CN111257759A - 液流电池监测装置和液流电池监测及调控系统 - Google Patents

液流电池监测装置和液流电池监测及调控系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种液流电池监测装置和液流电池监测及调控系统。该液流电池监测装置包括设置于液流电池的蠕动管的第一摩擦部，蠕动管环绕液流电池的蠕动泵的转子设置，转子转动时蠕动管与转子之间发生接触和分离，随蠕动管与转子之间发生接触和分离，第一摩擦部与转子之间摩擦起电。本发明的液流电池监测装置，随着蠕动管与转子之间发生接触和分离，第一摩擦部与转子之间也发生接触和分离，实现了第一摩擦部与转子之间的摩擦起电与静电感应过程，使第一摩擦部产生电荷转移，能够向外输出电信号，从而能够实现对蠕动泵的转速进行实时、零耗能感应，进而能够实时监测液流电池的工作状态，结构简单，工作稳定，时效性强，准确度高，节约能源。

Description

液流电池监测装置和液流电池监测及调控系统
技术领域
本发明涉及液流电池技术领域，尤其涉及一种液流电池监测装置和液流电池监测及调控系统。
背景技术
液流电池是一种新型无污染化学电源，其在能量效率、制造成本和循环寿命等方面优势突出，是目前最具有应用前景的电化学储能系统之一。如何监测液流电池的荷电状态，随时弥补操作过程中容量损失是液流电池稳定工作的重点。
目前，液流电池的工作状态监测手段，主要集中在对正负电极之间的开路电压的判断上，和对电解液进行监测，这些手段具有耗时长，操作不便等缺点。
发明内容
本发明实施例提供一种液流电池监测装置和液流电池监测及调控系统，以解决液流电池工作状态监测不便的问题。
一方面，本发明实施例提出了一种液流电池监测装置，包括设置于液流电池的蠕动管的第一摩擦部，蠕动管环绕液流电池的蠕动泵的转子设置，转子转动时蠕动管与转子之间发生接触和分离，随蠕动管与转子之间发生接触和分离，第一摩擦部与转子之间摩擦起电。
根据本发明实施例的一个方面，第一摩擦部设置于蠕动管的面向转子的侧面。
根据本发明实施例的一个方面，第一摩擦部沿蠕动管的周向环绕蠕动管设置。
根据本发明实施例的一个方面，第一摩擦部的材料与转子的材料的摩擦极性相反；或者，第一摩擦部的材料与转子的材料的摩擦极性相同且存在强弱差别。
根据本发明实施例的一个方面，转子上设置有第二摩擦部，随蠕动管与转子之间发生接触和分离，第一摩擦部与第二摩擦部之间摩擦起电。
根据本发明实施例的一个方面，第二摩擦部设置于转子的面向蠕动管的侧面。
根据本发明实施例的一个方面，第二摩擦部沿转子的周向环绕转子设置。
根据本发明实施例的一个方面，第一摩擦部的材料与第二摩擦部的材料的摩擦极性相反；或者，第一摩擦部的材料与第二摩擦部的材料的摩擦极性相同且存在强弱差别。
根据本发明实施例的一个方面，第一摩擦部包括层叠设置的摩擦层及电极层，电极层的一侧设置于蠕动管，摩擦层设置于电极层的另一侧。
另一方面，本发明实施例提出了一种液流电池监测及调控系统，包括逻辑反馈部及如前述的液流电池监测装置；逻辑反馈部用于判断液流电池监测装置摩擦起电的电信号，并根据判断结果对蠕动泵的转速进行调控。
本发明实施例提供的液流电池监测装置，随着蠕动管与转子之间发生接触和分离，第一摩擦部与转子之间也发生接触和分离，实现了第一摩擦部与转子之间的摩擦起电与静电感应过程，使第一摩擦部产生电荷转移，能够向外输出电信号，从而能够实现对蠕动泵的转速进行实时、零耗能感应，进而能够实时监测液流电池的工作状态，结构简单，工作稳定，时效性强，准确度高，且不需要电池等额外能源供电，节能环保，解决了液流电池工作状态监测不便的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例的液流电池监测装置的结构示意图。
