JP2015156325A - レドックスフロー電池システム、およびレドックスフロー電池システムの運転方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電池ユニットを備えるＲＦ電池システムにおいて、各積層体の温度上昇を確実に抑制することができるＲＦ電池システム、およびＲＦ電池システムの運転方法を提供する。
【解決手段】複数の電池セルを積層して形成される２以上の積層体が電気的に直列接続された電池ユニットと、正極電解液と負極電解液とを前記電池ユニットに循環させる循環機構と、前記積層体のそれぞれに電気的に接続され、前記両電解液の循環を停止させて待機状態とした前記積層体内の前記両電解液に残存する電気エネルギーの少なくとも一部を消費させる待機時用負荷と、前記待機状態とした積層体と前記待機時用負荷との間にそれぞれ配置され、前記待機時用負荷への電気エネルギーの供給及び停止を切替える切替部と、前記電池ユニットを単位として電気的に接続される交流／直流変換器とを備えるレドックスフロー電池システム。
【選択図】図１

Description

本発明は、電池ユニットを備えるレドックスフロー電池システム、およびレドックスフロー電池システムの運転方法に関する。特に、電解液の循環を停止させて待機状態とした際に発生する電池ユニットの温度上昇を抑制することができるレドックスフロー電池システム、およびレドックスフロー電池システムの運転方法に関する。

昨今、地球温暖化への対策として、太陽光発電、風力発電といった自然エネルギー（所謂、再生可能エネルギー）を利用した発電が世界的に活発に行なわれている。これらの発電出力は、天候などの自然条件に大きく左右される。そのため、全ての発電電力に占める自然エネルギー由来の電力の割合が増えると、電力系統の運用に際しての問題、例えば周波数や電圧の維持が困難になるといった問題が予測される。この問題の対策の一つとして、大容量の蓄電池を設置して、出力変動の平滑化、余剰電力の蓄電、負荷平準化などを図ることが挙げられる。

大容量の蓄電池の一つにレドックスフロー電池（以下、ＲＦ電池という）がある。ＲＦ電池１０は、図６に示す形態のものが知られている。ＲＦ電池１０は、正極電極１０４を内蔵する正極セル１０２と負極電極１０５を内蔵する負極セル１０３との間に隔膜１０１を介在させた電池セル１００と、循環機構１１０とを備え、この循環機構１１０により正極電解液及び負極電解液を電池セル１００に循環させて充放電を行う。循環機構１１０は、正極電解液を貯留する正極タンク１１１と、正極タンク１１１と電池セル１００とを繋ぐ導管１１５，１１６と、負極電解液を貯留する負極タンク１１２と、負極タンク１１２と電池セル１００とを繋ぐ導管１１７，１１８と、両電解液を循環させるポンプ１１３，１１４とを備える。電解液には、代表的には、酸化還元により価数が変化するバナジウムイオンといった金属イオンを含有する水溶液が利用される。図６において両タンク１１１，１１２内のイオンは例示である。また、図６において実線矢印は、充電、破線矢印は放電を意味する。

上記電池セル１００は通常、図７の下図に示すように、セルスタックと呼ばれる積層体２００の内部に形成される。セルスタック２００は、図７の上図に示すように、額縁状の枠体１２２に一体化された双極板１２１を備えるセルフレーム１２０、正極電極１０４、隔膜１０１、および負極電極１０５を、この順番で積層した構成を備える。この構成では、隣接する各セルフレーム１２０の双極板１２１の間に一つの電池セル１００が形成されることになる。

セルスタック２００における電池セル１００への電解液の流通は、枠体１２２に形成される給液口１２３，１２４と、排液口１２５，１２６により行われる。正極用電解液は、給液口１２３から枠体１２２の一面側（紙面表側）に形成される溝を介して双極板１２１の一面側に配置される正極電極１０４に供給される。その正極用電解液は、枠体１２２の上部に形成される溝を介して排液口１２５に排出される。同様に、負極用電解液は、給液口１２４から枠体１２２の他面側（紙面裏側）に形成される溝を介して双極板１２１の他面側に配置される負極電極１０５に供給される。その負極用電解液は、枠体１２２の上部に形成される溝を介して排液口１２６に排出される。

ＲＦ電池は、一定の電圧を確保するために、２以上の積層体が電気的に直列接続された電池ユニットを備えることが一般的である。電池ユニットとしては、上記のセルスタックを電気的に直列接続したものが代表的である（例えば、特許文献１）。このようなＲＦ電池１０は、図６に示すように、交流／直流変換器（ＡＣ／ＤＣ）３００を備えるＲＦ電池システムとして用いられる。ＲＦ電池システムは、交流／直流変換器３００を変電設備５００などに接続し、この変電設備５００を介して、発電部４００（例えば、太陽光発電機、風力発電機、その他、一般の発電所など）と電力系統や需要家などの負荷６００とに接続され、発電部４００を電力供給源として充電を行い、負荷６００を電力提供対象として放電を行う。

特開２００２−３６７６５９号公報 特開２００６−３１３６９１号公報

ＲＦ電池システムが負荷平準化用途などに用いられる場合、需要家などの負荷の電力要求に応じて、充電運転及び放電運転を行わない運転待機状態となることがある。例えば、電力消費が比較的少ない夜間や休日などには運転待機状態となることが多い。運転待機状態では、特許文献２に記載されるように循環機構を停止させて両電解液の循環を停止させることで、ポンプの駆動に伴うエネルギー損失（ポンプロス）を低減することができ、結果として、ＲＦ電池の運転効率を高められる。

この電解液の循環を停止した積層体内には電解液が残存し、その電解液が経時的に自己放電を起こし得る。自己放電が生じると、自己放電に伴う反応熱によって積層体内の温度が上昇し、隔膜などの積層体の構成部材の熱劣化が加速するおそれがある。特に、ＲＦ電池を充電運転させた後は、積層体内の電解液の充電状態（ＳＯＣ、Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）が高いため、積層体内の電解液に含まれる電気エネルギーが大きい。このような場合、自己放電に起因する温度上昇が大きく、構成部材の熱劣化が生じ易くなる。

