CN113285088B - 一种固体氧化物燃料电堆及其系统和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种固体氧化物燃料电堆及其系统和应用。该电堆系统主要包括：电堆本体、第一控制单元、第二控制单元和第三控制单元，并且电堆本体为包括内部具有温控气体流道的连接体。其中，第一控制单元用于根据流经温控气体流道的温控气体起始温度与温控气体回收温度的温度差，调控预通入温控气体流道的温控气体的温度值和/或流量值。本发明提供的系统，基于温控气体流经电堆所产生的温度差和电堆设定的设定温度，通过第一控制单元对通入温控气体流道的温控气体的温度和流量，进行实时调控，以使电堆实现快速启动和运行中的热管理。

Description

一种固体氧化物燃料电堆及其系统和应用
技术领域
本发明涉及燃料电池技术领域，特别是涉及一种固体氧化物燃料电堆及其系统和应用。
背景技术
固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell，简称SOFC)是一种直接把燃料电池中化学能转化为电能的发电装置。SOFC主要功能层包括：阳极、电解质以及阴极。燃料电池由于其不受卡诺循环限制、燃料不涉及燃烧以及内部无旋转部件等的特点，因此有发电效率高、无环境污染以及无噪音等特点。
固体氧化物燃料电解池(Solid Oxide Electrolysis Cell，简称SOEC)是一种与SOFC结构形式相同、工作过程相逆的能量转化装置，SOEC可以高效且清洁地制备氢气或碳氢燃料。
基于以上特点，SOFC与SOEC在新能源领域将发挥至关重要的作用。而现有SOFC/SOEC的工作温度普遍在600～800℃之间，因而其相应的电堆运行，需要从常温状态升温到较高温度的工作状态，整个启动时间较长。
目前，针对电堆升温启动的方式，主要有两种。第一种方式为电炉加热，即在炉膛内先将外表面加热至工作所需温度，通过热传导将整个电堆加热至工作温度，此方法启动时间慢，且内外温差大，容易导致由燃料电池各部件热膨胀系数不同引起的部件之间的连接破坏。第二种方式为直接加热阳极侧的还原性气体或阴极测的氧化性气体以预热，此方法直接将预热的气体作用在电极功能层上，可能会导致界面连接有问题，另外此方法也无法避免电堆内部出现过热、欠热等温度不均匀导致的电堆性能下降甚至损坏的问题。
因此，电堆快速启动及电堆运行过程中的热管理问题仍是本领域关键问题，若可以解决这两个问题则可以非常有利于推动本领域发展。
发明内容
针对上述现有电堆中存在的技术问题，本发明提供了一种固体氧化物燃料电堆及其系统和应用。具体内容如下：
第一方面，本发明提供了一种固体氧化物燃料电堆系统，所述系统包括：电堆本体、第一控制单元、第二控制单元、第三控制单元、还原性气体回收单元以及温控气体回收单元；
所述电堆本体包括连接体与单电池；所述连接体内包括还原性气体流道、温控气体流道和氧化性气体流道；其中，所述温控气体流道设置于所述连接体的内部；
所述温控气体流道，分别与所述温控气体回收单元和所述第一控制单元相连通；所述还原性气体流道，分别与所述还原性气体回收单元和所述第二控制单元相连通；所述氧化性气体流道与所述第三控制单元相连通；
所述第一控制单元，用于根据温控气体起始温度与温控气体回收温度的温度差，调控预通入所述温控气体流道的温控气体的温度值和/或流量值；所述起始温度是指经所述第一控制单元调控后的预流入所述温控气体流道的温控气体的温度，所述回收温度是指从所述温控气体流道流出预流入所述温控气体回收单元的温控气体的温度。
优选地，所述第一控制单元，包括温控气体流量控制模块、温控气体温度控制模块和第一温度检测组件；
其中，所述温控气体流量控制模块和所述温控气体温度控制模块，用于执行上述的所述根据温控气体起始温度与温控气体回收温度的温度差，调控预通入所述温控气体流道的温控气体的温度值和/或流量值；
所述第一温度检测组件用于检测所述温控气体起始温度的温度值。
优选地，所述温控气体回收单元，包括第二温度检测组件、温控气体排放控制阀门和温控气体回收控制阀门；其中，所述第二温度检测组件用于检测所述温控气体回收温度的温度值。
优选地，所述第二控制单元，包括还原性气体流量控制模块、还原性气体温度控制模块和还原性气体通入温度检测模块；
所述还原性气体流量控制模块，用于根据电堆设定温度，调控通入所述还原性气体流道的还原性气体的流量；
所述还原性气体温度控制模块，用于调控通入所述还原性气体流道的还原性气体的温度；
所述还原性气体通入温度检测模块，用于检测通入所述还原性气体流道的还原性气体的温度。
优选地，所述系统还包括还原性气体回收单元；所述还原性气体回收单元，包括还原性气体含量检测单元、还原性气体排放控制阀门、回收控制阀门1号、回收控制阀门2号、回收控制阀门3号；
其中，所述回收控制阀门1号，位于气体回收的总干路上；所述回收控制阀门2号，位于由所述干路分支出的第一气体回收支干路上，并与所述第二控制单元相连通；所述回收控制阀门3号，位于由所述干路分支出的第二气体回收支干路上，并与所述第一控制单元相连通。
优选地，所述第三控制单元，包括氧化性气体流量控制模块、氧化性气体温度控制模块和氧化性气体通入温度检测模块；
所述氧化性气体流量控制模块，用于根据电堆设定温度，调控通入所述氧化性气体流道的氧化性气体的流量；
所述氧化性气体温度控制模块，用于将通入所述氧化性气体流道的氧化性气体的温度，调控至所述电堆设定温度；
所述氧化性气体通入温度检测模块，用于检测通入所述氧化性气体流道的氧化性气体的温度，是否达到所述电堆设定温度。
优选地，所述第一控制单元中，温控气体先后依次通入温控气体流量控制模块和温控气体温度控制模块；
所述第二控制单元中，还原性气体先后依次通入还原性气体流量控制模块和还原性气体温度控制模块；
所述第三控制单元中，氧化性气体先后依次通入氧化性气体流量控制模块和氧化性气体温度控制模块。
优选地，所述连接体温控气体流道、所述还原性气体流道和所述氧化性气体流道，两两之间不互通。
第二方面，本发明提供了一种固体氧化物燃料电堆，所述固体氧化物燃料电堆，具体可以为上述第一方面所述的电堆；所述电堆为电池堆或电解池堆。
第三方面，本发明提供了一种固体氧化物燃料电堆的应用，具体可以为：将上述第二方面所述的固体氧化物燃料电池堆，应用于供电领域；和/或
