CN116195100A - 氧化还原液流电池系统以及氧化还原液流电池的运行方法 - Google Patents

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Abstract

一种氧化还原液流电池系统，具备：电池单元，通过电解液的供给来进行充放电；监测单元，被供给所述电解液；电压表，测定所述监测单元的开路电压；温度计，测定所述电解液的液温；以及控制部，基于所述开路电压来控制所述电池单元的充放电，所述控制部根据所述液温来校正所述开路电压。

Description

氧化还原液流电池系统以及氧化还原液流电池的运行方法
技术领域
本公开涉及氧化还原液流电池系统以及氧化还原液流电池的运行方法。
本申请主张基于2020年9月29日的日本申请的日本特愿2020－164157的优先权，并援引记载于所述日本申请的全部记载内容。
背景技术
专利文献1、2公开一种与进行充放电的电池单元分开地具备被供给与供给至电池单元的电解液共用的电解液的监测单元的氧化还原液流电池。该氧化还原液流电池通过测定监测单元的开路电压(OCV：Open Circuit Voltage)来掌握电解液的充电状态(SOC：State Of Charge)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2009－16217号公报
专利文献2：日本特开2013－37857号公报
发明内容
本公开的氧化还原液流电池系统具备：电池单元，通过电解液的供给来进行充放电；监测单元，被供给所述电解液；电压表，测定所述监测单元的开路电压；温度计，测定所述电解液的液温；以及控制部，基于所述开路电压来控制所述电池单元的充放电，所述控制部根据所述液温来校正所述开路电压。
本公开的氧化还原液流电池的运行方法是向电池单元供给电解液来进行充放电的氧化还原液流电池的运行方法，所述运行方法具备以下步骤：测定被供给所述电解液的监测单元的开路电压；测定所述电解液的液温；根据所述液温来校正所述开路电压；以及基于所述校正后的开路电压来进行所述电池单元的充放电。
附图说明
图1是表示实施方式的氧化还原液流电池系统的构成的概略图。
图2是表示电池堆的构成的概略图。
图3是对实施方式的氧化还原液流电池系统中的OCV的温度校正的一个例子进行说明的图。
图4是表示实施方式的氧化还原液流电池的运行方法的处理过程的流程图。
具体实施方式
[本公开所要解决的问题]
在氧化还原液流电池中，期望在运行中控制为电解液不会成为过充电。
当电解液成为过充电时，在电池单元内会发生电解液电解而产生气体，或者活性物质离子析出的副反应。例如，由于电解液中的水的电解，在正极产生氧，在负极产生氢。此外，由于电解液中的活性物质离子的析出，活性物质离子减少，因此恐怕会导致电池容量的降低。
因此，本公开的目的之一在于提供能抑制电解液的过充电的氧化还原液流电池系统以及氧化还原液流电池的运行方法。
[本公开的效果]
本公开的氧化还原液流电池系统以及氧化还原液流电池的运行方法能抑制电解液的过充电。
[本公开的实施方式的说明]
作为氧化还原液流电池的运行方法，已知基于监测单元的开路电压来控制电池单元的充放电。监测单元的开路电压是测定电解液的电位而得到的，更具体而言，监测单元的开路电压是测定正极电解液与负极电解液的电位差而得到的。
监测单元的OCV与电解液的SOC具有相关关系。在氧化还原液流电池中，有时预先设定在某一基准温度下电解液不会成为过充电或过放电的OCV的限制范围，以测定出的OCV成为限制范围内的方式控制充放电。例如，在充电时，在OCV的测定值超过限制范围的上限值的情况下，视为过充电状态，暂停充电。此外，在放电时，在OCV的测定值低于限制范围的下限值的情况下，视为过放电状态，暂停放电。当电解液的液温上升时，电解液的基准电位降低，由此OCV也降低。就是说，OCV具有温度依存性。当电解液的液温高于基准温度时，OCV的测定值表现为低于在基准温度下测定出的OCV。因此，在电解液的液温高于基准温度的状态下，即使测定出的OCV在限制范围内，电解液的SOC也恐怕会偏离适当的范围。因此，在电解液的液温与基准温度不同的情况下，电解液恐怕会成为过充电或过放电。