このような問題を解決するＲＦ電池システムとして、特許文献２に記載のＲＦ電池システムがある。このシステムでは、一つの積層体のみを備え、その積層体に停止時用負荷が接続されている。そして、この積層体を運転待機状態とした際に、積層体に残存する電解液の電気エネルギーを停止時用負荷に放電して消費させることで、自己放電に起因する温度上昇を抑制できるとしている。

しかし、複数の積層体が電気的に直列接続された電池ユニットを備えるＲＦ電池システムにおいて、待機状態とした複数の積層体内の電解液に残存する電気エネルギーを消費させる場合には、温度上昇の抑制効果が積層体間で不均一になるおそれがある。

したがって、本発明の目的の一つは、複数の積層体が電気的に直列接続された電池ユニットを備えるＲＦ電池システムにおいて、待機状態とした各積層体の温度上昇を均一的に抑制することができるＲＦ電池システムを提供することにある。

本発明の他の目的は、複数の積層体が電気的に直列接続された電池ユニットを備えるＲＦ電池システムを運転するのに際し、待機状態となった各積層体の温度上昇を均一的に抑制することができるＲＦ電池システムの運転方法を提供することにある。

本発明のＲＦ電池システムは、電池ユニットと、循環機構と、待機時用負荷と、切替部と、交流／直流変換器とを備える。電池ユニットは、複数の電池セルを積層して形成される２以上の積層体が電気的に直列接続される。循環機構は、正極電解液と負極電解液とを前記電池ユニットに循環させる。待機時用負荷は、前記積層体のそれぞれに電気的に接続され、前記両電解液の循環を停止させて待機状態とした前記積層体内の前記両電解液に残存する電気エネルギーの少なくとも一部を消費させる。切替部は、前記待機状態とした積層体と前記待機時用負荷との間にそれぞれ配置され、前記待機時用負荷への電気エネルギーの供給及び停止を切替える。交流／直流変換器は、前記電池ユニットを単位として電気的に接続される。

本発明のレドックスフロー電池システムの運転方法は、複数の電池セルが積層された２以上の積層体が電気的に直列接続された電池ユニットに正極電解液と負極電解液とを循環させ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であって、循環停止ステップと、消費ステップとを備える。循環停止ステップでは、前記２以上の積層体の少なくとも一つへの前記両電解液への循環を停止させる。消費ステップでは、前記両電解液の循環が停止されて待機状態となった積層体内に残存する電気エネルギーの少なくとも一部を、前記待機状態となった積層体のそれぞれに電気的に接続された待機時用負荷に供給して消費させる。

本発明のＲＦ電池システムによれば、２以上の積層体が電気的に直列接続された電池ユニットを備えるＲＦ電池システムにおいて、待機状態における各積層体の温度上昇を抑制することができる。

本発明のＲＦ電池システムの運転方法によれば、待機状態となった各積層体の温度上昇を抑制することができる。

実施形態１に係るＲＦ電池システムの概略構成図である。 実施形態１に係るＲＦ電池システムの運転方法の手順を説明するフローチャートである。 実施形態２に係るＲＦ電池システムの概略構成図である。 実施形態３に係るＲＦ電池システムの概略構成図である。 実施形態４に係るＲＦ電池システムの概略構成図である。 ＲＦ電池システムの概略原理図である。 ＲＦ電池システムが備えるセルスタックの概略構成図である。

［本発明の実施形態の説明］
以下に本発明の実施形態の内容を列記して説明する。
（１）実施形態のＲＦ電池システムは、電池ユニットと、循環機構と、待機時用負荷と、切替部と、交流／直流変換器とを備える。電池ユニットは、複数の電池セルを積層して形成される２以上の積層体が電気的に直列接続される。循環機構は、正極電解液と負極電解液とを前記電池ユニットに循環させる。待機時用負荷は、前記積層体のそれぞれに電気的に接続され、前記両電解液の循環を停止させて待機状態とした前記積層体内の前記両電解液に残存する電気エネルギーの少なくとも一部を消費させる。切替部は、前記待機状態とした積層体と前記待機時用負荷との間にそれぞれ配置され、前記待機時用負荷への電気エネルギーの供給及び停止を切替える。交流／直流変換器は、前記電池ユニットを単位として電気的に接続される。

複数の積層体が電気的に直列接続された電池ユニットを備えるＲＦ電池システムで一般的な充放電運転を行うと、各積層体の部品特性の経時変化などに起因して各積層体の電圧の差が大きくなる場合がある。このようなＲＦ電池システムにおいて、電池ユニットへの電解液の供給を停止して待機状態とし、各積層体内の両電解液に残存する電気エネルギーを低減することを検討した。具体的には、電池ユニットを単位として待機時用負荷を電気的に接続し、電池ユニット全体に対して上記電気エネルギーの消費を終止する電圧（以下、全体設定電圧）を設定して、電気エネルギーを待機時用負荷に消費させた。この場合、電圧の低い積層体では、上記電気エネルギーを待機時用負荷に十分に消費させることができ、個々の積層体で温度上昇が問題とならない所定の電圧（以下、個別設定電圧という）とすることができる。一方で、電圧の高い積層体は、この個別設定電圧となる前に、電池ユニット全体の電圧が全体設定電圧に達してしまうことがある。その結果、電圧の高い積層体が個別設定電圧となるまで上記電気エネルギーを低減することができず、この積層体の温度上昇の抑制が不十分になる。本実施形態のＲＦ電池システムでは、電池ユニットを単位として待機時用負荷を電気的に接続するのではなく、複数の積層体のそれぞれに待機時用負荷を電気的に接続することで、待機状態にある各積層体のそれぞれの上記電気エネルギーを低減することができる。これにより、各積層体を個別設定電圧とすることができるので、各積層体の温度上昇を抑制し、各積層体を構成する電極や隔膜などの構成部材の熱的劣化を抑制することができる。

（２）実施形態のＲＦ電池システムとして、前記循環機構が並列循環機構を含む形態が挙げられる。並列循環機構は、一組のタンクにそれぞれ貯留された前記両電解液を２以上の前記積層体に対して並列に循環させる。

循環機構が並列循環機構を含むことで、電池ユニットを形成する積層体の数を増加させても、この積層体の増加数に対応してポンプやタンクといった循環機構を構成する各部材の点数を増加させる必要がない。これにより、循環機構の設置スペースを削減できるので、ＲＦ電池システムを小型化することができると期待される。また、各部材の点数を削減できることで、経済性にも優れると期待される。