将上述第二方面所述的固体氧化物燃料电解池堆，应用于电解领域；
其中，所述电堆为电池堆或电解池堆。
总体而言，本发明所提供的固体氧化物燃料电堆及其系统和应用。该电堆系统主要包括：电堆本体、第一控制单元、第二控制单元和第三控制单元，并且电堆本体为包括内部具有温控气体流道的连接体。其中，第一控制单元用于根据流经温控气体流道的起始温度与回收温度的温度差，调控预通入温控气体流道的温控气体的温度值和/或流量值。本发明提供的系统，基于电堆正常运行的设定温度和温控气体流经电堆本体的温度差的协同作用，通过第一控制单元对通入温控气体流道的温控气体的温度和流量，进行实时调控，以使电堆实现快速启动和运行中的自主热管理。
附图说明
图1示出了本发明实施例中的固体氧化物燃料电堆系统的一种整体示意图；
图2示出了本发明实施例中的固体氧化物燃料电堆系统的另一种整体示意图；
图3示出了本发明实施例中的第一种具有电堆内部热管理功能的固体氧化物燃料电池堆结构分层展示图(还原性气体进气侧)；
图4示出了本发明实施例中的第一种具有电堆内部热管理功能的固体氧化物燃料电池堆结构分层展示图(温控气体进气侧)；
图5示出了本发明实施例中的第一种具有电堆内部热管理功能的固体氧化物燃料电池堆结构分层展示图(氧化性气体进气侧)；
图6示出了本发明实施例中的第一种具有电堆内部热管理功能的固体氧化物燃料电池堆装配示意图；
图7示出了本发明实施例中的第二种具有电堆内部热管理功能的固体氧化物燃料电池堆结构分层展示图(还原性气体进气侧)；
图8示出了本发明实施例中的第二种具有电堆内部热管理功能的固体氧化物燃料电池堆结构分层展示图(氧化性气体进气侧)；
图9示出了本发明实施例中的第二种具有电堆内部热管理功能的固体氧化物燃料电池堆结构装配示意图。
在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
针对本领域中SOFC/SOEC的工作温度普遍在600～800℃之间的特点，现有技术中将SOFC/SOEC从常温状态升温到工作温度所采用的加热方式，一直存在着许多至今仍为解决的问题。例如，电炉加热方式中存在：启动时间慢，且内外温差大，易导致由燃料电池各部件热膨胀系数不同引起的部件之间的连接破坏等问题。再例如，直接加热阳极侧的还原性气体或阴极测的氧化性气体以预热的方式中存在：易导致界面连接出现问题，易导致电堆内部出现过热和/或温度不均等问题导致的电堆性能下降甚至损坏的现象。
为了实现电堆的快速启动，更好的简单高效的实现电堆的热管理，延长电堆使用寿命，本发明实施例提出的技术构思主要为：基于电堆正常运行的设定温度和温控气体流入和流出电堆本体的温度差，通过第一控制单元对通入温控气体流道的温控气体的温度和流量进行实时调控，以使电堆既可以实现快速、均匀地启动，又可以实现运行中的热管理。
基于本发明实施例的上述技术构思，本发明实例提供了一种固体氧化物燃料电堆及其系统和应用，以使电堆具有电堆内部热管理功能，从而使电堆既可以实现快速启动，又可以实现运行中的自主热管理。在此，由于固体氧化物燃料电解池是一种与固体氧化物燃料电池结构形式相同、工作过程相逆的能量转化装置，因而在本实施例中，以下内容均以电池为例，对本发明的内容进行阐述。具体如下：
第一方面，本发明实施例提供了一种固体氧化物燃料电堆系统。如图1所示，该系统包括：电堆本体(即图1中示出的电池堆)、第一控制单元3、第二控制单元4、第三控制单元5、还原性气体回收单元7以及温控气体回收单元6。
本实施例中，电堆本体包括连接体与单电池。连接体内包括还原性气体流道、温控气体流道和氧化性气体流道。其中，温控气体流道设置于连接体的内部。
温控气体流道，分别与温控气体回收单元6和第一控制单元3相连通。还原性气体流道，分别与还原性气体回收单元7和第二控制单元4相连通。氧化性气体流道与第三控制单元5相连通。
本实施例中，第一控制单元3，主要用于根据温控气体起始温度与温控气体回收温度的温度差，调控预通入温控气体流道的温控气体的温度值和/或流量值。其中，起始温度是指经第一控制单元3调控后的流入温控气体流道的温控气体的温度，温控气体回收温度是指从连接体温控气体流道流出的温控气体回收单元6的温控气体温度。
具体实施时，“根据温控气体起始温度与温控气体回收温度的温度差，调控预通入温控气体流道的温控气体的温度值和/或流量值”的操作方法可以为：以使电池堆正常运行的设定温度为基准，根据温控气体起始温度与温控气体回收温度的温度差是否小于调节温度，来调控预通入温控气体流道的温控气体的温度值和/或流量值。其中，调节温度的作用为：判断电池堆在某温度的温控气体下进行升温/降温时，是否升温/降温的均匀且稳定，并为下一步温控气体的起始温度是否可以继续升温/降温提供参考依据。该方法的具体内容如下：
在具体的实施过程中，针对电池堆的启动和运行这两个阶段的温控方法分别进行阐述。
A、当电池堆启动时，为了防止电堆升温过快，以使电池堆正常运行的设定温度为基准，首先通入温度略高于电池堆当下温度的温控气体以对电池堆进行预热，然后再根据温控气体起始温度与温控气体回收温度的温度差是否小于调节温度，来逐渐升高温控气体的起始温度，以最终达到设定温度为止。当到达设定温度后，电池堆完成启动并进入运行阶段。
其中，调节温度的作用是：判断电池堆在某温度的温控气体下进行升温时，该电池堆内部的温度是否均匀且稳定，而当均匀且稳定时，则表示可以对该电池堆继续升温。例如，设置调节温度为20℃，实际中，当温控气体的起始温度为50℃，而回收温度为25℃，那么温度差为50℃-25℃＝25℃，而这个25℃的差值大于20℃，因而还需保持50℃向该电池堆内通入温控气体，以对电池堆进行加热，直到温度差小于20℃后才可以升高起始温度，如第一控制单元3将50℃升至100℃，然后再以100℃的起始温度对电池堆进行加热，并重复前述的以温度差小于20℃为判断依据判断是否可以再次升高温度，如此重复至最后起始温度达到设定温度为止。
为便于理解，发明人再举一个具体的实施例，来阐述实现电堆快速、均匀、稳定的启动的构思：电堆启动阶段，若希望电堆在800℃运行，而电堆此时为室温，则首先调整温控气体起始温度为100℃，并检测温控气体起始温度和温控气体回收温度，当温控气体起始温度和温控气体回收温度的差值小于20℃时，增加温控气体起始气体温度至150℃，依次循环操作，直到温控气体起始气体温度到达800℃时，进入电堆运行阶段控制。
