CN116879390B - 液流电池气泡检测装置、检测方法、系统及存储介质 - Google Patents

液流电池气泡检测装置、检测方法、系统及存储介质 Download PDF

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Abstract

液流电池气泡检测装置、检测方法、系统及存储介质。液流电池包括：液罐、电堆单元、电解液进口管和电解液出口管，电解液进口管设置为使电解液从液罐流入电堆单元，电解液出口管设置为使电解液从电堆单元流入液罐；液流电池气泡检测装置包括：电容传感器，设置在电解液进口管及电解液出口管的至少之一；控制装置，设置为发出控制信号以控制电容传感器工作，以及接收电容传感器的返回信号；根据返回信号计算电解液的气体含量。

Description

液流电池气泡检测装置、检测方法、系统及存储介质
技术领域
本文涉及但不限于电化学储能领域，尤其涉及液流电池气泡检测装置、检测方法、系统及存储介质。
背景技术
随着社会和经济的发展，对新能源的需求不断增大，促进了储能行业的发展。液流电池通过正、负极电解液活性物质发生可逆的氧化还原反应（即价态的可逆变化）实现电能和化学能的相互转化。由于液流电池具有良好的稳定性及安全性，已经成为储能领域主流的技术方案。
本申请发明人经过研究发现，液流电池电解液中的气体含量对液流电池的运行有极大影响，然而，目前尚且没有对电解液中的气体含量进行检测的手段。
发明内容
以下是对本文详细描述的主题的概述。本概述并非是为了限制权利要求的保护范围。
本申请实施例提供了一种液流电池气泡检测装置、检测方法、系统及存储介质，可以解决无法对液流电池电解液中的气体含量进行检测的问题。
第一方面，本申请实施例提供了一种液流电池气泡检测装置，液流电池包括：液罐、电堆单元、电解液进口管和电解液出口管，所述电解液进口管设置为使电解液从所述液罐流入所述电堆单元，所述电解液出口管设置为使电解液从所述电堆单元流入所述液罐；所述液流电池气泡检测装置包括：电容传感器，设置在所述电解液进口管及所述电解液出口管的至少之一；控制装置，设置为发出控制信号以控制所述电容传感器工作，以及接收所述电容传感器的返回信号；根据所述返回信号计算电解液的气体含量。
一种示例性实施方式中，所述控制装置设置为每经过第一时间段发出所述控制信号。
一种示例性实施方式中，所述控制信号在第二时间段内持续输出。
一种示例性实施方式中，所述控制装置包括计算模块，所述计算模块设置为根据所述返回信号计算电解液的空泡率。
一种示例性实施方式中，所述控制装置包括信号接收模块，所述信号接收模块设置为接收所述返回信号，并将所述返回信号转化为检测信号后发送给所述计算模块。
一种示例性实施方式中，所述电容传感器包括相对设置的传感器电极以及位于相邻的所述传感器电极之间的接地电极。
一种示例性实施方式中，环绕所述电容传感器设置有屏蔽罩，所述屏蔽罩设置为屏蔽外界信号对所述电容传感器的干扰。
一种示例性实施方式中，所述液流电池气泡检测装置还包括信号线，所述信号线的一端与所述传感器电极连接，所述信号线的另一端自所述屏蔽罩中延伸出来，所述信号线设置为向所述控制装置传递所述电容传感器的所述返回信号。
一种示例性实施方式中，所述电容传感器包括相邻设置的第一电容传感器和第二电容传感器，所述第一电容传感器和所述第二电容传感器设置在所述电解液进口管的管壁外侧或者所述电解液出口管的管壁外侧；所述第一电容传感器设置为根据所述控制信号生成第一返回信号，所述第二电容传感器设置为根据所述控制信号生成第二返回信号；所述控制装置设置为根据所述第一返回信号计算电解液的第一气体含量，以及根据所述第二返回信号计算电解液的第二气体含量。
一种示例性实施方式中，所述控制装置还设置为根据所述第一返回信号和所述第二返回信号计算电解液的瞬时流速和瞬时流量。
一种示例性实施方式中，所述液流电池气泡检测装置还包括流量调节装置，设置为调节电解液的流速；所述控制装置还设置为发出调节信号以控制所述流量调节装置工作。
一种示例性实施方式中，所述控制装置还设置为向所述流量调节装置发出稳流信号，以控制电解液的瞬时流量位于预设的第一阈值范围内。
第二方面，本申请实施例还提供了一种液流电池气泡检测系统，包括液流电池以及如上所述的液流电池气泡检测装置。
第三方面，本申请实施例还提供了一种液流电池气泡检测方法，液流电池包括：液罐、电堆单元、电解液进口管和电解液出口管，所述电解液进口管设置为使电解液从所述液罐流入所述电堆单元，所述电解液出口管设置为使电解液从所述电堆单元流入所述液罐；所述方法包括：控制装置发出控制信号；电容传感器接收所述控制信号后工作，并发送返回信号；所述控制装置根据接收到的所述返回信号计算电解液的气体含量。