（３）実施形態のＲＦ電池システムとして、前記循環機構が単一循環機構を含む形態が挙げられる。単一循環機構は、一組のタンクにそれぞれ貯留された前記両電解液を１つの前記積層体に循環させる。

循環機構が単一循環機構を含むことで、電池ユニットを形成する積層体の数を増加させても、シャントカレントによる電流損失や電解液の圧力損失を上記した並列循環機構よりも抑制しやすいと期待される。また、単一循環機構を停止させることにより、その単一循環機構につながる積層体を容易に積層体単位で待機状態とすることができる。

（４）実施形態のＲＦ電池システムとして、前記電池ユニットは２以上の積層体が電気的に並列接続された並列部を含み、前記並列部を前記待機時用負荷が接続される一つの積層体とみなす形態が挙げられる。

電池ユニットが並列部を含むことで、高出力なＲＦ電池システムとすることができる。また、待機時用負荷が並列部に対して電気的に接続されることで、並列された複数の積層体のそれぞれの電気エネルギーを一つの待機時用負荷により消費させることができる。よって、各積層体のそれぞれに待機時用負荷を電気的に接続する場合と比べて、待機時用負荷の数を削減でき、経済性に優れるものと期待される。

（５）実施形態のＲＦ電池システムとして、循環停止機構とバイパス回路とを備える形態が挙げられる。循環停止機構は、前記両電解液の循環を前記積層体単位で停止させる。バイパス回路は、前記電池ユニットに含まれる複数の積層体のうち、前記循環停止機構により前記両電解液の循環を停止した積層体を待機積層体とするとき、前記待機積層体を電気的に迂回することで前記待機積層体以外の積層体による充放電を確保する。

循環停止機構とバイパス回路とを備えることで、ＲＦ電池システムの充放電運転を中断することなく、一部の積層体への電解液の循環を停止させることができる。これにより、待機積層体以外の積層体による充放電を行いながら待機積層体単位でのメンテナンス等を行いやすい。

（６）実施形態のＲＦ電池システムの運転方法は、複数の電池セルが積層された２以上の積層体が電気的に直列接続された電池ユニットに正極電解液と負極電解液とを循環させ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であって、循環停止ステップと、消費ステップとを備える。循環停止ステップでは、前記２以上の積層体の少なくとも一つへの前記両電解液への循環を停止させる。消費ステップでは、前記両電解液の循環が停止されて待機状態となった積層体内に残存する電気エネルギーの少なくとも一部を、前記待機状態となった積層体のそれぞれに電気的に接続された待機時用負荷に供給して消費させる。

実施形態のＲＦ電池システムの運転方法は、上記の各ステップを備えることで、待機状態となった各積層体のそれぞれを確実に放電させることができる。これにより、各積層体の温度上昇を抑制することができ、各積層体を構成する電極や隔膜などの構成部材の熱的劣化を抑制することができる。

［本発明の実施形態の詳細］
以下、図面を参照して、実施形態のＲＦ電池システム、および、実施形態のＲＦ電池システムの運転方法について説明する。本発明はこれらの実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。また、図において同一符号は、同一名称物を示す。

＜実施形態１＞
〔ＲＦ電池システムの概要〕
図１を参照して、実施形態１のＲＦ電池システム１Ａを説明する。ＲＦ電池システム１Ａは、代表的には、交流／直流変換器（ＡＣ／ＤＣ）３００に電気的に接続された変電設備（図示せず）などを介して、発電部（図示せず）と電力系統や需要家などの負荷（図示せず）とに接続され充放電運転を行う。

ＲＦ電池システム１Ａは、電池ユニット２０を形成する複数の積層体（セルスタック）２００のそれぞれに待機時用負荷１５０が接続されている点を特徴の一つとする。各待機時用負荷１５０は、ＲＦ電池システム１Ａが充放電を行わない運転待機状態において、各積層体２００内の電気エネルギーを確実に低減するために設けられる。このＲＦ電池システム１Ａは、図６、図７を参照して説明した従来のＲＦ電池システムと共通する基本構成を備えるため、以下の説明は待機状態となった各積層体２００の電気エネルギーの消費に関連する構成を中心に行う。基本構成に関わる点については図６、図７を参照する。

（電池ユニット）
電池ユニット２０は、２以上の積層体２００を電気的に直列接続して形成される集合体である。本実施形態では、積層体２００として、同一の構成を備える４つのセルスタック２００ａ〜２００ｄが電気的に直列接続されて電池ユニット２０が形成される。電池ユニット２０を形成する積層体２００の数は、所望の電圧を出力できるように調整すればよく、積層体２００の数が多いほど高電圧を出力可能なＲＦ電池システム１Ａとすることができる。

〈積層体〉
積層体２００は、複数の電池セル１００（図７）を積層して形成される。電池セル１００は、両電極１０４，１０５と両電解液により電池反応を行う最小単位である。積層体２００としては、代表的には本実施形態のようにセルスタック２００ａ〜２００ｄを用いることが挙げられる。

このセルスタック２００ａ〜２００ｄは、所定数の電池セルを一つの纏まりの積層体とし、この積層体の一端面に配置される正極電解液用の給排板と、他端面に配置される負極電解液用の給排板とを備える。複数のセルスタックを積層して締付機構などで一体にした場合、個々のセルスタックをサブセルスタックと呼ぶことがある。各サブセルスタックは、電気的に直列接続されることで、セルスタック全体として一定の電圧を出力できるように形成されている。本実施形態でも、セルスタック２００ａ〜２００ｄは、複数のサブセルスタックを更に積層して締付機構で一体に形成されている。サブセルスタックにおける電池セルの積層数などは、ＲＦ電池システム１Ａが所望の特性を有するように適宜選択することができる。