在此，需要指出的是：1、调节温度的具体值需要根据具体的电池堆类型、设定温度等多种因素综合考虑后进行设置，在本实施例中不做具体值的限定；2、逐渐升高温控气体的起始温度时，逐步升高的幅度也可以根据具体的电池堆类型、设定温度等多种因素综合考虑后进行设置，在本实施例中也不做具体值的限定，只是在上述例子中以50℃为每一次升高的幅度，如温控气体一开始的起始温度为50℃，然后依次升温为100℃、150℃、200℃……直至温控气体起始温度到达设定温度为止；3、在电池堆的启动阶段，温控气体的流量没有具体要求，可以根据实际需求进行调控，本阶段主要调控温控气体的温度。
B、当电池堆在运行模式时，若电池堆在运行时放热，则电池堆在运行一段时间后将会升温并对电池堆的使用寿命造成影响，因而此时需要对电池堆进行降温。而当电池堆在运行模式时，其具体的自主热管理的方法的构思与上述“A”中所述的构思相似，其区别是：当电池堆在运行模式时，对电池堆的温度进行管理(即对电池堆进行降温或温升)的技术手段，主要是在温控气体起始温度为设定温度不变的前提下，通过调控温控气体进行电池堆的流量值来实现对电池堆的降温或升温(其中，此处的升温主要是指当电池堆中为吸热反应时，会导致电池堆在运行过程中的温度降低，因而为了使电池堆正常运行，这需要对电池堆进行升温。)；而在上述“A”中的，当电池堆在启动模式时，主要是通过调整温控气体启示温度来实现电池堆的启动。
同样地，在B过程中的调节温度的作用与启动时的作用是相似的，具体为：判断电池堆在某温度的温控气体下进行降温时，该电池堆内部的温度是否均匀且稳定，而当均匀且稳定时，则表示可以对该电池堆继续降温。例如，设置调节温度为20℃，并假设电池堆的设定温度为800℃，实际操作中，当检测到温控气体的回收温度为870℃时，而起始温度仍为800℃，那么温度差为870℃-800℃＝70℃，而这个70℃的差值大于20℃，则说明电池堆内部温度过高，因而需要降低电池堆内部的温度，而此时降温的手段可以是保持温控气体起始温度不变，加大温控气体的流量，以某大流量的800℃的温控气体带走电池堆内部的温度，来对电池堆进行降温，并实时检测温度差，直至温度差小于20℃后设定温度为止。
由于温控气体入口和出口温度的差值是衡量电池堆可靠运行的标准，因而以此差值作为一个参考依据，则系统可以直观地确定出温控气体流量和温度如何调控。
为便于理解，发明人再举一个具体的实施例，来阐述实现电堆在运行中自主热管理的构思：例如，将调节温度设为30℃，当测得温控气体起始实时温度为800℃，而温控气体回收温度设定温度为850℃，两者的差值为50℃，超过调节温度，应该通过加大温控气体流量予以调节。
在此，需要指出的是：1、调节温度的具体值需要根据具体的电池堆类型、设定温度等多种因素综合考虑后进行设置，在本实施例中不做具体值的限定；2、逐渐加大温控气体的流量时，逐步加大的幅度也可以根据具体的电池堆类型、设定温度等多种因素综合考虑后进行设置，在本实施例中也不做具体值的限定；3、在电池堆的运行阶段，还可以根据实际同时调整温控气体的流量和温度，以达到调整电池堆温度的目的，因此在本实施例中不做唯一性限定；4、针对运行阶段，当电池堆温度降低时，也可以采取与上述的相同构思对电池堆进行自主热管理，在本实施例中不再赘述。
在这里需要说明的是，在不同种类的电堆中，例如：阳极支撑的单电池组成的电堆与金属支撑的单电池组成的电堆对温控气体进出口温度的差值容忍度存在差别，也就是调节温度存在差别。例如，电堆用于发电或用于电解，温控气体出入口温度差值也不一样。
并且，本实施例中，第一控制单元3包括第一进气控制阀3-1、温控气体流量控制模块3-2、温控气体温度控制模块3-3和第一温度检测组件3-4。
其中，第一进气控制阀3-1，用于控制温控气体是否可以进入第一控制单元3。温控气体流量控制模块3-2，用于调控温控气体的流量。温控气体温度控制模块3-3，用于调控温控气体的温度。第一温度检测组件3-4，用于实时检测预通入温控气体流道的温控气体的起始温度。
基于这些组件，本实施例中的第一控制单元3的作用，还包括：1、为温控气体提供流入电池堆中温控气体流道的通道；2、基于该通道，依次将第一进气控制阀3-1、温控气体流量控制模块3-2、温控气体温度控制模块3-3和第一温度检测组件3-4，串联在该通道中，使温控气体依次流经第一进气控制阀3-1、温控气体流量控制模块3-2、温控气体温度控制模块3-3和第一温度检测组件3-4，接着再流入电池堆中各个单电池的连接体内部的温控气体流道。
在本实施例中，由于电池堆是由多个单电池依次叠加而成，因而这些单电池的连接体内部的温控气体流道，这可以均匀地分布于电池堆的整个结构中。从而，当电池堆启动时，基于这些温控气体流道，温控气体则可以对整个电池堆结构进行快速、均匀地加热，以实现电堆快速启动的目的。
其中，温控气体流量控制模块和温控气体温度控制模块，用于执行上述所述的“根据温控气体起始温度与温控气体回收温度的温度差，调控预通入温控气体流道的温控气体的温度值和/或流量值”。具体为：温控气体流量控制模块，用于根据电堆设定温度和温控气体起始温度与温控气体回收温度的温度差，调控预通入温控气体流道的温控气体的流量值；温控气体温度控制模块，用于根据电堆设定温度和温控气体起始温度与温控气体回收温度的温度差，调控预通入温控气体流道的温控气体的温度值。
为了节约资源，实现多次重复利用，发明人考虑到：在温控气体通入电池堆前，必须对温控气体进行温度和流量进行调控，因此，设置温控气体流量控制模块3-2和温控气体温度控制模块3-3，是必需组件；而进入温控气体回收单元6中的温控气体虽然温度变化了，但是可以基于温控气体流量控制模块3-2和温控气体温度控制模块3-3对其进行调控，实现回收的温控气体的重利用。因此，本实施例中的温控气体流量控制模块3-2和温控气体温度控制模块3-3的作用，还包括对混合气体(即，在新通入的温控气体中混合回收的温控气体，而得到的混合气体)进行流量和温度的调控，以使混合气体对电池堆的温度进行调节。