而且，为了扩大电解液的SOC的利用范围，研究了在电解液不会成为过充电的范围内尽可能高地设定OCV的限制范围的上限值。可以说为了使电解液不会成为过充电，需要考虑OCV的温度依存性。本发明人提出：根据电解液的液温来校正OCV的测定值，使得电解液的SOC成为适当的范围。
本公开是鉴于上述的情形而完成的。
首先，列举本公开的实施方案来进行说明。
(1)本公开的实施方式的氧化还原液流电池系统具备：电池单元，通过电解液的供给来进行充放电；监测单元，被供给所述电解液；电压表，测定所述监测单元的开路电压；温度计，测定所述电解液的液温；以及控制部，基于所述开路电压来控制所述电池单元的充放电，所述控制部根据所述液温来校正所述开路电压。
本公开的氧化还原液流电池系统能抑制电解液的过充电。其理由是因为根据电解液的液温来校正测定出的OCV。基于校正后的OCV来控制电池单元的充放电，由此能将电解液的SOC维持在适当的范围。
(2)作为上述的氧化还原液流电池系统的一个方式，可列举出所述控制部校正所述开路电压的至少上限值。
上述方式能抑制电解液的过充电。
(3)作为上述的氧化还原液流电池系统的一个方式，可列举出所述电解液包含钒离子。
在上述方式中，正极电解液和负极电解液包含钒离子来作为活性物质离子。在氧化还原液流电池中，由于充放电的反复，电解液中的活性物质离子有时会穿过电池单元内的隔膜而在正极电解液与负极电解液之间移动。在上述方式中，正极电解液和负极电解液这双方的活性物质离子是相同元素的离子。因此，即使活性物质离子在正极电解液与负极电解液之间移动，也易于抑制电池容量的降低。此外，如果正极电解液中的活性物质离子和负极电解液中的活性物质离子是相同元素的离子，则能在两个电解液中作为活性物质发挥功能。
(4)本公开的实施方式的氧化还原液流电池的运行方法是向电池单元供给电解液来进行充放电的氧化还原液流电池的运行方法，所述运行方法具备以下步骤：测定被供给所述电解液的监测单元的开路电压；测定所述电解液的液温；根据所述液温来校正所述开路电压；以及基于所述校正后的开路电压来进行所述电池单元的充放电。
本公开的氧化还原液流电池的运行方法能抑制电解液的过充电。其理由是因为根据电解液的液温来校正测定出的OCV。基于校正后的OCV来进行电池单元的充放电，由此能将电解液的SOC维持在适当的范围。
[本公开的实施方式的详情]
参照附图，对本公开的氧化还原液流电池系统以及氧化还原液流电池的运行方法的具体例进行说明。以下，有时将氧化还原液流电池称为“RF电池”。图中的相同的附图标记表示相同或相应的部分。
需要说明的是，本发明并不限定于这些示例，而是由权利要求书示出，意图在于包括与权利要求书等同的含义和范围内的所有变更。
＜RF电池系统的概要＞
参照图1，对实施方式的RF电池系统1进行说明。RF电池系统1向电池单元10供给正极电解液和负极电解液来进行充放电。正极电解液和负极电解液含有活性物质离子。在图1中，作为一个例子，示出正极电解液和负极电解液这双方包含钒(V)离子来作为活性物质的V系RF电池。在图1中，实线箭头表示充电反应，虚线箭头表示放电反应。所使用的电解液并不限定于钒电解液，可以使用公知的组成的电解液。作为电解液，例如可列举出正极电解液中包含锰(Mn)离子，负极电解液中包含钛(Ti)离子的Ti－Mn系电解液等。
代表性地，RF电池系统1经由交流/直流转换器80、变电设备81连接于电力系统90。RF电池系统1能充入由发电部91发电而产生的电力，或者将所充入的电力放电至负载92。发电部91是太阳能发电、风力发电等使用了自然能量的发电设备、其他一般的发电站。RF电池系统1例如用于负荷平准化(load leveling)用途、瞬时电压下降补偿、备用电源等用途、自然能量发电的输出平滑化用途。
＜RF电池系统的构成＞
