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方案

本发明专利技术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。本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】
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
本专利技术涉及，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。
技术介绍
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(ReversibleSolidOxideCell，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(solidoxidefuelcell,SOFC)和固体氧化物电解池(solidoxideelectrolysiscell,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的中国专利技术专利，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。
技术实现思路
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，本专利技术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，本专利技术的技术方案为：第一方面，本专利技术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，本专利技术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，保本文档来自技高网...

【技术保护点】
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，/n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；/n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；/n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；/n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；/n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；/n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；/n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；/n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；/n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。/n...

【技术特征摘要】
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...

【专利技术属性】
技术研发人员：许竞翔，李玉清，邢博闻，曹守启，朱琬璐，王世明，褚振华，
申请(专利权)人：上海海洋大学，
类型：发明
国别省市：上海;31