CN112038664B - 混合锂电池组与可逆固体氧化物电池的动力系统及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了混合锂电池组与可逆固体氧化物电池的动力系统及其应用，属于电池设备领域，动力系统包括具有SOFC和SOEC两种工作模式的可逆固体氧化物燃料电池‑电解池以及提供反应物料的储氢罐、储氧罐和储水罐、用于提供SOEC工作模式所需的热量的太阳能集热板、用于SOEC工作模式所需电量的锂电池组、用于在SOFC工作模式向锂电池组充电的充电模块、用于接收锂电池组和/或可逆固体氧化物燃料电池‑电解池的电量的配电模块和用于向负载供电的电源模块以及用于控制系统运行的控制模块。其应用包括该动力系统在船舶驱动上的设备及其使用方法。本发明不但降低了热源供给设备的结构复杂程度，还同时兼具续航时间长、启动快、输出功率稳定的特点。

Description

混合锂电池组与可逆固体氧化物电池的动力系统及其应用
技术领域
本发明涉及，特别涉及混合锂电池组与可逆固体氧化物电池的动力系统及其应用。
背景技术
自国际海事组织强制推行“限硫令”以来，开发低能耗、低排放的新能源船舶成为当前航运业的主要任务。船舶混合动力控制策略是传统船舶向新能源船舶转换过程中的重要方向之一。
可逆固体氧化物电池(Reversible Solid Oxide Cell，简称RSOC)作为一种可逆的电化学能量转换装置，可以实现燃料化学能及电能间的直接高效转化，具有能量转换效率高、环境友好、SOx和NOx排放低、无噪音污染的突出优点。RSOC可以以固体氧化物燃料电池(solid oxide fuel cell,SOFC)和固体氧化物电解池(solid oxide electrolysiscell,SOEC)两种工作模式运行。在SOFC工作模式下，阳极通入氢气、阴极通入氧气后可实现燃料化学能到电能的高效转换(发电效率50％～60％)，在SOEC工作模式下，阳极通入水，在提供外部电能后，可以实现将电能转化为氢气和氧气的化学能。
例如公开号为CN105576273A和CN109921060A的中国发明专利，其中具体公开了可逆固体氧化物电池的结构和能量转换所需的子系统结构。
但是现有技术中，可逆固定氧化物电池在进行SOEC工作模式需要在高温条件下向阳极通入水蒸汽，则必须使用额外的设备提供热源，这导致包含有RSOC的能量系统不但增加了系统设备的复杂程度，还使得SOEC工作模式受到设备的限制较大。
另外，RSOC单独作为动力源，例如船舶动力时，其存在着启动时间慢、功率输出不稳定等问题。
发明内容
针对现有技术存在的RSOC系统提供热源的设备结构复杂，以及RSOC单独作为动力源存在启动慢、功率输出不稳定的问题，本发明的目的在于提供混合锂电池组与可逆固体氧化物电池的动力系统及其应用。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：
第一方面，本发明提供一种混合锂电池组与可逆固体氧化物电池的动力系统，包括，
可逆固体氧化物燃料电池-电解池，所述可逆固体氧化物燃料电池-电解池包括SOFC工作模式和SOEC工作模式，所述可逆固体氧化物燃料电池-电解池用于通过阳极输入端接收氢气和阴极输入端接收氧气后进行所述SOFC工作模式并释放电能，还以用于接收电能和热能以及通过阳极输入端接收水后进行所述SOEC工作模式并通过阳极输出端输出氢气和阴极输出端输出氧气；
储氢罐，所述储氢罐用于储存氢气，所述储氢罐的输出端通过氢气压缩器与所述阳极输入端连接以提供所述SOFC工作模式所需的氢气，所述储氢罐的输入端与所述阳极输出端连接以接收所述SOEC工作模式所产生的氢气；
储氧罐，所述储氧罐用于储存氧气，所述储氧罐的输出端通过氧气压缩器与所述阴极输入端连接以提供所述SOFC工作模式所需的氧气，所述储氧罐的输入端与所述阴极输出端连接以接收所述SOEC工作模式所产生的氧气；
储水罐，所述储水罐用于储存水，所述储水罐的输出端与所述阳极输入端连接以提供所述SOEC工作模式所需的水，所述储水罐的输入端与所述阳极输出端连接以接收所述SOFC工作模式所产生的水；
太阳能集热板，所述太阳集热板与所述可逆固体氧化物燃料电池-电解池连接以提供所述SOEC工作模式所需的热量；
锂电池组，所述锂电池组与所述可逆固体氧化物燃料电池-电解池电连接，所述锂电池组用于在所述SOEC工作模式时向所述可逆固体氧化物燃料电池-电解池提供电量，还用于在所述SOFC工作模式时通过充电模块接收所述可逆固体氧化物燃料电池-电解池释放的电量；
充电模块，所述充电模块连接在所述锂电池组与所述可逆固体氧化物燃料电池-电解池之间；
