JP2014137898A - Redox flow battery system, control method of redox flow battery system, power generation system, and control method of power generation system - Google Patents

Redox flow battery system, control method of redox flow battery system, power generation system, and control method of power generation system Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a redox flow battery system the state of charge of which can be understood accurately, and a control method thereof, and to provide a power generation system using this redox flow battery system, and a control method thereof.SOLUTION: At least one of a positive electrode electrolyte and a negative electrode electrolyte is an electrolyte to be inspected, and a physical property value having correlation with the state of charge of the electrolyte to be inspected is measured by measuring means 201. State of charge calculation means 203 calculates the state of charge of the electrolyte to be inspected by using the measurement results and predetermined correlation of the state of charge of the electrolyte to be inspected with the physical property value.

Description

本発明は、電池セルに正極電解液及び負極電解液を循環供給させて充放電を行うレドックスフロー電池システム及びその制御方法に関する。特に、運転状態に拘らず充電状態を把握可能なレドックスフロー電池システム及びその制御方法に関する。さらに、本発明は、このレドックスフロー電池システムを用いた発電システム、及びその制御方法に関する。   The present invention relates to a redox flow battery system that charges and discharges by circulatingly supplying a positive electrode electrolyte and a negative electrode electrolyte to battery cells, and a control method thereof. In particular, the present invention relates to a redox flow battery system capable of grasping a state of charge regardless of an operating state and a control method thereof. Furthermore, this invention relates to the electric power generation system using this redox flow battery system, and its control method.

従来、負荷平準化用途や瞬低・停電対策用途等に、レドックスフロー電池システムが利用されている。このレドックスフロー電池システムは、セル（電池セル）に電池反応を起こす電解液を循環供給させて充放電を行う二次電池システムであり、例えば、電解液としてバナジウムイオンを含む電解液を用いたバナジウム系レドックスフロー電池システムが知られている。図３は、バナジウム系レドックスフロー電池システムの動作原理を説明する説明図である。   Conventionally, redox flow battery systems have been used for load leveling applications, voltage sag and power failure countermeasures. This redox flow battery system is a secondary battery system that charges and discharges by circulatingly supplying an electrolytic solution that causes a battery reaction to a cell (battery cell). For example, vanadium using an electrolytic solution containing vanadium ions as the electrolytic solution A redox flow battery system is known. FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining the operating principle of the vanadium redox flow battery system.

セル１００は、イオン交換膜（隔膜）１０１により分離された正極セル１０２と負極セル１０３を備え、正極セル１０２は正極電極１０４を備え、負極セル１０３は負極電極１０５を備えている。各セルは、複数のセルを積層させたセルスタックと称される構成が用いられる場合が通常である。各セル１０２、１０３にはそれぞれ、タンク１０６、１０７に貯留される正極電解液、負極電解液が導入部１０８、１０９を介して供給される。各極セル１０２、１０３から排出された正極電解液、負極電解液はそれぞれ、排出部１１０、１１１を介してタンク１０６、１０７に戻される。導入部１０８、１０９にはそれぞれ、ポンプ１１２、１１３が配置され、そのポンプ１１２、１１３を用いて、上述のように、タンク→導入部→セル→排出部→タンクという経路で電解液の循環が行われる。また、セル１００は、交流／直流変換器（ＡＣ／ＤＣ）を介して発電所や需要家などの外部電力系統に接続され、発電所などを充電電力源として充電を行い、需要家などを放電対象として放電を行う。   The cell 100 includes a positive electrode cell 102 and a negative electrode cell 103 separated by an ion exchange membrane (diaphragm) 101, the positive electrode cell 102 includes a positive electrode 104, and the negative electrode cell 103 includes a negative electrode 105. Each cell usually uses a configuration called a cell stack in which a plurality of cells are stacked. A positive electrode electrolyte and a negative electrode electrolyte stored in the tanks 106 and 107 are supplied to the cells 102 and 103 via the introduction portions 108 and 109, respectively. The positive electrode electrolyte and the negative electrode electrolyte discharged from the electrode cells 102 and 103 are returned to the tanks 106 and 107 via the discharge portions 110 and 111, respectively. Pumps 112 and 113 are arranged in the introduction sections 108 and 109, respectively. Using the pumps 112 and 113, as described above, the electrolytic solution is circulated through the path of tank → introduction section → cell → discharge section → tank. Done. The cell 100 is connected to an external power system such as a power plant or a consumer via an AC / DC converter (AC / DC), and is charged using the power plant as a charging power source to discharge the customer or the like. Discharge as a target.

その他、レドックスフロー電池システムでは、セルの電圧を測定するための電圧計、充放電時の電流値を測定するための電流計、電解液の輸送圧力を測定するための圧力計、電解液の温度を測定するための温度計等の計測機器、これらの計測機器の測定結果によりシステムの状態を把握し、電圧や電流、圧力、温度等が所定値となるように制御したり、メンテナンスを行ったりしている。   In addition, in a redox flow battery system, a voltmeter for measuring the voltage of a cell, an ammeter for measuring a current value during charge / discharge, a pressure gauge for measuring the transport pressure of the electrolyte, and the temperature of the electrolyte Measuring equipment such as thermometers to measure the system, grasp the state of the system from the measurement results of these measuring equipment, control voltage, current, pressure, temperature, etc. to become predetermined values, perform maintenance, etc. doing.

このようなレドックスフロー電池システムにおいては、従来、予め定められた充放電を行っている際の電圧（通電電圧）の上限値及び下限値によって、充電の停止や放電の停止を行っており、いずれの停止も通電電圧によって決められている。また、従来、セル内の電解液の充電状態は、開放電圧によって把握することが行われている。しかし、この方法には、以下の問題があった。   In such a redox flow battery system, charging and discharging are stopped according to the upper limit value and lower limit value of a voltage (energization voltage) when charging / discharging is performed in advance. The stoppage is also determined by the energization voltage. Conventionally, the state of charge of the electrolyte in the cell has been grasped by the open circuit voltage. However, this method has the following problems.

（１）通電電圧により充電や放電の停止を決めると、充電状態にばらつきが生じることがある。運転条件は、電池の劣化程度によって電池抵抗が異なることや、温度などの環境等によって変動するものであり、例えば、一般に温度が高いほど充放電がよく行える。そのため、通電電圧により充電の停止や放電の停止を決めると、運転条件によって充電停止時の充電状態や放電停止時の充電状態がばらつく、即ち、出力容量（ｋＷｈ）がばらつく恐れがある。 (1) When charging or discharging is stopped depending on the energization voltage, the charged state may vary. The operating conditions are such that the battery resistance varies depending on the degree of deterioration of the battery and varies depending on the environment such as temperature. For example, generally, the higher the temperature, the better the charge / discharge. For this reason, if the stop of the charge or the stop of the discharge is determined by the energized voltage, the charge state at the time of the charge stop or the charge state at the time of the stop of the charge may vary depending on the operating conditions, that is, the output capacity (kWh) may vary.

（２）従来のレドックスフロー電池システムでは、充電状態を常時把握することが困難である。開放電圧を測定するためには、通電を停止する必要がある。したがって、従来のように開放電圧により充電状態を常時把握しようとすると、通電を停止し続けることになり、現実的でない。また、電解液の充電状態を把握して充放電の際の電圧や電流量を適宜変更させないと、十分に充放電できない恐れがある。そのため、充電状態を常時把握できることが望まれている。 (2) In the conventional redox flow battery system, it is difficult to always grasp the state of charge. In order to measure the open circuit voltage, it is necessary to stop energization. Therefore, if it is attempted to always grasp the state of charge by the open voltage as in the conventional case, the energization is continuously stopped, which is not realistic. Moreover, unless the charge state of electrolyte solution is grasped and the voltage and current amount at the time of charge / discharge are appropriately changed, there is a possibility that charge / discharge cannot be sufficiently performed. Therefore, it is desired that the state of charge can be always grasped.

このような課題を解決する技術として、外部電力系統との間で充放電を行うメインセルとは別に、モニタセルを備えるものがある。これは、モニタセルにて開放電圧を検出し、この検出結果を利用して充放電の停止や切り替えを行うものである。特許文献1には、交流／直流変換器に接続されない補助セルにて開放電圧を測定し、この開放電圧に基づいて主セルの充放電の停止や切り替え等を決定することで、主セルの出力容量の安定化を図るようにしたレドックスフロー電池システムが記載されている。   As a technique for solving such a problem, there is one that includes a monitor cell in addition to a main cell that performs charging and discharging with an external power system. In this method, an open circuit voltage is detected by a monitor cell, and charge / discharge is stopped or switched using the detection result. In Patent Document 1, the open cell voltage is measured in an auxiliary cell that is not connected to an AC / DC converter, and the main cell output is determined by determining whether charging / discharging of the main cell is stopped or switched based on the open circuit voltage. A redox flow battery system is described which is designed to stabilize capacity.