本実施形態のように、複数のセルスタック２００ａ〜２００ｄが電気的に直列接続されて電池ユニット２０が形成される場合には、個々のセルスタック２００ａ〜２００ｄが一つの積層体に相当する。この場合、各セルスタック２００ａ〜２００ｄに待機時用負荷１５０がそれぞれ電気的に接続される。一方、ＲＦ電池システムが、２以上のサブセルスタックを電気的に直列接続した一つのセルスタックを備える場合には、一つのサブセルスタックが一つの積層体に相当する。この場合、電池ユニットは、２以上のサブセルスタックから形成されるセルスタックであり、各サブセルスタックに待機時用負荷がそれぞれ電気的に接続されることが望ましい。

ＲＦ電池システム１Ａは、必要に応じて、両電解液が循環供給されるモニタセル２５０（２５０ａ〜２５０ｄ）を備える。モニタセル２５０とセルスタック２００とには共通の電解液が流れる。モニタセル２５０を構成する電池セルは、充放電に利用されず、セルスタック２００の開路電圧の測定に利用される。開路電圧の測定には、モニタセル２５０ａ〜２５０ｄに接続した電圧計１９０ａ１〜１９０ｄ１が用いられる。開路電圧を測定することで、充放電運転の際のセルスタック２００の充電状態をより正確に測定することができる。ここでは、セルスタック２００の一部の電池セル１００をモニタセル２５０としている。モニタセル２５０の構成は、上記のようにセルスタック２００の一部のセル１００を利用する構成以外にも、セルスタックとは別個のモニタセルを設けるなど、公知の構成を採用しうる。

（循環機構）
循環機構１１０は、電池ユニット２０に両電解液を循環させることで積層体２００に充放電反応を行わせる機構である。通常、循環機構は、両電解液をそれぞれ貯留する正極タンクおよび負極タンクと、両タンクの電解液を電池ユニットに圧送するポンプと、タンク、ポンプ、および電池ユニットをつないで電解液の循環路を形成する導管とを備える。この循環機構には、主に一組のタンクに対応する積層体の数により、並列循環機構と単一循環機構（詳細については後述）とが挙げられる。本実施形態では、循環機構１１０は同一の構成の２つの並列循環機構１１０ａから形成される。並列循環機構とは、一組のタンクにそれぞれ貯留された両電解液を２以上の積層体に対して並列に循環させる機構である。本実施形態の並列循環機構１１０ａは、一組のタンク１１１ａ，１１２ａと、一組のポンプ１１３ａ，１１４ａと、これらと２つのセルスタック２００ａ，２００ｂ（２００ｃ，２００ｄ）をつないで往路と復路を構成する複数の導管１１５ａ〜１１８ａから構成されている。正極側の往路は、セルスタック２００ａ、２００ｂを例とすれば、正極タンク１１１ａからポンプ１１３ａを介して伸びる導管１１５ａを分岐し、各分岐端をセルスタック２００ａ、２００ｂに接続して構成される。正極側の復路は、セルスタック２００ａ、２００ｂから延びる導管１１６ａを集約して正極タンク１１１ａへと接続することで構成される。セルスタック２００ｃ、２００ｄや負極側に関しても、同様に往路と復路が構成される。このような循環機構のポンプ１１３ａ，１１４ａの運転により、タンク１１１ａ，１１２ａから２つのセルスタック２００ａ，２００ｂ（２００ｃ，２００ｄ）に導管１１５ａ〜１１８ａを介して両電解液が循環されることで充放電運転を行う。

並列循環機構は、上記の構成に限らず、例えば、一組のタンクのそれぞれに積層体と同数のポンプを設置し、一つの積層体に一組のポンプから両電解液が循環される構成等としてもよい。この場合、一組のポンプで複数の積層体に両電解液を循環させる場合と比べて、ポンプ１つあたりの負荷を低減できる。また、複数の積層体に対して１組のタンクを備える構成であるので、積層体の数に応じてタンクを設置する場合に比べてタンクの設置スペースを削減できると期待される。

〔待機時用負荷〕
待機時用負荷１５０は、両電解液の循環を停止させて待機状態とした積層体２００内に残存する両電解液の電気エネルギーの少なくとも一部を消費させる部材である。本実施形態では、各セルスタック２００ａ〜２００ｄのそれぞれ１つずつに待機時用負荷１５０ａ〜１５０ｄが接続されている。つまり、電池ユニット２０を単位として１つの待機時用負荷１５０が接続されるのではなく、電池ユニット２０を形成するセルスタック２００ａ〜２００ｄのそれぞれに待機時用負荷１５０ａ〜１５０ｄが電気的に接続されている。

待機時用負荷１５０としては、待機状態とした積層体２００に残存する電気エネルギーの少なくとも一部を消費可能であれば、種々の構成のものが利用できる。例えば、単なる抵抗でもよく、本実施形態でもこの抵抗に待機状態とした各セルスタック２００ａ〜２００ｄ内の電気エネルギーを供給して発熱させることで、各セルスタック２００ａ〜２００ｄ内の電気エネルギーを低減している。他にも、待機時用負荷１５０としてファンなどの強制冷却装置を用いると、待機状態とした各セルスタック２００ａ〜２００ｄを冷却でき、発熱に起因するセルスタック２００ａ〜２００ｄの構成部材の熱劣化をさらに抑制できると期待される。待機時用負荷１５０は、着脱自在とし、任意のときに所望の機能を有するものや所望の構成を有するものに変更可能な構成としてもよい。

待機時用負荷１５０は、待機状態としてから１時間以内に各積層体２００内の両電解液に残存する電気エネルギーを温度上昇が問題とならない所定の値まで低減できる構成であることが好ましい。積層体２００の各積層体内の電気エネルギー量にもよるが、隔膜１０１の性能劣化などがある場合には、ポンプの停止後３０分程度以降から３時間程度以内の範囲で、自己放電が急速に進み、積層体２００内の電解液の温度上昇が顕著となる場合があるからである。好ましくは４５分以内、より好ましくは３０分以内に温度上昇が問題とならない所定の値まで待機状態とした積層体２００内の電気エネルギーを低減できると、さらに温度上昇の抑制効果が大きいと期待される