配电模块和电源模块，所述配电模块的输入端与所述锂电池组以及所述可逆固体氧化物燃料电池-电解池电连接，以接收所述锂电池组和/或所述可逆固体氧化物燃料电池-电解池提供的电量，所述配电模块的输出端与所述电源模块电连接以向负载提供适用的电源；
以及控制模块，所述控制模块与所述锂电池组以及所述可逆固体氧化物燃料电池-电解池电连接，所述控制模块用于控制所述SOFC工作模式和所述SOEC工作模式的切换、用于在所述SOFC工作模式时控制所述可逆固体氧化物燃料电池-电解池向所述锂电池组的充电、用于在所述SOEC工作模式时控制所述锂电池组向所述可逆固体氧化物燃料电池-电解池提供电量、以及用于控制所述锂电池组和/或所述可逆固体氧化物燃料电池-电解池向所述配电模块输出电能。
进一步的，还包括第一相变储热器，所述第一相变储热器与所述太阳能集热板以及所述可逆固体氧化物燃料电池-电解池连接，所述第一相变储热器用于收集所述太阳能集热板的热量并在所述SOEC工作模式时向所述可逆固体氧化物燃料电池-电解池提供热量。
进一步的，还包括第二相变储热器、氢气换热器和氧气换热器，所述第二相变储热器与所述可逆固体氧化物燃料电池-电解池、所述氢气换热器以及所述氧气换热器连接以收集所述SOFC工作模式释放的热量并提供给所述氢气换热器和所述氧气换热器；所述氢气换热器连接在所述氢气压缩器与所述阳极输入端之间，所述氧气换热器连接在所述氧气压缩器与所述阴极输入端之间。
进一步的，还包括混合器、重整器和蒸发器；所述混合器与所述重整器按照气流方向依次连接在所述氢气压缩器和所述氢气换热器之间；所述储水罐输出端与所述蒸发器输入端连接，所述蒸发器输出端连接所述混合器输入端。
优选的，所述电源模块为DC-DC模块和/或DC-AC模块。
优选的，所述配电模块包括用于连接所述可逆固体氧化物燃料电池-电解池的升压模块以及用于连接所述锂电池组连接的降压模块。
又一方面，本发明还提供一种混合锂电池组与可逆固体氧化物电池的动力系统的应用方法，所述锂电池组以及所述可逆固体氧化物燃料电池-电解池均配置有电压和电流采样点，所述电源模块连接有负载，所述方法包括，
响应于工作信号，将锂电池组接入配电模块，由锂电池组驱动负载；
接收锂电池组的电压信号及电流信号，计算锂电池组的功率；
判断锂电池组功率是否大于负载功率；
当锂电池组功率大于负载功率时，将可逆固体氧化物燃料电池-电解池切换至SOEC工作模式，由锂电池组提供SOEC反应所需的电能；
当锂电池组功率不大于负载功率时，将可逆固体氧化物燃料电池-电解池切换至SOFC工作模式，并将可逆固体氧化物燃料电池-电解池接入配电模块，由锂电池组和可逆固体氧化物燃料电池-电解池共同驱动负载；
接收SOFC工作模式下可逆固体氧化物燃料电池-电解池的电流信号和电压信号，计算可逆固体氧化物燃料电池-电解池的功率；
判断可逆固体氧化物燃料电池-电解池的功率是否大于负载功率；
当可逆固体氧化物燃料电池-电解池的功率大于负载功率时，将锂电池组与配电模块断开，由可逆固体氧化物燃料电池-电解池单独驱动负载，同时可逆固体氧化物燃料电池-电解池为锂电池组充电；
当可逆固体氧化物燃料电池-电解池的功率不大于负载功率时，保持可逆固体氧化物燃料电池-电解池的SOFC工作模式，保持锂电池组和可逆固体氧化物燃料电池-电解池共同驱动负载，并继续接收SOFC工作模式下可逆固体氧化物燃料电池-电解池的电流信号和电压信号，计算可逆固体氧化物燃料电池-电解池的功率以及判断可逆固体氧化物燃料电池-电解池的功率是否大于负载功率。
再一方面，本发明提供一种混合锂电池组与可逆固体氧化物电池的船舶动力系统，包括，如上所述的混合锂电池组与可逆固体氧化物电池的动力系统；
船舶驱动装置，所述船舶驱动装置包括依次连接的电机、离合器、变速器和螺旋桨；
其中，所述电机与所述电源模块电连接。
再一方面，本发明提供一种混合锂电池组与可逆固体氧化物电池的动力系统在船舶动力的应用方法，包括启动阶段、巡航阶段和靠岸阶段，
启动阶段：响应于启动信号，将锂电池组接入配电模块，通过锂电池组驱动船舶驱动装置，直至船舶离港；
巡航阶段：
响应于巡航信号，将锂电池组接入配电模块，由锂电池组驱动船舶驱动装置；
接收锂电池组的电压信号及电流信号，计算锂电池组的功率；
判断锂电池组功率是否大于船舶驱动装置功率；
当锂电池组功率大于船舶驱动装置功率时，将可逆固体氧化物燃料电池-电解池切换至SOEC工作模式，由锂电池组提供SOEC反应所需的电能；
当锂电池组功率不大于船舶驱动装置功率时，将可逆固体氧化物燃料电池-电解池切换至SOFC工作模式，并将可逆固体氧化物燃料电池-电解池接入配电模块，由锂电池组和可逆固体氧化物燃料电池-电解池共同驱动船舶驱动装置；