第四方面，本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质，存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于执行如上所述的液流电池气泡检测方法。
本申请实施例提供的液流电池气泡检测装置，控制装置通过控制电容传感器工作，根据电容传感器的返回信号可以对电解液中的气体含量进行检测，从而获知电解液中溶解气体的多少，能够对液流电池的工作状态进行整体把控，便于在发生问题之前介入液流电池的运维，极大降低了液流电池的运维成本，延长了液流电池的使用寿命。解决了无法对液流电池电解液中的气体含量进行检测的问题。
本申请的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请而了解。本申请的其他优点可通过在说明书以及附图中所描述的方案来实现和获得。
在阅读并理解了附图和详细描述后，可以明白其他方面。
附图说明
附图用来提供对本申请技术方案的理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本申请的技术方案，并不构成对本申请技术方案的限制。
图1为一种液流电池的示意图；
图2为示例性实施例中液流电池的气泡检测装置示意图；
图3为图2中液流电池气泡检测装置安装在电解液出口管的示意图；
图4为第一电容传感器、第二电容传感器及电解液出口管的截面示意图；
图5为第一电容传感器沿电解液出口管径向的截面示意图；
图6液流电池气泡检测装置的信号传输原理示意图。
具体实施方式
本申请描述了多个实施例，但是该描述是示例性的，而不是限制性的，并且对于本领域的普通技术人员来说显而易见的是，在本申请所描述的实施例包含的范围内可以有更多的实施例和实现方案。尽管在附图中示出了许多可能的特征组合，并在具体实施方式中进行了讨论，但是所公开的特征的许多其它组合方式也是可能的。除非特意加以限制的情况以外，任何实施例的任何特征或元件可以与任何其它实施例中的任何其他特征或元件结合使用，或可以替代任何其它实施例中的任何其他特征或元件。
本申请实施例包括并设想了与本领域普通技术人员已知的特征和元件的组合。本申请已经公开的实施例、特征和元件也可以与任何常规特征或元件组合，以形成由权利要求限定的独特的发明方案。任何实施例的任何特征或元件也可以与来自其它发明方案的特征或元件组合，以形成另一个由权利要求限定的独特的发明方案。因此，应当理解，在本申请中示出和/或讨论的任何特征可以单独地或以任何适当的组合来实现。因此，除了根据所附权利要求及其等同替换所做的限制以外，实施例不受其它限制。此外，可以在所附权利要求的保护范围内进行各种修改和改变。
此外，在描述具有代表性的实施例时，说明书可能已经将方法和/或过程呈现为特定的步骤序列。然而，在该方法或过程不依赖于本文所述步骤的特定顺序的程度上，该方法或过程不应限于所述的特定顺序的步骤。如本领域普通技术人员将理解的，其它的步骤顺序也是可能的。因此，说明书中阐述的步骤的特定顺序不应被解释为对权利要求的限制。此外，针对该方法和/或过程的权利要求不应限于按照所写顺序执行它们的步骤，本领域技术人员可以容易地理解，这些顺序可以变化，并且仍然保持在本申请实施例的精神和范围内。
液流电池是将正、负极电解液分开，并各自循环的一种高性能蓄电池。电解液中包含有活性物质，活性物质随正、负极电解液流动并发生可逆的氧化还原反应，使液流电池完成充电和放电过程。根据电解液包含活性物质的不同，液流电池可以分为：全钒液流电池、铁铬液流电池、锌溴液流电池、多硫化钠/溴液流电池、锌/镍液流电池等。作为一种电化学储能技术，液流电池具有容量高、使用领域广、循环使用寿命长等特点。
图1为一种液流电池的示意图。如图1所示，液流电池包括正极液罐100、负极液罐200和电堆单元300。正极液罐100容纳有正极电解液，正极电解液经由正极管道101在正极液罐100和电堆单元300之间循环流动，正极液罐100、正极管道101和电堆单元300形成正极电解液的循环回路，正极电解液在循环回路内的流动方向可以如图1中正极管道101的箭头方向所示。负极液罐200容纳有负极电解液，负极电解液经由负极管道201在负极液罐200和电堆单元300之间循环流动，负极液罐200、负极管道201和电堆单元300形成负极电解液的循环回路，负极电解液在循环回路内的流动方向可以如图1中负极管道201的箭头方向所示。电堆单元300内可以设置有隔离膜301，以防止正极电解液和负极电解液发生混合。电堆单元300具有正极（+）和负极（-），可以与外界的电源或负载连接，进而实现充放电。电解液在流经电堆单元300的过程中会发生氧化或还原反应，液流电池在充电过程中，正极电解液发生氧化反应使活性物质价态升高，负极电解液发生还原反应使活性物质价态降低，放电过程则与之相反。液流电池实现了电化学反应场所（电堆单元）与储能活性物质在空间上的分离，电池功率与容量设计相对独立。相比于锂电池、抽水蓄能、空气压缩储能等储能手段，液流电池的载电量能力、长时放电能力及使用持久度等性能均更加优越，因此适合用于风能发电和光伏发电等大规模蓄电的储能系统。