ところで、再生可能エネルギーを利用した発電のうち、太陽光発電や風力発電については、メガソーラーやウインドファームの設置による大量導入が期待されている。しかしながら、発電量が気象条件に依存することから安定した出力を確保することが困難であるという問題や、需給量の平滑化に十分に対処できないという問題がある。このため、再生可能エネルギーによる発電においては、出力安定化のために、レドックスフロー電池システム等の二次電池システムを併設した発電システムとすることで、出力の安定化や需給量の平滑化を図っている。   By the way, among power generation using renewable energy, solar power generation and wind power generation are expected to be introduced in large quantities by installing mega solar and wind farms. However, there is a problem that it is difficult to ensure a stable output because the amount of power generation depends on weather conditions, and a problem that it cannot sufficiently cope with smoothing of the supply and demand. For this reason, in power generation using renewable energy, a power generation system with a secondary battery system, such as a redox flow battery system, is used to stabilize output and smooth supply and demand. ing.

特開２００３−３１７７８８号公報JP 2003-317788 A

上述のように、モニタセルを備えるレドックスフロー電池システムでは、運転を停止することなく開放電圧を測定することで電解液の充電状態を正確に把握できる。しかし、電解液の充電状態を測定するためには、充放電に寄与しないモニタセルが必要な上、測定電極をモニタセルの正極側と負極側に一つずつ（一対）設けなければならない。よって、何らかの原因により少なくとも一方の測定電極に不具合が生じた場合は、電解液の充電状態を測定することができない。また、システムの設計上、モニタセルを含む構成をとれない場合も想定される。したがって、モニタセルによる充電状態の測定に不具合が生じたときの補助のため、又は、モニタセルを用いないレドックスフロー電池システムを実現するため、開放電圧の測定以外の手段を用いた充電状態の把握手段が求められてきた。   As described above, in the redox flow battery system including the monitor cell, the state of charge of the electrolytic solution can be accurately grasped by measuring the open circuit voltage without stopping the operation. However, in order to measure the state of charge of the electrolytic solution, a monitor cell that does not contribute to charge / discharge is required, and one measurement electrode (one pair) must be provided on each of the positive electrode side and the negative electrode side of the monitor cell. Therefore, when at least one of the measurement electrodes is defective for some reason, the state of charge of the electrolytic solution cannot be measured. Further, there may be a case where a configuration including a monitor cell cannot be taken due to the design of the system. Therefore, in order to assist when a failure occurs in the measurement of the state of charge by the monitor cell, or to realize a redox flow battery system that does not use the monitor cell, a means for grasping the state of charge using means other than the measurement of the open-circuit voltage is provided. It has been sought.

さらに、レドックスフロー電池を備える発電システムにおいても、再生可能エネルギーを用いた発電手段の出力変動に適切に対応するため、レドックスフロー電池システムの正確な充電状態を常時把握することが必要である。しかし、モニタセルを備えるレドックスフロー電池システムを備える発電システムでは、上記と同様の問題が起こりうる。   Furthermore, even in a power generation system equipped with a redox flow battery, it is necessary to constantly grasp the accurate state of charge of the redox flow battery system in order to appropriately cope with output fluctuations of power generation means using renewable energy. However, problems similar to the above may occur in a power generation system including a redox flow battery system including a monitor cell.

本発明は、このような事情に鑑みてなされ、モニタセル以外の手段で正確に充電状態を把握できるレドックスフロー電池システム及びその制御方法を提供することを目的の一つとする。また、本発明は、このレドックスフロー電池システムを用いることで、出力の安定化や需給の平滑化を行う発電システムを提供すること、およびこの発電システムの制御方法を提供することを別の目的とする。   This invention is made | formed in view of such a situation, and it is set as one of the objectives to provide the redox flow battery system which can grasp | ascertain a charge condition correctly by means other than a monitor cell, and its control method. Another object of the present invention is to provide a power generation system that stabilizes output and smoothes supply and demand by using this redox flow battery system, and to provide a control method for this power generation system. To do.

本発明は、正極電解液又は負極電解液の少なくとも一方の電解液を検査対象電解液とし、検査対象電解液の充電状態と相関関係を有する物性値を利用して充電状態を把握することで、上記の目的を達成する。   In the present invention, at least one of a positive electrode electrolyte or a negative electrode electrolyte is used as an inspection target electrolyte, and a charge state is grasped using a physical property value having a correlation with a charge state of the test target electrolyte. Achieving the above objectives.

本発明のレドックスフロー電池システムは、電池セルに正極電解液及び負極電解液を循環供給させて充放電を行うレドックスフロー電池システムであって、測定手段と、記憶手段と、充電状態演算手段と、充放電制御手段とを備える。測定手段は、正極電解液又は負極電解液の少なくとも一方の電解液を検査対象電解液とし、検査対象電解液の充電状態と相関関係を有する物性値を測定する。記憶手段は、予め求めた検査対象電解液の充電状態と物性値との相関関係を記憶する。充電状態演算手段は、測定手段による測定結果と、記憶手段に記憶された相関関係とを用いて検査対象電解液の充電状態を求める。充放電制御手段は、充電状態演算手段による演算結果に基づいて充電又は放電を制御する。物性値の具体例としては、温度、色彩に相関する光学的物性値、電気伝導度、比重、粘度、流量、及び流速の少なくとも一つが挙げられる。   The redox flow battery system of the present invention is a redox flow battery system that performs charging and discharging by circulating and supplying a positive electrode electrolyte and a negative electrode electrolyte to battery cells, and includes a measurement unit, a storage unit, a charge state calculation unit, Charge / discharge control means. The measurement means uses at least one of the positive electrode electrolyte and the negative electrode electrolyte as an inspection target electrolyte, and measures a physical property value having a correlation with a charged state of the inspection target electrolyte. The storage means stores a correlation between the state of charge of the electrolyte to be inspected and the physical property value obtained in advance. The state of charge calculation means obtains the state of charge of the electrolyte to be inspected using the measurement result obtained by the means for measurement and the correlation stored in the storage means. The charge / discharge control means controls charging or discharging based on the calculation result by the charge state calculation means. Specific examples of the physical property value include at least one of an optical physical property value correlated with temperature and color, electrical conductivity, specific gravity, viscosity, flow rate, and flow rate.

本発明のシステムによれば、検査対象電解液の充電状態と相関関係を有する物性値の測定結果を利用するので、運転状態によらず正確な充電状態を測定把握することができる。また、この物性値の測定は、例えば市販の各種測定機器を利用することで、システムの充放電を停止することなく簡便に行える。さらに、少なくとも一方の電解液の物性値を測定すればシステムの充電状態を把握することができ、開放電圧を測定する必要もないので、充放電に寄与しないモニタセルを不要とすることができる。モニタセルを設けない場合、セルスタックの構成をモニタセルを備える場合と同様の大きさ（セル数）とするのであれば、すべてのセルを実際の充放電に使用できるメインセルとすることができる。したがって、同一のセル数であっても、モニタセルを備える場合と比べて高出力のレドックスフロー電池システムとすることができる。   According to the system of the present invention, since the measurement result of the physical property value having a correlation with the state of charge of the electrolyte solution to be inspected is used, the accurate state of charge can be measured and grasped regardless of the operating state. In addition, the measurement of the physical property value can be easily performed without stopping charging / discharging of the system by using, for example, various commercially available measuring instruments. Furthermore, if the physical property value of at least one of the electrolytes is measured, the state of charge of the system can be grasped, and it is not necessary to measure the open circuit voltage, so that a monitor cell that does not contribute to charging / discharging can be dispensed with. When the monitor cell is not provided, if the cell stack has the same size (number of cells) as that provided with the monitor cell, all cells can be used as main cells that can be used for actual charge / discharge. Therefore, even if it is the same number of cells, it can be set as a redox flow battery system of high output compared with the case where a monitor cell is provided.