接收SOFC工作模式下可逆固体氧化物燃料电池-电解池的电流信号和电压信号，计算可逆固体氧化物燃料电池-电解池的功率；
判断可逆固体氧化物燃料电池-电解池的功率是否大于船舶驱动装置功率；
当可逆固体氧化物燃料电池-电解池的功率大于船舶驱动装置功率时，将锂电池组与配电模块断开，由可逆固体氧化物燃料电池-电解池单独驱动船舶驱动装置，同时可逆固体氧化物燃料电池-电解池为锂电池组充电；
当可逆固体氧化物燃料电池-电解池的功率不大于船舶驱动装置功率时，保持可逆固体氧化物燃料电池-电解池的SOFC工作模式，保持锂电池组和可逆固体氧化物燃料电池-电解池共同驱动船舶驱动装置，并继续接收SOFC工作模式下可逆固体氧化物燃料电池-电解池的电流信号和电压信号，计算可逆固体氧化物燃料电池-电解池的功率以及判断可逆固体氧化物燃料电池-电解池的功率是否大于船舶驱动装置功率，并在可逆固体氧化物燃料电池-电解池的功率大于船舶驱动装置功率时，执行上一步；
靠岸阶段：响应于靠岸信号，将锂电池组和可逆固体氧化物燃料电池-电解池从配电模块断开，停止可逆固体氧化物燃料电池-电解池的工作，并在锂电池组电量低于预设电量时，通过岸电进行充电。
优选的，在所述巡航阶段的任一时刻，如接受到靠岸信号，则执行所述靠岸阶段的步骤。
采用上述技术方案，首选由于太阳能集热板的设置，使得SOEC工作模式所需的高温环境得到太阳能的补充，有效的降低了发电成本；其次由于锂电池组、充电模块、配电模块、电源模块以及控制模块的设置，使得需要稳定高效的输出电力时可以采用锂电池组提供，需要长续航大容量输出电力时可以采用SOFC模式提供，并且锂电池组和RSOC可互为提供电力，使对方可以进行SOEC工作以及充电，从而保证负载在多种环境下均能够获得适合的电力提供，并且电力清洁、转化效率高。
附图说明
图1为本发明混合锂电池组与可逆固体氧化物电池的动力系统的结构框图；
图2为本发明混合锂电池组与可逆固体氧化物电池的动力系统的电连接示意图；
图3为本发明混合锂电池组与可逆固体氧化物电池的动力系统的控制开关示意图；
图4为本发明混合锂电池组与可逆固体氧化物电池的动力系统工作流程图；
图5为本发明混合锂电池组与可逆固体氧化物电池的动力系统应用在船舶驱动上的示意图；
图6为本发明应用混合锂电池组与可逆固体氧化物电池的动力系统的船舶的工作流程图。
图中:1-可逆固体氧化物燃料电池-电解池、2-储氢罐、21-氢气压缩器、3-储氧罐、31-氧气压缩器、4-储水罐、5-太阳能集热板、6-锂电池组、7-充电模块、8-配电模块、81-配电板、82-升压模块、83-降压模块、10-控制模块、11-第二相变储热器、12-氢气换热器、13-氧气换热器、14-混合器、15-重整器、16-蒸发器、17-第一相变储热器、18-电机、19-变速箱、20-螺旋桨。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示对本发明结构的说明，仅是为了便于描述本发明的简便，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
对于本技术方案中的“第一”和“第二”，仅为对相同或相似结构，或者起相似功能的对应结构的称谓区分，不是对这些结构重要性的排列，也没有排序、或比较大小、或其他含义。
另外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”应做广义理解，例如，连接可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个结构内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据本发明的总体思路，联系本方案上下文具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明第一方面的实施例，提供一种混合锂电池组与可逆固体氧化物电池的动力系统，如图1-3所示，其包括，
可逆固体氧化物燃料电池-电解池(RSOC)1，可逆固体氧化物燃料电池-电解池1包括SOFC(固体氧化物燃料电池)工作模式和SOEC(固定氧化物电解池)工作模式。可逆固体氧化物燃料电池-电解池1包括阳极输入端、阴极输入端、阳极输出端和阴极输出端；阳极输入端接收氢气、阴极输入端接收氧气后可进行SOFC工作模式并释放电能，同时阳极输出端产生水；而在接收到外部电能和热能以及通过阳极输入端输入水后可进行SOEC工作模式，并通过阳极输出端输出氢气、通过阴极输出端输出氧气。
储氢罐2，储氢罐2用于储存氢气，储氢罐2的输出端通过氢气压缩器21与阳极输入端连接以提供SOFC工作模式所需的氢气，同时储氢罐2的输入端与阳极输出端连接以接收SOEC工作模式所产生的氢气；