在液流电池初次运转时候，需要先控制电解液在各自的循环回路内不断流动，以排出管道内及电堆单元内积存的空气，随后，液流电池可以正常运行。在正常运行的状态下，电解液的循环回路需要维持一定的真空度环境。然而，在实际应用中，管道内及电堆单元内积存的空气并不容易排除干净，并且，在电堆单元与正、负极电解液的反应界面处，往往会发生析氢、析氧等反应，反应产生的氢气及氧气一部分会吸附在固液界面上，另一部分会溶解在电解液中，随着电解液不断循环流动，导致液流电池的真空度环境发生变化。
本申请发明人在实践中发现，液流电池电解液中的气体含量对液流电池的运行有极大影响。发生析氢反应后，电解液中氢离子的含量会降低，导致充放电过程中氢离子缺失，造成液流电池容量衰减；而吸附在固液界面上的氢气及氧气会占用电解液充放电的反应面积，导致电池的库伦效率及能量效率下降。对于溶解在电解液中的气体，该部分气体在管道中以气泡的形式存在，在气体含量过高的情况下，会对电解液正常运行的真空度造成影响，产生气蚀现象，气蚀会导致液流电池运行过程中产生噪声和震动，导致电解液的流量及充放电的反应效率降低，导致与电解液接触的金属材料锈蚀，在电解液由电堆单元进入液罐的管道中，由于管道内压力升高导致部分气泡溶解，气泡凝结后放热，容易引起化学腐蚀。部分溶解在电解液中的气体在进入液罐后会从电解液中析出，聚集在液罐上方，如果氢气聚集过多，浓度达到临界值，容易产生安全事故。然而，目前并没有对电解液中的气体含量进行检测的装置，也就无法得知电解液中溶解气体的多少，只能在液流电池出现问题后进行补救，而不能防止这些问题出现，不能及时对液流电池的运行作出有针对性的调整措施。
本申请实施例提供了一种液流电池气泡检测装置，液流电池包括：液罐、电堆单元、电解液进口管和电解液出口管，电解液进口管设置为使电解液从液罐流入电堆单元，电解液出口管设置为使电解液从电堆单元流入液罐；液流电池气泡检测装置包括：电容传感器，设置在电解液进口管及电解液出口管的至少之一；控制装置，设置为发出控制信号以控制电容传感器工作，以及接收电容传感器的返回信号；根据返回信号计算电解液的气体含量。
本申请实施例提供的液流电池气泡检测装置，控制装置通过控制电容传感器工作，根据电容传感器的返回信号可以对电解液中的气体含量进行检测，从而获知电解液中溶解气体的多少，能够对液流电池的工作状态进行整体把控，便于在发生问题之前介入液流电池的运维，极大降低了液流电池的运维成本，延长了液流电池的使用寿命。
在示例性实施方式中，电容传感器设置在电解液进口管的管壁外侧或者电解液出口管的管壁外侧。
在本实施方式中，可以根据需要设置电容传感器的位置，以对电解液中的气体含量进行检测，对电容传感器的连续两次或多次测试结果进行分析，可以得到电解液中气体含量的变化情况。可以在电解液进口管的管壁外侧以及电解液出口管的管壁外侧均设置电容传感器，通过比较不同位置处的电容传感器的测试结果，可以得到电解液在进入电堆单元前后的气体含量变化。
在示例性实施方式中，电容传感器包括相对设置的传感器电极以及位于相邻传感器电极之间的接地电极。
在本实施方式中，通过设置电容传感器包括接地电极，有助于提升电容传感器检测结果的准确度。
在示例性实施方式中，传感器电极以及接地电极设置为环绕管壁。
在示例性实施方式中，环绕电容传感器设置有屏蔽罩，设置为屏蔽外界信号对电容传感器的干扰。
在示例性实施方式中，屏蔽罩与接地电极连接。
在示例性实施方式中，液流电池气泡检测装置还包括信号线，信号线的一端与传感器电极连接，信号线的另一端自屏蔽罩中延伸出来，设置为向控制装置传递电容传感器的返回信号。在其它实施方式中，信号线可以设置为在电容传感器和控制装置之间传递信号，本申请对此不作限制。
在示例性实施方式中，电容传感器包括相邻设置的第一电容传感器和第二电容传感器，第一电容传感器和第二电容传感器设置在电解液进口管的管壁外侧或者电解液出口管的管壁外侧；第一电容传感器设置为根据控制信号生成第一返回信号，第二电容传感器设置为根据控制信号生成第二返回信号；控制装置设置为根据第一返回信号计算电解液在第一电容传感器处的第一气体含量，以及根据第二返回信号计算电解液在第二电容传感器处的第二气体含量。
在本实施方式中，控制装置可以只根据第一返回信号计算电解液在第一电容传感器处的第一气体含量，或者只根据第二返回信号计算电解液在第二电容传感器处的第二气体含量，在第一电容传感器和第二电容传感器相距较近的情况下，第一气体含量和第二气体含量不会发生较大变化。或者，控制装置可以对第一气体含量和第二气体含量均进行计算，可以看出电解液在流经第一电容传感器和第二电容传感器之间的距离后，气体含量的变化情况。可以根据需要进行设置，本申请对此不作限制。