并且，为了实现温控气体的合理利用，本实施例中，优选地，温控气体回收单元6，包括第二温度检测组件6-1、温控气体排放控制阀门6-2和温控气体回收控制阀门6-3。其中，第二温度检测组件6-1，用于实时检测从温控气体流道流出并进入温控气体回收单元6的温控气体的回收温度。而基于这些组件，在实际的实施过程中，为了顺利使回收的温控气体重新流入第一控制单元3中，可以在温控气体回收控制阀门6-3与第一控制单元3之间的路线中设置温控气体循环泵6-4，以此为温控气体的循环提供动力，实现系统的自动循环。
本实施例中，优选地，第二控制单元4，包括还原性气体流量控制模块4-2、还原性气体温度控制模块4-3和还原性气体通入温度检测模块4-4。
还原性气体流量控制模块4-2，用于根据电堆设定温度，调控通入还原性气体流道的还原性气体的流量。还原性气体温度控制模块4-3，用于将通入还原性气体流道的还原性气体的温度，调控至电堆设定温度。还原性气体通入温度检测模块4-4，用于检测通入还原性气体流道的还原性气体的温度。
在具体的实施过程中，还原性气体流量控制模块4-2、还原性气体温度控制模块4-3和还原性气体通入温度检测模块4-4，这三者是通过相互协调，来控制通入电池堆内部的还原性气体的温度的。例如，当电推设定温度为800℃时，即表示通入电池堆内部的还原性气体的温度也需要为800℃，则基于此温度，可以通过还原性气体流量控制模块4-2将还原性气体的流量调大或调小，和还原性气体温度控制模块4-3将还原性气体的温度调大或调小，最后再根据还原性气体通入温度检测模块4-4检测到的温度，在确定是否将还原性气体的温度调到800℃。如果检测到的温度不是800℃，则再通过还原性气体流量控制模块4-2和还原性气体温度控制模块4-3进行调整。
需要说明的是，本实施中的第二控制单元4除了包括上述三个部件外，还包括第二进气控制阀4-1，用于控制从外部通入的还原性气体。基于这些组件，本实施例中的第二控制单元4的作用，包括：1、为还原性气体提供流入电池堆中还原性气体流道的通道；2、基于该通道，依次将第二进气控制阀4-1、还原性气体流量控制模块4-2、还原性气体温度控制模块4-3和还原性气体通入温度检测模块4-4，串联在该通道中，使还原性气体依次流经第二进气控制阀4-1、还原性气体流量控制模块4-2、还原性气体温度控制模块4-3和还原性气体通入温度检测模块4-4，接着再流入电池堆中各个单电池的连接体内部的还原性气体流道。
回收控制阀门1号7-2，位于气体回收的总干路上。回收控制阀门2号7-4，位于由还原性气体回收的干路分支出的第一气体回收支干路上，并与第二控制单元相连通4。回收控制阀门3号7-5，位于由还原性气体回收的干路分支出的第二气体回收支干路上，并与第一控制单元相连通3。
本实施例中，优选地，第三控制单元5，包括第三进气控制阀3-1、氧化性气体流量控制模块5-2、氧化性气体温度控制模块5-3和氧化性气体通入温度检测模块5-4。
其中，氧化性气体流量控制模块5-2，用于根据电堆设定温度，调控通入氧化性气体流道的氧化性气体的流量；氧化性气体温度控制模块5-3，用于将通入氧化性气体流道的氧化性气体的温度，调控至电堆设定温度；氧化性气体通入温度检测模块，用于检测通入氧化性气体流道的氧化性气体的温度。
在具体的实施过程中，氧化性气体流量控制模块5-2、氧化性气体温度控制模块5-3和氧化性气体通入温度检测模块5-4，这三者是通过相互协调，来控制通入电池堆内部的氧化性气体的温度的。具体实例可以参照上述关于第二控制单元4中各个部件的协调的阐述，两者的构思相同，在此不在赘述。
本实施例中，氧化性气体的流入方式为：打开第三进气控制阀5-1，氧化性气体从外部通入第三控制单元5，再通过电池堆连接体1内设置的氧化性气体进气总气路1-5进入氧化性气体流道1-3。氧化性气体温度和流量控制单元控制进入电池堆内每一个连接体内部的氧化性气体的温度和流量。氧化性气体从电池堆流出后不进行专门的收集回收与排放，一般直接从连接体四周流出。
本实施例中，优选地，第一控制单元3中，温控气体从温控气体进气控制阀门3-1通入后，先后依次通过温控气体流量控制模块3-2、温控气体温度控制模块3-3和第一温度检测组件3-4。第二控制单元4中，还原性气体从还原性气体进气控制阀门4-1通入后，先后依次通过还原性气体流量控制模块4-2、还原性气体温度控制模块4-3和还原性气体通入温度检测模块4-4。第三控制单元中，氧化性气体从氧化性气体进气控制阀门5-1通入后，先后依次通过氧化性气体流量控制模块5-2、氧化性气体温度控制模块5-3和氧化性气体通入温度检测模块5-4。
本实施例中，优选地，电池堆中的各个单电池中的温控气体流道、还原性气体流道和氧化性气体流道，两两之间不互通。而在电池堆中(可参考图3)，各个单电池中的温控气体流道，分别与温控气体进气总气路1-5和温控气体出气总气路1-7相通；各个单电池中的还原性气体流道，分别与还原性气体进气总气路1-4和还原性气体出气总气路1-8相通；各个单电池中的氧化性气体流道，分别与氧化性气体进气总气路1-6和氧化性气体出气总气路1-9相通。
在此，需要特别指出的是，针对本实施例中的温控气体，还可以由下述的三种方式流入第一控制单元3：
方式1：在电池堆启动与运行时，温控气体均由外部单独通入。
请参照图1。在方式1中，电池堆启动与运行时，打开温控气体进气控制阀门3-1，温控气体从外部通入第一控制单元3。其中，第一控制单元3控制进入电池堆内每一个连接体内部的温控气体的温度和流量。
方式2：在电池堆启动时通入外部相接的独立温控气体，在电堆运行时通入由还原性气体或与温控气体回收后的气体组成的混合气体。
请继续参照图1。在方式2中，电池堆启动时，具体的方式与上述方式1中的“电池堆启动与运行时”后的内容相同，在本方式中将不做赘述。与方式1的区别在于电池堆运行时，在本方式2中，电堆运行时，温控气体调整为从还原性气体回收单元7中的回收气体。具体可以为：
关闭温控气体进气控制阀门3-1，打开回收控制阀门1号7-2、回收控制阀门3号7-5与温控气体回收控制阀门6-3，从连接体内流出的还原性气体与温控气体分别从还原性气体回收单元7与温控气体回收单元6通入第一控制单元3。
方式3：将还原性气体作为温控气体。在电池堆启动时，通入还原性气体，在电堆运行时，通入还原性气体回收后的回收气体与温控气体回收后的气体。
请参照图2。在本方式3中，电堆启动时，温控气体为还原性气体。具体操作为：打开还原性气体进气控制阀门4-1与温控气体进气控制阀门3-1，从外部向第一控制单元3通入还原性气体；