储氧罐3，储氧罐3用于储存氧气，储氧罐3的输出端通过氧气压缩器31与阴极输入端连接以提供SOFC工作模式所需的氧气，同时储氧罐3的输入端与阴极输出端连接以接收SOEC工作模式所产生的氧气；
储水罐4，储水罐4用于储存水，储水罐4的输出端与阳极输入端连接以提供SOEC工作模式所需的水，同时储水罐4的输入端与阳极输出端连接以接收SOFC工作模式所产生的水；
太阳能集热板5，太阳集热板5与可逆固体氧化物燃料电池-电解池1连接以提供SOEC工作模式所需的热量；
锂电池组6，锂电池组6与可逆固体氧化物燃料电池-电解池1电连接，锂电池组6用于在SOEC工作模式时向可逆固体氧化物燃料电池-电解池1提供电量，同时还用于在SOFC工作模式时通过充电模块7接收可逆固体氧化物燃料电池-电解池1释放的电量；
充电模块7，充电模块7连接在锂电池组6与可逆固体氧化物燃料电池-电解池1之间，充电模块7用于将SOFC工作模式时可逆固体氧化物燃料电池-电解池1释放的电量充入锂电池组6；
配电模块8和电源模块9，配电模块8的输入端与锂电池组6以及可逆固体氧化物燃料电池-电解池1电连接，以接收锂电池组6和/或可逆固体氧化物燃料电池-电解池1提供的电量，同时配电模块8的输出端与电源模块9电连接以向负载提供适用的电源；
以及控制模块10，控制模块10与锂电池组6以及可逆固体氧化物燃料电池-电解池1电连接，控制模块10用于控制SOFC工作模式和SOEC工作模式之间的切换、用于在SOFC工作模式时控制可逆固体氧化物燃料电池-电解池1向锂电池组6的充电、用于在SOEC工作模式时控制锂电池组6向可逆固体氧化物燃料电池-电解池1提供电量、还以及用于控制锂电池组6和/或可逆固体氧化物燃料电池-电解池1向配电模块8输出电能。
可以理解的是，为了使上述的SOFC工作模式和SOEC工作模式更加顺利的进行，还在系统中设置第二相变储热器11、氢气换热器12和氧气换热器13。其中第二相变储热器11的输入端与可逆固体氧化物燃料电池-电解池1连接，其输出端同时与氢气换热器12以及氧气换热器13连接，第二相变储热器11用以收集可逆固体氧化物燃料电池-电解池1在SOFC工作模式释放的热量，并提供给氢气换热器12和氧气换热器13；而氢气换热器12则连接在氢气压缩器21与阳极输入端之间，氧气换热器13则连接在氧气压缩器31与阴极输入端之间；使得利用可逆固体氧化物燃料电池-电解池1在SOFC工作模式释放的余热为氢气和氧气预热，以使燃料电池反应更加高效的进行。
进一步的，为了使上述的SOFC工作模式和SOEC工作模式更加顺利的进行，还包括混合器14、重整器15和蒸发器16。其中，混合器14与重整器15按照气流方向依次连接在氢气压缩器21和氢气换热器11之间；而储水罐4的输出端则与蒸发器16的输入端连接，蒸发器16的输出端连接混合器14的输入端。
其中，太阳能集热板5的集热效果受到日照的影响较大，难以实现全天候提供SOEC工作模式所需的热量，因此引入第一相变储热器17，第一相变储热器17的输入端与太阳能集热板5连接、输出端与可逆固体氧化物燃料电池-电解池1连接，使得第一相变储热器17能够充分储存太阳能集热板5所收集到的热量，并在SOEC工作模式时向可逆固体氧化物燃料电池-电解池1提供反应所需的热量。
本实施例中，电源模块9为DC-DC模块和/或DC-AC模块，根据负载的性质合理选用一种或者两种。而配电模块8则具体包括一个配电板81以及安装在该配电板81上的升压模块82和降压模块83；其中升压模块82与可逆固体氧化物燃料电池-电解池1连接，用于升高可逆固体氧化物燃料电池-电解池1的输出电压；降压模块83与锂电池组6连接，用于降低锂电池组6的输出电压。
本实施例中的可逆固体氧化物电池能够提供2种工作模式：
1、可逆固体氧化物燃料电池-电解池1进行SOFC工作模式，其消耗燃料并产生电能：结合如图3所示的电气控制示意图，按下开关SB2，继电器KM2得电，系统进行SOFC工作模式。此时，储氢罐2中的氢气经过氢气压缩器21后与储水罐4中被蒸发器16蒸发的水蒸气在混合器13中混合，再通入重整器15进行催化反应，最后经氢气换热器12进入可逆固体氧化物燃料电池-电解池1的阳极输入端；而储氧罐3中的氧气经过氧气压缩器31压缩后，再经氧气换热器13进入可逆固体氧化物燃料电池-电解池1的阴极输入端，阴极气体与阳极气体在可逆固体氧化物燃料电池-电解池1内发生化学反应，反应产生的水通入储水罐4回收储存；可逆固体氧化物燃料电池-电解池1产生的电能则输入配电模块8，为设备供电，或为锂电池组6充电；可逆固体氧化物燃料电池-电解池1进行的电化学反应产生的热量具有较高的利用价值，余热通过第二相变储热器11回收，通过管路将高温余热通入氢气换热器12和氧气换热器13中，用于预热反应气体。