在示例性实施方式中，控制装置设置为每经过第一时间段发出控制信号。
在示例性实施方式中，控制信号在第二时间段内持续输出，以控制电容传感器在第二时间段内持续工作。
在本实施方式中，可以每间隔第一时间段，控制电容传感器工作第二时间段，以对第二时间段内电解液中的气体含量进行检测。或者，可以控制电容传感器持续工作，以对电解液中的气体含量进行实时监测。或者，可以控制位于不同位置处的电容传感器以不同的工作模式进行工作，以实现更加灵活的监控模式。可以根据需要设置第一时间段和第二时间段，本申请对电容传感器的工作模式不作限制。
在示例性实施方式中，控制装置包括计算模块，计算模块设置为根据返回信号计算电解液的气体含量。
在示例性实施方式中，计算模块设置为根据返回信号计算电解液的空泡率。
在示例性实施方式中，控制装置包括信号接收模块，信号接收模块设置为接收返回信号，并将返回信号转化为检测信号后发送给计算模块。
在示例性实施方式中，控制装置还设置为根据第一返回信号和第二返回信号计算电解液的瞬时流速和瞬时流量。
在示例性实施方式中，控制装置设置为根据第一返回信号和第二返回信号，采用相关法计算电解液的瞬时流速和瞬时流量。
在本实施方式中，控制装置只需要发出一次控制信号，即可实现对电解液的气体含量、瞬时流量和瞬时流速的检测，操作简单，功能更加多样化，简化了对液流电池的检测方法，节省了运行成本。
在示例性实施方式中，液流电池气泡检测装置还包括显示装置，设置为显示电解液的气体含量。
在本实施方式中，显示装置还可以显示不同电容传感器的工作状态，液流电池的工作及运维状态等信息，例如，可以显示当前液流电池为正常工作、排气中或停机维修等内容，本申请对此不作限制。
在示例性实施方式中，液流电池气泡检测装置还包括流量调节装置，设置为调节电解液的流速；控制装置还设置为发出调节信号以控制流量调节装置工作。
在示例性实施方式中，控制装置还设置为向流量调节装置发出稳流信号，以控制电解液的瞬时流量在预设的第一阈值范围内。所述“在预设的第一阈值范围内”可以包括电解液的瞬时流量等于第一阈值范围的最大值和最小值的情况。
在示例性实施方式中，流量调节装置可以具有调节电解液流速的作用，例如可以为变频水泵等装置，本申请对此不作限制。
在示例性实施方式中，控制装置还设置为在空泡率大于或等于第二阈值的情况下，调节电解液的瞬时流量至预设的第三阈值范围内，并保持运行第三时间段。所述“在预设的第三阈值范围内”可以包括电解液的瞬时流量等于第三阈值范围的最大值和最小值的情况。
在本实施例中，在空泡率大于或等于第二阈值的情况下，控制装置可以通过调节电解液的流速以冲刷掉附着在电堆单元的气泡，可以根据需要设置第三阈值范围和第三时间段，本申请对此不作限制。
在示例性实施方式中，控制装置还设置为在空泡率大于或等于第二阈值的情况下，控制显示装置显示空泡率。
在示例性实施方式中，液罐包括正极液罐和负极液罐，电解液进口管包括正极电解液进口管和负极电解液进口管，电解液出口管包括正极电解液出口管和负极电解液出口管；液流电池还包括：正极液体泵和负极液体泵；
正极电解液进口管连接正极液罐的出口和电堆单元的正极电解液入口，正极电解液出口管连接正极液罐的入口和电堆单元的正极电解液出口，以在所述正极液罐和所述电堆单元之间形成正极电解液的循环回路；
正极液体泵与正极电解液进口管及正极电解液出口管中的至少之一连接，设置为使所述正极电解液在所述正极液罐和所述电堆单元之间循环流动；
负极电解液进口管连接负极液罐的出口和电堆单元的负极电解液入口，负极电解液出口管连接负极液罐的入口和电堆单元的负极电解液出口，设置为在所述负极液罐和所述电堆单元之间形成负极电解液的循环回路；
负极液体泵与负极电解液进口管及负极电解液出口管中的至少之一连接，设置为使所述负极电解液在所述负极液罐和所述电堆单元之间循环流动。
在示例性实施方式中，正极液体泵与负极液体泵可以具有调节电解液压力和流速的作用，例如可以为变频水泵，本申请实施例对正极液体泵与负极液体泵的种类不作限制。正极液体泵与负极液体泵可以作为流量调节装置，或者，流量调节装置可以是单独设置的其它结构，本申请对此不作限制。
在示例性实施方式中，电堆单元设置为分别向所述正极电解液、所述负极电解液提供电化学反应场所。
