温度实时监测、电池外部的环境温度实时监测。内部液氮温度阈值上限范围92k。内部液氮温度超过阈值上限时，启动超导电池单体110的失超保护。外部温度检测，主要是实时监测电池外部的环境温度，当环境温度高出阈值范围时，系统提供温度告警。电流、电压和温度等实时监测信号，通过变送器接入工控机，并通过上位机程序labview实现显示及相应的数据处理、数据保存等功能。
39.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。