1.本发明涉及水路运输电力推动船舶的技术领域，尤其涉及一种以全钒液流电池为动力的运输船舶的充电系统，同时还涉及一种以全钒液流电池为动力的运输船舶的充电系统的运行方法。
背景技术：2.物流运输是社会经济发展的重要基础，水路运输在五大运输方式中，因成本低、能耗少、污染小而具有明显优势。我国内河航道通航总里程已达到12.63万千米，内河运输量以年均百分之十几的速度递增，但是，运输工具依然严重落后。运输效率低、噪声和水污染严重，碰船沉船等安全事故频发，企业生产受到影响，沿岸污染严重，破坏河流水生生态。
3.在发展河流水运的同时，应保护河流水生生态。为达到这些目标，不燃烧化石燃料的电力推动运输船舶，将成为河流水运的新一代主体运载工具，但现有电力推动运输船舶(如锂电池动力运输船舶)充电困难，运行效率低，使电力推动运输船舶的推广遇到障碍。
技术实现要素：4.基于上述现有技术存在的不足，本发明所要解决的技术问题是在于提供一种全钒液流电池为动力的运输船舶充电系统及运行方法，目的在于解决电力推动运输船舶充电困难，运行效率低的问题。
5.为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
6.本发明的以全钒液流电池为动力的运输船舶的充电系统包括钒电池充电装置，钒电解液趸船和钒储能电站；
7.所述钒电池充电装置建设在现有港口码头靠近水面的场地或建设在水岸边靠近水面的场地，其与钒储能电站联接，接收其输送来的储能钒电解液(荷电状态趋于100％的正极或负极钒电解液)并储存到储能钒电解液罐；还可以与全钒液流电池为动力的运输船舶(以下称钒电动船舶)联接，为船舶钒电池充电或将正极储能钒电解液和负极储能钒电解液分别输送到钒电动船舶已清空的正极钒电解液槽组和负极钒电解液槽组。所述钒电解液趸船停泊在距离所述钒储能电站最近的水面，其可与钒电动船舶联接，接收钒电动船舶输出的空白钒电解液(荷电状态趋于零的正极或负极钒电解液)。钒储能电站，建设在现有港口码头或建设在水岸边的场地，其与所述钒电解液趸船联接，接收所述钒电解液趸船输送来的空白钒电解液并对空白钒电解液进行充电，将充电后的储能钒电解液输出到钒电池充电装置。
8.优选的，所述钒电池充电装置包括充电正极输入接口，正极储能钒电解液，充电负极输入接口，负极储能钒电解液，充电装置控制柜，充电电源配电柜，正极储能钒电解液罐，负极储能钒电解液罐，正极储能输出泵，充电正极输出接头，负极储能输出泵，充电负极输出接头和充电电源输出接头；所述充电电源配电柜与风光发电和/或电网连接，向钒电动船
舶的钒电池充电；所述钒电池充电装置与钒电动船舶连接，采取两种方式给钒电动船舶充电，第一种是采用充电电源输出接头与钒电动船舶的船舶充电接口相联，由充电电源配电柜向船舶钒电池充电；第二种是采用钒电池充电装置输出的储能钒电解液更换钒电动船舶钒电解液槽组中的空白钒电解液。
9.由上，钒电池电能以化学能的方式存储在不同价态钒离子电解液中，通过外接泵把钒电解液压入电池堆体内，使其分别在正极和负极钒电解液槽和半电池的闭合回路中循环流动，从而使得储存在钒电解液中的化学能转换成电能；将储能钒电解液输入到钒电解液槽中，钒电池就可以正常循环流动储能钒电解液向船舶配电柜及电网供电。钒电池充电装置接收
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储存
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输出储能钒电解液，是储能钒电解液流转的枢纽。
10.进一步的，所述钒电解液趸船包括正极空白钒电解液，趸船正极输出接头，趸船正极电解液槽，趸船正极输入接口，趸船负极输出接头，趸船负极输入接口，趸船负极电解液槽，趸船控制柜，趸船负极输出泵，负极空白钒电解液，趸船正极输出泵和趸船船体；所述钒电解液趸船的趸船正极输出接头和趸船负极输出接头与钒储能电站联接，将正极空白钒电解液和负极空白钒电解液分别输送至所述钒储能电站的电站正极钒电解液罐i和电站负极钒电解液罐i或者电站正极钒电解液罐ii和电站负极钒电解液罐ii；所述钒电解液趸船的趸船正极输入接口和趸船负极输入接口分别与钒电动船舶的船舶正极输出接头和船舶负极输出接头联接，以接收钒电动船舶输出的空白钒电解液到趸船正极电解液槽和趸船负极电解液槽。钒电解液趸船可以与钒电动船舶连接，接收钒电动船舶输出的空白钒电解液，钒电解液趸船接收
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储存
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输出空白钒电解液，是空白钒电解液流转的枢纽。
11.优选的，所述钒储能电站包括电站正极输出接头，电站正极钒电解液罐i，钒电池正极循环阀门i，电站正极钒电解液罐ii，钒电池正极循环阀门ii，钒电池正极循环泵，电站钒电池组，电站负极钒电解液罐i，钒电池负极循环泵，钒电池负极循环阀门i，电站负极钒电解液罐ii，钒电池负极循环阀门ii，电站负极输出接头，钒电池正极循环输入阀门i，电站正极输入阀门i，钒电池正极循环输入阀门ii，电站正极输入阀门ii，电站正极输入接口，电站控制系统，电站配电柜，钒电池负极循环输入阀门i，电站负极输入阀门i，钒电池负极循环输入阀门ii，电站负极输入阀门ii和电站负极输入接口；电站配电柜与风光发电和/或电网联接，通过电站钒电池组对电站正极电解液罐i和电站负极电解液罐i或电站正极钒电解液罐ii和电站负极钒电解液罐ii中的空白钒电解液进行充电，将充电后的正极储能钒电解液和负极储能钒电解液分别输送至钒电池充电装置的正极储能钒电解液罐和负极储能钒电解液罐。
12.由上，钒储能电站与钒电解液趸船连接，接收钒电解液趸船输送来的空白钒电解液。钒储能电站接收空白钒电解液
