[发明专利]一种高温超导眼型线圈储能装置

说明书

本发明公开了一种高温超导眼型线圈储能装置，包括：超导眼型线圈、磁通泵、控制电路和壳体；所述超导眼型线圈和所述磁通泵均设置于所述壳体内；所述超导眼型线圈与所述控制电路电连接。本发明该装置完善了储能系统的从储能到放电的全过程，实现了该装置的实际应用；磁通泵装置将杂散的空间磁场以感生电流的形式泵入线圈中实现储能，最终利用持续电流开关(Persistent Current Switch，PCS)控制装置实现电能释放。本发明磁场感应方式是利用材料的超导态与常导态的转换来实现，采用磁场感应方式代替电源直接驱动，减少热源产生。

技术领域

本发明涉及超导储能技术领域，更具体地说是涉及一种高温超导眼型线圈储能装置。

背景技术

目前比较常用的移动端电能的储能方式主要有电池储能、超级电容储能。电池充放电速度慢，不能满足瞬时大功率交换，且充放电次数有限，并存在环境污染问题；超级电容能量密度过低，储能容量小。二者均有比较明确的局限性。

随着高温超导带材的迅速发展，超导应用也备受关注。超导储能技术是利用超导线圈将电磁能直接存储起来，需要时再将电磁能回馈给电能装置。由于超导体的零电阻特性，其线圈载流密度能够达到很高，进而可以降低储能系统的体积和重量，具有高能量密度、高功率密度、快速响应和使用寿命长等特点。

传统的螺线管形超导储能结构，导体数量少，支撑少，成本低，适用于kJ级SMES系统；环形结构，储能密度和导体利用率低，适用于更高储能量(MJ)的SMES系统。在空间有限的城市环境中，可能需要更昂贵的环形线圈以降低外部磁场。很明显传统超导储能结构受到空间、磁场等因素影响，导致实际应用受限。经过检索发现，目前尚无针对眼型线圈储能装置的相关设计，亦无公开的专利和文献。

因此，如何提供一种不但能够极大程度上减少了储能线圈的损耗，提高了超导储能装置的能量密度，以及丰富可应用场景；同时实现了装置的存储和放电的功能，完善了储能装置应用的高温超导眼型线圈储能装置是本领域亟需解决的技术问题之一。

相对于传统的储能线圈，眼型线圈的材料依赖性低：超导眼型线圈是由单根超导带材切割后撑开而制成的，一个储能线圈由多根短带叠加而成，超导带材沿长度方向的均匀度只会影响到单根带材撑开后形成环流的能力；同时眼型线圈具有尺寸，形状多变的优势：可以根据需求调节切割带材的参数，可容易的获取不同尺寸形状的线圈；

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种高温超导眼型线圈储能装置，目的就是为了解决上述之不足而提供。

为解决上述技术问题，本发明采取了如下技术方案：

一种高温超导眼型线圈储能装置，包括：超导眼型线圈、磁通泵、控制电路和壳体；所述超导眼型线圈和所述磁通泵均设置于所述壳体内；所述超导眼型线圈与所述控制电路电连接。

优选地，所述超导眼型线圈采用超导带材绕制成眼型线圈结构，形成无接头的电流环路。

优选地，所述超导带材选用第二代高温超导带材YBCO。

优选地，所述磁通泵为磁场感应式超导磁通泵。

上述方案的有益效果是：通过磁通泵技术，将外部离散磁通逐步向超导眼型线圈累积感应电流，以小电流输入为大电流超导眼型线圈供电。同时采用磁场感应方式代替电源直接驱动，能够大大减少热源产生；而磁场感应方式则是利用材料的超导态与常导态的转换来实现。

优选地，所述控制电路为持续电流开关PCS控制电路；通过持续电流开关以实现超导储能装置的放电过程并进行控制。选用磁场控制型PCS，通过施加磁场使眼型线圈失超并形成可控的开关状态。相较于热控制性和电流控制型，磁场控制型PCS响应速度快，对系统制冷的负担小。通过与双向DC-DC电路并联，控制和驱动外接电机释放存储能量。