图2为示例性实施例中液流电池的气泡检测装置示意图，对液流电池进行了简化示意。如图2所示，液流电池包括液罐、电堆单元1、电解液进口管2和电解液出口管3，电解液进口管2设置为使电解液从液罐进入电堆单元1，电解液出口管3设置为使电解液从电堆单元1进入液罐。液罐可以包括正极液罐和负极液罐，电解液进口管2可以包括正极电解液进口管和负极电解液进口管，正极电解液进口管和正极液罐连接，负极电解液进口管和负极液罐连接，电解液出口管3可以包括正极电解液出口管和负极电解液出口管，正极电解液出口管和正极液罐连接，负极电解液出口管和负极液罐连接，图2中仅以一条电解液进口管2和一条电解液出口管3为例进行示意。液流电池气泡检测装置4包括：电容传感器，设置在电解液出口管3的管壁外侧；控制装置，设置为发出控制信号以控制电容传感器工作，以及接收电容传感器的返回信号；控制装置可以根据返回信号计算电解液的气体含量。图2中对液流电池气泡检测装置进行了简化示意，在其它实施方式中，电容传感器可以设置在电解液进口管2的管壁外侧，本申请对此不作限制。
在示例性实施方式中，电解液进口管2可以包括主管道和至少两条分支管道，主管道的一端与液罐连接，主管道的另一端与分支管道连接，电解液可以通过至少两条分支管道进入电堆单元1。气泡检测装置4可以设置在主管道上，也可以设置在至少一条分支管道上，本申请对此不作限制。
在示例性实施方式中，电解液出口管3可以包括主管道和至少两条分支管道，主管道的一端与液罐连接，主管道的另一端与分支管道连接，电解液可以通过至少两条分支管道从电堆单元1中流出，气泡检测装置4可以设置在主管道上，也可以设置在至少一条分支管道上，本申请对此不作限制。
空泡率（void fraction）也可以称为截面孔隙率、孔隙率或截面含气率，指两相混合物流经任一截面时气相所占的面积与通道截面积之比，能够反应在任意截面上气相占有的流道截面份额。空泡率是一个瞬时量，使用符号εins来表示瞬间状态的空泡率。本申请中通过检测电解液进口管2或电解液出口管3内的空泡率，可以掌握电解液中的气体含量情况。在其它实施方式中，可以采用其它参数体现电解液中的气体含量，本申请对此不作限制。
电容传感器可以将非电学的被测量（压力、位移、厚度、加速度、液位、湿度等）的变化转为电容变化量，通过测量电容传感器的电容值，就可以获得被测量的变化信息，电容传感器可以检测到被测量的微小变化。在电解液中不包含气体的情况下，电容传感器检测到的电容值是一个稳定值，而在电解液中包含气体的情况下，由于气体和电解液的介电常数不同，电容传感器检测到的电容值会变大，且电解液的气泡含量越多，电容值的变化量越大。因此，根据电容传感器检测到的电容值大小，可以计算出电解液的空泡率。利用电容传感器进行测量的方法是非接触式测量，电容传感器不需要直接接触电解液，从而简化了测量布置的复杂度，避免了可能的密封不严导致的电解液泄露，也能够避免电解液带来的腐蚀损害。
图3为图2中液流电池气泡检测装置安装在电解液出口管的示意图。如图3所示，电容传感器包括相邻设置的第一电容传感器5和第二电容传感器6，第一电容传感器5和第二电容传感器6环绕电解液出口管3的管壁，第一电容传感器5设置在第二电容传感器6沿电解液流动方向的上游。
图4为第一电容传感器、第二电容传感器及电解液出口管的截面示意图。如图4所示，电解液8在电解液出口管3内沿箭头方向流动，Vins表示电解液8的瞬时流速，电解液8在流动时可以先经过第一电容传感器5，再经过第二电容传感器6。第一电容传感器5和第二电容传感器6之间的第一距离为L，第一距离L可以为第一电容传感器5沿电解液出口管3的中间位置和第二电容传感器6沿电解液出口管3的中间位置之间的距离。在电解液8中的气泡7流经第一电容传感器5时，第一电容传感器5检测到的电容值会发生变化，控制装置根据第一电容传感器5的第一返回信号可以计算出电解液8中的空泡率。气泡7流经第二电容传感器6的情况与气泡7流经第一电容传感器5类似，在此不再赘述。
在示例性实施方式中，控制装置根据第一电容传感器5的第一返回信号以及第二电容传感器6的第二返回信号，可以采用相关法计算电解液8流经第一距离L的瞬时流速Vins。根据电解液8的瞬时流速，以及电解液出口管3的截面积可以计算得到电解液8的瞬时流量。进而可以掌握电解液8的流动情况。
图5为第一电容传感器沿电解液出口管径向的截面示意图。如图5所示，第一电容传感器可以包括相对设置的传感器电极9以及位于相邻传感器电极9之间的接地电极10，传感器电极9以及接地电极10可以环绕电解液出口管3的管壁设置。环绕第一电容传感器外围可以设置屏蔽罩11，屏蔽罩11可以屏蔽外界信号对电容传感器的干扰。屏蔽罩11可以与接地电极10连接。信号线12的一端与传感器电极9连接，信号线12的另一端自屏蔽罩11中延伸出来，信号线12可以将第一电容传感器的第一返回信号传递给控制装置，也可以将控制信号传递给第一电容传感器。第二电容传感器的结构与第一电容传感器类似，在此不再赘述。