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电站钒电池组充电
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输出储能钒电解液，不断将荷电状态趋于零的空白钒电解液充电转变为荷电状态趋于100％的储能钒电解液，是储能钒电解液的输出中心。
13.优选的，钒储能电站设立了两组(正极+负极为一组，也可以设立多组)钒电解液罐，使其具备了接收空白钒电解液
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钒电池充电
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输出储能钒电解液同时交替进行的功能。在所述电站钒电池组向两组钒电解液罐中的电站正极钒电解液罐i和电站负极钒电解液罐i中的空白钒电解液进行充电时，电站正极输入阀门 i和电站负极输入阀门i自动关闭；两组钒电解液罐中的电站正极钒电解液罐ii 和电站负极钒电解液罐ii已清空，电站正
极输入阀门ii和电站负极输入阀门ii 则自动开启，钒电解液趸船输送来的空白钒电解液进入电站正极钒电解液罐ii 和电站负极钒电解液罐ii；当电站正极钒电解液罐i和电站负极钒电解液罐i处于充电状态时，电站正极钒电解液罐ii和电站负极钒电解液罐ii则处于首先输出、清空储能钒电解液然后再接受空白钒电解液的状态；当电站正极钒电解液罐ii和电站负极钒电解液罐ii处于充电状态时，则电站正极钒电解液罐i和电站负极钒电解液罐i处于首先输送、清空储能钒电解液然后再接受空白钒电解液的状态；上述两种状态在电站钒电池组和两组钒电解液罐之间交替运行，运行流程中阀门开启和关闭自动切换。钒储能电站接收空白钒电解液
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电站钒电池组充电
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输出储能钒电解液，循环往复不断将空白钒电解液充电转变为荷电状态趋于 100％的储能钒电解液，是储能钒电解液的输出中心。
14.进一步的，所述钒储能电站可以设立多组钒电解液罐，使其具备接收空白钒电解液
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钒电池充电
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输出储能钒电解液同时交替进行的功能。
15.进一步的，所述钒电池充电装置根据需要，可以设立两个或多个正极储能钒电解液罐和负极储能钒电解液罐。
16.由上，当船舶钒电池需要充电时，钒电动船舶靠港充电或停靠钒电解液趸船充电。船舶钒电池充电有两种方式：第一种是采用钒电动船舶的船舶充电接口与钒电池充电装置的充电电源输出接头联接，由电网通过充电电源配电柜向船舶钒电池充电，增加储能钒电解液的荷电状态趋向100％；第二种是将钒电动船舶中空白钒电解液更换为储能钒电解液，使钒电池再次获得荷电状态趋于100％的储能钒电解液；两种充电方式都可以使钒电动船舶中储能钒电解液的荷电状态趋于 100％，钒电池正常运行。
17.一种以全钒液流电池为动力的运输船舶的充电系统的运行方法，其包括钒电动船舶充电和充电系统充电两个部分：
18.1)钒电动船舶充电的运行步骤如下：
19.步骤一：钒电动船舶依据航程计划靠港卸货，在卸货的同时，驾驶人员依据驾驶操作台显示的充电方式，采取第一种充电方式的流程操作钒电动船舶充电，首先将船舶充电接口与钒电池充电装置的充电电源输出接头联接，开启驾驶操作台的钒电池充电按钮，启动船舶钒电池充电；
20.步骤二：完成港口卸货作业时，关闭驾驶操作台的钒电池充电按钮，断开船舶充电接口与充电电源输出接头的联接，结束钒电池充电，钒电动船舶正常行驶；
21.步骤三：钒电动船舶在尚未到达卸货港口的行驶途中停靠钒电解液趸船进行充电，钒电动船舶的驾驶人员依据驾驶操作台显示的充电方式，采用第二种充电方式的流程操作钒电动船舶充电，其操作流程为：
22.第一步：关闭驾驶操作台的钒电池工作按钮，钒电池停止工作，将船舶充电接口与钒电池充电装置的充电电源输出接头联接，开启钒电池充电装置向船舶配电柜及电网供电按钮；
23.第二步：驾驶操作台的控制系统与钒电池充电装置的充电控制柜和钒电解液趸船的趸船控制柜自动联通，处于可指令充电控制柜和趸船控制柜的状态；
24.第三步：将船舶正极输出接头和船舶负极输出接头分别与钒电解液趸船的相应输入接口联通，再将船舶正极输入接口和负极输入接口与钒电池充电装置的相应充电输出接
头联通；
25.第四步：开启驾驶操作台的更换钒电解液按钮，启动自动控制更换钒电解液模式；此时，正极输出、输入阀门依据控制指令开启或关闭；船舶正极输出泵将船舶正极钒电解液槽i中的正极空白钒电解液输出到钒电解液趸船的趸船正极电解液槽；当船舶正极钒电解液槽i被清空时，船舶正极输出泵转向输出船舶正极钒电解液槽ii中的正极空白钒电解液到钒电解液趸船的趸船正极电解液槽；同时，驾驶操作台指令钒电池充电装置自动向已清空的船舶正极钒电解液槽i中输入正极储能钒电解液；当船舶正极钒电解液槽ii被清空，正极储能钒电解液充满正极钒电解液槽i时，钒电池充电装置自动向船舶正极钒电解液槽ii中输入正极储能钒电解液，直到船舶正极钒电解液槽ii中充满正极储能钒电解液，船舶正极钒电解液槽更换储能钒电解液结束；正极输出泵自动关闭，正极输入阀门、正极输出阀门全部自动关闭，钒电解液趸船和钒电池充电装置的相应阀门自动关闭；船舶负极钒电解液槽在船舶正极钒电解液槽更换储能钒电解液时，同步自动进行钒电解液更换，与船舶正极钒电解液槽同时完成更换储能钒电解液；船舶正极钒电解液槽组和负极钒电解液槽组中储能钒电解液的荷电状态趋于100％；