2、可逆固体氧化物燃料电池-电解池1进行SOEC工作模式，消耗水和电能产生燃料：按下开关SB3，继电器KM1得电，系统切换至SOEC工作模式。此时，储水罐4中的水经蒸发器16蒸发后通入可逆固体氧化物燃料电池-电解池1的阳极输入端，同时太阳能集热板5收集的太阳能为SOEC工作模式提供热能，多余的太阳能被储存在第一相变储热器17中，同时锂电池组6为SOEC工作模式提供所需电能。电解水反应产生的氧气和氢气被致密的电解质分开后分别从可逆固体氧化物燃料电池-电解池1的阴极输出端和阳极输出端输出，并被存储在储氧罐3和储氢罐2中储存。
本实施例中，混合锂电池组与可逆固体氧化物电池的动力系统则至少有6种工作模式：
1、单独由锂电池组6驱动负载工作，可逆固体氧化物燃料电池-电解池1既不参与负载驱动工作，也不进行SOEC工作模式和SOFC工作模式；
2、锂电池组6驱动负载工作，同时锂电池组6提供电能，使可逆固体氧化物燃料电池-电解池1进行行SOEC工作模式，产生氢气和氧气；
3、锂电池组6驱动负载工作，同时可逆固体氧化物燃料电池-电解池1进行SOFC工作模式，消耗氢气和氧气产生电能，使得可逆固体氧化物燃料电池-电解池1也驱动负载工作；
4、锂电池组6不参负载驱动工作，可逆固体氧化物燃料电池-电解池1进行SOFC工作模式，通过产生电能驱动负载工作；
5、锂电池组6不参负载驱动工作，可逆固体氧化物燃料电池-电解池1进行SOFC工作模式，通过产生电能驱动负载工作，同时为锂电池组6进行充电。
本发明提供第二方面的实施例，一种混合锂电池组与可逆固体氧化物电池的动力系统的应用方法，其中，锂电池组6以及可逆固体氧化物燃料电池-电解池1均配置有电压和电流采样点(电压和电流采样点设置有能够采集电压信号以及电流信号的设备以及仪器，例如电流电压信号采样器)，电源模块9连接有负载(负载为用电设备，例如电机)，如图4所示，其方法具体包括：
步骤S201，响应于工作信号，将锂电池组6接入配电模块8，由锂电池组6驱动负载；
控制模块10负责本实施例方法的执行，其接收工作信号的方式包括但不限于通过无线通信、网络通信、有线通信等。而将锂电池组6接入配电模块8的具体步骤是控制电路系统中相应开关以及继电器的通断，使锂电池组6与配电模块8构成闭合回路。另外，锂电池组6输出电压通常需要通过降压模块83进行降压，再接入到负载进行使用。
步骤S202，接收锂电池组6的电压信号及电流信号，并计算锂电池组6的功率；
控制模块10事先已与设置在锂电池组6上的电压和电流采样点上的采样设备以及仪器连接，接收实时的电流和电压信号，并计算锂电池组6的实时功率。
步骤S203，判断锂电池组6的功率是否大于负载功率；
负载功率为定值，例如电机的额定功率，事先存储在控制模块10中，控制模块10将其与计算得到的锂电池组6的功率进行比较大小即可。
步骤S204，当锂电池组6的功率大于负载功率时，将可逆固体氧化物燃料电池-电解池1切换至SOEC工作模式，由锂电池组6提供SOEC反应所需的电能；
可以理解的是，正是由于锂电池组6具有额外的电能，为了不浪费锂电池组6的功率，利用其为可逆固体氧化物燃料电池-电解池1提供SOEC工作模式所需的电能，从而将锂电池组6的额外功率转为氢气和氧气的化学能进行储存。
步骤S205，当锂电池组6功率不大于负载功率时，将可逆固体氧化物燃料电池-电解池1切换至SOFC工作模式，并将可逆固体氧化物燃料电池-电解池1接入配电模块8，由锂电池组6和可逆固体氧化物燃料电池-电解池1共同驱动负载；
此时，由于锂电池组6的功率达不到负载正常工作需要的功率，因此将可逆固体氧化物燃料电池-电解池1切换至SOFC工作模式，通过消耗氢气和氧气，将化学能转化为电能，并通过升压模块82将电压调整到适于负载使用的电压，使可逆固体氧化物燃料电池-电解池1与锂电池组6联合工作，提供负载正常工作所需的功率。
步骤S206，接收SOFC工作模式下可逆固体氧化物燃料电池-电解池1的电流信号和电压信号，计算可逆固体氧化物燃料电池-电解池1的功率；
考虑到步骤S205中可逆固体氧化物燃料电池-电解池1的输出功率较高，因此需要对其输出的电压和电流信号进行采集，计算其输出的功率数值。
步骤S207，判断可逆固体氧化物燃料电池-电解池1的功率是否大于负载功率；
步骤S208，当可逆固体氧化物燃料电池-电解池1的功率大于负载功率时，将锂电池组6与配电模块8断开，由可逆固体氧化物燃料电池-电解池1单独驱动负载，同时可逆固体氧化物燃料电池-电解池1为锂电池组6充电；