各セルスタック２００において、両電解液の電気エネルギーの量は、各セルスタック２００の充電状態（ＳＯＣ：Ｓｔａｔｅ ｏｆ ｃｈａｒｇｅ）と相関する物理量を指標として検知することができる。この物理量には端子電圧（閉路電圧）が利用できる。本実施形態では、モニタセル２５０ａ〜２５０ｄを除く各セルスタック２００ａ〜２００ｄに接続された各待機時用負荷１５０ａ〜１５０ｄとそれぞれ電気的に並列接続された電圧計１９０ａ２〜１９０ｄ２により、各セルスタックの端子電圧を測定している。端子電圧を測定することで、各セルスタック２００が待機状態となっても、各セルスタック２００に残存する両電解液の電気エネルギーの量を概略的に検知できる。

温度上昇が問題とならない各積層体２００の電気エネルギー量は、積層体２００の満充電時のＳＯＣの５０％以下、好ましくは４０％以下、より好ましくは３０％以下、さらに好ましくは２０％以下、特に好ましくは１０％以下とすることができる。上記の自己放電に起因する温度上昇を効果的に抑制できるからである。一方で、電気エネルギーを消費させた後の各積層体２００内に電気エネルギーが存在すれば、ＲＦ電池システム１Ａを運転待機状態から充放電運転に移行する際に、各積層体２００内の電気エネルギーで充放電運転への移行動作や初動動作を行わせたり、運転待機状態のＲＦ電池システム１Ａの監視等を行ったりできると期待される。この場合、電気エネルギーを消費させた後の各積層体２００内に残存させる電気エネルギー（設定電圧）は、電池ユニット２０を形成する各積層体２００の数や電池容量にもよるが、満充電時のＳＯＣの１０％以上、好ましくは１５％以上、より好ましくは２０％以上とすると、各積層体２００の温度上昇を抑制しつつ、上記の充放電運転への移行やＲＦ電池システム１Ａの監視に必要な電気エネルギーを供給できると期待される。

〔切替部〕
切替部１６０は、両電解液の循環停止中にのみ待機時用負荷１５０に各積層体２００内の電気エネルギーが供給されるように、各積層体（セルスタック）２００の放電対象を切り替える機構である。本実施形態では、各セルスタック２００ａ〜２００ｄと各待機時用負荷１５０ａ〜１５０との間にそれぞれ１つずつ切替部１６０ａ〜１６０ｄが設けられている。図１に示すように、ＲＦ電池システム１Ａが運転待機状態となった場合に、各切替部１６０ａ〜１６０ｄにより各セルスタック２００ａ〜２００ｄと各待機時用負荷１５０ａ〜１５０ｄとが電気的に接続される一方で、各セルスタック２００ａ〜２００ｄ間の電気的な接続が解除される。

一方、充放電運転の際、すなわち両電解液の循環中は、各切替部１６０ａ〜１６０ｄにより各セルスタック２００ａ〜２００ｄと各待機時用負荷１５０ａ〜１５０ｄとの電気的な接続を解除する一方で、各セルスタック２００ａ〜２００ｄ間を電気的に直列接続する。各セルスタック２００ａ〜２００ｄと各待機時用負荷１５０ａ〜１５０ｄとの電気的な接続の解除により、各セルスタック２００ａ〜２００ｄから各待機時用負荷１５０ａ〜１５０ｄに電気エネルギーが供給されないようにできる。これにより、充放電運転中は各待機時用負荷１５０による電気エネルギーの消費が行われないようにできるので、エネルギー効率に優れたＲＦ電池システム１Ａとすることができる。切替部１６０として、例えば、スイッチ、コンタクタ、リレー、およびブレーカ等の市販のものを利用できる。

〔交流／直流変換器〕
交流／直流変換器３００は、交直変換、昇圧・降圧などを行う半導体素子（図示せず）などを備える回路基盤（図示せず）を備える。交流／直流変換器は、例えば、ＲＦ電池システム１Ａが充電運転を行う場合、発電部の交流電力を直流電力に変換したり、降圧したりし、変換などした電力を電池ユニット２０に充電させる。放電運転を行う場合には、交流／直流変換器３００は、電池ユニット２０の直流電力を交流電力に変換したり、昇圧したりし、変換などした電力を負荷に放電させる。運転待機状態においては、交流／直流変換器３００は、変電設備との電気的な接続を解除する場合もある。

〔制御部〕
運転状態の変更や、運転待機状態における切替部１６０の切り替え等といったＲＦ電池システム１Ａの一連の動作は制御部１８０により行われる。本実施形態では、上記一連の動作を、コンピュータを利用した制御部１８０により自動的に行っている。制御部１８０は、例えばＲＦ電池システム１Ａの運転を制御するための制御用回路基盤（図示せず）を備え、上述した交流／直流変換器３００の回路基盤、ポンプ１１３，１１４、電圧計１９０ａ１〜１９０ｄ１，１９０ａ２〜１９０ｄ２などの各部材と配線によって接続される。制御部１８０は、これらからの信号（情報）を、上記配線を介して受け取って種々の判定、演算、記憶などを行い、判定結果や演算結果などの信号を各部材に伝送してＲＦ電池システム１Ａの制御を行う。例えば、各電圧計１９０ａ１〜１９０ｄ１，１９０ａ２〜１９０ｄ２の計測信号Ｖａ１〜Ｖｄ１，Ｖａ２〜Ｖｄ２を制御部１８０に入力して各セルスタック内の充電状態の検知に供したり、ポンプの動作・停止信号Ｐ１〜Ｐ４を各ポンプ１１３ａ，１１４ａに対して指令したりする。この制御部１８０によるＲＦ電池システム１Ａの運転方法の詳細は、後述するＲＦ電池システムの運転方法において説明する。なお、制御部1８０による一連の動作は作業者が手作業により行う構成としてもよい。この点は他の実施形態においても同様である。

〔ＲＦ電池システムの運転方法〕
ＲＦ電池システム１Ａは、一般的なＲＦ電池システムと同様に、電池ユニット２０に循環機構１１０により両電解液を循環させることで、通常の充放電運転を行う。この充放電運転は、制御部１８０が交流／直流変換器３００や各ポンプ１１３，１１４を制御することで行われる。この制御は、例えば、発電部４００の発電状態や負荷６００の電力要求状態、あらかじめプログラムされた運転スケジュールなどに応じて変更される。