RF电池系统1具备：电池单元(battery cell)10；正极罐12，储留正极电解液；负极罐13，储留负极电解液；以及正极流路14和负极流路15，分别使各电解液在各罐12、13与电池单元10之间循环。实施方式的RF电池系统1的特征之一在于具备监测单元(monitorcell)30、电压表30v、温度计40以及控制部50这一点。
(电池单元)
电池单元10进行充放电。电池单元10具有正极电极104、负极电极105以及夹置于正极电极104与负极电极105之间的隔膜101。电池单元10被隔膜101分离为正极单元102和负极单元103。隔膜101例如是阳离子膜。正极电极104内置于正极单元102。负极电极105内置于负极单元103。正极电解液被供给至正极单元102。负极电解液被供给至负极单元103。
正极流路14和负极流路15具有去路配管108、109和回路配管110、111。各去路配管108、109从各罐12、13向构成电池单元10的各单元102、103输送各电解液。各回路配管110、111使各电解液从构成电池单元10的各单元102、103返回至各罐12、13。在去路配管108、109分别设有泵112、113。
在RF电池系统1中，通常使用如图2所示的由多个电池单元10层叠而成的电池堆(cell stack)100。电池堆100是通过从子堆200s的两侧用两块端板210夹住该子堆200s并用紧固机构230紧固而构成的。图2示出具备多个子堆200s的电池堆100。子堆200s是按电池框架(cell frame)120、正极电极104、隔膜101、负极电极105的顺序反复层叠并且在该层叠体的两端配置有给排板220的构造。上述的图1所示的去路配管108、109和回路配管110、111连接于给排板220。电池堆100中的电池单元10的层叠数可以适当选择。
如图2所示，电池框架120具有双极板121和框体122。双极板121配置于正极电极104与负极电极105之间。框体122设于双极板121的周围。正极电极104被配置为与双极板121的第一面侧、在图2中为纸面表侧相对。负极电极105被配置为与双极板121的第二面侧、在图2中为纸面里侧相对。正极电极104和负极电极105隔着双极板121被收纳于框体122的内侧。正极电极104和负极电极105隔着隔膜101配置于相邻的各电池框架120的双极板121之间，由此形成一个电池单元10。为了抑制电解液的泄漏，在各电池框架120的框体122之间配置有例如O型环等环状的密封构件127。
电池框架120的框体122具有供液歧管123、124和排液歧管125、126。在本例子中，正极电解液从供液歧管123经由形成于框体122的第一面侧的下部的槽被供给至正极电极104。供给至正极电极104的正极电解液经由形成于框体122的第一面侧的上部的槽被排出至排液歧管125。同样地，负极电解液从供液歧管124经由形成于框体122的第二面侧的下部的槽被供给至负极电极105。供给至负极电极105的负极电解液经由形成于框体122的第二面侧的上部的槽被排出至排液歧管126。供液歧管123、124和排液歧管125、126被设为贯通框体122，通过电池框架120被层叠而构成各电解液的流路。这些各流路经由给排板220分别连通于图1所示的去路配管108、109和回路配管110、111。电池堆100能通过上述各流路使正极电解液和负极电解液流通至各电池单元10。
(电解液)
代表性地，正极电解液和负极电解液是包含活性物质离子的水溶液。作为水溶液，例如可以使用硫酸(H2SO4)水溶液、磷酸(H3PO4)水溶液、硝酸(HNO3)等。活性物质离子是在电解液中作为活性物质发挥功能的元素的离子。作为活性物质离子，例如可列举出选自由钒(V)、锰(Mn)、铁(Fe)、铬(Cr)、钛(Ti)以及锌(Zn)构成的组的元素的离子。作为正极电解液的活性物质离子，代表性地可列举出V离子、Fe离子、Mn离子。作为负极电解液的活性物质离子，代表性地可列举出V离子、Cr离子、Ti离子、Zn离子。这些活性物质离子既可以单独使用，也可以组合多种来使用。在本实施方式中，正极电解液和负极电解液这双方是包含V离子的硫酸水溶液。
正极电解液中的活性物质离子和负极电解液中的活性物质离子既可以是不同元素的离子，也可以是相同元素的离子。以下示出用于正极电解液和负极电解液的各活性物质离子的具体的组合。