由于可逆固体氧化物燃料电池-电解池1输出功率过剩，因此锂电池组6则不必继续参与为负载提供电能，以提高锂电池组6的使用寿命，同时锂电池组6已经消耗的电能还能够通过充电模块7从可逆固体氧化物燃料电池-电解池1处得到补充。
步骤S209，当可逆固体氧化物燃料电池-电解池的功率1不大于负载功率时，保持可逆固体氧化物燃料电池-电解池1的SOFC工作模式，保持锂电池组6和可逆固体氧化物燃料电池-电解池1共同驱动负载，并继续接收SOFC工作模式下可逆固体氧化物燃料电池-电解池1的电流信号和电压信号，计算可逆固体氧化物燃料电池-电解池1的功率以及判断可逆固体氧化物燃料电池-电解池的功率1是否大于负载功率。
步骤S209可以理解为，当可逆固体氧化物燃料电池-电解池的功率1不大于船舶驱动装置的功率时，执行步骤205，并在步骤205的基础上继续执行后续操作，形成局部循环。
可以理解的是，锂电池组6的工作续航时间短，而可逆固体氧化物燃料电池-电解池1的工作续航时间长，随着步骤S209的进行，在氢气和氧气的不断提供下，可逆固体氧化物燃料电池-电解池1的输出功率具有稳步提高的空间，因此实时检测可逆固体氧化物燃料电池-电解池1的功率情况，在其大于负载功率时，及时进行步骤S208，为锂电池组6充电，则能够使锂电池组6与可逆固体氧化物燃料电池-电解池1构成的联合动力系统持续不断的运行。
本发明提供第三方面的实施例，一种混合锂电池组与可逆固体氧化物电池的船舶动力系统，如图5所示，包括，
第一方面实施例所提供的混合锂电池组与可逆固体氧化物电池的动力系统；
以及船舶驱动装置，该船舶驱动装置包括依次连接的电机18、离合器、变速器19和螺旋桨20；
其中，电机18与电源模块9电连接。
本发明提供第四方面的实施例，一种混合锂电池组与可逆固体氧化物电池的动力系统在船舶动力的应用方法，具体是第三方面实施例的应用方法，其包括启动阶段、巡航阶段和靠岸阶段，如图6所示，
其中，启动阶段：控制模块10响应于启动信号，将锂电池组6接入配电模块8，通过锂电池组6驱动船舶驱动装置，直至船舶离港；
启动信号可以由船舶操作人员通过操作按钮，以有线通信的方式发送给控制模块10；或者，还可以由船舶操作人员通过移动终端或者远程终端，以无线通信的方式发送给控制模块10。
其中，巡航阶段：
步骤S300，控制模块10响应于巡航信号，执行第二方面实施例的方法，巡航信号即为第二方面实施例中的工作信号，船舶驱动装置即第二方面实施例中的负载；
与启动信号相同，巡航信号也有两种可行的方式传递给控制模块10，巡航阶段的步骤具体如下：
步骤S301，响应于巡航信号，将锂电池组6接入配电模块8，由锂电池组6驱动船舶驱动装置；
步骤S302，接收锂电池组6的电压信号及电流信号，并计算锂电池组6的功率；
步骤S303，判断锂电池组6的功率是否大于船舶驱动装置的功率；
步骤S304，当锂电池组6的功率大于负载功率时，将可逆固体氧化物燃料电池-电解池1切换至SOEC工作模式，由锂电池组6提供SOEC反应所需的电能；
步骤S305，当锂电池组6功率不大于船舶驱动装置的功率时，将可逆固体氧化物燃料电池-电解池1切换至SOFC工作模式，并将可逆固体氧化物燃料电池-电解池1接入配电模块8，由锂电池组6和可逆固体氧化物燃料电池-电解池1共同驱动船舶；
步骤S306，接收SOFC工作模式下可逆固体氧化物燃料电池-电解池1的电流信号和电压信号，计算可逆固体氧化物燃料电池-电解池1的功率；
步骤S307，判断可逆固体氧化物燃料电池-电解池1的功率是否大于船舶驱动装置的功率；
步骤S308，当可逆固体氧化物燃料电池-电解池1的功率大于船舶驱动装置的功率时，将锂电池组6与配电模块8断开，由可逆固体氧化物燃料电池-电解池1单独驱动船舶，同时可逆固体氧化物燃料电池-电解池1为锂电池组6充电；
步骤S309，当可逆固体氧化物燃料电池-电解池的功率1不大于船舶驱动装置的功率时，保持可逆固体氧化物燃料电池-电解池1的SOFC工作模式，保持锂电池组6和可逆固体氧化物燃料电池-电解池1共同驱动船舶，并继续接收SOFC工作模式下可逆固体氧化物燃料电池-电解池1的电流信号和电压信号，计算可逆固体氧化物燃料电池-电解池1的功率以及判断可逆固体氧化物燃料电池-电解池的功率1是否大于船舶驱动装置的功率，并在可逆固体氧化物燃料电池-电解池的功率1大于船舶驱动装置的功率时，执行上一步；
步骤S309可以理解为，当可逆固体氧化物燃料电池-电解池的功率1不大于船舶驱动装置的功率时，执行步骤305，并在步骤305的基础上继续执行后续操作，形成局部循环。
其中，靠岸阶段：
