JP2005340030A - レドックスフロー電池システムの運転方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 モジュール間の電圧のばらつきを抑制して、電池容量の低下を低減することができるレドックスフロー電池システムの運転方法を提供する。
【解決手段】 セルに正負極電解液を供給して充放電を行う複数の電池モジュールを直列に具えるレドックスフロー電池システムにおいて、コンピュータに以下のステップを行わせて、各モジュールの電圧を制御する。
1. 第一、第二モジュールのセルの電圧を電圧測定手段でそれぞれ測定するステップ
2. 上記両測定電圧の差を演算するステップ
3. 上記電圧差が設定範囲内に含まれるか否かを判定するステップ
4. 電圧差が設定範囲外の場合、電圧差に基づいて電解液の混合量を求めるステップ
6. 上記混合量に基づき、両モジュールの正極電解液同士、及び負極電解液同士を混合させるステップ
【選択図】 図2

Description

本発明は、セルに正極電解液及び負極電解液を供給して充放電を行うレドックスフロー電池システムの運転方法に関するものである。特に、電池モジュールを複数具えるレドックスフロー電池システムにおいて、モジュール間での電圧のばらつきを抑制して、電池容量の低下を低減することができるレドックスフロー電池システムの運転方法に関するものである。

レドックスフロー電池は、従来、負荷平準化や瞬低対策などとして利用されている。図5はレドックスフロー電池の動作原理を示す説明図である。この電池は、イオン交換膜からなる隔膜101で正極セル100Aと負極セル100Bとに分離されたセル100を具える。正極セル100A、負極セル100Bにはそれぞれ、正極電極102、負極電極103を内蔵している。正極セル100Aには、正極電極102に供給されると共に、正極電極102から排出される正極電解液を貯留する正極電解液タンク104Aが電解液の輸送路となる導管106Aを介して接続されている。負極セル100Bには、負極電極103に供給されると共に、負極電極103から排出される負極電解液を貯留する負極電解液タンク104Bが電解液の輸送路となる導管106Bを介して接続されている。各極電解液にはバナジウムイオンなど原子価が変化するイオンの水溶液を用い、ポンプ105A、105Bで循環させ、正極電極102、負極電極103におけるイオンの価数変化反応に伴って充放電を行う。例えば、バナジウムイオンを含む電解液を用いた場合、セル内で充放電時に生じる反応は次の通りである。
正極：V⁴⁺→V⁵⁺＋e^-（充電） V⁴⁺←V⁵⁺＋e^-（放電）
負極：V³⁺＋e^-→V²⁺（充電） V³⁺＋e^-←V²⁺（放電）

このようなレドックスフロー電池システムにおいて、充放電に伴って生じる液移りによる不具合を防止するべく、特許文献1では、セルの電解液排出側で正極電解液と負極電解液とを混合し、セルの電解液供給側で混合された電解液を正極電解液と負極電解液とに分流させてセルに供給する技術を開示している。

特開2002-252020号公報

上記レドックスフロー電池システムにおいて電池モジュールを複数具える場合、モジュール間で電解液の価数バランスがずれるなどといった原因により、モジュール間で電圧がばらつくという問題がある。電圧にばらつきが生じると、モジュール間で電池容量が異なってしまう。そのため、レドックスフロー電池システム全体でみた場合、電池容量が異なるモジュールが存在することで、システム全体を有効に使用できなくなる、即ち、電池容量が低下してしまう。例えば、電圧が高いモジュールM1は、電池容量が大きくなることで、充電時、電圧が低いモジュールM2よりも先に充電を終えてしまい、モジュールM2にまだ余裕があるにも拘らず、システム全体でみると充電完了となる。逆に、放電時、電圧が低いため電池容量が小さいモジュールM2は、電圧が高いため電池容量が大きいモジュールM1よりも先に放電を終えてしまい、モジュールM1にまだ余裕があるにも拘わらずシステム全体でみると放電完了となる。また、モジュール間の電圧がアンバランスになることにより、抵抗の増加、電解液の析出などの不具合も生じる。従って、電池モジュールを複数具えるレドックスフロー電池システムでは、モジュール間での電圧差を低減する、或いはなくすことが望まれる。

従って、本発明の主目的は、電池モジュール間の電圧のバランスをよくして電池容量の低下を低減し、システム全体をより有効に利用できるレドックスフロー電池システムの運転方法を提供することにある。