(1)正极电解液：V离子(VO2+/VO2 +)、负极电解液：V离子(V3+/V2+)
(2)正极电解液：Fe离子(Fe2+/Fe3+)、负极电解液：Cr离子(Cr3+/Cr2+)
(3)正极电解液：Mn离子(Mn2+/Mn3+)、负极电解液：Ti离子(TiO2+/Ti3+)
(4)正极电解液：Fe离子(Fe2+/Fe3+)、负极电解液：Ti离子(TiO2+/Ti3+)
(5)正极电解液：Mn离子(Mn2+/Mn3+)、负极电解液：Zn离子(Zn2+/Zn)
上述VO2+是四价V离子。上述VO2 +是五价V离子。
上述TiO2+是四价Ti离子。
可列举出正极电解液和负极电解液包含相同元素的活性物质离子。具体而言，可列举出正极电解液中所包含的活性物质离子和负极电解液中所包含的活性物质离子是相同元素的离子。进而，可列举出正极电解液和负极电解液这双方中所包含的包括活性物质离子在内的所有离子分别是相同元素的离子。通过正极电解液和负极电解液分别包含相同元素的活性物质离子，即使活性物质离子由于充放电的反复而在正极电解液与负极电解液之间移动，也易于抑制电池容量的降低。
(监测单元)
与供给至电池单元10的电解液共用的电解液被供给至监测单元30。就是说，供给至电池单元10的正极电解液和供给至监测单元30的正极电解液分别从正极罐12供给。供给至电池单元10的负极电解液和供给至监测单元30的负极电解液分别从负极罐13供给。供给至监测单元30的电解液的SOC与供给至电池单元10的电解液的SOC相同。监测单元30不进行充放电。监测单元30设于正极流路14和负极流路15的中途。在本实施方式中，配置为正极电解液和负极电解液从正极流路14的去路配管108和负极流路15的去路配管109分别被供给至监测单元30。
监测单元30的构成是与电池单元10相同的构成。监测单元30具有正极电极104、负极电极105以及隔膜101。正极电极104和负极电极105分别内置于由隔膜101分离出的正极单元102和负极单元103。
(电压表)
电压表30v测定监测单元30的开路电压(OCV)。OCV是指监测单元30中的正极电极104与负极电极105之间的电压，即正极电解液与负极电解液的电位差。通过测定监测单元30的OCV，能求出电解液的SOC。由电压表30v测定出的OCV的值被发送至控制部50。电压表30v包括能测定电压或能换算为电压的物理量的所有计测仪器。
(温度计)
温度计40测定电解液的液温。在本实施方式中，温度计40测定正极电解液和负极电解液的各液温。温度计40具有测定正极电解液的液温的正极温度计42和测定负极电解液的液温的负极温度计43。由各温度计42、43测定出的液温的值被发送至控制部50。温度计40包括能测定温度或能换算为温度的物理量的所有计测仪器。
温度计40只要能测定电解液的液温，装配位置就不被特别限定。在本实施方式中，正极温度计42设于正极罐12。负极温度计43设于负极罐13。正极温度计42也可以设于正极流路14。负极温度计43也可以设于负极流路15。正极温度计42和负极温度计43也可以设于监测单元30。
(控制部)
控制部50当然包括进行RF电池系统1的运行的控制，还包括进行监视并改善RF电池系统1的状态所需的动作的控制。
代表性地，控制部50由计算机构成。计算机具备处理器、存储器等。在存储器中储存有用于使处理器执行由控制部50进行的处理的程序。处理器将储存于存储器的程序读出并执行。程序包括与由控制部50进行的处理相关的命令组。在后述的＜RF电池的运行方法＞这一项中对由控制部50进行的处理过程详细地进行说明。
控制部50基于由电压表30v测定出的监测单元30的OCV来控制电池单元10的充放电。本实施方式的控制部50根据由温度计40测定出的电解液的液温来校正OCV。由控制部50进行的充放电的控制使用对OCV进行校正而得到的校正后的OCV。
〈充放电控制〉