本発明のレドックスフロー電池システムにおいて、測定手段は電池セルへ電解液を導入する導入部に配置されることが好ましい。この構成によれば、充放電前の電解液の物性値を測定することとなるので、より正確に充電状態を決定することが可能となる。この結果、より確実に過充電等を防止することができ、過充電に伴うセルの損傷を抑制することができる。また、同様の観点から、測定手段は、導入部の中でも電池セル近傍に配置されることがより好ましい。   In the redox flow battery system of the present invention, it is preferable that the measuring means is disposed in an introduction part for introducing an electrolytic solution into the battery cell. According to this structure, since the physical property value of the electrolyte before charging / discharging is measured, it is possible to determine the state of charge more accurately. As a result, overcharge or the like can be prevented more reliably and cell damage due to overcharge can be suppressed. In addition, from the same viewpoint, it is more preferable that the measurement unit is disposed in the vicinity of the battery cell in the introduction portion.

本発明のレドックスフロー電池システムの制御方法は、電池セルに正極電解液及び負極電解液を循環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制御方法であって、測定ステップと、充電状態演算ステップと、充放電制御ステップとを備える。測定ステップは、正極電解液又は負極電解液の少なくとも一方の電解液を検査対象電解液とし、この検査対象電解液の充電状態と相関関係を有する物性値を測定する。充電状態演算ステップでは、測定ステップによる測定結果と、予め求めた検査対象電解液の充電状態と物性値との相関関係とを用いて検査対象電解液の充電状態を求める。充放電制御ステップでは、充電状態演算ステップで求めた演算結果に基づいて充電又は放電を制御する。物性値の具体例としては、上記と同様のものが利用できる。   A control method for a redox flow battery system according to the present invention is a control method for a redox flow battery system in which a positive electrode electrolyte and a negative electrode electrolyte are circulated and supplied to a battery cell to charge and discharge, and a measurement step and a charge state calculation step And a charge / discharge control step. In the measurement step, at least one of the positive electrode electrolyte and the negative electrode electrolyte is used as an inspection target electrolyte, and a physical property value having a correlation with a charged state of the inspection target electrolyte is measured. In the charge state calculation step, the state of charge of the test target electrolyte is obtained using the measurement result obtained in the measurement step and the correlation between the charge state of the test target electrolyte and the physical property value obtained in advance. In the charge / discharge control step, charge or discharge is controlled based on the calculation result obtained in the charge state calculation step. Specific examples of physical property values can be the same as those described above.

本発明のレドックスフロー電池システムの制御方法によれば、システムの運転状態によらず正確な充電状態を把握することができる。これにより、例えば、検査対象電解液の物性値が、過充電が予測される所定値に到達する以前に電池の運転を停止させる、過放電にならないように運転を停止させる、及び、非常用バックアップとして最低充電量が規定されている場合に、この充電量を超えて放電してしまうといったことをより確実に防ぐことができる。   According to the control method of the redox flow battery system of the present invention, an accurate charge state can be grasped regardless of the operation state of the system. Thereby, for example, the battery operation is stopped before the physical property value of the electrolyte to be inspected reaches a predetermined value at which overcharge is predicted, the operation is stopped so as not to be overdischarged, and the emergency backup is performed. When the minimum charge amount is defined as, it is possible to more reliably prevent discharge exceeding the charge amount.

本発明の発電システムは、発電手段と、発電量計測手段と、二次電池システムとを備える。発電手段は、再生可能エネルギーを用いて発電する。発電量計測手段は、発電手段による発電量を計測する。二次電池システムは、本発明のレドックスフロー電池システムである。そして、このレドックスフロー電池システムが備える充放電制御手段は、発電量計測手段の計測結果と、レドックスフロー電池の充電状態とを利用して、レドックスフロー電池システムの充電又は放電を制御する。この発電システムにおける物性値の具体例も、レドックスフロー電池において説明した物性値と同様のものが挙げられる。   The power generation system of the present invention includes power generation means, power generation amount measurement means, and a secondary battery system. The power generation means generates power using renewable energy. The power generation amount measuring means measures the amount of power generated by the power generation means. The secondary battery system is the redox flow battery system of the present invention. And the charging / discharging control means with which this redox flow battery system is equipped controls the charge or discharge of a redox flow battery system using the measurement result of an electric power generation amount measurement means, and the charge state of a redox flow battery. Specific examples of the physical property values in this power generation system include the same physical property values as described in the redox flow battery.

本発明のレドックスフロー電池システムを備える発電システムによれば、レドックスフロー電池の充電状態を正確に把握できるので、出力安定化や需給平滑化を適切に行うことができる。また、レドックスフロー電池システムがモニタセルを備えない場合は、単位面積あたりに設置できるメインセルの数を増やすことができるので、モニタセルを備える場合よりも小型な発電システム又は高出力な発電システムとすることができる。   According to the power generation system including the redox flow battery system of the present invention, since the charge state of the redox flow battery can be accurately grasped, output stabilization and supply / demand smoothing can be appropriately performed. In addition, when the redox flow battery system does not include a monitor cell, the number of main cells that can be installed per unit area can be increased. Therefore, a smaller power generation system or a higher power generation system than when a monitor cell is provided. Can do.

本発明の発電システムの制御方法は、再生可能エネルギーを用いて発電するステップと、その発電電力を計測するステップと、二次電池システムの充電状態を検出するステップと、発電電力の計測結果と二次電池システムの充電状態の検出結果とを利用して二次電池システムの充放電を制御するステップとを備える。二次電池システムは、電池セルに正極電解液及び負極電解液を循環供給して充放電を行うレドックスフロー電池システムである。二次電池システムの充電状態を検出するステップは、以下の物性値測定ステップと充電状態演算ステップとを備える。
物性値測定ステップ：正極電解液又は負極電解液の少なくとも一方の電解液を検査対象電解液とし、検査対象電解液の充電状態と相関関係を有する物性値を測定する。
充電状態演算ステップ：物性値の測定結果と、予め求めた検査対象電解液の充電状態と物性値との相関関係とを用いて検査対象電解液の充電状態を演算する。
この発電システムの制御方法における物性値の具体例も、レドックスフロー電池において説明した物性値と同様のものが挙げられる。 The power generation system control method of the present invention includes a step of generating power using renewable energy, a step of measuring the generated power, a step of detecting a charge state of the secondary battery system, a measurement result of the generated power, And a step of controlling charging / discharging of the secondary battery system using the detection result of the state of charge of the secondary battery system. The secondary battery system is a redox flow battery system that performs charge and discharge by circulatingly supplying a positive electrode electrolyte and a negative electrode electrolyte to battery cells. The step of detecting the charged state of the secondary battery system includes the following physical property value measuring step and charged state calculating step.
Physical property value measuring step: Using at least one of the positive electrode electrolyte and the negative electrode electrolyte as an inspection target electrolyte, a physical property value having a correlation with the state of charge of the inspection target electrolyte is measured.
Charge state calculation step: The charge state of the test target electrolyte is calculated using the measurement result of the physical property value and the correlation between the charge state of the test target electrolyte and the physical property value obtained in advance.
Specific examples of the physical property values in this power generation system control method include the same physical property values as described in the redox flow battery.

この制御方法によれば、レドックスフロー電池システムの正確な充電状態をその運転状態によることなく知ることができるので、発電手段の様々な発電状況に応じて、より適切に発電システムの制御を行うことができる。これにより、出力安定化や需給平滑化を、より適切に行うことができる。   According to this control method, it is possible to know the exact charge state of the redox flow battery system without depending on its operation state, so that the power generation system can be controlled more appropriately according to various power generation conditions of the power generation means. Can do. Thereby, output stabilization and supply-demand smoothing can be performed more appropriately.

本発明のレドックスフロー電池システム及びその制御方法によれば、モニタセルを用いなくとも、常時、レドックスフロー電池システムの正確な充電状態を把握することができ、過充電や過放電を確実に防止できる。また、本発明の発電システム及びその制御方法によれば、レドックスフロー電池の充電状態を正確に把握できるので、出力安定化や需給平滑化を適切に行うことができる発電システム、及び、この発電システムの最適な運転制御方法を提供することができる。   According to the redox flow battery system and the control method thereof of the present invention, an accurate charge state of the redox flow battery system can always be grasped without using a monitor cell, and overcharge and overdischarge can be reliably prevented. In addition, according to the power generation system and the control method thereof of the present invention, since the state of charge of the redox flow battery can be accurately grasped, the power generation system capable of appropriately performing output stabilization and supply / demand smoothing, and the power generation system It is possible to provide an optimal operation control method.

実施形態１に係る本発明のレドックスフロー電池システムの概略図である。1 is a schematic diagram of a redox flow battery system of the present invention according to Embodiment 1. FIG. 実施形態２に係る本発明の発電システムの概略図である。It is the schematic of the electric power generation system of this invention which concerns on Embodiment 2. FIG. 従来のレドックスフロー電池システムの概略図である。It is the schematic of the conventional redox flow battery system.