在示例性实施方式中，控制装置可以包括信号发射模块、信号接收模块和计算模块；信号发射模块可以发出控制信号，信号接收模块可以接收返回信号，并将返回信号转化为检测信号后发送给计算模块。例如，信号接收模块可以将第一返回信号转化为第一检测信号后发送给计算模块，以获得电解液在第一电容传感器位置处的空泡率。第一检测信号可以为数字信号，将第一返回信号转化为第一检测信号的过程，例如可以包括滤波、放大、解调等操作。信号接收模块可以将第二返回信号转化为第二检测信号后发送给计算模块，以获得电解液在第二电容传感器位置处的空泡率。第二返回信号的处理过程与第一返回信号类似，在此不再赘述。
在电解液中不包含气泡的情况下，将电容传感器的返回信号经过处理后得到的检测信号为固定值C0。在电解液中包含气泡的情况下，电容传感器传回检测信号的大小与电解液中的气泡含量有关，电解液中气泡含量越多，检测信号的电容值越大。在以空泡率εins表示气体含量的情况下，检测信号Cins是以空泡率εins为变量的函数，可以表示为Cins=f（εins）。因此，在事先确定该函数关系后，就可以根据得到的检测信号计算出对应的空泡率大小。
在示例性实施方式中，计算模块中可以包含事先确定的检测信号Cins与空泡率εins的函数关系。
在示例性实施方式中，计算模块中可以包含空泡率计算模型，空泡率计算模型例如可以为神经网络模型，例如卷积神经网络，神经网络模型的输入数据可以是检测信号Cins，神经网络模型的输出数据可以是电解液的空泡率 εins。神经网络模型的样本数据可以是标注有空泡率的输入数据，例如，可以利用光学相机获取电容传感器位置处电解液出口管3的截面图像，从该截面图像可以计算得到当前空泡率的具体数值。在神经网络模型的训练过程中，可以通过将神经网络模型输出的空泡率计算值与样本数据中标注的空泡率进行比较，在损失函数不满足收敛条件时调节神经网络中的参数设置，通过利用多组样本数据对神经网络模型不断进行训练，使得神经网络模型输出的空泡率计算值与样本数据中标注的空泡率越来越接近，从而将神经网络模型的损失函数降到最低，得到更准确的空泡率数值结果。在示例性实施方式中，损失函数可以为均方差损失函数、交叉熵损失函数等，可以根据需要进行选择，空泡率计算模型可以为其它类型的神经网络模型或其它类型的机器学习模型，本申请对此不作限制。
在示例性实施方式中，空泡率计算模型可以保存在云端，计算模块可以随时进行调用，或者，空泡率计算模型可以保存在控制装置的指定位置，供计算模块读取。
在示例性实施方式中，计算模块还设置为计算电解液的瞬时流速Vins和瞬时流量Qins。计算模块在接收到第一检测信号S1和第二检测信号S2后，可以利用公式1对第一检测信号S1和第二检测信号S2进行互相关运算，
； （公式1）
其中，τ表示电解液从第一电容传感器到第二电容传感器的运动时间，利用公式1可以计算出运动时间τ，已知第一电容传感器与第二电容传感器之间的第一距离L，可以利用公式2计算出瞬时流速Vins，
Vins=L/τ （公式2）
而已知电解液出口管3的截面积为Sstack，可以利用公式3计算得到电解液的瞬时流量Qins：
Qins= Sstack* Vins （公式3）
上述公式1至公式3展示了采用相关法计算电解液的瞬时速度和瞬时流量，在其它实施方式中，可以采用其它方法计算电解液的瞬时速度和瞬时流量，本申请对此不作限制。
在示例性实施方式中，液流电池气泡检测装置还包括流量调节装置，设置为调节电解液的流速；控制装置还设置为发出调节信号以控制流量调节装置工作。
在示例性实施方式中，控制装置还设置为向流量调节装置发出稳流信号，流量调节装置在接收到稳流信号后，可以控制电解液的瞬时流量在预设的第一阈值范围内。可以根据需要设置第一阈值范围，本申请对此不作限制。
本申请发明人经过研究发现，电解液进入电堆单元的流量大小直接影响到电堆单元的反应效率，电堆单元能够为电解液提供的反应界面的面积是一定的，在电解液流量过小的情况下，反应界面不能得到充分利用，会降低液流电池的工作效率。而在电解液流量过大的情况下，会有一部分活性物质未参加充放电反应即返回到液罐，使得活性物质不能得到充分利用，也会降低液流电池的工作效率。可见，电解液的流量过大或过小均不利于液流电池的工作效率。另外，电解液的流量过大会对整个循环管路、电堆单元内部的机械结构带来巨大的运行压力，会降低电堆单元的使用寿命。
在本实施方式中，通过事先设置第一阈值范围，在电解液的瞬时流量位于第一阈值范围内的情况下，可以保证反应界面和活性物质均得到充分利用，液流电池的工作效率保持最高，且不会对机械结构造成过大的冲击。在检测到电解液的流量位于第一阈值范围之外时，可以通过流量调节装置调节电解液的流量，有助于保持液流电池的工作效率，也能够延长电堆单元的使用寿命，提前对液流电池的运行状态进行调整，有助于降低液流电池的运维成本。