上述したように、ＲＦ電池システム１Ａでは、通常の充放電運転の他、少なくとも一部の積層体２００が充放電を行わない運転待機状態となる場合がある。本実施形態のＲＦ電池システム１Ａでは、待機状態とした各セルスタック２００ａ〜２００ｄ内の電気エネルギーを待機時用負荷１５０ａ〜１５０ｄにそれぞれ供給して、各セルスタック２００ａ〜２００ｄ内の電気エネルギーを低減する運転を行うことができる。ここでは、各セルスタック２００ａ〜２００ｄ内の電気エネルギーを低減するＲＦ電池システムの運転方法を説明する

実施形態１の運転方法は、循環停止ステップと、消費ステップとを備える。循環停止ステップでは、電池ユニット２０を形成している積層体２００（セルスタック２００ａ〜２００ｄ）の少なくとも一つへの両電解液への循環を停止させる。消費ステップでは、両電解液の循環が停止されて待機状態となった積層体内に残存する電気エネルギーの少なくとも一部を、待機状態となったセルスタック２００ａ〜２００ｄのそれぞれに電気的に接続された待機時用負荷１５０に供給して消費させる。以下、図２に示すフローチャートを参照して各ステップの具体的な処理をより詳細に説明する。

（循環停止ステップ）
循環停止ステップでは、前記２以上のセルスタック２００ａ〜２００ｄの少なくとも一つへの前記両電解液への循環を停止させる。本実施形態では、ＲＦ電池システム１Ａが運転待機状態に変更されたとき、制御部１８０から配線を介して上述した各ポンプ１１３ａ，１１３ａ，１１４ａ，１１４ａへ停止信号を送る。これにより、各ポンプ１１３ａ，１１３ａ，１１４ａ，１１４ａを停止させることで、各セルスタック２００ａ〜２００ｄへの両電解液の循環を停止させる（ステップＳ１）。このポンプ１１３ａ（１１４ａ）の停止により、電解液の循環が停止された積層体には電解液が滞留された状態となる。

（消費ステップ）
消費ステップでは、循環停止ステップにより両電解液の循環が停止されて待機状態となったセルスタック２００ａ〜２００ｄ内に残存する電気エネルギーの少なくとも一部を、セルスタック２００ａ〜２００ｄのそれぞれに電気的に接続された待機時用負荷１５０ａ〜１５０ｄに供給して消費させる。より具体的には、制御部１８０は、各ポンプ１１３ａ，１１３ａ，１１４ａ，１１４ａへの停止信号に同期して、各セルスタック２００ａ〜２００ｄと各待機時用負荷１５０ａ〜１５０ｄとの間に配置された各切替部１６０ａ〜１６０ｄにより、各セルスタック２００ａ〜２００ｄと各待機時用負荷１５０ａ〜１５０ｄとを接続する（ステップＳ２−１）。これにより、待機状態となった各セルスタック２００から各待機用負荷１５０ａ〜１５０ｄに電気エネルギーを供給して、各セルスタック２００ａ〜２００ｄ内の電気エネルギーを各停止時用負荷１５０ａ〜１５０ｄにより消費させる。

更に、この例では、温度上昇が問題とならない所定の電圧（設定電圧）Ｖｉが制御部１８０に記憶されている。各セルスタック２００ａ〜２００ｄの電気エネルギーの残存量として、各セルスタック２００ａ〜２００ｄに接続された各待機時用負荷１５０ａ〜１５０ｄとそれぞれ電気的に並列接続された電圧計１９０ａ２〜１９０ｄ２により、各セルスタック２００ａ〜２００ｄの端子電圧を測定する（ステップＳ２−２）。この測定した端子電圧（Ｖｃ）と設定電圧（Ｖｉ）とを比較する（ステップＳ２−３）。そして、各セルスタック２００ａ〜２００ｄの端子電圧が設定電圧以下となったところで、各切替部１６０ａ〜１６０ｄにより各セルスタック２００ａ〜２００ｄと各待機時用負荷１５０ａ〜１５０ｄとを切り離す（ステップＳ２−４）。この切り離しにより、通常の充放電運転が可能になる。

待機時用負荷への電気エネルギーの供給（放電）の停止をどのように決定するかは、上述した端子電圧を測定する手法の他、次の手法が挙げられる。いずれの手法においても待機時用負荷１５０は定抵抗である。

本実施形態のように、ＲＦ電池システム１Ａがモニタセル２５０を備えることによりセルスタック２００の開路電圧を測定可能な場合、この開路電圧と待機時用負荷１５０への電気エネルギーの供給時間（以下、放電時間という）を利用できる。放電時間を利用する場合、あらかじめ満充電状態のセルスタック２００から待機時用負荷１５０へ放電した際の放電時間と電流値との関係を求めておく。この放電時間と電流値との関係では、待機時用負荷１５０への放電を停止する電流値、つまり個々のセルスタック２００で温度上昇が問題とならない所定の電気エネルギーの量となる電流値（以下、設定電流値という）を規定しておく。

そして、待機状態となった直後のセルスタック２００の開路電圧をモニタセル２５０により測定し、待機時用負荷１５０への放電を開始した直後（以下、放電開始時という）のセルスタック２００の充電状態を把握する。この開路電圧と待機時用負荷１５０の抵抗値及びセルスタック２００の内部抵抗から待機時用負荷１５０へ放電開始時の電流値を演算し、この電流値を上記放電時間と電流値との関係に参照する。これにより、待機時用負荷１５０への放電開始時の電流値と設定電流値とから必要な放電時間を求める。待機時用負荷１５０への放電は、必要放電時間が経過すれば切替部１６０の動作により停止すればよい。この手法によれば、端子電圧を測定するための電圧計１９０を省略できるので、ＲＦ電池の構成を簡略化できる。

その他、セルスタック２００から待機時用負荷１５０に供給される電流値を利用してもよい。この例では、ＲＦ電池システムに用いるセルスタック２００と待機時用負荷１５０とに直列に接続される電流計を用いる。この場合も、予め、上述した放電時間と電流値との関係を利用して設定電流値を規定しておく。待機状態のセルスタック２００が待機時用負荷１５０への放電を開始したら、上記電流計で電流値を経時的に計測する。電流計で計測した電流値が設定電流値になれば、待機時用負荷１５０への放電を切替部１６０の動作により停止すればよい。