以下、本発明の実施の形態を説明する。   Embodiments of the present invention will be described below.

（実施形態１）
＜レドックスフロー電池システム＞
本発明のレドックスフロー電池システムを、図１を用いて説明する。このシステムの基本的な構成は、先に説明した図３の従来のレドックスフロー電池システムと同様に、セル１００と、タンク１０６、１０７と、導入部１０８、１０９と、排出部１１０、１１１と、ポンプ１１２、１１３とを備える。セル１００は、隔膜１０１と、正極セル１０２と、負極セル１０３と、正極電極１０４と、負極電極１０５とからなるセルを複数積層させたセルスタックである。そして、ポンプ１１２、１１３により正極電解液及び負極電解液を白抜き矢印の方向に循環させ、充放電を行う。このシステムの特徴の一つとして、測定手段２０１と、記憶手段２０２と、充電状態演算手段２０３と、充放電制御手段２０４とを備える。これら各手段は、正極電解液又は負極電解液の少なくとも一方の電解液を検査対象電解液としたとき、検査対象電解液の所定の物性値から充電状態を求めて、セル１００の充放電の制御を行うことに用いられる。これら一連の制御はコンピュータにより行われる。図中の交流／直流変換器は、充放電制御手段２０４からの指令により、商用電源からのセル１００への受電又はセル１００から需要家への給電の切り替え、並びに交直流の相互変換を行う。 (Embodiment 1)
<Redox flow battery system>
The redox flow battery system of this invention is demonstrated using FIG. The basic configuration of this system is similar to the conventional redox flow battery system of FIG. 3 described above, with the cell 100, the tanks 106 and 107, the introduction sections 108 and 109, the discharge sections 110 and 111, Pumps 112 and 113 are provided. The cell 100 is a cell stack in which a plurality of cells including a diaphragm 101, a positive electrode cell 102, a negative electrode cell 103, a positive electrode 104, and a negative electrode 105 are stacked. Then, the positive and negative electrolyte solutions are circulated in the direction of the white arrow by the pumps 112 and 113 to perform charge / discharge. As one of the features of this system, a measurement unit 201, a storage unit 202, a charge state calculation unit 203, and a charge / discharge control unit 204 are provided. Each of these means obtains a charge state from a predetermined physical property value of the inspection target electrolyte when at least one of the positive electrode electrolyte and the negative electrode electrolyte is used as the inspection target electrolyte, and controls charge / discharge of the cell 100 Used to do A series of these controls is performed by a computer. The AC / DC converter in the figure performs power reception from the commercial power source to the cell 100 or power supply from the cell 100 to the consumer, and AC / DC mutual conversion according to a command from the charge / discharge control means 204.

以下、本発明のレドックスフロー電池システムの備える各手段につき詳細に説明する。   Hereafter, each means with which the redox flow battery system of this invention is provided is demonstrated in detail.

［測定手段］
測定手段２０１は、検査対象電解液の物性値を測定すると共に、測定した物性値を充電状態演算手段２０３に出力する。測定手段２０１が測定する物性値は、検査対象電解液の充電状態と相関関係を有する物性値とする。具体的には、検査対象電解液の温度、色彩に相関する光学的物性値（以下、単に光学的物性値という場合がある）、電気伝導度、比重、粘度、流量、及び流速等が挙げられる。物性値の測定においては、一種類の物性値を一か所でのみ測定してもよいし、同一又は異なる物性値を複数個所で測定してもよい。本実施形態では、測定手段２０１は、正極電解液及び負極電解液の両方を検査対象電解液とし、それぞれの導入部１０８、１０９、より具体的には導入部１０８、１０９中であって、それぞれのポンプ１１２、１１３とセル１００との間に設けてある。以下、例示した各物性値とその測定手段について説明する。 [Measuring means]
The measuring unit 201 measures the physical property value of the electrolyte to be inspected and outputs the measured physical property value to the charge state calculating unit 203. The physical property value measured by the measuring unit 201 is a physical property value having a correlation with the state of charge of the inspection target electrolyte. Specifically, the optical property value (hereinafter sometimes simply referred to as an optical property value) correlated with the temperature and color of the electrolyte solution to be inspected, electrical conductivity, specific gravity, viscosity, flow rate, flow rate, and the like. . In the measurement of physical property values, one type of physical property value may be measured only at one location, or the same or different physical property values may be measured at multiple locations. In the present embodiment, the measuring means 201 uses both the positive electrode electrolyte and the negative electrode electrolyte as test target electrolytes, and is in each of the introduction parts 108 and 109, more specifically in the introduction parts 108 and 109, respectively. The pumps 112 and 113 and the cell 100 are provided. Hereinafter, each exemplified physical property value and its measuring means will be described.

（温度）
電解液は充電時には吸熱反応を起こし、放電時には発熱反応を起こす。よって、検査対象電解液の温度と検査対象電解液の充電状態との間には相関関係がある。なお、温度を測定する手段としては、熱電対などの接触式温度センサや、放射温度計などの非接触式温度センサ等の市販の温度測定機器が利用できる。 (temperature)
The electrolyte causes an endothermic reaction during charging and an exothermic reaction during discharging. Therefore, there is a correlation between the temperature of the test target electrolyte and the state of charge of the test target electrolyte. As a means for measuring the temperature, commercially available temperature measuring devices such as a contact temperature sensor such as a thermocouple and a non-contact temperature sensor such as a radiation thermometer can be used.

（色彩に相関する光学的物性値）
検査対象電解液に含まれる電解質は、その価数によって色彩が異なる。例えば、バナジウム系レドックスフロー電池において、正極側電解液に含まれるバナジウムイオンが、Ｖ５＋の状態では赤橙色だが、Ｖ４＋の状態では青色を呈する。また、負極側電解液に含まれるバナジウムイオンは、Ｖ３＋の状態では緑色を、Ｖ２＋の状態では紫色を呈する。さらに、鉄イオンとクロムイオンを電解液に含む鉄−クロム系レドックスフロー電池においては、正極電解液に含まれる鉄イオンはＦｅ３＋の状態では黄褐色を、Ｆｅ２＋の状態では緑色を呈し、負極電解液に含まれるクロムイオンは、Ｃｒ３＋の状態では緑色を、Ｃｒ２＋の状態では青色を呈することが知られている。その他にも、チタンイオンとマンガンイオンを電解液に含むチタン−マンガン系レドックスフロー電池においては、正極電解液に含まれるマンガンイオンは、Ｍｎ３＋の状態では赤色を、Ｍｎ２＋の状態ではわずかに淡赤色を呈し、負極電解液に含まれるチタンイオンは、Ｔｉ４＋の状態では無色を、Ｔｉ３＋の状態では紫色を呈する。よって、検査対象電解液の光学的物性値と検査対象電解液の充電状態との間には相関関係がある。この光学的物性値としては、例えば吸光度、透過率、反射率等が挙げられる。これらの一つを測定してもよいし、複数を測定してもよい。なお、光学的物性値を測定する手段としては、分光光度計や、反射率・透過率測定器などの市販の測定機器が利用できる。 (Optical properties related to color)
The electrolyte contained in the electrolyte to be inspected varies in color depending on its valence. For example, in a vanadium-based redox flow battery, vanadium ions contained in the positive electrode side electrolyte solution are reddish orange in the state of V 5+ but blue in the state of V 4+ . Further, vanadium ions contained in the negative electrode side electrolyte solution exhibit a green color in a V 3+ state and a purple color in a V 2+ state. Furthermore, in an iron-chromium redox flow battery containing iron ions and chromium ions in the electrolyte, the iron ions contained in the cathode electrolyte exhibit a yellowish brown color in the Fe 3+ state and green in the Fe 2+ state. It is known that chromium ions contained in the electrolytic solution exhibit a green color in the Cr 3+ state and a blue color in the Cr 2+ state. In addition, in a titanium-manganese redox flow battery containing titanium ions and manganese ions in the electrolyte, the manganese ions contained in the positive electrode electrolyte are red in the Mn 3+ state and slightly light in the Mn 2+ state. Titanium ions that are red and contained in the negative electrode electrolyte are colorless in the Ti 4+ state and purple in the Ti 3+ state. Therefore, there is a correlation between the optical property value of the test target electrolyte and the state of charge of the test target electrolyte. Examples of the optical property value include absorbance, transmittance, and reflectance. One of these may be measured, or a plurality of them may be measured. In addition, as a means for measuring an optical property value, a commercially available measuring instrument such as a spectrophotometer or a reflectance / transmittance measuring instrument can be used.