步骤S310,控制模块10响应于靠岸信号，将锂电池组6和可逆固体氧化物燃料电池-电解池1从配电模块8上断开，并且停止可逆固体氧化物燃料电池-电解池1的工作，并在锂电池组6电量低于预设电量时，通过岸电进行充电。
与启动信号、巡航信号相同，靠岸信号也有两种可行的方式传递给控制模块10，靠岸阶段实质上执行的是船舶已经停靠在码头岸边之后的步骤，此时船舶驱动装置关机，船舶动力不再工作，因此锂电池组6和可逆固体氧化物燃料电池-电解池1均从配电模块8上断开，并且可逆固体氧化物燃料电池-电解池1停止任何工作；而根据事先存储在控制模块10中的预设电量值，确实是否通过岸电对锂电池组6进行充电。
在巡航阶段的任一时刻，如接受到靠岸信号，则执行上述的靠岸阶段的步骤。
以上结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但本发明不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种混合锂电池组与可逆固体氧化物电池的动力系统，其特征在于：包括，
可逆固体氧化物燃料电池-电解池，所述可逆固体氧化物燃料电池-电解池包括SOFC工作模式和SOEC工作模式，所述可逆固体氧化物燃料电池-电解池用于通过阳极输入端接收氢气和阴极输入端接收氧气后进行所述SOFC工作模式并释放电能，还以用于接收电能和热能以及通过阳极输入端接收水后进行所述SOEC工作模式并通过阳极输出端输出氢气和阴极输出端输出氧气；
储氢罐，所述储氢罐用于储存氢气，所述储氢罐的输出端通过氢气压缩器与所述阳极输入端连接以提供所述SOFC工作模式所需的氢气，所述储氢罐的输入端与所述阳极输出端连接以接收所述SOEC工作模式所产生的氢气；
储氧罐，所述储氧罐用于储存氧气，所述储氧罐的输出端通过氧气压缩器与所述阴极输入端连接以提供所述SOFC工作模式所需的氧气，所述储氧罐的输入端与所述阴极输出端连接以接收所述SOEC工作模式所产生的氧气；
储水罐，所述储水罐用于储存水，所述储水罐的输出端与所述阳极输入端连接以提供所述SOEC工作模式所需的水，所述储水罐的输入端与所述阳极输出端连接以接收所述SOFC工作模式所产生的水；
太阳能集热板，所述太阳集热板与所述可逆固体氧化物燃料电池-电解池连接以提供所述SOEC工作模式所需的热量；
锂电池组，所述锂电池组与所述可逆固体氧化物燃料电池-电解池电连接，所述锂电池组用于在所述SOEC工作模式时向所述可逆固体氧化物燃料电池-电解池提供电量，还用于在所述SOFC工作模式时通过充电模块接收所述可逆固体氧化物燃料电池-电解池释放的电量；
充电模块，所述充电模块连接在所述锂电池组与所述可逆固体氧化物燃料电池-电解池之间；
配电模块和电源模块，所述配电模块的输入端与所述锂电池组以及所述可逆固体氧化物燃料电池-电解池电连接，以接收所述锂电池组和/或所述可逆固体氧化物燃料电池-电解池提供的电量，所述配电模块的输出端与所述电源模块电连接以向负载提供适用的电源；
以及控制模块，所述控制模块与所述锂电池组以及所述可逆固体氧化物燃料电池-电解池电连接，所述控制模块用于控制所述SOFC工作模式和所述SOEC工作模式的切换、用于在所述SOFC工作模式时控制所述可逆固体氧化物燃料电池-电解池向所述锂电池组的充电、用于在所述SOEC工作模式时控制所述锂电池组向所述可逆固体氧化物燃料电池-电解池提供电量、以及用于控制所述锂电池组和/或所述可逆固体氧化物燃料电池-电解池向所述配电模块输出电能。
2.根据权利要求1所述的混合锂电池组与可逆固体氧化物电池的动力系统，其特征在于：还包括第一相变储热器，所述第一相变储热器与所述太阳能集热板以及所述可逆固体氧化物燃料电池-电解池连接，所述第一相变储热器用于收集所述太阳能集热板的热量并在所述SOEC工作模式时向所述可逆固体氧化物燃料电池-电解池提供热量。
3.根据权利要求1所述的混合锂电池组与可逆固体氧化物电池的动力系统，其特征在于：还包括第二相变储热器、氢气换热器和氧气换热器，所述第二相变储热器与所述可逆固体氧化物燃料电池-电解池、所述氢气换热器以及所述氧气换热器连接以收集所述SOFC工作模式释放的热量并提供给所述氢气换热器和所述氧气换热器；所述氢气换热器连接在所述氢气压缩器与所述阳极输入端之间，所述氧气换热器连接在所述氧气压缩器与所述阴极输入端之间。
4.根据权利要求3所述的混合锂电池组与可逆固体氧化物电池的动力系统，其特征在于：还包括混合器、重整器和蒸发器；所述混合器与所述重整器按照气流方向依次连接在所述氢气压缩器和所述氢气换热器之间；所述储水罐输出端与所述蒸发器输入端连接，所述蒸发器输出端连接所述混合器输入端。
5.根据权利要求1所述的混合锂电池组与可逆固体氧化物电池的动力系统，其特征在于：所述电源模块为DC-DC模块和/或DC-AC模块。