如上所述，在液流电池正常运行的状态下，电堆单元能够提供的反应面积是一定的，理论上能够得到单位反应面积所对应的最佳电流密度，根据该最佳电流密度以及液流电池的化学反应公式可以确定参与反应所需活性物质的量，而单位体积的电解液所包含的活性物质的量也是一定的，据此可以得出液流电池的最佳电解液流量，在实际应用中，由于电解液包含的活性物质可能存在浓度波动，可以预先设置电解液的效率系数值，该效率系数值与最佳电解液流量的乘积即为本液流电池的电解液流量理论值。可以对电解液流量理论值进行适度扩大或缩小后，得到上述第一阈值范围，本申请对第一阈值范围的计算方式及具体数值设置不做限制。
在示例性实施方式中，控制装置还设置为在空泡率大于或等于第二阈值的情况下，将空泡率过高的信息展示在显示装置，并对液流电池的运维进行干预，例如，控制装置可以通过调节电解液的流速以冲刷掉附着在电堆单元的气泡，或者，可以利用气泡去除装置去除液流电池中的气泡，本申请对此不作限制。
在示例性实施方式中，第二阈值例如可以为1.5%，在检测到空泡率大于或等于1.5%时，控制装置可以启动气泡去除装置对电解液进行除气，在检测到空泡率小于或等于第四阈值时，可以判断完成除气，控制装置可以关闭气泡去除装置。第四阈值例如可以设置为0.5%。在实际应用中，可以根据需要设置第二阈值和第四阈值，本申请对此不作限制。
本申请实施例提供的液流电池气泡检测装置可以布置在电堆单元出口处的管壁上，沿电解液流动方向可以依次布置第一电容传感器和第二电容传感器，当含有气泡的电解液流经电容传感器时，由于气泡的存在，会导致两个电容传感器电极间的电容发生变化，通过持续不断的采集瞬时电容值可以监测电解液中的气体含量。可以利用相关法计算电解液的瞬时流速和瞬时流量，从而掌握电堆单元的运行情况，控制装置可以利用检测到的瞬时流量，通过预设的运算与控制策略，闭环控制流量调节装置（如循环泵），从而能够实时的、动态的调整电解液进出电堆单元的瞬时流量，使瞬时流量可以一直稳定在电堆单元产生反应所需的理想流量，从而保持电堆单元持续高效率运行，且电堆单元的内部各零部件受到电解液的冲击力度不会过大，有助于延长电堆单元的机械寿命。可以通过实时检测电解液中的空泡率εins ，能够对电解液的状态进行实时监测与掌握，同时空泡率εins 也能够反应出电堆充放电的瞬时状态，能够看到是否有析氢等反应产生，利用不间断的空泡率检测可以对电堆单元的运行趋势、剩余寿命、健康状况等进行科学预测，从而能够提前介入运维，以免事故问题扩大化，有助于降低运维成本。
图6为液流电池气泡检测装置的信号传输原理示意图。如图6所示，控制装置可以为单片机，例如可以为ARM处理器STM32，信号发射模块50可以包括电容传感器驱动电路，信号接收模块60可以包括滤波电路、放大电路、解调电路等电路。计算模块可以存储在程序存储器，程序存储器能够与ARM处理器STM32进行数据传输，数据存储器可以存储信号接收模块接收到的数据以及机器学习模块的输出数据等。ARM处理器STM32可以与显示装置连接，以便于将需要显示的数据输出给显示装置。ARM处理器STM32可以通过通信接口与外界进行通信，且可以与flash存储器连接，以便于在液流电池气泡检测装置断电后数据不会丢失。
在控制装置控制电容传感器工作时，单片机ARM处理器STM32通过内部时钟震荡产生脉冲信号，通过DAC+DMA配置输出频率为1MHz的正弦波，该正弦波作为激励信号在经过电容传感器驱动电路的功率放大后传递给电容传感器，电容传感器开始工作并测量到当下时刻的电容值，信号线能够将电容传感器的返回信号传递给信号接收模块，信号接收模块将返回信号转化为检测信号后发送给单片机ARM处理器STM32，单片机ARM处理器STM32利用程序存储器的计算模块计算得到电解液的空泡率，以及瞬时速度和瞬时流量。具体信号的处理过程可以参照上述实施例中的描述，在此不再赘述。
本申请实施例还提供了一种液流电池气泡检测系统，包括液流电池和上述实施例中所述的液流电池气泡检测装置。
本申请实施例还提供了一种液流电池气泡检测方法，液流电池包括：液罐、电堆单元、电解液进口管和电解液出口管，电解液进口管设置为使电解液从液罐流入电堆单元，电解液出口管设置为使电解液从电堆单元流入液罐；所述方法包括：
控制装置发出控制信号；
电容传感器接收控制信号后工作，并发送返回信号；
所述控制装置根据接收到的返回信号计算电解液在的气体含量。
本申请实施例提供的液流电池气泡检测方法，控制装置通过控制电容传感器工作，根据电容传感器的返回信号能够计算电解液在电容传感器位置处的气体含量，实现了对电解液中的气体含量进行检测，从而获知电解液中溶解气体的多少，便于对液流电池的工作状态进行整体把控，可以在发生问题之前介入液流电池的运维，极大降低了液流电池的运维成本，延长了液流电池的使用寿命。
本申请实施例的液流电池气泡检测方法应用于上述实施例中所述的液流电池气泡检测装置，具体步骤和效果参见对上述液流电池气泡检测装置的描述，在此不再赘述。