图2为本发明实施例的液流电池监测装置的部分结构示意图。
图3为本发明另一实施例的液流电池监测装置的部分结构示意图。
附图中：
100-蠕动泵，200-转子，300-蠕动管，400-第一摩擦部，500-第二摩擦部；
401-摩擦层，402-电极层。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例的详细描述和附图用于示例性地说明本发明的原理，但不能用来限制本发明的范围，即本发明不限于所描述的实施例。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有说明，术语“第一”和“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；“多个”的含义是两个或两个以上；术语“内”、“外”、“顶部”、“底部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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。
请参阅图1及图2，本发明实施例的液流电池监测装置，包括设置于液流电池的蠕动管300的第一摩擦部400，蠕动管300环绕液流电池的蠕动泵100的转子200设置，转子200转动时蠕动管300与转子200之间发生接触和分离，随蠕动管300与转子200之间发生接触和分离，第一摩擦部400与转子200之间摩擦起电。蠕动泵100是液流电池的主要组成部分，其驱动蠕动管300内液体流动以实现进料，蠕动泵100的转速直接决定液体进料速度，而液体进料速度是决定液流电池工作状态及工作容量的关键。在本实施例中，随着蠕动管300与转子200之间发生接触和分离，第一摩擦部400与转子200之间也发生接触和分离，实现了第一摩擦部400与转子200之间的摩擦起电与静电感应过程，使第一摩擦部400产生电荷转移，能够向外输出电信号，从而能够实现对蠕动泵100的转速进行实时、零耗能感应，进而能够实时监测液流电池的工作状态，结构简单，工作稳定，时效性强，准确度高，且不需要电池等额外能源供电，节能环保。
并且，便于基于实时监测信号数据而对电池能量进行及时调控，在能量不足或能量过高时，及时增加或减少蠕动泵100的转速，调控进料速度，使液流电池稳定在一个良好的工作范围。
结合图3，作为一个可选实施例，第一摩擦部400设置于蠕动管300的面向转子200的侧面。
本实施例的第一摩擦部400朝向转子200设置，在蠕动管300与转子200之间发生接触和分离时，第一摩擦部400与转子200随之发生接触和分离，第一摩擦部400与转子200之间产生电信号。
作为一个可选实施例，第一摩擦部400沿蠕动管300的周向环绕蠕动管300设置。
在本实施例中，在蠕动管300的与转子200接触的区域，环绕蠕动管300的周向包覆设置第一摩擦部400，保证了在蠕动管300与转子200之间发生接触和分离时，第一摩擦部400与转子200也能随之发生接触和分离，进而使得第一摩擦部400与转子200之间能够稳定地产生电信号。
作为一个可选实施例，第一摩擦部400的材料与转子200的材料的摩擦极性相反；或者，第一摩擦部400的材料与转子200的材料的摩擦极性相同且存在强弱差别。
在本实施例中，以第一摩擦部400的材料为具备电负性的材料、转子200的材料为具备电正性的材料为例，第一摩擦部400的材料可选用PTFE(聚氟四乙烯)、PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)、PAN(聚丙烯腈)、PU(聚氨酯)、FEP(氟化乙烯丙烯共聚物)、PDMS(聚二甲基硅氧烷)、PVDF(聚偏氟乙烯)、PVP(聚乙烯吡咯烷酮)等；转子200的材料可选用Cu、Au、Pt、Al等金属电极，多层石墨烯，碳纳米管，金纳米颗粒，银纳米颗粒，银纳米线，2D导电材料等。