（電気伝導度）
検査対象電解液の電気伝導度は、その充電状態によって異なる。よって、検査対象電解液の電気伝導度と検査対象電解液の充電状態との間には相関関係がある。なお、電気伝導度を測定する手段としては、電気伝導度計等の市販の測定機器が利用できる。 (Electrical conductivity)
The electrical conductivity of the electrolyte to be tested varies depending on the state of charge. Therefore, there is a correlation between the electrical conductivity of the test target electrolyte and the state of charge of the test target electrolyte. In addition, as a means for measuring electrical conductivity, a commercially available measuring instrument such as an electrical conductivity meter can be used.

（比重）
検査対象電解液の比重は、その充電状態によって異なる。よって、検査対象電解液の粘度と検査対象電解液の充電状態との間には相関関係がある。なお、粘度を測定する手段としては、浮ひょう型比重計等の市販の測定機器が利用できる。 (specific gravity)
The specific gravity of the electrolyte to be tested varies depending on the state of charge. Therefore, there is a correlation between the viscosity of the test target electrolyte and the state of charge of the test target electrolyte. In addition, as a means for measuring the viscosity, a commercially available measuring instrument such as a float-type hydrometer can be used.

（粘度）
検査対象電解液の粘度は、その充電状態によって異なる。よって、検査対象電解液の粘度と検査対象電解液の充電状態との間には相関関係がある。なお、粘度を測定する手段としては、インライン型粘度計等の市販の粘度計が利用できる。 (viscosity)
The viscosity of the electrolyte to be inspected varies depending on the state of charge. Therefore, there is a correlation between the viscosity of the test target electrolyte and the state of charge of the test target electrolyte. As a means for measuring the viscosity, a commercially available viscometer such as an in-line viscometer can be used.

（流量）
検査対象電解液の流量は、その充電状態によって異なる。よって、検査対象電解液の流量と検査対象電解液の充電状態との間には相関関係がある。なお、流量を測定する手段としては、超音波式流量計等の市販の流量計が利用できる。 (Flow rate)
The flow rate of the electrolyte to be inspected varies depending on the state of charge. Therefore, there is a correlation between the flow rate of the inspection target electrolyte and the state of charge of the inspection target electrolyte. A commercially available flow meter such as an ultrasonic flow meter can be used as a means for measuring the flow rate.

（流速）
検査対象電解液の流速は、その充電状態によって異なる。よって、検査対象電解液の流速と検査対象電解液の充電状態との間には相関関係がある。なお、流速を測定する手段としては、電波流速計等の市販の流速計が利用できる。また、前記のように流量を測定し、設置した場所の配管の内断面積から計算して（（ｍ３／ｓ）／配管の内断面積（ｍ２））測定値としてもよい。 (Flow rate)
The flow rate of the electrolyte to be inspected varies depending on the state of charge. Therefore, there is a correlation between the flow rate of the test target electrolyte and the state of charge of the test target electrolyte. In addition, as a means for measuring the flow velocity, a commercially available velocity meter such as a radio wave velocity meter can be used. Alternatively, the flow rate may be measured as described above, and calculated from the inner cross-sectional area of the pipe at the installation location ((m 3 / s) / inner cross-sectional area of the pipe (m 2 )).

測定手段２０１は、これら測定手段の物性値検知部位を、導入部１０８、１０９、排出部１１０、１１１、およびタンク１０６、１０７の内面又は外面等、検査対象電解液の物性値を的確に検知できる部位に設置することで、検査対象電解液の物性値を測定することができる。本実施形態では、ポンプ１１２、１１３とセル１００との間の導入部１０８、１０９に測定手段２０１を設けている。また、導入部又は排出部の配管の一部を分岐させた測定用の配管（図示せず）に測定手段の物性値検知部位を設置する等してもよい。一例として、検査対象電解液の光学的物性値を測定する場合には、導入部１０８、１０９、排出部１１０、１１１、およびタンク１０６、１０７の少なくともいずれかの一部を透明とした透明部を設け、この透明部に吸光度計等を設置する等が挙げられる。   The measuring means 201 can accurately detect the physical property value detection sites of these measuring means such as the introduction parts 108 and 109, the discharge parts 110 and 111, and the inner or outer surfaces of the tanks 106 and 107, etc. By installing in the site, the physical property value of the electrolyte solution to be inspected can be measured. In the present embodiment, the measuring means 201 is provided in the introduction portions 108 and 109 between the pumps 112 and 113 and the cell 100. Further, a physical property value detection part of the measuring means may be installed in a measurement pipe (not shown) in which a part of the pipe of the introduction part or the discharge part is branched. As an example, when measuring the optical property value of the electrolyte solution to be inspected, a transparent part in which at least one of the introduction parts 108 and 109, the discharge parts 110 and 111, and the tanks 106 and 107 is transparent is provided. For example, and an absorptiometer is installed in the transparent part.

物性値が、色彩に相関する光学的物性値、電気伝導度、比重、粘度、流量、及び流速の少なくとも一つの場合、さらに温度を測定する手段を備えてもよい。これらの物性値は温度と密接な関係にあるので、後述する記憶手段２０２に温度条件ごとに対応した上記の物性値と充電状態との相関関係を記憶しておき、温度条件における物性値を比較することで、より正確な充電状態の測定及び充放電制御が可能となる。   In the case where the physical property value is at least one of an optical physical property value, electrical conductivity, specific gravity, viscosity, flow rate, and flow rate correlated with color, a means for measuring temperature may be further provided. Since these physical property values are closely related to the temperature, the storage unit 202 described later stores the correlation between the physical property value corresponding to each temperature condition and the state of charge, and compares the physical property values under the temperature condition. By doing so, more accurate measurement of charge state and charge / discharge control are possible.

［記憶手段］
記憶手段２０２は、測定手段２０１が測定する物性値の種類及び箇所に応じて予め求めておいた検査対象電解液の物性値及びそれに相関する充電状態が記憶されている。この物性値と充電状態との相関関係としては、両者の関係を示すデータ群や、両者の関係を表す数式などが利用できる。記憶手段２０２は、例えばコンピュータが備えるハードディスクである。 [Storage means]
The storage unit 202 stores the physical property value of the electrolyte solution to be inspected in advance according to the type and location of the physical property value measured by the measuring unit 201 and the state of charge correlated therewith. As the correlation between the physical property value and the state of charge, a data group indicating the relationship between the two or a mathematical expression indicating the relationship between the two can be used. The storage unit 202 is, for example, a hard disk included in the computer.

本発明における充電状態は、通電した電気量(積算値：Ａ×ｈ(時間))が全て充電に使用されたと想定して、以下のように規定される。   The state of charge in the present invention is defined as follows, assuming that all the energized electricity (integrated value: A × h (time)) is used for charging.

充電状態＝充電電気量/理論充電電気量
＝（充電時間×電流）／（理論充電時間×電流）
＝充電時間／理論充電時間
充電電気量（Ａ・秒）＝充電時間（ｔ）×充電電流（Ｉ）
理論充電時間＝活物質電気量／充電電流（Ｉ）
活物質電気量＝活物質のモル数×ファラデー定数
＝体積×濃度×９６，４８５（Ａ・秒／モル） Charging state = amount of charge / theoretical charge amount = (charging time x current) / (theoretical charging time x current)
= Charging time / Theoretical charging time Charged electricity (A · sec) = Charging time (t) x Charging current (I)
Theoretical charging time = active material electricity / charging current (I)
Active material electric quantity = number of moles of active material × Faraday constant = volume × concentration × 96,485 (A · second / mol)

充電状態演算手段２０３は、測定手段２０１から出力された検査時の物性値と、記憶手段２０２から読み出した相関関係とから充電状態を演算する。充電状態演算手段２０３は、例えばコンピュータが備える演算装置（ＣＰＵ）である。そして、この演算による演算結果は充放電制御手段２０４に出力される。充電状態演算手段２０３は、測定手段２０１が測定する検査対象電解液の物性値の測定箇所の数に応じて、複数の測定した物性値の平均値と相関関係から求めた結果を充電状態としたり、複数の測定した物性値の各々と相関関係とから複数の演算結果を求め、これら複数の演算結果の平均値を充電状態としたりしてもよい。   The charging state calculation unit 203 calculates the charging state from the physical property value at the time of inspection output from the measurement unit 201 and the correlation read from the storage unit 202. The charging state calculation means 203 is, for example, a calculation device (CPU) provided in a computer. Then, the calculation result of this calculation is output to the charge / discharge control means 204. The state-of-charge calculation unit 203 sets the result obtained from the average value and correlation of a plurality of measured physical property values according to the number of measurement points of the physical property value of the test target electrolyte measured by the measuring unit 201, Alternatively, a plurality of calculation results may be obtained from each of the plurality of measured physical property values and the correlation, and an average value of the plurality of calculation results may be set to a charged state.