〔作用・効果〕
以上説明した本実施形態のＲＦ電池システム１Ａは以下の効果を奏する。
（１）各セルスタック２００ａ〜２００ｄに待機時用負荷１５０ａ〜１５０ｄがそれぞれ接続されることで、待機状態とした各セルスタック２００ａ〜２００ｄ内に残存する両電解液の電気エネルギーをセルスタック毎に確実に所定の値まで低減させることができる。これにより、電池ユニット２０内に温度上昇の抑制が不十分なセルスタックが含まれることを防止できる。

（２）セルスタック２００ａ〜２００ｄと待機時用負荷１５０ａ〜１５０ｄとの間に切替部１６０ａ〜１６０ｄを配置することにより、充放電運転中は待機時用負荷１５０ａ〜１５０ｄによる電気エネルギーの消費が行われないようにできる。これにより、エネルギー効率に優れたＲＦ電池システムとすることができる。また、各セルスタック２００ａ〜２００ｄが待機状態となった場合に、隣接するセルスタックからの電気エネルギー（電流）の流入を遮断でき、各セルスタック２００ａ〜２００ｄ内の電気エネルギーの消費を促進できる。

（３）循環機構１１０が並列循環機構１１０ａを含むことにより、電池ユニット２０を形成するセルスタック２００の数を増加させても、この増加数に対応して両極タンク１１１，１１２やポンプ１１３，１１４といった循環機構を構成する各部材の点数を増加させる必要がない。これにより、循環機構１１０の設置スペースを削減できるので、ＲＦ電池システム１Ａを小型化することができると期待される。また、各部材の点数を削減できることで、経済性にも優れると期待される。

また、以上説明した本実施形態のＲＦ電池システム１Ａの運転方法は、循環停止ステップと消費ステップとを備えることで、待機状態となった各積層体２００のそれぞれを確実に放電させることができる。これにより、各積層体２００の温度上昇を抑制することができ、各積層体２００を構成する両電極１０４，１０５や隔膜１０１などの構成部材の熱的劣化を抑制することができる。

＜実施形態２＞
実施形態２では、図３を参照し、実施形態１のＲＦ電池システムと異なる構成を備えるＲＦ電池システム１Ｂについて説明する。本実施形態のＲＦ電池システムは、循環機構１１０が複数の単一循環機構１１０ｂから形成される点、および、切替部１６０の構成が異なる点を特徴の一つとする。その他の点は、実施形態１のＲＦ電池システムと同様の構成を備えるので、以下では実施形態１のＲＦ電池システムとの主たる相違点である単一循環機構１１０ｂおよび、切替部１６０について説明する。

（単一循環機構）
本実施形態では、循環機構１１０は２つの単一循環機構１１０ｂから形成される。単一循環機構とは、一組のタンクにそれぞれ貯留された両電解液を１つの積層体に対してのみ循環させる機構である。本実施形態の単一循環機構１１０ｂは、一組のタンク１１１ｂ，１１２ｂと、一組のポンプ１１３ｂ，１１４ｂと、これらとセルスタック２００ａ（２００ｂ）を繋ぐ複数の導管１１５ｂ〜１１８ｂから構成されている。ＲＦ電池システム１Ｂは、ポンプ１１３ｂ，１１４ｂの運転により、タンク１１１ｂ，１１２ｂから１つのセルスタック２００ａ（２００ｂ）に導管１１５ｂ〜１１８ｂを介して両電解液が循環されることで充放電運転を行う。

循環機構１１０が単一循環機構１１０ｂを含むことで、電池ユニット２０を形成するセルスタック２００ａ，２００ｂの数を増加させても、シャントカレントによる電流損失や電解液の圧力損失を上記した並列循環機構よりも抑制しやすいと期待される。単一循環機構１１０ｂにつながる積層体の電解液は、他の積層体の電解液の影響を受けないため、他の積層体の構成部材に劣化が生じたりした場合でも、健全な状態を保持することができる。また、単一循環機構を停止させることにより、その単一循環機構につながる積層体を容易に積層体単位で待機状態とすることができる。

〔切替部〕
本実施形態では、各セルスタック２００ａ，２００ｂに対してそれぞれ２つずつの切替部１６０ａ１，１６０ａ２（１６０ｂ１，１６０ｂ２）が設けられている。各セルスタック２００と各待機時用負荷１５０との間にそれぞれ配置されている。図３に示すように、ＲＦ電池システム１Ｂが運転待機状態となった場合に、各切替部１６０ａ１，１６０ａ２（１６０ｂ１，１６０ｂ２）により各セルスタック２００ａ，２００ｂと各待機時用負荷１５０ａ，１５０ｂとが電気的に接続される。一方、充放電運転の際、すなわち両電解液の循環中は、各切替部１６０ａ１，１６０ａ２（１６０ｂ１，１６０ｂ２）により各セルスタック２００ａ，２００ｂと各待機時用負荷１５０ａ，１５０ｂとの電気的な接続を解除する。

以上、実施形態２のＲＦ電池システム１Ｂについて説明したが、切替部１６０の構成は、上記の実施形態１と同様にセルスタック２００と待機時用負荷１５０との間に１つの切替部を設ける構成としてもよい。もちろん、他の実施形態において、切替部１６０の構成を本実施形態と同様としてもよい。

＜実施形態３＞
実施形態３では、図４を参照し、実施形態１と異なる構成を備えるＲＦ電池システム１Ｃについて説明する。本実施形態のＲＦ電池システム１Ｃは、電池ユニット２０が２以上の積層体２００が電気的に並列接続された並列部２５を含む点を特徴の一つとする。その他の点は、実施形態１のＲＦ電池システムと同様の構成を備えるので、以下では実施形態１のＲＦ電池システムとの主たる相違点である並列部２５、およびこの並列部２５に対する待機時用負荷１５０の接続について説明する。

（並列部）
並列部２５は、電池ユニット２０において２以上の積層体が電気的に並列接続された箇所である。本実施形態では、電池ユニット２０は３つのセルスタック２００ａ〜２００ｃから形成され、そのうちの２つのセルスタック２００ａ，２００ｂが電気的に並列接続されることで並列部２５を形成している。並列部２５の一端（−側）は隣接するセルスタック２００の一端（＋側）に接続されることで、電池ユニット２０全体としては電気的に直列な回路となっている。並列部２５の他端（＋側）と、隣接する積層体２００ｃの他端（−側）はそれぞれ交流／直流変換器３００に電気的に接続される。