对由控制部50进行的充放电的控制进行说明。在控制部50的存储器中存储有OCV的限制范围。OCV的限制范围是指进行充放电的电压范围。限制范围的上限值是充电时的上限电压。限制范围的下限值是放电时的下限电压。对于控制部50，如果OCV在限制范围内，则进行充放电，当OCV成为限制范围外时，停止充放电。OCV的限制范围是预先设定在基准温度下电解液不会成为过充电或过放电的OCV的范围而得到的范围。换言之，限制范围是基准温度下的适当的SOC的范围。可列举出基准温度设为电解液的使用温度范围内的温度。基准温度例如为25℃。
〈OCV的温度校正〉
对由控制部50进行的OCV的温度校正进行说明。在控制部50的存储器中预先存储有与电解液的温度特性相关的信息。电解液的温度特性是指表示电解液的电位与液温的关系的特性。电解液的温度特性可以通过试验来求出。由控制部50进行的OCV的温度校正可列举出根据上述信息来获取或计算与电解液的液温相应的电解液的电位，并基于该电位来校正OCV。通过该温度校正，能将由电压表30v测定出的监测单元30的OCV校正为与上述的基准温度对应的OCV。上述的由控制部50进行的充放电的控制基于温度校正后的OCV来进行。
在本实施方式中，使用活性物质离子的电位温度系数来作为电解液的温度特性。电位温度系数是指表示电解液的温度上升了1℃时的活性物质离子的标准电极电位变化的比例的系数。单位是[mV/K]。电位温度系数的符号为“－”意味着上述电位随着温度的上升而降低。以下示出基于活性物质离子的种类的各自的电位温度系数。
(活性物质离子的电位温度系数)
V离子(VO2+/VO2 +)：－0.901[mV/K]
V离子(V3+/V2+)：1.5[mV/K]
Fe离子(Fe2+/Fe3+)：1.175[mV/K]
Cr离子(Cr3+/Cr2+)：1.4[mV/K]
Mn离子(Mn2+/Mn3+)：1.8[mV/K]
Ti离子(TiO2+/Ti 3+)：－2.7[mV/K]
Zn离子(Zn2+/Zn)：0.119[mV/K]
(温度校正的方法)
OCV的温度校正的运算处理如下进行。计算测定出的电解液的液温与基准温度的温度差。参照活性物质离子的电位温度系数，根据电位温度系数和温度差来计算相对于基准温度下的OCV的、基准电位的变化量。通过对测定出的监测单元的OCV加上基准电位的变化量来校正OCV。对温度校正的具体的计算方法进行说明。将基准温度设为Tb[℃]，将OCV的测定值设为X[V]，将正极电解液的液温设为Tp[℃]，将负极电解液的液温设为Tn[℃]，将正极电解液的活性物质离子的电位温度系数设为αp[mV/K]，将负极电解液的活性物质离子的电位温度系数设为αn[mV/K]。电位温度系数的单位是[mV/K]。电解液的液温的单位是[℃]。电位温度系数的单位中的“K”是表示绝对温度的单位。作为液温的单位的“℃”是表示摄氏温度的单位。绝对温度和摄氏温度只是基准温度不同，单位的大小相同。就是说，1K＝1℃。电位温度系数的单位[mV/K]与[mV/℃]是相同的含义。基准电位的变化量A可以根据[(αp×(Tp－Tb))－(αn×(Tn－Tb))]来计算。然后，通过采用[X+A]来校正OCV。如果校正OCV的至少上限值，则能抑制过充电。
使用图3对温度校正的具体例进行说明。正极电解液的活性物质离子设为四价或五价V离子(VO2+/VO2 +)。负极电解液的活性物质离子设为三价或二价V离子(V3+/V2+)。基准温度设为25℃。作为基准温度的25℃下的OCV的限制范围设为1.33V以上且1.60V以下。在图3所示的例子中，假定为：以氢产生电位为基准，25℃下的正极电解液的活性物质离子(VO2+/VO2 +)的电位为1.001V。此外，假定为25℃下的负极电解液的活性物质离子(V3+/V2+)的电位为－0.255V。在该情况下，25℃下的正极电解液的基准电位与负极电解液的基准电位之差，即OCV的基准电位为1.256V。正极电解液和负极电解液的各液温设为50℃。就是说，设为电解液的液温从基准温度上升了25℃。在电解液的温度上升了1℃时，正极电解液的基准电位偏移－0.901mV，即降低0.901mV。此外，负极电解液的基准电位偏移1.5mV，即上升1.5mV。