26.第五步：将船舶正极输出接头和船舶负极输出接头分别与钒电解液趸船的相应输入接口断开，再将船舶正极输入接口和负极输入接口与钒电池充电装置的输出接头断开，关闭钒电池充电装置向船舶配电柜及电网供电按钮，断开船舶充电接口与充电电源输出接头的联接；
27.第六步：开启驾驶操作台的钒电池工作按钮，钒电动船舶正常行驶；
28.步骤四：钒电动船舶再次靠港卸货，在卸货的同时，驾驶人员依据驾驶操作台显示的充电方式，采用第二种充电方式的流程操作钒电动船舶充电，重复步骤三中的第一步到第六步；
29.步骤五：钒电动船舶停港卸货或停靠钒电解液趸船进行充电，依据不同情况，分别重复步骤一、步骤二、步骤三、步骤四直到钒电动船舶行驶到终点港口，完成一个货物运输过程；
30.2)充电系统充电的运行步骤如下：
31.步骤一：钒电解液趸船的趸船正极输出接头和趸船负极输出接头分别与钒储能电站的电站正极输入接口和电站负极输入接口联接；钒电池充电装置的充电正极输入接口和充电负极输入接口分别与钒储能电站的电站正极输出接头和电站负极输出接头联接；
32.步骤二：钒储能电站的电站配电柜与风光发电和/或电网连通，启动电站控制系统，进入电站钒电池组自动充电模式；钒储能电站、钒电池充电装置和钒电解液趸船的全部阀门由电站控制系统依据充电流程需要开启或关闭；
33.步骤三：钒电池正极循环泵和钒电池负极循环泵将电站正极钒电解液罐i和电站负极钒电解液罐i中的正极空白钒电解液和负极空白钒电解液分别压入电站钒电池组，循环流动充电；同时电站正极钒电解液罐ii和电站负极钒电解液罐 ii中的正极储能钒电解液和负极储能钒电解液被分别输出到正极储能钒电解液罐和负极储能钒电解液罐；
34.步骤四：电站正极钒电解液罐ii和电站负极钒电解液罐ii被清空，开始分别接收钒电解液趸船输送来的正极空白钒电解液和负极空白钒电解液；
35.步骤五：电站正极钒电解液罐i和电站负极钒电解液罐i中的正极空白钒电解液和
负极空白钒电解液循环流动充电结束，开始分别向正极储能钒电解液罐和负极储能钒电解液罐输出正极储能钒电解液和负极储能钒电解液；同时，钒电池正极循环泵和钒电池负极循环泵将电站正极钒电解液罐ii和电站负极钒电解液罐ii中的正极空白钒电解液和负极空白钒电解液分别压入电站钒电池组，循环流动充电；
36.步骤六：电站正极钒电解液罐i和电站负极钒电解液罐i被清空，开始分别再次接收钒电解液趸船输送来的正极空白钒电解液和负极空白钒电解液；
37.步骤七：电站正极钒电解液罐ii和电站负极钒电解液罐ii中的正极空白钒电解液和负极空白钒电解液循环流动充电结束，开始再次向正极储能钒电解液罐和负极储能钒电解液罐分别输出正极储能钒电解液和负极储能钒电解液；同时，钒电池正极循环泵和钒电池负极循环泵再次将电站正极钒电解液罐i和电站负极钒电解液罐i中的正极空白钒电解液和负极空白钒电解液分别压入电站钒电池组，循环流动充电；
38.重复充电系统充电的运行步骤中的步骤三到步骤七，不断循环往复，钒储能电站接收空白钒电解液
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电站钒电池组充电
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输出储能钒电解液同时交替进行，储能钒电解液源源不断的输送到钒电池充电装置，保证满足钒电动船舶的充电需要。
39.钒电动船舶在行驶中停靠钒电解液趸船卸货和充电或不卸货仅充电。为快速给钒电动船舶充电，本发明设立的钒电池充电装置。根据钒电池电能以化学能的方式存储在钒电解液中的特性，钒电池充电装置具备为钒电动船舶更换储能钒电解液实现充电的功能。当钒电动船舶停靠充电时，钒电池充电装置采取将钒电动船舶中荷电状态趋于零的空白钒电解液更换为荷电状态趋于100％的储能钒电解液的方式，为船舶钒电池充电。船舶钒电池再次循环流动储能钒电解液将化学能转变为电能，向船舶电网供电，钒电动船舶正常行驶。
40.本发明的钒电池充电装置接收
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储存
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输出储能钒电解液，其正极钒电解液罐和负极钒电解液罐储存充足的储能钒电解液，使船舶钒电池更换储能钒电解液成为可能，液体形态的钒电解液储存和输送便利，采用将钒电动船舶中空白钒电解液更换为储能钒电解液的方式为钒电池充电，将钒电池的充电时间缩短到 20～30分钟，与目前的电网通过充电电源配电柜给钒电池充电一次8～9小时(或更长时间)相比，将钒电池的充电效率平均提高30倍，基本解决了钒电池充电时间长的难题。对比锂电池电动船舶更换固态锂电池组的充电方式更具优越性和可操作性，且更换钒电解液的时间也仅为更换固态锂电池组时间的五分之一。
41.本发明的钒储能电站设立了两组(正极+负极为一组，也可以设立多组)钒电解液罐，使其具备了接收空白钒电解液
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钒电池充电
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输出储能钒电解液同时交替进行的功能，与目前设立一组钒电解液罐的钒储能电站相比，将输出储能钒电解液的效率提高1.5倍。电站钒电池组可以与光伏和风力发电网直接连通，采用新能源充电，实现真正意义的零碳排放。
42.本发明的钒电解液趸船接收
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储存
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输出空白钒电解液，同时具备钒电动船舶停靠卸货的功能。其与钒电动船舶处在同一水面，当钒电动船舶向其输出空白钒电解液时，操作方便，输出阻力小，速度快，能快速清空船舶钒电解液槽组，大大提高了钒电动船舶的充电效率和便利性。与将空白钒电解液输送到水岸上储存相比，清空船舶钒电解液槽组的时间缩短了75％。