本発明は、電池モジュール間の電圧差に基づき、モジュール間で電解液の混合を行うことで上記目的を達成する。

即ち、本発明は、セルに正極電解液及び負極電解液を供給して充放電を行う複数の電池モジュールを直列に具えるレドックスフロー電池システムの運転方法であって、コンピュータに以下のステップを行わせて、各モジュールの電圧を制御することを特徴とする。
1. 第一モジュールにおいて、第一電圧測定手段にてセルの電圧を測定するステップ
2. 第二モジュールにおいて、第二電圧測定手段にてセルの電圧を測定するステップ
3. 第一モジュールにおける測定電圧と、第二モジュールにおける測定電圧との差を演算するステップ
4. 前記電圧差が設定範囲内に含まれるか否かを判定するステップ
5. 前記電圧差が設定範囲外の場合、電圧差に基づいて第一モジュールの正極電解液と第二モジュールの正極電解液、及び第一モジュールの負極電解液と第二モジュールの負極電解液を混合する混合量を求めるステップ
6. 前記混合量に基づき、両モジュールの正極電解液同士、及び負極電解液同士を混合させるステップ

電池モジュールを複数具えるレドックスフロー電池システムでは、モジュール間で電圧に差が生じると、モジュールの電圧がばらつくことで、モジュールごとに電池容量が異なってしまい、その結果、システム全体として電池容量が低下する。そこで、本発明は、モジュール間の電圧差を低減する、或いはなくすべく、モジュール間で同極の電解液同士を混合させることを規定する。より具体的には、電圧差が生じた第一モジュール及び第二モジュールにおいて、第一モジュールの正極電解液と第二モジュールの正極電解液同士、及び第一モジュールの負極電解液と第二モジュールの負極電解液同士を混合させることを規定する。

以下、本発明をより詳しく説明する。
本発明においてレドックスフロー電池システムは、複数の電池モジュールを具えるものとする。電池モジュールは、レドックスフロー電池用セルと、セルに供給/排出される電解液を貯留するタンクと、セルとタンクとを連結する電解液の輸送路とを具える構成が挙げられる。その他、タンクから電解液をセルに供給し易いように輸送路にポンプを設けてもよい。そして、これら電池モジュールのセルを直列に配置する。複数の電池モジュールを具える公知の構成のレドックスフロー電池システムを利用してもよい。

レドックスフロー電池用セルは、隔膜を介して正極セルと負極セルとを具える。電解液としては、1.起電力が高く、2.エネルギー密度が大きく、3.電解液が単一元素系であるため正極電解液と負極電解液とが混合しても充電によって再生することができるといった多くの利点を有しているバナジウムイオン溶液が好適である。電解液の輸送路としては、電解液が接触しても短絡などの事故が生じないように絶縁材料にて形成されたパイプなどを利用して構築するとよい。また、輸送路は、セルに電解液を循環供給できるように循環路としてもよい。

また、本発明では、後述する所定の制御プログラム(上記1〜6のステップを具える制御プログラム)を入力したコンピュータを具えておき、コンピュータの命令に従い、各モジュールの電圧を制御して、モジュール間において電圧がアンバランスとなるのを抑制する。

上記電解液量の制御として具体的には、所定の電圧差内になるようにモジュール間に亘って電解液の混合を行う。そこで、レドックスフロー電池システムは、電池モジュール間において、正極電解液同士、及び負極電解液同士が混合可能な構成としておく。具体的には、例えば、第一モジュールの電解液の輸送路と第二モジュールの電解液の輸送路とを連結管で連結することが挙げられる。より具体的には、例えば、第一モジュールの正極電解液タンクと第二モジュールの正極電解液タンク、第一モジュールの負極電解液タンクと第二モジュールの負極電解液タンクをそれぞれ連結管で連結したり、第一モジュールにおいて正極電解液タンクとセルとの間に配置される正極側の導管と第二モジュールにおいて同じように配置される正極側の導管、第一モジュールにおいて負極電解液タンクとセルとの間に配置される負極側の導管と第二モジュールにおいて同じように配置される負極側の導管とをそれぞれ連結管で連結することが挙げられる。