如图3所示，在正极电解液的液温从25℃上升至50℃时，正极电解液的活性物质离子(VO2+/VO2 +)的电位与25℃时相比降低[0.901×25]mV，因此成为0.9785V。在负极电解液的液温从25℃上升至50℃时，负极电解液的活性物质离子(V3+/V2+)的电位与25℃时相比上升[1.5×25]mV，因此成为－0.2175V。在该情况下，50℃下的OCV的基准电位成为1.196V。由此，相对于温度上升25℃，根据[(0.901+1.5)×25]，OCV的基准电位降低约60mV。就是说，电解液的液温为50℃时的OCV的基准电位相对于基准温度下的OCV的基准电位降低60mV。这意味着在电解液的液温为50℃时测定出的OCV比在电解液的液温为25℃时测定出的OCV降低60mV。因此，意味着：假设在电解液的液温为50℃的条件下充电至OCV为1.6V的状态的情况下，在电解液的液温为25℃的条件下会充电至OCV为1.66V的状态。因此，在电解液的液温为50℃的条件下，通过上述的温度校正，对测定出的OCV加上作为基准电位的变化量的60mV来校正OCV。该校正与在电解液的液温为50℃的条件下将OCV的限制范围校正为1.27V以上且1.54V以下含义相同。
＜RF电池的运行方法＞
参照图4，对实施方式的RF电池的运行方法进行说明。RF电池的运行方法使用上述的RF电池系统1向电池单元10供给正极电解液和负极电解液来进行充放电。如图4所示，实施方式的RF电池的运行方法的特征之一在于具备第一步骤S11、第二步骤S12、第三步骤S13以及第四步骤S14这一点。有时省略与在上述的RF电池系统1中说明过的内容相同的内容。
(第一步骤)
第一步骤S11是测定监测单元30的OCV的步骤。监测单元30的OCV使用电压表30v来测定。
(第二步骤)
第二步骤S12是测定电解液的液温的步骤。具体而言，测定正极电解液的液温Tp和负极电解液的液温Tn。各液温Tp、Tn使用上述的各温度计42、43来测定。
(第三步骤)
第三步骤S13是根据通过第二步骤S12测定出的电解液的液温来校正通过第一步骤S11测定出的OCV的步骤。第三步骤S13通过在上述的(温度校正的方法)这一项中说明过的运算处理来校正OCV的测定值。第三步骤S13是由上述的控制部50执行的处理。
(第四步骤)
第四步骤S14基于通过第三步骤S13校正后的OCV来进行电池单元10的充放电。具体而言，如果校正后的OCV在上述的限制范围内，则进行充放电。如果校正后的OCV在上述的限制范围外，则暂停充放电。就是说，在充电时，在校正后的OCV超过限制范围的上限电压的情况下，暂停充电。此外，在放电时，在校正后的OCV低于限制范围的下限电压的情况下，暂停放电。
《作用效果》
上述的实施方式的RF电池系统1以及RF电池的运行方法具有以下效果。
能抑制电解液的过充电。这是因为根据电解液的液温来校正OCV的测定值。基于校正后的OCV来控制充放电，由此能将电解液的SOC维持在适当的范围。
[试验例1]
试制了与上述的实施方式相同的构成的RF电池系统。使用该RF电池系统来对进行OCV的温度校正的情况和不进行OCV的温度校正的情况进行了评价。
正极电解液和负极电解液使用包含V离子的硫酸水溶液的电解液。该电解液是使0.5M的V离子溶解在硫酸浓度为1M的水溶液中而得到的电解液。正极电解液中的V离子为四价或五价(VO2+/VO2 +)。负极电解液中的V离子为三价或二价(V3+/V2+)。
在使用了上述电解液的RF电池系统中，作为基准温度的25℃下的OCV的限制范围为1.33V以上且1.60V以下。
(试样No.10)
试样No.10是不进行温度校正的RF电池系统。在试样No.10中，在将正极电解液和负极电解液的各液温保持在50℃的状态下，实施RF电池系统的充放电循环试验。充电和放电均以电流密度为50mA/cm2的恒电流进行。充电进行至OCV的测定值达到与上述限制范围的上限值相同的1.60V为止。放电进行至OCV的测定值达到与上述限制范围的下限值相同的1.33V为止。就是说，进行以下控制：在充电时，如果OCV的测定值达到1.6V则切换为放电，在放电时，如果OCV的测定值达到1.33V则切换为充电。