本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质，存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于执行如上所述的液流电池气泡检测方法。
虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化。

Claims (13)

1.一种液流电池气泡检测装置，液流电池包括：液罐、电堆单元、电解液进口管和电解液出口管，所述电解液进口管设置为使电解液从所述液罐流入所述电堆单元，所述电解液出口管设置为使电解液从所述电堆单元流入所述液罐；所述液流电池气泡检测装置包括：
电容传感器，设置在所述电解液进口管及所述电解液出口管的至少之一；所述电容传感器包括相邻设置的第一电容传感器和第二电容传感器，所述第一电容传感器和所述第二电容传感器设置在所述电解液进口管的管壁外侧或者所述电解液出口管的管壁外侧，所述第一电容传感器设置在所述第二电容传感器沿电解液流动方向的上游；所述第一电容传感器设置为根据控制信号生成第一返回信号，所述第二电容传感器设置为根据所述控制信号生成第二返回信号；
控制装置，设置为发出所述控制信号以控制所述电容传感器工作，以及接收所述电容传感器的返回信号；并根据所述第一返回信号计算电解液的第一气体含量，根据所述第二返回信号计算电解液的第二气体含量；以及根据所述第一返回信号和所述第二返回信号计算电解液的瞬时流速和瞬时流量。
2.根据权利要求1所述的液流电池气泡检测装置，其特征在于，所述控制装置设置为每经过第一时间段发出所述控制信号。
3.根据权利要求2所述的液流电池气泡检测装置，其特征在于，所述控制信号在第二时间段内持续输出。
4.根据权利要求1所述的液流电池气泡检测装置，其特征在于，所述控制装置包括计算模块，所述计算模块设置为根据所述返回信号计算电解液的空泡率。
5.根据权利要求4所述的液流电池气泡检测装置，其特征在于，所述控制装置包括信号接收模块，所述信号接收模块设置为接收所述返回信号，并将所述返回信号转化为检测信号后发送给所述计算模块。
6.根据权利要求1所述的液流电池气泡检测装置，其特征在于，所述电容传感器包括相对设置的传感器电极以及位于相邻的所述传感器电极之间的接地电极。
7.根据权利要求6所述的液流电池气泡检测装置，其特征在于，环绕所述电容传感器设置有屏蔽罩，所述屏蔽罩设置为屏蔽外界信号对所述电容传感器的干扰。
8.根据权利要求7所述的液流电池气泡检测装置，其特征在于，所述液流电池气泡检测装置还包括信号线，所述信号线的一端与所述传感器电极连接，所述信号线的另一端自所述屏蔽罩中延伸出来，所述信号线设置为向所述控制装置传递所述电容传感器的所述返回信号。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的液流电池气泡检测装置，其特征在于，所述液流电池气泡检测装置还包括流量调节装置，设置为调节电解液的流速；
所述控制装置还设置为发出调节信号以控制所述流量调节装置工作。
10.根据权利要求9所述的液流电池气泡检测装置，其特征在于，所述控制装置还设置为向所述流量调节装置发出稳流信号，以控制电解液的瞬时流量位于预设的第一阈值范围内。
11.一种液流电池气泡检测系统，其特征在于，包括液流电池以及如权利要求1至10中任一项所述的液流电池气泡检测装置。
12.一种液流电池气泡检测方法，其特征在于，液流电池包括：液罐、电堆单元、电解液进口管和电解液出口管，所述电解液进口管设置为使电解液从所述液罐流入所述电堆单元，所述电解液出口管设置为使电解液从所述电堆单元流入所述液罐；所述方法包括：
控制装置发出控制信号；
电容传感器接收所述控制信号后工作，并发送返回信号；其中，所述电容传感器包括相邻设置的第一电容传感器和第二电容传感器，所述第一电容传感器和所述第二电容传感器设置在所述电解液进口管的管壁外侧或者所述电解液出口管的管壁外侧，所述第一电容传感器设置在所述第二电容传感器沿电解液流动方向的上游；所述第一电容传感器设置为根据所述控制信号生成第一返回信号，所述第二电容传感器设置为根据所述控制信号生成第二返回信号；
所述控制装置接收到所述返回信号后，根据所述第一返回信号计算电解液的第一气体含量，根据所述第二返回信号计算电解液的第二气体含量；以及根据所述第一返回信号和所述第二返回信号计算电解液的瞬时流速和瞬时流量。
13.一种计算机可读存储介质，存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于执行权利要求12所述的液流电池气泡检测方法。
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