43.由上，本发明的一种全钒液流电池为动力的运输船舶的充电系统，解决了钒电动
船舶充电困难，充电时间长的难题。钒电动船舶一次充电时间可以在20～30 分钟内完成。这使得推广钒电动船舶替代燃油动力船舶，最终成为内河运输的主力船舶成为可能。
44.与传统的充电系统相比，本发明的有益效果是：
45.1、设立了钒电池充电装置，不但可以连接电网电源通过充电电源配电柜给船舶钒电池充电，还可以采取将空白钒电解液更换为储能钒电解液的方式给船舶钒电池充电，将一次充电时间缩短到20～30分钟，充电过程快捷方便，有助于促进钒电动船舶发展成为内河运输的主体运输船舶。
46.2、钒储能电站设立了两组(正极+负极为一组，也可以设立多组)钒电解液罐，使其具备了接收空白钒电解液
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钒电池充电
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输出储能钒电解液同时交替进行的功能，钒电池充电无需等待钒电解液输入输出，将输出储能钒电解液的效率提高1.5倍。
47.3、钒储能电站“承包”了钒电动船舶的充电业务，钒电动船舶在运输中消耗钒电解液的化学能，钒储能电站及时在异地将钒电动船舶输出的空白钒电解液充电成为了储能钒电解液，使钒电动船舶充电可以采用将空白钒电解液更换为储能钒电解液的方式，缩短了充电时间，大大提高了钒电动船舶的运行效率。
48.4、钒储能电站可以直接连接光伏和风力发电网，采用新能源电力充电，协助主电网消纳风光发电，促进“双碳”目标的实现。
49.5、钒储能电站“承包”钒电解液充电的同时，还可以作为主电网的灵活电源，提供调频、调峰服务，提高钒储能电站的利用效率，增加钒储能电站的经济收益。
附图说明
50.图1为本发明的钒电池充电装置的结构示意图；
51.图2为本发明的钒电解液趸船的结构示意图；
52.图3为本发明的钒储能电站的结构示意图；
53.图4为本发明的充电系统运行示意图。
54.图中：1、钒电池充电装置，11、充电正极输入接口，12、正极储能钒电解液，13、充电负极输入接口，14、负极储能钒电解液，15、充电控制柜，16、充电电源配电柜，17、正极储能钒电解液罐，18、负极储能钒电解液罐，19、充电正极输出泵，110、充电正极输出接头，111、充电负极输出泵，112、充电负极输出接头，113、充电电源输出接头；
55.2、钒电解液趸船，21、正极空白钒电解液，22、趸船正极输出接头，23、趸船正极电解液槽，24、趸船正极输入接口，25、趸船负极输出接头，26、趸船负极输入接口，27、趸船负极电解液槽，28、趸船控制柜，29、趸船负极输出泵， 210、负极空白钒电解液，211、趸船正极输出泵，212、趸船船体；
56.3、钒储能电站，31、电站正极输出接头，32、电站正极钒电解液罐i，33、钒电池正极循环阀门i，34、电站正极钒电解液罐ii，35、钒电池正极消耗阀门 ii，36、钒电池正极循环泵，37、电站钒电池组，38、电站负极钒电解液罐i，39、钒电池负极循环泵，310、钒电池负极循环阀门i，311、电站负极钒电解液罐 ii，312、钒电池负极循环阀门ii，313、电站负极输出接头，314、钒电池正极循环输入阀门i，315、电站正极输入阀门i，316、钒电池正极循环输入阀门ii， 317、电站正极输入阀门ii，318、电站正极输入接口，319、电站控制系统，320、电站配电柜，321、钒电池负极循环输入阀门i，322、电站负极输入阀门i，323、钒电池负极循环输
入阀门ii，324、电站负极输入阀门ii，325、电站负极输入接口。
具体实施方式
57.参照图1至图4对本发明的以全钒液流电池为动力的运输船舶的充电系统及其运行方法进行介绍：
58.本发明的以全钒液流电池为动力的运输船舶的充电系统用于水路运输钒电动船舶的充电，主要由钒电池充电装置1，钒电解液趸船2，钒储能电站3三部分组成。
59.钒电池充电装置1包括充电正极输入接口11，正极储能钒电解液12，充电负极输入接口13，负极储能钒电解液14，充电装置控制柜15，充电电源配电柜 16，正极储能钒电解液罐17，负极储能钒电解液罐18，正极储能输出泵19，充电正极输出接头110，负极储能输出泵111，充电负极输出接头112和充电电源输出接头113。钒电池充电装置1与钒储能电站3同址建设在现有港口码头靠近水面的场地或建设在水岸边靠近水面的其他场地。充电电源配电柜16与风光发电和/或电网连接，可以向钒电动船舶的钒电池充电。钒电池充电装置1与钒储能电站3连接，接收钒储能电站3输送来的正极储能钒电解液12和负极储能钒电解液14。钒电池充电装置1与钒电动船舶连接，可以采取两种方式给钒电动船舶充电，第一种是采用充电电源输出接头113与钒电动船舶的船舶充电接口相联，由电网通过充电电源配电柜向船舶钒电池充电；第二种是采用钒电池充电装置1输出的储能钒电解液更换钒电动船舶钒电解液槽组中的空白钒电解液。依据钒电池的能量以化学能的方式存储在钒电解液中的特性，将储能钒电解液输入到钒电解液槽中，钒电池就可以正常循环流动储能钒电解液，将化学能转换为电能向船舶配电柜及电网供电。钒电池充电装置1接收
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储存
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输出储能钒电解液，是储能钒电解液流转的枢纽。