电堆运行时，温控气体调整为从还原性气体回收单元6的回收气体。具体操作为：关闭温控气体进气控制阀门3-1，打开回收控制阀门1号7-2、回收控制阀门3号7-5与温控气体回收控制阀门6-3，从连接体内流出的还原性气体与温控气体分别从还原性气体回收单元7与温控气体回收单元6通入第一控制单元3。
由上述的三种方式可知，本实施例提供的系统，可以实现多种温控气体流入连接体内的方式。因此，本实施例提供的系统，其普适性高，具有较优的商业应用场景。
请参照图1和图3。本实施例中，温控气体从连接体1内的温控气体流道结构1-2流出后，经由连接体内设置的温控气体出气总气路1-7进入温控气体回收单元6。温控气体回收单元6控制从连接体内部流出的温控气体的排放与回收利用，从连接体内部流出的温控气体可以回收流入到第一控制单元3，也可以直接向外排放。
请继续参照图1和图3。还原性气体从连接体1内的还原性气体流道结构1-1流出后，经由连接体内设置的还原性气体出气总气路1-8进入还原性气体回收单元7。还原性气体回收单元7控制从连接体内部流出的还原性气体的排放与回收利用，从连接体内部流出的还原性气体可以回收流入到第二控制单元4或第三控制单元3，也可以直接向外排放。
本实施例提供的上述系统，相较于现有技术至少具有以下优点：
1、由于本发明实施例提供的电池堆，是由内部具有温控气体流道的连接体是依次重叠得到的，因而得到的电池堆内部将均匀分布有温控气体流道。基于此，当向温控气体流道中通入控温气体时，将会实现对电池堆的快速且均匀的加热，从而实现电池堆的快速启动，并且还不会导致由燃料电池各部件热膨胀系数不同引起的部件之间的连接破坏等问题，也不会导致电堆内部出现过热和/或温度不均等问题导致的电堆性能下降甚至损坏的现象。
2、为了实现电池堆系统的自主热管理，本发明提供的系统，可以基于电池堆设定温度和温控气体流经电堆本体后形成的温度差这两者的协同作用，确定出后续通入电池堆的较佳温度值和较佳流量值，然后再通过第一控制单元将通入温控气体流道的温控气体的温度实时调控为较佳温度和较佳流量值，以使电堆在实现快速启动的同时，还可以在运行中实现自主热管理。
第二方面，本发明实施例提供了一种固体氧化物燃料电堆，所述固体氧化物燃料电堆，具体可以为上述第一方面所述的电堆。其中，该电堆可以为电池堆，也可以为电解池堆。由于这两种堆的结构相同，因而在本实施例中以电池堆的结构为例，进行阐述。
首先，需要指出的是，由于本实施例提供的电池堆结构较为复杂，结构中包含有多种部件，因而，发明人在附图中的各个批注中，相同的批注即表示电池堆中的同一个部件，并且，将各个部件的批注分散于多个图中。因此，为了更好地理解本发明实施例中的内容，请对所有附图进行综合参考。然后，针对本发明实施例提供的电池堆结构，发明人进行如下内容的具体阐述：
本发明实施例提供了一种具有电堆内部热管理功能的固体氧化物燃料电池堆结构。请参考图3-图6，本发明实施例提供的电池堆结构，包括多个具有内部温控气体流道的连接体1、多个固体氧化物燃料单电池2。
在本实施例中，连接体1上下表面分别为还原性气体流道1-1和氧化性气体流道1-3，内部为温控气体流道1-2。温控气体流道1-2、还原性气体流道1-1与氧化性气体流道1-3，两两之间的气体互不渗透。
在本实施例中，单电池2密封固定在具有内部温控气体流道的连接体1上，图3、图4与图5单电池与连接体通过密封材料固定，图7、图8适用于金属支撑型固体氧化物燃料电池堆。
本实施例提供的电池堆，在电池堆启动时，通过第一控制单元向连接体温控气体流道中通入高温气体，使电池堆整体均匀、快速达到工作温度，实现电池堆的快速启动；在电池堆运行时，根据电池堆设定设定温度与调节温度，通过第一控制单元，向连接体内部通入特定温度和流量的温控气体，实现对电池堆内部的热管理。
在本实施例中，固定在具有内部温控气体流道的连接体1上的单电池2以串联方式组成电堆，如图3—图9所示。
在本实施例中，图3、图4、图5与图6适用于不同类型的平板状固体氧化物燃料电池/电解池堆，图7、图8与图9适用于金属支撑型固体氧化物燃料电池/电解池堆。
为将本发明实施例中提供的电池堆结构、特征、目的更加清楚描述，以下选取多种本发明的优选结构并结合附图，对本发明实施例提供的电池堆结构进行进一步清楚完整的描述。
优选结构展示例1：
图3—图5综合示出了本发明实施例中第一种优选的具有电堆内部热管理功能的固体氧化物燃料电池堆结构，该结构通用于不同类型的平板状固体氧化物燃料电池堆。
图3、图4与图5，均示出了本发明实施例中第一种优选的具有电堆内部热管理功能的固体氧化物燃料电池堆结构分层展示图。实际上，图3、图4与图5，为两个通过密封材料固定在连接体上的单电池，两个单电池互相串联。为了使每层结构更加清晰，如图3、图4与图5所示，采用了分层结构。
如图3、图4与图5所示，连接体上下表面分别为还原性气体流道1-1和氧化性气体流道1-3，内部为温控气体流道1-2。其中，温控气体流道、还原性气体流道与氧化性气体流道，两两之间的气体互不渗透。
如图3、图4与图5所示，单电池2通过密封材料固定在具有内部温控气体流道的连接体1上。
图6示出了该实施例中具有电堆内部热管理功能的固体氧化物燃料电池堆结构装配示意图。
在结合图1和图2，本实施例示出的电池堆结构中，温控气体可以由以下三种方式流入第一控制单元3：
方式1：在电池堆启动与运行时，均通入外部相接的独立温控气体。
如图1所示，方式1中，电堆启动与运行时，温控气体从外部通入第一控制单元3。
如图3—图6所示，方式1中，温控气体由第一控制单元3通过电池堆连接体1内设置的温控气体进气总气路1-5进入温控气体流道1-2。第一控制单元3控制进入电池堆内每一个连接体内部的温控气体的温度和流量。
方式2：在电池堆启动时，通入外部相接的独立温控气体，在电堆运行时，由还原性气体与温控气体回收后的气体组成的混合气体。
如图1所示，方式2中，电池堆启动时，温控气体从外部通入第一控制单元3。如图3—图6所示，方式2中，温控气体由第一控制单元3通过电池堆连接体1内设置的温控气体进气总气路1-5进入温控气体流道1-2。第一控制单元控制3进入电池堆内每一个连接体内部的温控气体的温度和流量。