(试样No.1)
试样No.1是进行温度校正的RF电池系统。在试样No.1中，除了变更了OCV的限制范围以外，与试样No.10同样地，在将正极电解液和负极电解液的各液温保持在50℃的状态下，实施RF电池系统的充放电循环试验。充电和放电与试样No.10同样地以电流密度为50mA/cm2的恒电流进行。在试样No.1中，进行以下控制：在充电时，如果后述的校正后的OCV的值达到1.6V则切换为放电，在放电时，如果校正后的OCV的值达到1.33V则切换为充电。
在试样No.1中，校正后的OCV是对OCV的测定值加上相对于25℃下的OCV的、基准电位的变化量而得到的值。基准电位的变化量可以根据正极电解液的活性物质离子的电位温度系数和负极电解液的活性物质离子的电位温度系数以及与基准温度的温度差来计算。在试样No.1中的电解液的液温为50℃的条件下，相对于温度上升25℃，OCV的基准电位降低60mV。由此，试样No.1以对OCV的测定值加上60mV而得到的值进行充放电。就是说，在试样No.1中，将OCV的限制范围变更为1.27V以上且1.54V以下。具体而言，进行以下控制：在充电时，如果OCV的测定值达到1.54V则切换为放电，在放电时，如果OCV的测定值达到1.27V则切换为充电。
对于上述各试样，在反复进行了100次以上充放电循环之后，调查了有无气体的产生。其结果是，在试样No.1中，未确认到气体的产生。与之相对，在试样No.10中，确认到气体的产生。此外，在充放电循环试验后对各试样的电池容量进行了比较，结果试样No.1的电池容量高于试样No.10。因此，可以认为：在试样No.1中，过充电得到了抑制。
附图标记说明
1：氧化还原液流电池系统(RF电池系统)
10：电池单元
101：隔膜，102：正极单元，103：负极单元
104：正极电极，105：负极电极
12：正极罐，13：负极罐
14：正极流路，15：负极流路
108、109：去路配管，110、111：回路配管
112、113：泵
30：监测单元
30v：电压表
40：温度计
42：正极温度计，43：负极温度计
50：控制部
80：交流/直流转换器，81：变电设备
90：电力系统，91：发电部，92：负载
100：电池堆
200s：子堆
120：电池框架
121：双极板，122：框体
123、124：供液歧管，125、126：排液歧管
127：密封构件
210：端板，220：给排板，230：紧固机构。

Claims (4)

1.一种氧化还原液流电池系统，具备：
电池单元，通过电解液的供给来进行充放电；
监测单元，被供给所述电解液；
电压表，测定所述监测单元的开路电压；
温度计，测定所述电解液的液温；以及
控制部，基于所述开路电压来控制所述电池单元的充放电，
所述控制部根据所述液温来校正所述开路电压。
2.根据权利要求1所述的氧化还原液流电池系统，其中，
所述控制部校正所述开路电压的至少上限值。
3.根据权利要求1或2所述的氧化还原液流电池系统，其中，
所述电解液包含钒离子。
4.一种氧化还原液流电池的运行方法，其是向电池单元供给电解液来进行充放电的氧化还原液流电池的运行方法，所述运行方法具备以下步骤：
测定被供给所述电解液的监测单元的开路电压；
测定所述电解液的液温；
根据所述液温来校正所述开路电压；以及
基于所述校正后的开路电压来进行所述电池单元的充放电。
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JP2014137898A (ja) * 2013-01-16 2014-07-28 Sumitomo Electric Ind Ltd レドックスフロー電池システム、レドックスフロー電池システムの制御方法、発電システム、及び発電システムの制御方法
JP7248029B2 (ja) * 2018-07-30 2023-03-29 住友電気工業株式会社 レドックスフロー電池システム
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