60.钒电解液趸船2包括正极空白钒电解液21，趸船正极输出接头22，趸船正极电解液槽23，趸船正极输入接口24，趸船负极输出接头25，趸船负极输入接口26，趸船负极电解液槽27，趸船控制柜28，趸船负极输出泵29，负极空白钒电解液210，趸船正极输出泵211和趸船船体212。钒电解液趸船2停泊在距离钒储能电站3最近的水面，钒电解液趸船2的趸船正极输出接头22和趸船负极输出接头25与钒储能电站3联接，将正极空白钒电解液21和负极空白钒电解液 210分别输送至电站正极钒电解液罐i32和电站负极钒电解液罐i38，或电站正极钒电解液罐ii34和电站负极钒电解液罐ii311。钒电解液趸船2可以与钒电动船舶连接，接收钒电动船舶输出的空白钒电解液。钒电解液趸船2接收
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储存
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输出空白钒电解液，是空白钒电解液流转的枢纽。
61.钒储能电站3包括电站正极输出接头31，电站正极钒电解液罐i32，钒电池正极循环阀门i33，电站正极钒电解液罐ii34，钒电池正极循环阀门ii35，钒电池正极循环泵36，电站钒电池组37，电站负极钒电解液罐i38，钒电池负极循环泵39，钒电池负极循环阀门i310，电站负极钒电解液罐ii311，钒电池负极循环阀门ii312，电站负极输出接头313，钒电池正极循环输入阀门i314，电站正极输入阀门i315，钒电池正极循环输入阀门ii 316，电站正极输入阀门ii 317，电站正极输入接口318，电站控制系统319，电站配电柜320，钒电池负极循环输入阀门i321，电站负极输入阀门i322，钒电池负极循环输入阀门ii 323，电站负极输入阀门ii 324和电站负极输入接口325。钒储能电站3建设在现有港口码头或建设在水岸边的其他场地。电站配电柜320与风光发电和/或电网连接，通过电站钒电池组37向电站正极钒
电解液罐和电站负极钒电解液罐中的正极空白钒电解液21和电站负极钒电解液210充电，将充电后的正极储能钒电解液12和负极储能钒电解液14分别输送至钒电池充电装置1的正极储能钒电解液罐17和负极储能钒电解液罐18。钒储能电站3与钒电解液趸船2连接，接收钒电解液趸船2输送来的正极空白钒电解液21和负极空白钒电解液210。钒储能电站3接收空白钒电解液
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电站钒电池组37充电
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输出储能钒电解液，不断将荷电状态趋于零的空白钒电解液充电转变为荷电状态趋于100％的储能钒电解液，是储能钒电解液的输出中心。
62.钒储能电站3设立了两组(正极+负极为一组，也可以设立多组)钒电解液罐，使其具备了接收空白钒电解液
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钒电池充电
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输出储能钒电解液同时交替进行的功能。在电站钒电池组37向两组钒电解液罐中的电站正极钒电解液罐i32 和电站负极钒电解液罐i38中的空白钒电解液进行充电时，电站正极输入阀门 i315和电站负极输入阀门i322自动关闭；两组钒电解液罐中的电站正极钒电解液罐ii34和电站负极钒电解液罐ii311已清空，电站正极输入阀门ii317和电站负极输入阀门ii324则自动开启，钒电解液趸船2输送来的空白钒电解液(正极空白钒电解液21和负极空白钒电解液210)进入电站正极钒电解液罐ii34和电站负极钒电解液罐ii311；当电站正极钒电解液罐i32和电站负极钒电解液罐i38 处于充电状态时，电站正极钒电解液罐ii34和电站负极钒电解液罐ii311则处于首先输出、清空储能钒电解液然后再接受空白钒电解液的状态；当电站正极钒电解液罐ii34和电站负极钒电解液罐ii311处于充电状态时，则电站正极钒电解液罐i32和电站负极钒电解液罐i38处于首先输送、清空储能钒电解液然后再接受空白钒电解液的状态；上述两种状态在电站钒电池组37和两组钒电解液罐之间交替运行交替运行，运行流程中阀门开启和关闭自动切换。
63.当船舶钒电池需要充电时，钒电动船舶靠港充电或停靠钒电解液趸船充电。船舶钒电池充电有两种方式：第一种是采用钒电动船舶的船舶充电接口与钒电池充电装置1的充电电源输出接头113联接，由电网通过充电电源配电柜16向船舶钒电池充电，增加储能钒电解液的荷电状态趋向100％；第二种是将钒电动船舶中空白钒电解液更换为荷电状态趋于100％的储能钒电解液，使储能钒电解液的荷电状态趋于100％；两种充电方式都可以使钒电动船舶中储能钒电解液的荷电状态趋于100％，保证钒电池正常供电。
64.本发明的以全钒液流电池为动力的运输船舶的充电系统的运行方法包括钒电动船舶充电和本发明的充电系统充电两个部分。
65.1)钒电动船舶充电的运行步骤如下：
66.步骤一：钒电动船舶依据航程计划靠港卸货。在卸货的同时，驾驶人员依据驾驶操作台显示的充电方式，采取第一种充电方式的流程操作钒电动船舶充电，首先将船舶充电接口与钒电池充电装置1的充电电源输出接头113联接，开启驾驶操作台的钒电池充电按钮，启动船舶钒电池充电。
67.步骤二：完成港口卸货作业时，关闭驾驶操作台的钒电池充电按钮，断开船舶充电接口与充电电源输出接头113的联接，结束钒电池充电，钒电动船舶正常行驶。
68.步骤三：钒电动船舶在尚未到达卸货港口的行驶途中停靠钒电解液趸船2 进行充电。钒电动船舶的驾驶人员依据驾驶操作台显示的充电方式，采用第二种充电方式的流程操作钒电动船舶充电，其操作流程为：
69.第一步：关闭驾驶操作台的钒电池工作按钮，钒电池停止工作。将船舶充电接口与钒电池充电装置1的充电电源输出接头113联接，开启钒电池充电装置1 向船舶配电柜及电
网供电按钮；