如图1所示，电池堆运行时，温控气体调整为从还原性气体回收单元的气体。具体的可以执行操作为：关闭温控气体进气控制阀门3-1，回收控制阀门1号7-2、回收控制阀门3号7-5与温控气体回收控制阀门6-3，从连接体内流出的还原性气体与温控气体分别从还原性气体回收单元7与温控气体回收单元6通入第一控制单元3，再通过电池堆连接体1内设置的温控气体进气总气路1-5进入温控气体流道1-2。第一控制单元3控制进入电池堆内每一个连接体内部的温控气体的温度和流量。
方式3：将还原性气体作为温控气体，在电堆启动时，通入还原性气体，在电堆运行时，通入还原性气体与温控气体回收后的气体。
如图2所示，方式3中，电堆启动时，温控气体为还原性气体，从外部通入向第一控制单元3通入还原性气体。具体操作为：打开还原性气体进气控制阀门4-1与温控气体进气控制阀门3-1，从外部向第一控制单元3通入还原性气体。
如图3—图6所示，方式3中，温控气体由第一控制单元3通过电池堆连接体1内设置的温控气体进气总气路1-5进入温控气体流道1-2。第一控制单元3控制进入电池堆内每一个连接体内部的温控气体的温度和流量。
如图2所示，方式3中，电堆运行时，温控气体调整为从还原性气体回收单元7回收后的回收气体。具体操作为：关闭温控气体进气控制阀门3-1，打开回收控制阀门1号7-2、回收控制阀门3号7-5与温控气体回收控制阀门6-3，从连接体内流出的还原性气体与温控气体分别从还原性气体回收单元7与温控气体回收单元6通入第一控制单元3，再通过电池堆连接体1内设置的温控气体进气总气路1-5进入温控气体流道1-2。第一控制单元控制3进入电池堆内每一个连接体内部的温控气体的温度和流量。
如图3—图6所示，温控气体在本实施例示出的电池堆结构中的流经途径为：温控气体从连接体1内的温控气体流道1-2流出，经由连接体内设置的温控气体出气总气路1-7进入温控气体回收单元6；还原性气体从连接体1内的还原性气体流道1-1流出，经由连接体内设置的温控气体出气总气路1-8进入温控气体回收单元7。温控气体回收单元6控制从连接体内部流出的温控气体的排放与回收利用，从连接体内部流出的温控气体可以回收流入到温控气体第一控制单元3。
如图1—图6所示，在本实施例中，还原性气体在本实施例示出的电池堆结构中的流经途径为：还原性气体从外部通入第二控制单元4，再通过电池堆连接体1内设置的还原性气体进气总气路1-4进入还原性气体流道1-1，还原性气体从连接体1内的还原性气体流道结构1-1流出后，经由连接体内设置的还原性气体出气总气路1-8进入还原性气体回收单元7。
第二控制单元4控制进入电池堆内每一个连接体内部的还原性气体的温度和流量。还原性气体回收单元7控制从连接体内部流出的还原性气体的排放与回收利用，从连接体内部流出的还原性气体可以回收流入到第二控制单元4，也可以回收流入到第一控制单元3。
在本实施例中，氧化性气体从外部通入第三控制单元5，再通过电池堆连接体1内设置的氧化性气体进气总气路1-5进入氧化性气体流道1-3。第三控制单元5控制进入电池堆内每一个连接体内部的氧化性气体的温度和流量。
本实施例中，当电池堆启动时，为了防止电堆升温过快造成的影响以使电池堆正常运行的设定温度为基准，首先通入温度略高于电池堆的温控气体以对电池堆进行预热，然后再根据温控气体起始温度与温控气体回收温度的温度差是否小于调节温度，来逐渐升高温控气体的起始温度，以最终达到设定温度为止。当到达设定温度后，电池堆完成启动并进入运行阶段。
当电池堆在运行模式时，电池堆若在运行时放热，则电池堆在运行一段时间后将会升温并对电池堆的使用寿命造成影响，因而此时需要对电池堆进行降温，当温控气体回收温度高于电池堆设定的设定温度，且温控气体起始温度与温控气体回收温度的温度差大于调节温度，就应当加大温控气体流量，以实现对电池堆的降温。
当电池堆在运行模式时，电池堆若在运行时吸热，则电池堆在运行一段时间后将会降温并对电池堆的使用寿命造成影响，因而此时需要对电池堆进行升温，当温控气体回收温度低于电池堆设定的设定温度，且温控气体起始温度与温控气体回收温度的温度差大于调节温度，就应当加大温控气体流量，以实现对电池堆的升温。
优选结构展示例2：
图7—图9示出了本发明实施例中第二种优选的具有电堆内部热管理功能的固体氧化物燃料电池堆结构，适用于金属支撑型固体氧化物燃料电池/电解池堆。
图7与图8示出了本发明实施例中第二种优选的具有电堆内部热管理功能的固体氧化物燃料电池堆结构分层展示图。实际上，图7、图8为两个单电池与连接体设计为一体化结构，两个单电池互相串联。为了使每层结构更加清晰，如图7、图8所示，采用了分层结构。
如图7与图8所示，连接体上下表面分别为还原性气体流道1-1’和氧化性气体流道1-3’，内部为温控气体流道1-2’，所述温控气体流道结构、所述还原性气体流道结构与氧化性气体流道结构两两结构之间的气体互不渗透。
如图7与图8所示，金属支撑型单电池2’与连接体1’既可以通过钎焊连接，也可以设计为一体化结构。
图9示出了该实施例中具有电堆内部热管理功能的固体氧化物燃料电池堆结构装配示意图，其中所有总气路均由金属制成，使用分气路管道1-10’、1-12’将气体分配到每一个连接体对应的气体流道内，转接部件1-11’使用绝缘材料制成，起到绝缘作用。
本实施例示出的电池堆结构中，温控气体流入方式与上述优选结构展示例1中阐述的三种方式流入方式相同。在本实施例中将不做赘述。
如图7—图9所示，温控气体在本实施例示出的电池堆结构中的流经途径与上述优选结构展示例1中阐述的温控气体的流经途径相同。在本实施例中将不做赘述。
在本实施例中，如图7—图9所示，还原性气体在本实施例示出的电池堆结构中的流经途径与上述优选结构展示例1中阐述的还原性气体的流经途径相同。在本实施例中将不做赘述。
在本实施例中，氧化性气体从外部通入第三控制单元5，再通过电池堆连接体1’内设置的氧化性气体进气总气路1-5’进入氧化性气体流道1-3’。氧化性气体温度和流量控制单元控制进入电池堆内每一个连接体内部的氧化性气体的温度和流量。
在本实施例中，电池堆启动时，可按上述第一方面中提供的三种供气方式中的任意一种，通过第一控制单元3向连接体温控气体流道1-2’中通入高温气体，使电池堆整体均匀、快速达到工作温度，实现电池堆的快速启动。
在本实施例中，在电池堆运行时，根据电池堆内部温度，分为三种情况进行电池堆内部热管理。针对每种情况的具体热管理，与上述优选结构展示例1中阐述的热管理内容相同。在本实施例中不做赘述。