作为一个可选实施例，转子200上设置有第二摩擦部500，随蠕动管300与转子200之间发生接触和分离，第一摩擦部400与第二摩擦部500之间摩擦起电。
在本实施例中，随着蠕动管300与转子200之间发生接触和分离，第一摩擦部400与第二摩擦部500之间也发生接触和分离，第一摩擦部400与转子200之间产生电信号。
作为一个可选实施例，第二摩擦部500设置于转子200的面向蠕动管300的侧面。
本实施例的第二摩擦部500朝向蠕动管300设置，在蠕动管300与转子200之间发生接触和分离时，第一摩擦部400与第二摩擦部500随之发生接触和分离，第一摩擦部400与第二摩擦部500之间产生电信号。
作为一个可选实施例，第二摩擦部500沿转子200的周向环绕转子200设置。
本实施例的转子200的周向上环绕设置有第二摩擦部500，第二摩擦部500可环绕设置于转子200的全部裸露区域，也可设置于转子200的转动时与蠕动管300会发生接触及分离的区域，保证了在蠕动管300与转子200之间发生接触和分离时，第一摩擦部400与第二摩擦部500也能随之发生接触和分离，进而使得第一摩擦部400与第二摩擦部500之间能够稳定地产生电信号。
作为一个可选实施例，第一摩擦部400的材料与第二摩擦部500的材料的摩擦极性相反；或者，第一摩擦部400的材料与第二摩擦部500的材料的摩擦极性相同且存在强弱差别。
在本实施例中，以第一摩擦部400的材料为具备电负性的材料、第二摩擦部500的材料为具备电正性的材料为例，第一摩擦部400的材料可选用PTFE(聚氟四乙烯)、PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)、PAN(聚丙烯腈)、PU(聚氨酯)、FEP(氟化乙烯丙烯共聚物)、PDMS(聚二甲基硅氧烷)、PVDF(聚偏氟乙烯)、PVP(聚乙烯吡咯烷酮)等；第二摩擦部500的材料可选用Cu、Au、Pt、Al等金属电极，多层石墨烯，碳纳米管，金纳米颗粒，银纳米颗粒，银纳米线，2D导电材料等。
作为一个可选实施例，第一摩擦部400包括层叠设置的摩擦层401及电极层402，电极层402的一侧设置于蠕动管300，摩擦层401设置于电极层402的另一侧；摩擦层的材料与转子或第二摩擦部的材料的摩擦极性相反，或者，摩擦层的材料与转子或第二摩擦部的材料的摩擦极性相同且存在强弱差别。
在本实施例中，以摩擦层401的材料为具备电负性的材料为例，进一步地，以摩擦层401选用PTFE膜、电极层402选用液态金属薄膜为例，二者形成一个单电极的摩擦纳米发电机传感器，与铜材质的转子200或铜薄膜状的第二摩擦部500发生摩擦起电与静电感应过程，产生电信号。
对于电信号的产生，进行如下说明：在第一摩擦部400与转子200或第二摩擦部500接近的过程中，转子200或第二摩擦部500中的电荷因被第一摩擦部400中的电荷吸引而向朝向蠕动管300的区域集中，因此，第一摩擦部400的正电荷将向大地流动，产生电流；当转子200或第二摩擦部500完全和第一摩擦部400接触时，转子200或第二摩擦部500和第一摩擦部400表面的电荷保持平衡，外电路中无电流经过；当第一摩擦部400与转子200或第二摩擦部500远离时，与第一摩擦部400平衡的正电荷减少，部分正电荷从大地流向第一摩擦部400，外电路中有电流经过；当转子200或第二摩擦部500和第一摩擦部400的距离最大时，转子200或第二摩擦部500和第一摩擦部400的电荷达到平衡，外电路中无电流产生；第一摩擦部400与转子200或第二摩擦部500再次接近时，开始下一个循环。
在本实施例中，电极层402选用液态金属薄膜，液态金属薄膜具有很好的导电性和延展性，在受到挤压变形时依然能够保持较好的导电性和稳定性，相对于传统的固态金属电极及纳米材料组成的电极有巨大优势。