70.第二步：驾驶操作台的控制系统与钒电池充电装置1的充电控制柜15和钒电解液趸船2的趸船控制柜28自动联通，处于可指令充电控制柜和趸船控制柜的状态。
71.第三步：将船舶正极输出接头和船舶负极输出接头分别与钒电解液趸船2 的相应输入接口联通，再将船舶正极输入接口和负极输入接口与钒电池充电装置 1的相应充电输出接头联通。
72.第四步：开启驾驶操作台的更换钒电解液按钮，启动自动控制更换钒电解液模式。此时，正极输出、输入阀门依据控制指令开启或关闭。船舶正极输出泵将船舶正极钒电解液槽i中的正极空白钒电解液21输出到钒电解液趸船2的趸船正极电解液槽23。当船舶正极钒电解液槽i被清空时，船舶正极输出泵转向输出船舶正极钒电解液槽ii中的正极空白钒电解液21到钒电解液趸船2的趸船正极电解液槽23。同时，驾驶操作台指令钒电池充电装置1自动向已清空的船舶正极钒电解液槽i中输入正极储能钒电解液12。当船舶正极钒电解液槽ii被清空，正极储能钒电解液12充满正极钒电解液槽i时，钒电池充电装置1自动向船舶正极钒电解液槽ii中输入正极储能钒电解液12，直到船舶正极钒电解液槽ii中充满正极储能钒电解液12，船舶正极钒电解液槽更换储能钒电解液结束。正极输出泵自动关闭，正极输入阀门、正极输出阀门全部自动关闭。钒电解液趸船和钒电池充电装置的相应阀门自动关闭。船舶负极钒电解液槽在船舶正极钒电解液槽更换储能钒电解液时，同步自动进行钒电解液更换，与船舶正极钒电解液槽同时完成更换储能钒电解液。船舶正极钒电解液槽组和负极钒电解液槽组中储能钒电解液的荷电状态趋于100％。
73.第五步：将船舶正极输出接头和船舶负极输出接头分别与钒电解液趸船2 的相应输入接口断开，再将船舶正极输入接口和负极输入接口与钒电池充电装置 1的输出接头断开，关闭钒电池充电装置1向船舶配电柜及电网供电按钮，断开船舶充电接口与充电电源输出接头113的联接；
74.第六步：启动驾驶操作台的钒电池工作按钮，钒电动船舶正常行驶。
75.步骤四：钒电动船舶再次靠港卸货。在卸货的同时，驾驶人员依据驾驶操作台显示的充电方式，采用第二种充电方式的流程操作钒电动船舶充电，重复步骤三中的第一步到第六步。
76.步骤五：钒电动船舶停港卸货或停靠钒电解液趸船2充电，依据不同情况，分别重复步骤一、步骤二、步骤三、步骤四直到钒电动船舶行驶到终点港口，完成一个货物运输过程。
77.2)充电系统充电的运行步骤如下：
78.步骤一：钒电解液趸船2的趸船正极输出接头22和趸船负极输出接头25 分别与钒储能电站3的电站正极输入接口318和电站负极输入接口325联接。钒电池充电装置1的充电正极输入接口11和充电负极输入接口13分别与钒储能电站3的电站正极输出接头31和电站负极输出接头313联接。
79.步骤二：钒储能电站3的电站配电柜320与风光发电和/或电网连通，启动电站控制系统319，进入电站钒电池组37自动充电模式。钒储能电站3、钒电池充电装置1和钒电解液趸船2的全部阀门由电站控制系统319依据充电流程需要开启或关闭。
80.步骤三：钒电池正极循环泵36和钒电池负极循环泵39将电站正极钒电解液罐i32
和电站负极钒电解液罐i38中的正极空白钒电解液21和负极空白钒电解液210分别压入电站钒电池组37，循环流动充电。同时电站正极钒电解液罐ii34 和电站负极钒电解液罐ii311中的正极储能钒电解液12和负极储能钒电解液14 被分别输出到正极储能钒电解液罐17和负极储能钒电解液罐18。
81.步骤四：电站正极钒电解液罐ii34和电站负极钒电解液罐ii311被清空，开始分别接收钒电解液趸船2输送来的正极空白钒电解液21和负极空白钒电解液 210。
82.步骤五：电站正极钒电解液罐i32和电站负极钒电解液罐i38中的正极空白钒电解液21和负极空白钒电解液210循环流动充电结束，开始分别向正极储能钒电解液罐17和负极储能钒电解液罐18输出正极储能钒电解液12和负极储能钒电解液14。同时，钒电池正极循环泵36和钒电池负极循环泵39将电站正极钒电解液罐ii34和电站负极钒电解液罐ii311中的正极空白钒电解液21和负极空白钒电解液210分别压入电站钒电池组37，循环流动充电。
83.步骤六：电站正极钒电解液罐i32和电站负极钒电解液罐i38被清空，开始分别再次接收钒电解液趸船2输送来的正极空白钒电解液21和负极空白钒电解液210。
84.步骤七：电站正极钒电解液罐ii34和电站负极钒电解液罐ii 311中的正极空白钒电解液21和负极空白钒电解液210循环流动充电结束，开始再次向正极储能钒电解液罐17和负极储能钒电解液罐18分别输出正极储能钒电解液12和负极储能钒电解液14。同时，钒电池正极循环泵36和钒电池负极循环泵39再次将电站正极钒电解液罐i32和电站负极钒电解液罐i38中的正极空白钒电解液21 和负极空白钒电解液210分别压入电站钒电池组37，循环流动充电。
85.重复充电系统充电的运行步骤中的步骤三到步骤七，不断循环往复，钒储能电站3接收空白钒电解液
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电站钒电池组37充电
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输出储能钒电解液同时交替进行，储能钒电解液源源不断的输送到钒电池充电装置1，保证了钒电动船舶的充电需要。
86.以上所述，仅为本发明中的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可理解得到的变换或者替换，都应该涵盖在本发明的包含范围之内。