本实施例中，当电池堆启动时，为了防止电堆升温过快造成的影响以使电池堆正常运行的设定温度为基准，首先通入温度略高于电池堆的温控气体以对电池堆进行预热，然后再根据温控气体起始温度与温控气体回收温度的温度差是否小于调节温度，来逐渐升高温控气体的起始温度，以最终达到设定温度为止。当到达设定温度后，电池堆完成启动并进入运行阶段。
当电池堆在运行模式时，电池堆若在运行时放热，则电池堆在运行一段时间后将会升温并对电池堆的使用寿命造成影响，因而此时需要对电池堆进行降温，当温控气体回收温度高于电池堆设定设定温度，且温控气体起始温度与温控气体回收温度的温度差大于调节温度，就应当加大温控气体流量，以实现对电池堆的降温。
当电池堆在运行模式时，电池堆若在运行时吸热，则电池堆在运行一段时间后将会降温并对电池堆的使用寿命造成影响，因而此时需要对电池堆进行升温，当温控气体回收温度低于电池堆设定的设定温度，且温控气体起始温度与温控气体回收温度的温度差大于调节温度，就应当加大温控气体流量，以实现对电池堆的升温。
为将本发明实施例中提供的电池堆结构、特征、目的更加清楚描述，以下选取多个实施例，对本发明实施例提供的电池堆结构进行进一步清楚完整的描述。
实施例1
步骤1，采用铁素体不锈钢作为具有内部温控气体流道的连接体的材料，采用粉末冶金的方法制备具有内部温控气体流道的长、宽、厚分别为100mm、100mm和3mm的连接体。该连接体上下表面分别为还原性气体流道、氧化性气体流道与内部的温控气体流道，三种气体流道深度均为0.4mm。制备出的连接体结构如图3、图4与图6中的连接体1所示。
步骤2，本实施例的电池堆结构中的单电池，采用多孔铁素体不锈钢支撑的结构，采用流延成型工艺依次制备Ni/GDC阳极、GDC电解质，经烧结后采用丝网印刷工艺制备LSCF阴极。单电池与步骤1制备的连接体通过钎焊技术进行密封和固定。多个SOFC单电池与连接体钎焊好的组件采用串联方式组装成额定功率为5kW的电池堆。
步骤3，电池堆结构如图3、图4所示，电池堆装配示意图如图6所示。而整个具有热管理功能的燃料电池堆系统如图1所示。采用H2为还原性气体，空气为氧化性气体，温控气体供气方式采用方式1对应的方法进行，即在电池堆启动与运行时均通入外部相接的独立温控气体Ar(图1)。如图3、图4所示，温控气体由独立的温控气体Ar供应，进入到第一控制单元通过连接体内设置的温控气体进气总气路进入温控气体流道，流出后经由连接体内设置的温控气体出气总气路进入温控气体回收单元；还原性气体由第二控制单元通过连接体内设置的还原性气体进气总气路进入还原性气体流道，流出后由连接体内设置的还原性气体出气总气路进入还原性气体回收单元；氧化性气体由第三控制单元通过连接体内设置的氧化性气体进气总气路进入氧化性气体流道，从电堆四周流出。
设定电池的设定温度为700℃，调节温度为20℃。
电堆在室温启动时，首先调整温控气体起始温度为100℃，并检测温控气体起始温度，当起始温度和回收温度的差值小于20℃时，增加起始气体温度至150℃，依次循环操作，直到入口气体温度到达700℃时，进入电堆运行阶段控制。
当电池堆在运行模式时，电池堆在运行时放热，则电池堆在运行一段时间后将会升温并对电池堆的使用寿命造成影响，因而此时需要对电池堆进行降温，当温控气体回收温度高于电池堆设定的设定温度，且温控气体起始温度与温控气体回收温度的温度差大于调节温度，就应当加大温控气体流量，以实现对电池堆的降温。
通过对5kW电堆的输出性能及长期性能测试，得到长期性能稳定的电堆。
实施例2
本实施例与实施例1相似，不同之处在于：电堆内温控气体供气方式不同，即采用方式2进行供气。电池堆启动时，采用独立的温控气体Ar，Ar通过第一控制单元升温后通入连接体温控气体流道，使电池堆整体均匀、快速达到工作温度，实现电池堆的快速启动。电堆运行时，温控气体采用由还原性气体回收单元出来的气体与温控气体回收单元出来的气体混合的混合气体。
对该电堆输出性能及长期性能测试，得到长期性能稳定的电堆。
实施例3
本实施例与实施例1相似，不同之处在于：电堆内温控气体供气方式不同，即采用方式3进行供气。电池堆启动时，采用还原性气体H2，H2通过第一控制单元升温后通入连接体温控气体流道，使电池堆整体均匀、快速达到工作温度，实现电池堆的快速启动。电堆运行时，温控气体采用由还原性气体回收单元出来的气体与温控气体回收单元出来的气体混合的混合气体。
对该电堆输出性能及长期性能测试，得到长期性能稳定的电堆。
实施例4
本实施例与实施例1相似，不同之处在于：该电堆的连接体制备材料与方法以及单电池的制备方法不同。具体如下：
本实施例采用铁素体不锈钢合金粉末为具有内部温控气体流道的连接体材料，采用逐层铺粉、压制烧结方法制备图3、图4的连接体1所示的具有内部温控气体流道的连接体。该连接体的长、宽、厚分别为150、150mm、和7mm。连接体的上下表面分别为还原性气体流道与氧化性气体流道，连接体内部为温控气体流道，且这三种流道的深度均为0.5mm。
本实施例的电池堆结构中的单电池采用多孔铁素体不锈钢支撑的结构，采用大气等离子喷涂工艺，在多孔金属支撑体上依次喷涂Ni/YSZ阳极、YSZ电解质与LSCF阴极。单电池与上述连接体通过钎焊技术进行密封和固定。多个SOFC单电池与连接体钎焊好的组件采用串联方式组装成额定功率为3kW的电池堆。电池堆结构如图3、图4所示，电池堆装配示意图如图6所示。
电堆内温控气体供气方式与电堆运行方式与实施例1相同。
通过对3kW电堆的输出性能及长期性能测试，得到长期性能稳定的电堆。
实施例5
本实施例与实施例1相似，不同之处在于：该电堆的连接体制备材料与方法、单电池的制备方法与电池与连接体密封方式不同。
本实施例采用铁素体不锈钢合金粉末为具有内部温控气体流道的连接体材料，采用粉末冶金制备图7、图8与图9的连接体1’所示的具有内部温控气体流道的连接体。该连接体的长、宽、厚分别为100、100mm、和8mm。连接体的上下表面分别为还原性气体流道与氧化性气体流道，连接体内部为温控气体流道，且这三种流道的深度均为0.6mm。
本实施例中，该电堆的连接体采用一体化结构，该一体化结构是指：无子部件连接缝隙的整体结构，且在制备时是一次成型的。采用大气等离子喷涂工艺，在一体化结构支撑体表面上依次喷涂Ni/ScSZ阳极、ScSZ电解质与LSCF阴极。多个单电池与连接体一体化结构采用串联方式组装成额定功率为3kW的电堆。电堆结构如图7、图8所示，电池堆装配示意图如图9所示。