上記連結管には、開閉可能な開閉部を設けると共に、開閉部が開状態のとき、電解液供給用ポンプの駆動により、連結管に電解液が供給される構成としてもよい。この構成では、開閉部を開くことで、モジュール間の正極電解液同士、及び負極電解液同士が連結管により連結されて、一方のモジュールから他方のモジュールに電解液の輸送が可能となり、開閉部を閉じることで、電解液の輸送が遮断される。開閉部としては、コンピュータからの電気信号によって開閉動作を制御可能な構成を具えるもの、例えば、電動バルブが挙げられる。この開閉部とコンピュータとは、開閉部との間で電気信号を伝送する配線にて連結させておく。そして、コンピュータは、信号受信部に開閉部からの電気信号が入力される/信号送信部から開閉部に電気信号を出力されるようにしておくと共に、上記混合量に基づき、開閉部の制御を行うようにしておく。

次に、制御プログラムについて具体的に説明する。まず、第一ステップ、及び第二ステップを行うにあたり、電圧計などの電圧測定手段を各モジュールにそれぞれ配置しておくと共に、コンピュータと各電圧測定手段とをそれぞれ配線により連結しておき、測定手段からの測定結果(電気信号)がコンピュータに入力されるようにしておく。

第三ステップを行うにあたり、コンピュータは、第一モジュールにおける測定電圧と、第二モジュールにおける測定電圧との差を演算手段により演算するようにしておく。電圧差を(第一モジュールにおける測定電圧−第二モジュールにおける測定電圧)とする場合、電圧差が正の数のとき、第一モジュールの方が電圧が高く、電圧差が負の数のとき、第二モジュールの方が電圧が高いことになる。(第二モジュールにおける測定電圧−第一モジュールにおける測定電圧)とする場合、上記と逆になる。

第四ステップを行うにあたり、所望の電圧差の範囲を設定しておき、コンピュータの記憶手段に予め設定範囲を入力しておく。設定範囲としては、例えば、モジュール間における電圧差(ばらつき)として許容できる範囲が挙げられる。そして、コンピュータは、記憶手段から設定範囲を呼び出して演算した電圧差と比較し、電圧差が設定範囲内か否かを判定するようにしておく。具体的には、電圧差が設定範囲内の場合、モジュール間の電圧差は小さい或いはないため、判定手段が混合不要と判定するようにしておく。このとき、制御動作を終了するようにしてもよい。

第五ステップを行うにあたり、コンピュータは、電圧差が所定の範囲内となるのに必要な電解液の混合量を求める。モジュール間の電圧のばらつきを完全になくすためには、第一モジュールの電解液の全量と第二モジュールの電解液を全量混合することが最良である。しかし、一方のモジュール側から他方のモジュール側に電解液を全量輸送して混合すると、時間がかかって作業性が悪いだけでなく、ポンプロスが大きくなる。そこで、全量を混合して電圧のばらつきを完全になくしてもよいが、本発明では、電圧差が所定の範囲内となるような電解液量を求め、この液量だけ混合することを提案する。

具体的には、電圧差と、電圧差を低減する(或いはなくす)ために必要とされる電解液の混合量、即ち、電圧差を所定の範囲内にするために必要な混合量との関係を求めておき、コンピュータの記憶手段にこの関係値データを予め入力しておく。また、コンピュータは、演算した電圧差と、記憶手段から呼び出した関係値データとを照らし合わせて、混合量を求めるようにしておく。

上記関係値データは、電池容量を複数設定しておき、電池容量ごとにその電池容量を満たすような電圧差と混合量との関係を求めて、電池容量ごとに作成しておいてコンピュータに入力しておいてもよい。また、コンピュータは、電池容量ごとの関係値データのうち、所望の電池容量の関係値データを選択し、演算した電圧差とそのデータと照らし合わせるようにしておくとよい。このとき、測定する電圧は、充電末電圧とすることが挙げられる。

第六ステップにおいて、電解液の混合を行うにあたり電解液の輸送は、ポンプを用いて行うようにしていてもよい。このとき、ポンプもコンピュータにより駆動を制御する構成とすることが好ましい。具体的には、混合量ごとに、ポンプの運転時間、流通速度などのポンプの運転条件を設定しておき、コンピュータの記憶手段に予めこの運転条件を入力しておく。そして、コンピュータは、決定した混合量に対応する運転条件を記憶手段から呼び出し、この条件に基づいてポンプに制御信号を送るようにしておく。この混合は、第一モジュールから第二モジュールに求めた電解液量を輸送させると共に、第二モジュールから第一モジュールに同量の電解液を輸送させる、即ち双方のモジュールで同量の電解液を供給し合うことで行うことが好ましい。