并且，液态金属薄膜可与PTFE膜粘接，使液态金属薄膜均匀地贴附在PTFE膜的内表面，再将二者整体粘接在蠕动管300的外表面。
需要说明的是，第一摩擦部400的整个器件厚度大约为1mm，在液流电池的工作的过程中对蠕动泵100的影响几乎可以忽略不计。
以下，提供一种液流电池监测及调控系统，包括逻辑反馈部及如上述实施例的液流电池监测装置；逻辑反馈部用于判断液流电池监测装置摩擦起电的电信号，并根据判断结果对蠕动泵100的转速进行调控。
本实施例的液流电池监测及调控系统，能够实时、自供能地对液流电池的工作状态的进行实时监测，同时，能够通过逻辑反馈部自动调控蠕动泵100的转速，使得循环进料的速度得以稳定，保证液流电池长期、稳定地处于理想的工作状态，延长液流电池的使用寿命，提升液流电池的使用效果，实用性强，在夜间和无人值守的工作场合具有重大的应用意义，在液流电池及相关领域具备显著的使用价值。
其中，逻辑反馈部可包括逻辑反馈电路，实时地分析判断监测装置输出的电信号，并针对判断结果进一步自动调控蠕动泵100的转速，实现液流电池的自调控，使液流电池稳定在所需的工作范围之内。
逻辑反馈部的判断过程可参考如下：对单位时间内的电信号的个数或强度进行判断，并对判断结果做逻辑输出，若液流电池在正常工作范围之内则输出为“0”，若小于正常工作范围则输出为“1”，若大于正常工作范围则输出为“2”；根据逻辑输出，控制蠕动泵100的转速保持不变、增大或减小，使液流电池保持理想的工作状态。
本领域内的技术人员应明白，以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此。显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种液流电池监测装置，其特征在于，包括设置于液流电池的蠕动管的第一摩擦部，所述蠕动管环绕液流电池的蠕动泵的转子设置，所述转子转动时所述蠕动管与所述转子之间发生接触和分离，随所述蠕动管与所述转子之间发生接触和分离，所述第一摩擦部与所述转子之间摩擦起电。
2.根据权利要求1所述的液流电池监测装置，其特征在于，所述第一摩擦部设置于所述蠕动管的面向所述转子的侧面。
3.根据权利要求1所述的液流电池监测装置，其特征在于，所述第一摩擦部沿所述蠕动管的周向环绕所述蠕动管设置。
4.根据权利要求1所述的液流电池监测装置，其特征在于，所述第一摩擦部的材料与所述转子的材料的摩擦极性相反；
或者，所述第一摩擦部的材料与所述转子的材料的摩擦极性相同且存在强弱差别。
5.根据权利要求1所述的液流电池监测装置，其特征在于，所述转子上设置有第二摩擦部，随所述蠕动管与所述转子之间发生接触和分离，所述第一摩擦部与所述第二摩擦部之间摩擦起电。
6.根据权利要求5所述的液流电池监测装置，其特征在于，所述第二摩擦部设置于所述转子的面向所述蠕动管的侧面。
7.根据权利要求5所述的液流电池监测装置，其特征在于，所述第二摩擦部沿所述转子的周向环绕所述转子设置。
8.根据权利要求5所述的液流电池监测装置，其特征在于，所述第一摩擦部的材料与所述第二摩擦部的材料的摩擦极性相反；
或者，所述第一摩擦部的材料与所述第二摩擦部的材料的摩擦极性相同且存在强弱差别。
9.根据权利要求4或8所述的液流电池监测装置，其特征在于，所述第一摩擦部包括层叠设置的摩擦层及电极层，所述电极层的一侧设置于所述蠕动管，所述摩擦层设置于所述电极层的另一侧。
10.一种液流电池监测及调控系统，其特征在于，包括逻辑反馈部及如权利要求1至9任一项所述的液流电池监测装置；
所述逻辑反馈部用于判断所述液流电池监测装置摩擦起电的电信号，并根据判断结果对蠕动泵的转速进行调控。
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