电堆内温控气体供气方式与电堆运行方式与实施例1相同。
通过对3kW电堆的输出性能及长期性能测试，得到长期性能稳定的电堆。
实施例6
采用铬铁合金粉末为具有内部温控气体流道的连接体材料，采用粉末冶金的方法制备图5的连接体1所示的具有内部温控气体流道的连接体，长、宽厚分别为200mm、100mm和6mm，连接体的上下表面分别为还原性气体流道与氧化性气体流道，连接体内部为温控气体流道，且这三种流道的深度均为0.6mm。
采用氧化硅及玻璃密封材料，将长宽尺寸与支撑体一致的阳极支撑型SOFC单电池与连接体固定和周边密封。按照这种方式，将30个阳极支撑的SOFC单电池与连接体采用串联方式组堆。电堆的基本结构如图5所示，电池堆装配示意图如图6所示。
电堆内温控气体供气方式与电堆运行方式与实施例1相同。
通过对3kW电堆的输出性能及长期性能测试，得到长期性能稳定的电堆。
上述各实施例中，Ni为镍，ScSZ为氧化钪稳定的氧化锆，LSCF为镧锶钴铁，YSZ为氧化钇稳定的氧化锆。本发明中选用的电极与电解质材料可选用常用材料，本发明的实施例只是以特定材料进行例举，再次发明中对电极与电解质不做先定。
第三方面，本发明提供了一种固体氧化物燃料电堆的应用，具体可以为：将上述第二方面所述的固体氧化物燃料电池堆，应用于供电领域；和/或
将上述第二方面所述的固体氧化物燃料电解池堆，应用于电解领域；
其中，所述电堆为电池堆或电解池堆。
对于方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和部件并不一定是本发明所必须的。
以上对本发明所提供的一种固体氧化物燃料电堆及其系统和应用进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种固体氧化物燃料电堆系统，其特征在于，所述系统包括：电堆本体、第一控制单元、第二控制单元、第三控制单元、还原性气体回收单元以及温控气体回收单元；
所述电堆本体包括连接体与单电池；所述连接体内包括还原性气体流道、温控气体流道和氧化性气体流道；其中，所述温控气体流道设置于所述连接体的内部；
所述温控气体流道，分别与所述温控气体回收单元和所述第一控制单元相连通；所述还原性气体流道，分别与所述还原性气体回收单元和所述第二控制单元相连通；所述氧化性气体流道与所述第三控制单元相连通；
所述第一控制单元，用于根据温控气体起始温度与温控气体回收温度的温度差，调控预通入所述温控气体流道的温控气体的温度值和/或流量值；其中，所述温控气体起始温度是指经所述第一控制单元调控后的预流入所述电堆本体的温控气体的温度，所述温控气体回收温度是指从所述电堆本体流出预流入所述温控气体回收单元的温控气体的温度；
所述第二控制单元包括还原性气体回收单元；所述还原性气体回收单元，包括还原性气体含量检测单元、还原性气体排放控制阀门、回收控制阀门1号、回收控制阀门2号、回收控制阀门3号；其中，所述回收控制阀门1号，位于气体回收的总干路上；所述回收控制阀门2号，位于由所述干路分支出的第一气体回收支干路上，并与所述第二控制单元相连通；所述回收控制阀门3号，位于由所述干路分支出的第二气体回收支干路上，并与所述第一控制单元相连通。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一控制单元，包括温控气体流量控制模块、温控气体温度控制模块和第一温度检测组件；
其中，所述温控气体流量控制模块和所述温控气体温度控制模块，用于执行上述的所述用于根据温控气体起始温度与温控气体回收温度的温度差，调控预通入所述温控气体流道的温控气体的温度值和/或流量值；
所述第一温度检测组件用于检测所述温控气体起始温度的温度值。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述温控气体回收单元，包括第二温度检测组件、温控气体排放控制阀门和温控气体回收控制阀门；
其中，所述第二温度检测组件用于检测所述温控气体回收温度的温度值。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第二控制单元，还包括还原性气体流量控制模块、还原性气体温度控制模块和还原性气体通入温度检测模块；
所述还原性气体流量控制模块，用于根据电堆设定温度，调控通入所述还原性气体流道的还原性气体的流量；
所述还原性气体温度控制模块，用于调控所述还原性气体流道的还原性气体的温度；
所述还原性气体通入温度检测模块，用于检测通入所述还原性气体流道的还原性气体的温度。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第三控制单元，包括氧化性气体流量控制模块、氧化性气体温度控制模块和氧化性气体通入温度检测模块；
所述氧化性气体流量控制模块，用于根据电堆设定温度，调控通入所述氧化性气体流道的氧化性气体的流量；
所述氧化性气体温度控制模块，用于调控所述氧化性气体流道的氧化性气体的温度；
所述氧化性气体通入温度检测模块，用于检测通入所述氧化性气体流道的氧化性气体的温度。
6.根据权利要求2、4、5任意一项所述的系统，其特征在于，所述第一控制单元中，温控气体先后依次通入温控气体流量控制模块和温控气体温度控制模块；
所述第二控制单元中，还原性气体先后依次通入还原性气体流量控制模块和还原性气体温度控制模块；
所述第三控制单元中，氧化性气体先后依次通入氧化性气体流量控制模块和氧化性气体温度控制模块。
7.根据权利要求1-5任意一项所述的系统，其特征在于，所述温控气体流道、所述还原性气体流道和所述氧化性气体流道，两两之间不互通。
8.一种固体氧化物燃料电堆，其特征在于，所述固体氧化物燃料电堆，为上述权利要求1-7任意一项中所述的电堆；所述电堆为电池堆或电解池堆。
9.一种固体氧化物燃料电堆的应用，其特征在于，将上述权利要求8所述的固体氧化物燃料电池堆，应用于供电领域；和/或
将上述权利要求8所述的固体氧化物燃料电解池堆，应用于电解领域；
其中，所述电堆为电池堆或电解池堆。
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