また、レドックスフロー電池システムは上記連結管及び開閉部を具える構成とし、開閉部を開くことにより、連結管を介してモジュール間の電解液路を連結し、正極電解液同士、及び負極電解液同士を混合可能な構成にしてもよい。このとき、開閉部もコンピュータにより開閉動作を制御する構成とすることが好ましい。具体的には、開閉部を開かせて電解液の輸送を行い、決定した混合量を輸送し終わったら、開閉部を閉じるように設定しておくことが挙げられる。

上記一連の制御プログラムは、混合が終わったら制御動作を終了するようにしてもよいが、電圧測定から混合までの混合動作を複数回行うようにしてもよい。混合動作を複数回行う場合、初回の混合動作で電圧差を概ねなくし、2回目以降の混合動作で微調整を行う、というようにしてもよい。このとき、各混合動作において、電圧差の設定範囲を異ならせておいてもよい。

上記一連の制御プログラムは、所望のタイミングで動作させるようにしてもよいし、タイマ手段などを具えておき、一定の時間ごとに自動的に行うようにしておいてもよい。上記いずれにしても、電解液の混合動作は、レドックスフロー電池システムが充放電を行っていないときに行うことが好ましい。従って、一定時間ごとに制御プログラムを動作させる場合、レドックスフロー電池システムが運転中か否かを判断させるステップを具えてもよい。

上記構成を具える本発明は、モジュール間において同極の電解液同士を混合して、各モジュールの電圧を制御することで、モジュール間の電圧のばらつきを低減して、電池容量の低下を低減することができる。

また、本発明では、同極の電解液同士を混合するため、混合に伴うエネルギー消費がほとんどないという効果も奏する。電池モジュール間で電圧のアンバランスが生じる原因として、モジュール間において電解液の価数バランスのずれが挙げられる。このずれは、液移りなどによる不具合から生じる。そこで、特許文献1では、液移りを防止する技術を提案している。また、電解液の価数を調整するべく、従来、電解液の一部を入れ替えたり、異なる極の電解液同士、即ち、正極電解液と負極電解液とを価数バランスのずれがなくなるまで混合することが行われている。しかし、前者では、価数を設定値に戻すことができる反面、設備やそれに伴う費用が必要であり、頻繁に行うことが難しく、後者では、いつでも実施できる反面、混合により内部放電が発生し、大量のエネルギーを消費するため、消費したエネルギーを補充する必要があったり、混合の際、電解液の温度管理を厳重に行う必要があるといった不具合が生じる。これに対し、本発明では、同極の電解液同士を混合するため、混合により大量のエネルギーを消費することがなく、また、混合させるために供給する電解液のみ管理すればよく、混合に伴う不具合を低減することができる。

以下、本発明の実施の形態を説明する。

図1は、二つの電池モジュールを直列に具えるレドックスフロー電池システムの概略構成図である。このレドックスフロー電池システム1は、電池モジュールA(第一モジュール)及び電池モジュールB(第二モジュール)の二つのモジュールを具え、各モジュールA、Bはそれぞれ、セルスタックと、正極電解液タンクを含む正極電解液路と、負極電解液タンクを含む負極電解液路とを具える。

より具体的には、電池モジュールAは、セルスタック10Aと、セルスタック10Aに供給/排出される正極電解液を貯留する正極電解液タンク11と、セルスタック10Aに供給/排出される負極電解液を貯留する負極電解液タンク12と、セルスタック10Aとタンク11、12とを連結して電解液の輸送路となる導管13a、13b、14a、14bとを具え、これら正極電解液タンク11及び導管13a、13bで正極電解液循環路を構成し、負極電解液タンク12及び導管14a、14bで負極電解液循環路を構成する。また、セルスタック10Aに電解液を容易に供給できるように供給用の導管13a、14aにはそれぞれ、ポンプ15a、15bを具える。

電池モジュールBは、セルスタック10Bと、セルスタック10Bに供給/排出される正極電解液を貯留する正極電解液タンク21と、セルスタック10Bに供給/排出される負極電解液を貯留する負極電解液タンク22と、セルスタック10Bとタンク21、22とを連結して電解液の輸送路となる導管23a、23b、24a、24bとを具え、これら正極電解液タンク21及び導管23a、23bで正極電解液循環路を構成し、負極電解液タンク22及び導管24a、24bで負極電解液循環路を構成する。また、セルスタック10Bに電解液を容易に供給できるように供給用の導管23a、24aにはそれぞれ、ポンプ25a、25bを具える。