技术特征：1.一种以全钒液流电池为动力的运输船舶的充电系统，其特征在于，包括：钒电池充电装置，建设在现有港口码头靠近水面的场地或建设在水岸边靠近水面的场地，用于接收、储存、输出储能钒电解液，与钒储能电站联接，接收其输送来的储能钒电解液，并向钒电动船舶中的船舶钒电池充电或采用储能钒电解液更换钒电动船舶钒电解液槽组中的空白钒电解液；钒电解液趸船，停泊在距离钒储能电站最近的水面并与钒储能电站联接，用于接受、储存、输出钒电动船舶输出的空白钒电解液；钒储能电站，建设在现有港口码头或建设在水岸边的场地，接受所述钒电解液趸船输送来的空白钒电解液并对空白钒电解液进行充电，将充电后的储能钒电解液输出到钒电池充电装置。2.根据权利要求1所述的以全钒液流电池为动力的运输船舶的充电系统，其特征在于，所述钒电池充电装置包括充电正极输入接口，正极储能钒电解液，充电负极输入接口，负极储能钒电解液，充电装置控制柜，充电电源配电柜，正极储能钒电解液罐，负极储能钒电解液罐，正极储能输出泵，充电正极输出接头，负极储能输出泵，充电负极输出接头和充电电源输出接头；所述钒电池充电装置与风光发电和/或电网连接，并与钒电动船舶连接，采取两种方式给钒电动船舶充电，第一种是采用充电电源输出接头与钒电动船舶的船舶充电接口相联，由电网通过充电电源配电柜向船舶钒电池充电；第二种是采用储能钒电解液更换钒电动船舶钒电解液槽组中的空白钒电解液。3.根据权利要求2所述的以全钒液流电池为动力的运输船舶的充电系统，其特征在于，所述钒电解液趸船包括正极空白钒电解液，趸船正极输出接头，趸船正极电解液槽，趸船正极输入接口，趸船负极输出接头，趸船负极输入接口，趸船负极电解液槽，趸船控制柜，趸船负极输出泵，负极空白钒电解液，趸船正极输出泵和趸船船体；所述钒电解液趸船的趸船正极输出接头和趸船负极输出接头与钒储能电站联接，将正极空白钒电解液和负极空白钒电解液分别输送至所述钒储能电站的电站正极钒电解液罐i和电站负极钒电解液罐i或者电站正极钒电解液罐ii和电站负极钒电解液罐ii；所述钒电解液趸船的趸船正极输入接口和趸船负极输入接口分别与钒电动船舶的船舶正极输出接头和船舶负极输出接头联接，以接收钒电动船舶输出的空白钒电解液到趸船正极电解液槽和趸船负极电解液槽。4.根据权利要求2所述的以全钒液流电池为动力的运输船舶的充电系统，其特征在于，所述钒储能电站包括电站正极输出接头，电站正极钒电解液罐i，钒电池正极循环阀门i，电站正极钒电解液罐ii，钒电池正极循环阀门ii，钒电池正极循环泵，电站钒电池组，电站负极钒电解液罐i，钒电池负极循环泵，钒电池负极循环阀门i，电站负极钒电解液罐ii，钒电池负极循环阀门ii，电站负极输出接头，钒电池正极循环输入阀门i，电站正极输入阀门i，钒电池正极循环输入阀门ii，电站正极输入阀门ii，电站正极输入接口，电站控制系统，电站配电柜，钒电池负极循环输入阀门i，电站负极输入阀门i，钒电池负极循环输入阀门ii，电站负极输入阀门ii和电站负极输入接口；电站配电柜与风光发电和/或电网联接，通过电站钒电池组对电站正极电解液罐i和电站负极电解液罐i或电站正极钒电解液罐ii和电站负极钒电解液罐ii中的空白钒电解液进
行充电，将充电后的正极储能钒电解液和负极储能钒电解液分别输送至钒电池充电装置的正极储能钒电解液罐和负极储能钒电解液罐。5.根据权利要求4所述的以全钒液流电池为动力的运输船舶的充电系统，其特征在于，所述钒储能电站设立了两组钒电解液罐，使其具备接收空白钒电解液
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钒电池充电
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输出储能钒电解液同时交替进行的功能；在所述电站钒电池组向两组钒电解液罐中的电站正极钒电解液罐i和电站负极钒电解液罐i中的空白钒电解液进行充电时，电站正极输入阀门i和电站负极输入阀门i自动关闭；两组钒电解液罐中的电站正极钒电解液罐ii和电站负极钒电解液罐ii已清空，电站正极输入阀门ii和电站负极输入阀门ii则自动开启，钒电解液趸船输送来的空白钒电解液进入电站正极钒电解液罐ii和电站负极钒电解液罐ii；当电站正极钒电解液罐i和电站负极钒电解液罐i处于充电状态时，电站正极钒电解液罐ii和电站负极钒电解液罐ii则处于首先输出、清空储能钒电解液然后再接受空白钒电解液的状态；当电站正极钒电解液罐ii和电站负极钒电解液罐ii处于充电状态时，则电站正极钒电解液罐i和电站负极钒电解液罐i处于首先输送、清空储能钒电解液然后再接受空白钒电解液的状态；上述两种状态在电站钒电池组和两组钒电解液罐之间交替运行，运行流程中阀门开启和关闭自动切换。6.根据权利要求4所述的以全钒液流电池为动力的运输船舶的充电系统，其特征在于，所述钒储能电站可以设立多组钒电解液罐，使其具备接收空白钒电解液
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钒电池充电
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输出储能钒电解液同时交替进行的功能。7.根据权利要求2所述的以全钒液流电池为动力的运输船舶的充电系统，其特征在于，所述钒电池充电装置根据需要，可以设立两个或多个正极储能钒电解液罐和负极储能钒电解液罐。8.一种如权利要求1至7任一项所述的以全钒液流电池为动力的运输船舶的充电系统的运行方法，其特征在于，其包括钒电动船舶充电和充电系统充电两个部分：1)钒电动船舶充电的运行步骤如下：步骤一：钒电动船舶依据航程计划靠港卸货，在卸货的同时，驾驶人员依据驾驶操作台显示的充电方式，采取第一种充电方式的流程操作钒电动船舶充电，首先将船舶充电接口与钒电池充电装置的充电电源输出接头联接，开启驾驶操作台的钒电池充电按钮，启动船舶钒电池充电；步骤二：完成港口卸货作业时，关闭驾驶操作台的钒电池充电按钮，断开船舶充电接口与充电电源输出接头的联接，结束钒电池充电，钒电动船舶正常行驶；步骤三：钒电动船舶在尚未到达卸货港口的行驶途中停靠钒电解液趸船进行充电，钒电动船舶的驾驶人员依据驾驶操作台显示的充电方式，采用第二种充电方式的流程操作钒电动船舶充电，其操作流程为：第一步：关闭驾驶操作台的钒电池工作按钮，钒电池停止工作，将船舶充电接口与钒电池充电装置的充电电源输出接头联接，开启钒电池充电装置向船舶配电柜及电网供电按钮；第二步：驾驶操作台的控制系统与钒电池充电装置的充电控制柜和钒电解液趸船的趸船控制柜自动联通，处于可指令充电控制柜和趸船控制柜的状态；第三步：将船舶正极输出接头和船舶负极输出接头分别与钒电解液趸船的相应输入接