［充放電制御手段］
充放電制御手段２０４は、充電状態演算手段２０３から出力された演算結果に基づいて、レドックスフロー電池の充放電を制御する。より具体的には、充放電制御手段２０４は、ポンプ１１２、１１３及び交流／直流変換器の運転制御を行う。充放電制御手段２０４は、例えばコンピュータが備える演算装置である。 [Charging / discharging control means]
The charge / discharge control unit 204 controls the charge / discharge of the redox flow battery based on the calculation result output from the charge state calculation unit 203. More specifically, the charge / discharge control means 204 controls the operation of the pumps 112 and 113 and the AC / DC converter. The charge / discharge control means 204 is an arithmetic device provided in a computer, for example.

＜レドックスフロー電池システムの制御方法＞
本発明のレドックスフロー電池システムの制御方法について、各ステップにつき説明する。 <Control method of redox flow battery system>
The control method of the redox flow battery system of the present invention will be described for each step.

［測定ステップ］
測定ステップでは、測定手段２０１により検査対象電解液の物性値が測定される。そして、この物性値が測定手段２０１から充電状態演算手段２０３へ出力される。 [Measurement step]
In the measurement step, the physical property value of the electrolyte solution to be inspected is measured by the measuring means 201. Then, this physical property value is output from the measuring unit 201 to the charging state calculating unit 203.

［充電状態演算ステップ］
充電状態演算ステップでは、測定手段２０１から出力された測定結果が充電状態演算手段２０３に受信される。充電状態演算手段２０３は、記憶手段２０２に記憶されている検査対象電解液の相関関係とから充電状態を演算する。そして、演算結果は、充電状態演算手段２０３により充放電制御手段２０４へ出力される。 [Charging state calculation step]
In the charge state calculation step, the measurement result output from the measurement unit 201 is received by the charge state calculation unit 203. The charging state calculation unit 203 calculates a charging state from the correlation of the test target electrolyte stored in the storage unit 202. Then, the calculation result is output to the charge / discharge control unit 204 by the charge state calculation unit 203.

［充放電制御ステップ］
充放電制御ステップでは、充電状態演算手段２０３から出力された演算結果が充放電制御手段２０４に受信される。次に、この受信した演算結果に基づいて充放電制御手段２０４から、レドックスフロー電池システムの運転を制御（指令）する信号が後述する制御対象に出力される。そして、受信した信号に応じた制御対象の動作がされることで、レドックスフロー電池システムの充放電制御が行われる。 [Charge / discharge control step]
In the charge / discharge control step, the calculation result output from the charge state calculation means 203 is received by the charge / discharge control means 204. Next, a signal for controlling (commanding) the operation of the redox flow battery system is output from the charge / discharge control means 204 to a control target described later based on the received calculation result. And the charge / discharge control of a redox flow battery system is performed by the operation | movement of the control object according to the received signal.

一例として、演算された充電状態を利用して、セル１００の充放電を停止させる制御について説明する。この制御では、演算された充電状態が予め設定された規定値以上（規定範囲内）か否かを充放電制御手段２０４で判定して行われる。充電時の停止制御においては、演算された充電状態が規定値以上（又は規定範囲内）であるとの判定結果であれば、充放電制御手段２０４から出力された信号により、交流／直流変換器による商用電源からの電力の取り込みを停止すると共に、必要に応じてポンプ１１２、１１３の運転停止を行う。一方、放電時の停止制御においては、充電状態が規定値以下（又は規定範囲内）となれば、充放電制御手段２０４からの信号により、交流／直流変換器による需要家への電力の供給を停止すると共に、必要に応じてポンプ１１２、１１３の運転停止を行う。   As an example, control for stopping charging / discharging of the cell 100 using the calculated state of charge will be described. In this control, the charge / discharge control means 204 determines whether or not the calculated state of charge is greater than or equal to a preset specified value (within a specified range). In the stop control at the time of charge, if it is a determination result that the calculated state of charge is equal to or greater than a specified value (or within a specified range), an AC / DC converter is generated by a signal output from the charge / discharge control means 204. The power intake from the commercial power source is stopped, and the pumps 112 and 113 are stopped as necessary. On the other hand, in the stop control at the time of discharge, if the state of charge is less than or equal to the specified value (or within the specified range), the signal from the charge / discharge control means 204 is used to supply power to the consumer by the AC / DC converter. While stopping, the pumps 112 and 113 are stopped as necessary.

以上の説明は充放電の停止の制御について行ったが、充放電の開始や充電入力の増減、放電出力の増減についても同様の考え方に基づいて行える。   Although the above description has been made on the control of stopping charging / discharging, the start of charging / discharging, the increase / decrease in charge input, and the increase / decrease in discharge output can be performed based on the same concept.

これら例示した各制御は、電解液の充電状態、レドックスフロー電池システムに供給される電力の供給状態、需要家の電力の需要量等に応じて適時連続して用いられることが通常である。具体的な制御の内容、測定及び演算の実行頻度、及びこれに基づく制御の切り替えタイミングは、システムの規模や利用目的等により最適化すれば良い。   Each of these exemplified controls is usually used continuously in a timely manner according to the state of charge of the electrolyte, the state of supply of power supplied to the redox flow battery system, the amount of power demand of the consumer, and the like. Specific control contents, measurement and calculation execution frequencies, and control switching timing based on the control contents may be optimized according to the scale of the system and the purpose of use.

（実施形態２）
＜発電システム＞
次に、実施形態１のレドックスフロー電池システムを用いた発電システムを図２に基づいて説明する。この発電システムは、再生可能エネルギーを利用した発電手段１０と、発電量計測手段２０と、レドックスフロー電池システムとを備える。この電池システムの構成については実施形態１で説明したため、以下の説明は、主としてレドックスフロー電池システム以外の構成について行う。 (Embodiment 2)
<Power generation system>
Next, a power generation system using the redox flow battery system of Embodiment 1 will be described with reference to FIG. This power generation system includes a power generation means 10 that uses renewable energy, a power generation amount measurement means 20, and a redox flow battery system. Since the configuration of this battery system has been described in the first embodiment, the following description will be mainly given to configurations other than the redox flow battery system.

発電手段１０は、自然エネルギーを利用して発電する装置であり、この例では、太陽光発電装置又は風力発電装置である。この発電手段１０は、需要家につながる電力系統に連系されている。そのため、発電電力は需要家に供給することができ、電力系統につながるレドックスフロー電池システムにも供給することができる。   The power generation means 10 is a device that generates power using natural energy, and in this example, is a solar power generation device or a wind power generation device. The power generation means 10 is linked to a power system that leads to consumers. Therefore, the generated power can be supplied to consumers and can also be supplied to the redox flow battery system connected to the power system.

発電量計測手段２０は、発電手段１０が発電した発電量を計測する装置であり、この例では電力計である。そして、この発電量が充放電制御手段２０４に出力される。   The power generation amount measuring means 20 is a device that measures the amount of power generated by the power generation means 10 and is a power meter in this example. This power generation amount is output to the charge / discharge control means 204.

レドックスフロー電池システムは、上述の実施形態１に示したレドックスフロー電池システムであるが、発電手段１０に併設されている点で相違する。つまり、この電池システムは、電力系統に連系されている点では実施形態１と共通である。そのため、発電手段１０の発電電力が得られない場合でも商用電源を利用して電池システムを充電することができる。そして、充放電制御手段２０４には、発電量計測手段２０により計測された発電手段１０が発電した発電量がさらに入力される。充放電制御手段２０４は、この発電量と、レドックスフロー電池システムの充電状態とに応じて、レドックスフロー電池システムの充放電の停止や開始、並びに需要家への電力供給量の調整等を行う。   The redox flow battery system is the redox flow battery system shown in the first embodiment described above, but is different in that the redox flow battery system is provided in the power generation means 10. That is, this battery system is common to Embodiment 1 in that it is linked to the power system. Therefore, even when the power generated by the power generation means 10 cannot be obtained, the battery system can be charged using the commercial power source. Then, the power generation amount generated by the power generation means 10 measured by the power generation amount measurement means 20 is further input to the charge / discharge control means 204. The charge / discharge control means 204 performs stop / start of charge / discharge of the redox flow battery system, adjustment of the amount of power supplied to the consumer, etc. according to the amount of power generation and the state of charge of the redox flow battery system.