セルスタック10A、10Bは、レドックスフロー電池用セルを複数積層させた積層体構造である。本例では、各電池モジュールにおいてそれぞれ、二つのセルスタックを直列に配置している。

レドックスフロー電池用セルの基本的構成は、図5に示すセル100と同様であり、イオン交換膜(隔膜)により正極セルと負極セルとに分離され、正極セルに正極電極、負極セルに負極電極を内蔵し、各電極にそれぞれ正極電解液、負極電解液が供給される。本例では、正極電解液にV⁵⁺を含む溶液、負極電解液にV²⁺を含む溶液を用いた。

そして、電池モジュールAの正極電解液と電池モジュールBの正極電解液とを混合できるように、モジュールAの正極電解液循環路とモジュールBの正極電解液循環路とを連結管(第一連結管)で連結している。具体的には、モジュールAからモジュールBに電解液の供給が行えるように、モジュールAの供給用導管13aと、モジュールBの排出用導管23bとを連結管16aで連結し、モジュールBからモジュールAに電解液の供給が行えるように、モジュールBの供給用導管23aと、モジュールAの排出用導管13bとを連結管16bで連結している。

同様に、電池モジュールAの負極電解液と電池モジュールBの負極電解液とを混合できるように、モジュールAの負極電解液循環路とモジュールBの負極電解液循環路とを連結管(第二連結管)で連結している。具体的には、モジュールAからモジュールBに電解液の供給が行えるように、モジュールAの供給用導管14aと、モジュールBの排出用導管24bとを連結管17aで連結し、モジュールBからモジュールAに電解液の供給が行えるように、モジュールBの供給用導管24aと、モジュールAの排出用導管14bとを連結管17bで連結している。

また、導管13a、13b、14a、14b、23a、23b、24a、24bにはそれぞれ、開閉可能な電動バルブv1〜v4、v7〜v10を具え、連結管16a、16b、17a、17bにはそれぞれ、開閉可能な電動バルブv5、v6、v11、v12を具える。この構成により、通常運転時は、バルブv1〜v4、v7〜v10を開き、バルブv5、v6、v11、v12を閉じることで、セルスタック10A、10Bに電解液の供給/セルスタック10A、10Bから電解液の排出を行うことができる。また、電解液の混合時は、バルブv1〜v4、v7〜v10を閉じ、バルブv5、v6、v11、v12を開けることで、電解液の混合を行うことができる。このようなバルブv1〜v12は、コンピュータ27に配線(図示せず)にて接続され、コンピュータ27からの電気信号により開閉動作が制御される。

なお、図1において連結管16a、16b、17a、17bは、モジュールAの導管とモジュールBの導管同士を連結するように配置したが、連結管16a(又は16b)、17a(又は17b)の代わりに正極電解液タンク11と同タンク21同士、負極電解液タンク12と同タンク22同士を連結するように連結管を配置してもよい。このような連結管は、正極電解液タンク間に一つ、負極電解液タンク間に一つ配置するとよい。

更に、本例では、電解液の混合を行う際、連結管16a、16b、17a、17bに電解液を供給するべく、ポンプ15a、15b、25a、25bを駆動する。そこで、本例では、ポンプ15a、15b、25a、25bもコンピュータ27に配線を介して接続させており、コンピュータ27からの電気信号により駆動が制御される構成である。

そして、本発明は、モジュール間の電圧差を低減する、或いはなくすべく、モジュール間において同極の電解液同士を混合して、各モジュールの電圧の制御を行う。そこで、各モジュールにおいてセルの電圧を測定するべく、モジュールA、Bにそれぞれ電圧計(電圧測定手段)19、29を配置している。これら電圧計19、29は、コンピュータ27に配線にて接続され、電圧計19、29からの測定結果(電気信号)がコンピュータ27の信号受信部に入力される構成である。