口联通，再将船舶正极输入接口和负极输入接口与钒电池充电装置的相应充电输出接头联通；第四步：开启驾驶操作台的更换钒电解液按钮，启动自动控制更换钒电解液模式；此时，正极输出、输入阀门依据控制指令开启或关闭；船舶正极输出泵将船舶正极钒电解液槽i中的正极空白钒电解液输出到钒电解液趸船的趸船正极电解液槽；当船舶正极钒电解液槽i被清空时，船舶正极输出泵转向输出船舶正极钒电解液槽ii中的正极空白钒电解液到钒电解液趸船的趸船正极电解液槽；同时，驾驶操作台指令钒电池充电装置自动向已清空的船舶正极钒电解液槽i中输入正极储能钒电解液；当船舶正极钒电解液槽ii被清空，正极储能钒电解液充满正极钒电解液槽i时，钒电池充电装置自动向船舶正极钒电解液槽ii中输入正极储能钒电解液，直到船舶正极钒电解液槽ii中充满正极储能钒电解液，船舶正极钒电解液槽更换储能钒电解液结束；正极输出泵自动关闭，正极输入阀门、正极输出阀门全部自动关闭，钒电解液趸船和钒电池充电装置的相应阀门自动关闭；船舶负极钒电解液槽在船舶正极钒电解液槽更换储能钒电解液时，同步自动进行钒电解液更换，与船舶正极钒电解液槽同时完成更换储能钒电解液；船舶正极钒电解液槽组和负极钒电解液槽组中储能钒电解液的荷电状态趋于100％；第五步：将船舶正极输出接头和船舶负极输出接头分别与钒电解液趸船的相应输入接口断开，再将船舶正极输入接口和负极输入接口与钒电池充电装置的输出接头断开，关闭钒电池充电装置向船舶配电柜及电网供电按钮，断开船舶充电接口与充电电源输出接头的联接；第六步：开启驾驶操作台的钒电池工作按钮，钒电动船舶正常行驶；步骤四：钒电动船舶再次靠港卸货，在卸货的同时，驾驶人员依据驾驶操作台显示的充电方式，采用第二种充电方式的流程操作钒电动船舶充电，重复步骤三中的第一步到第六步；步骤五：钒电动船舶停港卸货或依靠钒电解液趸船进行充电，依据不同情况，分别重复步骤一、步骤二、步骤三、步骤四直到钒电动船舶行驶到终点港口，完成一个货物运输过程；2)充电系统充电的运行步骤如下：步骤一：钒电解液趸船的趸船正极输出接头和趸船负极输出接头分别与钒储能电站的电站正极输入接口和电站负极输入接口联接；钒电池充电装置的充电正极输入接口和充电负极输入接口分别与钒储能电站的电站正极输出接头和电站负极输出接头联接；步骤二：钒储能电站的电站配电柜与风光发电和/或电网连通，启动电站控制系统，进入电站钒电池组自动充电模式；钒储能电站、钒电池充电装置和钒电解液趸船的全部阀门由电站控制系统依据充电流程需要开启或关闭；步骤三：钒电池正极循环泵和钒电池负极循环泵将电站正极钒电解液罐i和电站负极钒电解液罐i中的正极空白钒电解液和负极空白钒电解液分别压入电站钒电池组，循环流动充电；同时电站正极钒电解液罐ii和电站负极钒电解液罐ii中的正极储能钒电解液和负极储能钒电解液被分别输出到钒电池充电装置的正极储能钒电解液罐和负极储能钒电解液罐；步骤四：电站正极钒电解液罐ii和电站负极钒电解液罐ii被清空，开始分别接收钒电解液趸船输送来的正极空白钒电解液和负极空白钒电解液；
步骤五：电站正极钒电解液罐i和电站负极钒电解液罐i中的正极空白钒电解液和负极空白钒电解液循环流动充电结束，开始分别向正极储能钒电解液罐和负极储能钒电解液罐输出正极储能钒电解液和负极储能钒电解液；同时，钒电池正极循环泵和钒电池负极循环泵将电站正极钒电解液罐ii和电站负极钒电解液罐ii中的正极空白钒电解液和负极空白钒电解液分别压入电站钒电池组，循环流动充电；步骤六：电站正极钒电解液罐i和电站负极钒电解液罐i被清空，开始分别再次接收钒电解液趸船输送来的正极空白钒电解液和负极空白钒电解液；步骤七：电站正极钒电解液罐ii和电站负极钒电解液罐ii中的正极空白钒电解液和负极空白钒电解液循环流动充电结束，开始再次向正极储能钒电解液罐和负极储能钒电解液罐分别输出正极储能钒电解液和负极储能钒电解液；同时，钒电池正极循环泵和钒电池负极循环泵再次将电站正极钒电解液罐i和电站负极钒电解液罐i中的正极空白钒电解液和负极空白钒电解液分别压入电站钒电池组，循环流动充电；重复充电系统充电的运行步骤中的步骤三到步骤七，不断循环往复，钒储能电站接收空白钒电解液
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电站钒电池组充电
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输出储能钒电解液同时交替进行，储能钒电解液源源不断的输送到钒电池充电装置，保证满足钒电动船舶的充电需要。
技术总结本发明公开了一种以全钒液流电池为动力的运输船舶的充电系统及其运行方法，包括钒电池充电装置，其与钒储能电站联接，接受钒储能电站输送来的储能钒电解液，并可向钒电动船舶中的船舶钒电池充电或采用储能钒电解液更换钒电动船舶钒电解液槽组中的空白钒电解液；钒电解液趸船，停泊在距离钒储能电站最近的水面并可与钒电动船舶联接，用于接受、储存、输出钒电动船舶输出的空白钒电解液；钒储能电站，与钒电解液趸船联接，接受钒电解液趸船输送来的空白钒电解液，并对空白钒电解液充电，输出储能钒电解液；本发明能为替代燃油动力运输船舶的钒电动船舶充电，解决其充电难、充电时间长、运输效率低的问题。运输效率低的问题。
技术研发人员：张先锋 侯作义 张维力 龚正能 侯晓晔
受保护的技术使用者：武汉水灵环保科技有限公司
技术研发日：2022.07.01
技术公布日：2022/11/1