＜発電システムの制御方法＞
再生可能エネルギーを用いて発電するステップでは、再生可能エネルギーが、発電手段１０により電力に変換される。次に、発電電力を計測するステップでは、この変換された電力の発電量が、発電量計測手段２０により計測され、この計測結果が充放電制御手段２０４へ出力される。一方で、レドックスフロー電池システムの充電状態を検出するステップが行われる。このステップでは、実施形態１と同様に測定手段２０１、記憶手段２０２、及び充電状態演算手段２０３によりレドックスフロー電池システムの充電状態が検出され、検出結果が充放電制御手段２０４へ出力される。 <Control method of power generation system>
In the step of generating power using renewable energy, the renewable energy is converted into electric power by the power generation means 10. Next, in the step of measuring the generated power, the power generation amount of the converted power is measured by the power generation amount measuring means 20 and the measurement result is output to the charge / discharge control means 204. On the other hand, a step of detecting the state of charge of the redox flow battery system is performed. In this step, the charging state of the redox flow battery system is detected by the measuring unit 201, the storage unit 202, and the charging state calculation unit 203 as in the first embodiment, and the detection result is output to the charge / discharge control unit 204.

発電電力の計測結果と充電状態の検出結果とを利用してレドックスフロー電池システムの充放電を制御するステップでは、充放電制御手段２０４が、取得した発電量と、検出された充電状態とに応じてレドックスフロー電池システムの運転を実施形態１と類似の方法により制御する。例えば、発電手段１０による発電量が予め設定した所定の閾値以上で十分にあり、かつ、レドックスフロー電池システムの充電状態が充電可能であるときには、発電手段１０により発電された電力を需要家に供給するように制御すると共に、余剰電力でレドックスフロー電池システムを充電するように制御する。発電量が上記閾値以上であってもレドックスフロー電池システムの充電状態が充電不能であるときには、発電電力のみ又は発電電力と電池システムからの放電電力との合成電力を需要家に供給するように制御する。   In the step of controlling charge / discharge of the redox flow battery system using the measurement result of the generated power and the detection result of the charge state, the charge / discharge control means 204 depends on the acquired power generation amount and the detected charge state. The operation of the redox flow battery system is controlled by a method similar to that of the first embodiment. For example, when the amount of power generated by the power generation means 10 is sufficiently greater than a predetermined threshold value set in advance and the charge state of the redox flow battery system is rechargeable, the power generated by the power generation means 10 is supplied to consumers. And control to charge the redox flow battery system with surplus power. Even if the power generation amount is equal to or greater than the above threshold, if the redox flow battery system is not charged, control is performed so that only the generated power or the combined power of the generated power and the discharged power from the battery system is supplied to the customer. To do.

一方、発電手段１０による発電量が予め設定した所定の閾値未満で少ない場合であって、かつ、レドックスフロー電池システムの充電状態が放電可能であるときには、発電手段１０により発電された電力とレドックスフロー電池システムの放電電力との合成電力を需要家へ供給するように制御する。発電量が上記閾値未満であってもレドックスフロー電池システムの充電状態が放電不能であるときには、発電電力は需要家への供給のみとしてもよいし、需要家へ発電電力を供給することなく電池システムの充電に用いてもよい。   On the other hand, when the power generation amount by the power generation means 10 is less than a predetermined threshold value set in advance and the charge state of the redox flow battery system can be discharged, the power generated by the power generation means 10 and the redox flow are reduced. Control is performed so that the combined power with the discharge power of the battery system is supplied to the consumer. Even if the amount of power generation is less than the above threshold value, when the charge state of the redox flow battery system is not dischargeable, the generated power may be supplied only to the consumer, or the battery system without supplying the generated power to the consumer. It may be used for charging.

これら例示した各制御は、再生可能エネルギーの発電量、レドックスフロー電池システムの電解液の充電状態、需要家の電力の需要量等に応じて適時連続して用いられることが通常である。具体的な制御の内容、測定及び比較の実行頻度、及びこれに基づく制御の切り替えタイミングは、システムの規模や利用目的等により最適化すれば良い。   Each of these exemplified controls is normally used continuously in a timely manner according to the amount of power generated by renewable energy, the state of charge of the electrolyte solution of the redox flow battery system, the amount of power demanded by consumers, and the like. Specific control content, measurement and comparison execution frequency, and control switching timing based on the control content may be optimized according to the scale of the system, the purpose of use, and the like.

本発明の発電システムにおいては、発電手段１０の発電した電力でポンプ１１２、１１３を駆動させてもよいし、ポンプ１１２、１１３の駆動源を商用電源と発電手段との間で切り替える制御を充放電制御手段２０４に行わせてもよい。   In the power generation system of the present invention, the pumps 112 and 113 may be driven by the electric power generated by the power generation means 10, and the control for switching the drive source of the pumps 112 and 113 between the commercial power source and the power generation means is charge / discharge. You may make the control means 204 perform.

上記各実施形態における各物性値の測定手段及び充電状態演算手段はあくまで例示であり、本発明の要旨を変更しない範囲で物性値の測定手段及び充電状態演算手段について、異なる構成を採用することができる。例えば、物性値として温度を測定する場合であれば、操作担当者が温度計の温度を目視し、その温度を操作担当者がコンピュータに入力する等でもよい。また、物性値として光学的物性値を測定する場合であれば、測定担当者が色見本と検査対象電解液の色とを目視で比較（比色）することで充電状態を決定し、どのような制御を行うか決定してもよい。   The physical property value measurement means and the charge state calculation means in the above embodiments are merely examples, and different configurations may be adopted for the physical property value measurement means and the charge state calculation means within a range that does not change the gist of the present invention. it can. For example, if the temperature is measured as a physical property value, the operator may visually observe the temperature of the thermometer, and the operator may input the temperature to the computer. If the optical property value is measured as a physical property value, the person in charge of measurement determines the state of charge by visually comparing (colorimetrically) the color sample and the color of the electrolyte to be inspected. It may be determined whether or not to perform proper control.

本発明のレドックスフロー電池システム及び発電システムは、モニタセルを備えることを排除するものではない。すなわち、本発明は、モニタセルを備えてもよい。この場合、モニタセルによる充電状態の把握と、物性値による充電状態の把握との両方を行うことができる。これにより、例えば一方を他方のバックアップ用として用いたり、補助手段として用いたりすることもできる。   The redox flow battery system and power generation system of the present invention do not exclude the provision of a monitor cell. That is, the present invention may include a monitor cell. In this case, both the grasping of the state of charge by the monitor cell and the grasping of the state of charge by the physical property value can be performed. Thereby, for example, one can be used for backup of the other or used as auxiliary means.

本発明のレドックスフロー電池システムは、太陽光発電、風力発電などの新エネルギーの発電に対して、発電出力の変動の安定化、発電電力の余剰時の蓄電、負荷平準化などを目的とした大容量の発電システムに好適に利用することができる。その他、本発明レドックスフロー電池システムは、一般的な発電所に併設されて、瞬低・停電対策や負荷平準化を目的とした大容量の蓄電池としても好適に利用することができる。本発明のレドックスフロー電池システムの運転方法は、上記本発明レドックスフロー電池を上記種々の用途で使用する際に好適に利用することができる。   The redox flow battery system of the present invention is a large-scale power generation system that aims to stabilize fluctuations in power generation output, store electricity when surplus generated power, load leveling, etc. for power generation of new energy such as solar power generation and wind power generation. It can be suitably used for a capacity power generation system. In addition, the redox flow battery system of the present invention can be suitably used as a large-capacity storage battery that is attached to a general power plant and is intended for measures against instantaneous voltage drop, power failure, and load leveling. The operating method of the redox flow battery system of the present invention can be suitably used when the redox flow battery of the present invention is used in the above various applications.

本発明の発電システムは、出力安定化、負荷平準化などを目的とした発電システムとして好適に利用することができる。また、本発明の発電システムの運転方法は、上記の本発明の発電システムを上記種々の用途で使用する際に好適に利用することができる。   The power generation system of the present invention can be suitably used as a power generation system for the purpose of output stabilization, load leveling, and the like. Moreover, the operating method of the power generation system of the present invention can be suitably used when the above-described power generation system of the present invention is used in the various applications described above.