上記構成を具えるレドックスフロー電池システムにおいて、各モジュールの電解液量の制御手順を具体的に説明する。図2は、本発明レドックスフロー電池システムの運転方法の機能ブロック図である。各モジュールにおいてそれぞれ、電圧計にて充電末電圧a(V)、b(V)を測定して、コンピュータに測定結果を伝送し、モジュール間の電圧差C＝a-bを演算する。この電圧差Cが、コンピュータの記憶手段に入力されている設定範囲(Y(V)以上X(V)以下)を満たすか否かを判定し、電圧差C(V)が範囲外の場合、モジュールA、B間において電解液の混合を行う。電圧差C(V)が範囲内の場合、電解液を混合しない。電解液の混合は、コンピュータに予め記憶させておいた電池容量ごとの電圧差と、電圧差が所定の範囲(ここではY(V)以上X(V)以下)内となるのに必要な電解液の混合量との関係値データから、所望の電池容量の関係値データを選択して、電圧差の絶対値|C|の場合に|C|がY以上X以下となるのに必要な混合量mを求める。そして、混合量mに基づき正極電解液同士、及び負極電解液同士の混合を行う。本例では、連結管を介して電解液の混合を行うべく、ポンプの駆動及びバルブの開閉を行う。そこで、コンピュータに予め記憶させておいた混合量ごとのポンプの運転条件から、ポンプの運転時間を算出すると共に、運転時間に合わせて、バルブの開閉を制御することで、電解液の混合を行う。

図3は、本発明レドックスフロー電池システムの運転方法の制御手順を示すフローチャートである。本例に示す制御手順は、レドックスフロー電池システムが充放電の運転を行っていないときに所望のタイミングで電解液の混合を行う場合である。例えば、以下の手順により電解液の混合を行うようにコンピュータに制御プログラムを入力しておく。具体的には、まず、各電圧計により充電末電圧を測定し、測定した結果(電気信号)がコンピュータの信号受信部に送信されるようにする(ステップS1)。このとき、コンピュータは、入力された各電気信号をそれぞれ充電末電圧a(V)、b(V)に読み替え、記憶手段に一時的に保存しておく。

次に、演算手段により電圧差C＝a-bを演算する(ステップS2)。このとき、コンピュータは、演算した電圧差Cを記憶手段に一時的に保存しておく。なお、本例では、電圧差Cをa-bとしているが、b-aとしてもよい。

次に、コンピュータは、記憶手段に保存されている設定電圧X(V)、Y(V)を呼び出し(ステップS3)、電圧差C(V)が設定範囲Y(V)以上X(V)以下に含まれるか否かを判定する(ステップS4)。ステップS4を行うにあたり、所望の範囲を設定し、コンピュータに入力しておく。

電圧差C(V)が設定範囲(Y(V)以上X(V)以下)に含まれる場合、コンピュータの判定手段は、モジュール間において電解液の混合を不要と判定し(ステップS5)、制御を終える。一方、電圧差C(V)が設定範囲外の場合、コンピュータの判定手段は、モジュール間において電解液の混合を必要と判定する(ステップS6)。

図4は、混合動作の手順を示すフローチャートである。混合動作を行う場合、まず、コンピュータは、記憶手段から電圧差Cを呼び出し(ステップS10)、演算手段によりその絶対値|C|を演算する(ステップS11)。このとき、コンピュータは、演算した電圧差の絶対値|C|を記憶手段に一時的に保存しておく。

次に、コンピュータは、記憶手段に保存されている電池容量ごとの電圧差と電解液の混合量との関係値データを呼び出し、所望の電池容量となる関係値データを選択し(ステップS12)、電圧差の絶対値|C|に照らし合わせて、混合量mを決定する(ステップS13)。ステップS12を行うにあたり、電池容量を予め設定し、電池容量ごとに電圧差と、電圧差を所定の範囲内にするために必要な混合量との関係値データをコンピュータに入力しておく。また、これら電池容量ごとの関係値データのうち、どのデータを利用するかをコンピュータに入力しておく。