6.根据权利要求1所述的混合锂电池组与可逆固体氧化物电池的动力系统，其特征在于：所述配电模块包括用于连接所述可逆固体氧化物燃料电池-电解池的升压模块以及用于连接所述锂电池组连接的降压模块。
7.一种如权利要求1-6任一项所述的混合锂电池组与可逆固体氧化物电池的动力系统的应用方法，其特征在于：所述锂电池组以及所述可逆固体氧化物燃料电池-电解池均配置有电压和电流采样点，所述电源模块连接有负载，所述方法包括，
响应于工作信号，将锂电池组接入配电模块，由锂电池组驱动负载；
接收锂电池组的电压信号及电流信号，计算锂电池组的功率；
判断锂电池组功率是否大于负载功率；
当锂电池组功率大于负载功率时，将可逆固体氧化物燃料电池-电解池切换至SOEC工作模式，由锂电池组提供SOEC反应所需的电能；
当锂电池组功率不大于负载功率时，将可逆固体氧化物燃料电池-电解池切换至SOFC工作模式，并将可逆固体氧化物燃料电池-电解池接入配电模块，由锂电池组和可逆固体氧化物燃料电池-电解池共同驱动负载；
接收SOFC工作模式下可逆固体氧化物燃料电池-电解池的电流信号和电压信号，计算可逆固体氧化物燃料电池-电解池的功率；
判断可逆固体氧化物燃料电池-电解池的功率是否大于负载功率；
当可逆固体氧化物燃料电池-电解池的功率大于负载功率时，将锂电池组与配电模块断开，由可逆固体氧化物燃料电池-电解池单独驱动负载，同时可逆固体氧化物燃料电池-电解池为锂电池组充电；
当可逆固体氧化物燃料电池-电解池的功率不大于负载功率时，保持可逆固体氧化物燃料电池-电解池的SOFC工作模式，保持锂电池组和可逆固体氧化物燃料电池-电解池共同驱动负载，并继续接收SOFC工作模式下可逆固体氧化物燃料电池-电解池的电流信号和电压信号，计算可逆固体氧化物燃料电池-电解池的功率以及判断可逆固体氧化物燃料电池-电解池的功率是否大于负载功率，并在可逆固体氧化物燃料电池-电解池的功率大于负载功率时，执行上一步。
8.一种混合锂电池组与可逆固体氧化物电池的船舶动力系统，其特征在于：包括，
如权利要求1-6任一项所述的混合锂电池组与可逆固体氧化物电池的动力系统；
船舶驱动装置，所述船舶驱动装置包括依次连接的电机、离合器、变速器和螺旋桨；
其中，所述电机与所述电源模块电连接。
9.一种如权利要求8所述的混合锂电池组与可逆固体氧化物电池的船舶动力系统的应用方法，其特征在于：包括启动阶段、巡航阶段和靠岸阶段，
启动阶段：响应于启动信号，将锂电池组接入配电模块，通过锂电池组驱动船舶驱动装置，直至船舶离港；
巡航阶段：
响应于巡航信号，将锂电池组接入配电模块，由锂电池组驱动船舶驱动装置；
接收锂电池组的电压信号及电流信号，计算锂电池组的功率；
判断锂电池组功率是否大于船舶驱动装置功率；
当锂电池组功率大于船舶驱动装置功率时，将可逆固体氧化物燃料电池-电解池切换至SOEC工作模式，由锂电池组提供SOEC反应所需的电能；
当锂电池组功率不大于船舶驱动装置功率时，将可逆固体氧化物燃料电池-电解池切换至SOFC工作模式，并将可逆固体氧化物燃料电池-电解池接入配电模块，由锂电池组和可逆固体氧化物燃料电池-电解池共同驱动船舶驱动装置；
接收SOFC工作模式下可逆固体氧化物燃料电池-电解池的电流信号和电压信号，计算可逆固体氧化物燃料电池-电解池的功率；
判断可逆固体氧化物燃料电池-电解池的功率是否大于船舶驱动装置功率；
当可逆固体氧化物燃料电池-电解池的功率大于船舶驱动装置功率时，将锂电池组与配电模块断开，由可逆固体氧化物燃料电池-电解池单独驱动船舶驱动装置，同时可逆固体氧化物燃料电池-电解池为锂电池组充电；
当可逆固体氧化物燃料电池-电解池的功率不大于船舶驱动装置功率时，保持可逆固体氧化物燃料电池-电解池的SOFC工作模式，保持锂电池组和可逆固体氧化物燃料电池-电解池共同驱动船舶驱动装置，并继续接收SOFC工作模式下可逆固体氧化物燃料电池-电解池的电流信号和电压信号，计算可逆固体氧化物燃料电池-电解池的功率以及判断可逆固体氧化物燃料电池-电解池的功率是否大于船舶驱动装置功率，并在可逆固体氧化物燃料电池-电解池的功率大于船舶驱动装置功率时，执行上一步；
靠岸阶段：响应于靠岸信号，将锂电池组和可逆固体氧化物燃料电池-电解池从配电模块断开，停止可逆固体氧化物燃料电池-电解池的工作，并在锂电池组电量低于预设电量时，通过岸电进行充电。
10.根据权利要求9所述的混合锂电池组与可逆固体氧化物电池的船舶动力系统的应用方法，其特征在于：在所述巡航阶段的任一时刻，如接受到靠岸信号，则执行所述靠岸阶段的步骤。
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