１０ 発電手段
２０ 発電量計測手段
１００ セル １０１ 隔膜 １０２ 正極セル １０３ 負極セル
１０４ 正極電極 １０５ 負極電極
１０６、１０７ タンク １０８、１０９ 導入部 １１０、１１１ 排出部
１１２、１１３ ポンプ
２０１ 測定手段 ２０２ 記憶手段 ２０３ 充電状態演算手段
２０４ 充放電制御手段 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Electric power generation means 20 Electric power generation amount measurement means 100 Cell 101 Diaphragm 102 Positive electrode cell 103 Negative electrode cell 104 Positive electrode 105 Negative electrode
106, 107 Tank 108, 109 Introducing section 110, 111 Discharging section 112, 113 Pump 201 Measuring means 202 Storage means 203 Charge state calculating means
204 Charge / discharge control means

Claims (14)

電池セルに正極電解液及び負極電解液を循環供給させて充放電を行うレドックスフロー電池システムであって、
前記正極電解液又は前記負極電解液の少なくとも一方の電解液を検査対象電解液とし、該検査対象電解液の充電状態と相関関係を有する物性値を測定する測定手段と、
予め求めた前記検査対象電解液の充電状態と前記物性値との相関関係を記憶する記憶手段と、
前記測定手段による測定結果と、前記記憶手段に記憶された相関関係とを用いて検査対象電解液の充電状態を求める充電状態演算手段と、
前記充電状態演算手段による結果に基づいて充電又は放電を制御する充放電制御手段とを備えるレドックスフロー電池システム。 A redox flow battery system for charging and discharging by circulating and supplying a positive electrode electrolyte and a negative electrode electrolyte to a battery cell,
Measuring means for measuring at least one of the positive electrode electrolyte or the negative electrode electrolyte as an electrolyte to be inspected and measuring a physical property value having a correlation with a state of charge of the electrolyte to be inspected;
Storage means for storing a correlation between a state of charge of the electrolyte solution to be inspected obtained in advance and the physical property value;
Charge state calculation means for obtaining the state of charge of the electrolyte to be inspected using the measurement result by the measurement means and the correlation stored in the storage means;
A redox flow battery system comprising charge / discharge control means for controlling charge or discharge based on a result of the charge state calculation means. 前記物性値が前記検査対象電解液の温度である請求項１に記載のレドックスフロー電池システム。   The redox flow battery system according to claim 1, wherein the physical property value is a temperature of the inspection target electrolyte. 前記物性値が前記検査対象電解液の色彩に相関する光学的物性値である請求項１に記載のレドックスフロー電池システム。   The redox flow battery system according to claim 1, wherein the physical property value is an optical physical property value that correlates with a color of the electrolyte solution to be inspected. 前記物性値が前記検査対象電解液の電気伝導度である請求項１に記載のレドックスフロー電池システム。   The redox flow battery system according to claim 1, wherein the physical property value is electrical conductivity of the inspection target electrolyte. 前記物性値が前記検査対象電解液の比重である請求項１に記載のレドックスフロー電池システム。   The redox flow battery system according to claim 1, wherein the physical property value is a specific gravity of the inspection target electrolyte. 前記物性値が前記検査対象電解液の粘度である請求項１に記載のレドックスフロー電池システム。   The redox flow battery system according to claim 1, wherein the physical property value is a viscosity of the electrolytic solution to be inspected. 前記物性値が前記検査対象電解液の流量である請求項１に記載のレドックスフロー電池システム。   The redox flow battery system according to claim 1, wherein the physical property value is a flow rate of the inspection target electrolyte. 前記物性値が前記検査対象電解液の流速である請求項１に記載のレドックスフロー電池システム。   The redox flow battery system according to claim 1, wherein the physical property value is a flow rate of the inspection target electrolyte. 前記物性値がさらに温度である請求項３から８のいずれか一項に記載のレドックスフロー電池システム。   The redox flow battery system according to any one of claims 3 to 8, wherein the physical property value is a temperature. 前記測定手段が電池セルへ電解液を導入する導入部に配置される請求項１から９のいずれか一項に記載のレドックスフロー電池システム。   The redox flow battery system according to any one of claims 1 to 9, wherein the measuring unit is disposed in an introduction part that introduces an electrolytic solution into the battery cell. 再生可能エネルギーを用いて発電する発電手段と、
該発電手段による発電量を計測する発電量計測手段と、
前記発電手段に併設される二次電池システムとを備える発電システムであって、
前記二次電池システムが請求項１から１０のいずれか一項に記載のレドックスフロー電池システムであり、
前記充放電制御手段は、さらに前記発電量計測手段の計測結果を利用して前記レドックスフロー電池システムの充電又は放電を制御する発電システム。 Power generation means for generating electricity using renewable energy;
Power generation amount measuring means for measuring the amount of power generated by the power generation means;
A power generation system comprising a secondary battery system provided alongside the power generation means,
The secondary battery system is a redox flow battery system according to any one of claims 1 to 10,
The charging / discharging control unit further controls charging or discharging of the redox flow battery system using a measurement result of the power generation amount measuring unit. 電池セルに正極電解液及び負極電解液を循環供給させて充放電を行うレドックスフロー電池システムの制御方法であって、
前記正極電解液又は前記負極電解液の少なくとも一方の電解液を検査対象電解液とし、該検査対象電解液の充電状態と相関関係を有する物性値を測定する測定ステップと、
前記測定ステップによる測定結果と、予め求めた前記検査対象電解液の充電状態と物性値との相関関係とを用いて検査対象電解液の充電状態を求める充電状態演算ステップと、
充電状態演算ステップによるに演算結果に基づいて充電又は放電を制御する充放電制御ステップとを備えるレドックスフロー電池システムの制御方法。 A control method for a redox flow battery system in which charging and discharging are performed by circulatingly supplying a positive electrode electrolyte and a negative electrode electrolyte to battery cells,
A measurement step of measuring at least one of the positive electrode electrolyte or the negative electrode electrolyte as a test target electrolyte and measuring a physical property value having a correlation with a charged state of the test target electrolyte;
A charge state calculation step for obtaining a charge state of the test target electrolyte using a measurement result of the measurement step and a correlation between the charge state of the test target electrolyte and the physical property value obtained in advance;
A control method for a redox flow battery system comprising: a charge / discharge control step for controlling charge or discharge based on a calculation result according to a charge state calculation step. 前記物性値が前記検査対象電解液の温度、色彩に相関する光学的物性値、電気伝導度、比重、粘度、流量、及び流速の少なくとも一つである請求項１２に記載のレドックスフロー電池システムの制御方法。   13. The redox flow battery system according to claim 12, wherein the physical property value is at least one of an optical physical property value, electrical conductivity, specific gravity, viscosity, flow rate, and flow rate that correlate with temperature and color of the electrolyte solution to be inspected. Control method. 再生可能エネルギーを用いて発電するステップと、
その発電電力を計測するステップと、
二次電池システムの充電状態を検出するステップと、
前記発電電力の計測結果と充電状態の検出結果とを利用して二次電池システムの充放電を制御するステップとを備える発電システムの制御方法であって、
前記二次電池システムは、電池セルに正極電解液及び負極電解液を循環供給させて充放電を行うレドックスフロー電池システムであり、
前記充電状態を検出するステップは、
前記正極電解液又は負極電解液の少なくとも一方の電解液を検査対象電解液とし、該検査対象電解液の充電状態と相関関係を有する物性値を測定するステップと、
前記物性値の測定結果と、予め求めた前記検査対象電解液の充電状態と物性値との相関関係とを用いて検査対象電解液の充電状態を演算するステップとを含む発電システムの制御方法。 Generating electricity using renewable energy;
Measuring the generated power; and
Detecting the state of charge of the secondary battery system;
A method for controlling a power generation system, comprising the step of controlling charge / discharge of a secondary battery system using the measurement result of the generated power and the detection result of the charge state,
The secondary battery system is a redox flow battery system that performs charge and discharge by circulating and supplying a positive electrode electrolyte and a negative electrode electrolyte to battery cells,
The step of detecting the state of charge includes
Measuring at least one of the positive electrode electrolyte and the negative electrode electrolyte as a test electrolyte, and measuring a physical property value having a correlation with a charged state of the test electrolyte;
A method for controlling the power generation system, comprising: calculating a state of charge of the inspection target electrolyte using a measurement result of the physical property value and a correlation between the state of charge of the inspection target electrolyte and the physical property value obtained in advance.
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