次に、コンピュータは、上記混合量mに基づきポンプの運転時間を算出し(ステップS14)、ポンプの運転時間に基づきバルブの開閉動作を制御する制御信号をバルブに出力する(ステップS15)。本例では、モジュールAからモジュールBに電解液を供給すると同時に、モジュールBからモジュールAにも電解液を供給する構成である。従って、上記制御信号により、モジュールAからモジュールBに電解液を供給するべく、図1に示す導管13a、13b、14a、14b、23a、23b、24a、24bに設けたバルブv1〜v4、v7〜v10が閉じられ、連結管16a、17aに設けたバルブv5、v11が開かれ、モジュールAから正極電解液及び負極電解液の双方が混合量mだけモジュールBに供給される。同時に、モジュールBからモジュールAに電解液を供給するべく、図1に示す導管13a、13b、14a、14b、23a、23b、24a、24bに設けたバルブv1〜v4、v7〜v10が閉じられ、連結管16b、17bに設けたバルブv6、v12が開かれ、モジュールBから正極電解液及び負極電解液の双方が混合量mだけモジュールAに供給される。このように双方のモジュールから電解液を供給し合うことで同極の電解液の混合動作を行う。そして、開かれていたバルブv5、v6、v11、v12が閉じられることで混合動作が終了する。この混合動作により、両モジュールA、モジュールBの電圧差が所定の範囲内になる。即ち、モジュール間において電圧のばらつきが低減される、或いはなくなる。

上記一連の手順により、制御動作を終了してもよいが、再度混合動作を行ってもよい。このとき、設定範囲をステップ3の設定範囲よりも狭くして、モジュール間の電圧差をより小さくするようにしてもよい。このように設定範囲を多段に設けることで、先の混合動作(ステップS1〜ステップS15までの手順)から時間によるずれにより生じた電圧差を補正できる。

上記構成を具える本発明は、モジュール間の電圧のばらつきを低減して、電池容量が低下することを抑制できる。特に、混合動作を複数回繰り返すようにすることで、モジュール間の電圧差をより小さくして、電池容量の低下をより効果的に防止することができる。

本発明は、負荷平準化や瞬低対策などとして利用されているレドックスフロー電池システムの運転に利用することが好適である。

電池モジュールを複数具えるレドックスフロー電池システムの概略構成図である。 本発明レドックスフロー電池システムの運転方法の機能ブロック図である。 本発明レドックスフロー電池システムの運転方法の制御手順を示すフローチャートである。 混合動作の手順を示すフローチャートである。 レドックスフロー電池の動作原理の説明図である。

符号の説明

1 レドックスフロー電池システム
10A,10B セルスタック 11,21 正極電解液タンク
12,22 負極電解液タンク 13a,13b,14a,14b,23a,23b,24a,24b 導管
15a,15b,25a,25b ポンプ 16a,16b,17a,17b 連結管 27 コンピュータ
19,29 電圧計
100 セル 100A 正極セル 100B 負極セル 101 隔膜 102 正極電極
103 負極電極 104A 正極電解液タンク 104B 負極電解液タンク
105A,105B ポンプ 106A,106B 導管

Claims (3)

1. セルに正極電解液及び負極電解液を供給して充放電を行う複数の電池モジュールを直列に具えるレドックスフロー電池システムの運転方法であって、
   コンピュータに以下のステップを行わせて、各モジュールの電圧を制御することを特徴とするレドックスフロー電池システムの運転方法。
   1. 第一モジュールにおいて、第一電圧測定手段にてセルの電圧を測定するステップ
   2. 第二モジュールにおいて、第二電圧測定手段にてセルの電圧を測定するステップ
   3. 第一モジュールにおける測定電圧と、第二モジュールにおける測定電圧との差を演算するステップ
   4. 前記電圧差が設定範囲内に含まれるか否かを判定するステップ
   5. 前記電圧差が設定範囲外の場合、電圧差に基づいて第一モジュールの正極電解液と第二モジュールの正極電解液、及び第一モジュールの負極電解液と第二モジュールの負極電解液を混合する混合量を求めるステップ
   6. 前記混合量に基づき、両モジュールの正極電解液同士、及び負極電解液同士を混合させるステップ
2. 電解液の混合動作は、レドックスフロー電池システムが充放電を行っていないときに行うことを特徴とする請求項1に記載のレドックスフロー電池システムの運転方法。
3. 第一モジュールに具える正極電解液の輸送路と、第二モジュールに具える正極電解液の輸送路とを第一連結管で連結し、
   第一モジュールに具える負極電解液の輸送路と、第二モジュールに具える負極電解液の輸送路とを第二連結管で連結し、
   前記第一連結管及び第二連結管には、それぞれ開閉可能な開閉部を具え、
   前記開閉部が開状態のとき、各輸送路に具える電解液供給用のポンプの駆動により、第一連結管及び第二連結管に電解液が供給され、
   電解液の混合動作は、前記開閉部の開閉及びポンプの駆動を制御することで行うことを特徴とする請求項1に記載のレドックスフロー電池システムの運転方法。

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