本実施形態のように、並列部２５を有する場合は、並列部２５を一つの積層体２００とみなす。すなわち、１つの並列部２５には、一つの待機時用負荷１５０ａが接続される。これにより、待機状態となった２つのセルスタック２００ａ，２００ｂに残存する電気エネルギーを１つの待機時用負荷１５０ａに供給することで消費させることができる。いわば、待機状態のセルスタック２００ａ，２００ｂを電源、待機時用負荷１５０ａを抵抗とみなした場合に、２つの電源を並列繋ぎし、ひとつの抵抗と接続した回路が形成される。これにより、一つの待機時用負荷１５０ａで両セルスタック２００ａ，２００ｂのそれぞれに残存する電解液の電気エネルギーを同時に消費させることができる。

本実施形態では、並列部２５を２つのセルスタック２００ａ，２００ｂから形成しているが、３以上のセルスタックを電気的に並列接続して形成してもよい。この場合でも、一つの並列部２５に対しては、一つの待機時用負荷１５０が接続される。並列部２５は、電池ユニット２０のいずれの箇所に設けられる構成としてもよく、その数も限定されない。例えば、電池ユニットを２つの並列部から構成し、各並列部に待機時用負荷を接続してもよい。この場合、並列部同士が直列接続されることで、電池ユニット全体としては直列接続された状態となる。

（作用・効果）
電池ユニット２０が並列部２５を含むことで、電池ユニット２０全体の電流量が上昇するので、高出力なＲＦ電池システムとすることができる。また、待機時用負荷１５０が並列部２５に対して電気的に接続されることで、並列された複数のセルスタック２００ａ，２００ｂのそれぞれの電気エネルギーを一つの待機時用負荷１５０により消費させることができる。よって、各セルスタック２００ａ，２００ｂのそれぞれに待機時用負荷１５０を電気的に接続する場合と比べて、待機時用負荷１５０の数を削減でき、経済性に優れるものと期待される。一方、セルスタック２００ｃを待機状態とした場合、その残存するエネルギーを待機時用負荷１５０ｂに放電して消費できることは勿論である。

＜実施形態４＞
実施形態４では、図５を参照し、実施形態１と異なる構成のＲＦ電池システム１Ｄについて説明する。本実施形態のＲＦ電池システム１Ｄは、循環機構１１０が循環停止機構１１９を備える点、およびバイパス回路１７０を備える点を特徴の一つとする。その他の点は、実施形態１のＲＦ電池システムと同様の構成を備えるので、以下では実施形態１のＲＦ電池システムとの主たる相違点である循環停止機構１１９、およびバイパス回路１７０について説明する。

〈循環停止機構〉
循環停止機構１１９は、両電解液の循環を積層体２００（セルスタック２００ａ〜２００ｄ）単位で停止させる機構である。通常、一組のポンプから導管を介して両電解液を複数のセルスタック２００ａ〜２００ｄへ供給する際には、この導管に分岐が設けられる。循環停止機構１１９は、この分岐点に配置され、各セルスタック２００ａ〜２００ｄに接続される各導管への電解液の供給と停止とをそれぞれ切り替え可能な部材である。循環機構１１０が循環停止機構１１９を備えることで、セルスタック２００ａ〜２００ｄ毎に電解液の循環を停止させることができる。以下、循環停止機構１１９により両電解液の循環を停止した積層体（セルスタック）を待機積層体（待機セルスタック）とする。本実施形態では、セルスタック２００ａ（２００ｃ）と一組のポンプ１１３ａ（１１３ａ）とを接続する導管１１５ａを分岐させている箇所およびセルスタック２００ｂ（２００ｄ）と一組のポンプ１１４ａ（１１４ａ）とを接続する導管１１７ａを分岐させている箇所に、循環停止機構１１９である三方弁１１９ａ〜１１９ｄを設けている。

図５の左方における並列循環機構１１０ａを例として循環停止機構１１９（三方弁）の機能を説明すると、この三方弁１１９により、（１）セルスタック２００ｂには両電解液を循環させる一方で、セルスタック２００ａには両電解液を循環させず、セルスタック２００ａを待機セルスタックとする、（２）セルスタック２００ａには両電解液を循環させる一方で、セルスタック２００ｂには両電解液を循環させず、セルスタック２００ｂを待機積層体とする、（３）セルスタック２００ａにもセルスタック２００ｂにも両電解液を循環させず、両者を待機積層体とすることが可能となる。図５の右方における並列循環機構１１０ａにおいても同様であり、循環機構１１０全体としては、各セルスタック２００ａ〜２００ｄへの電解液の循環をセルスタック２００ごとに停止させることができるようになっている。すなわち、両電解液の循環を停止させる単位は積層体毎とすることができ、待機積層体の総数は単数でも複数でもよい。本実施形態では、セルスタック２００ａのみが待機セルスタックとなるように、三方弁１１９ａが調整されている。循環停止機構は、三方弁のほか、導管１１５ａの分岐点から各分岐端までの間にそれぞれ個別に弁（バルブ）を設けることで形成してもよい。

複数の並列循環機構１１０ａごとに待機積層体を設定する場合には、ポンプ１１４，１１５を停止させることが好ましい。ポンプの動力の分だけ、エネルギーの消費を低減でき、ＲＦ電池システム１Ｄ全体としてのエネルギー効率に優れるからである。換言すれば、循環機構１１０が並列循環機構１１０ａを備える場合において、並列循環機構１１０ａにより電解液が循環される複数の積層体２００を単位として待機積層体とする場合には、ポンプを停止させることで循環停止機構とすることができる。ＲＦ電池システム１Ｄが単一循環機構を含む場合も同様である。

（バイパス回路）
バイパス回路１７０は、待機積層体（ここではセルスタック２００ａ）を電気的に迂回することで待機積層体以外の積層体（ここではセルスタック２００ｂ〜２００ｄ）による充放電を確保する。通常、バイパス回路１７０は、待機セルスタックを迂回するように配置される配線１７１とバイパス切替部１７２とで構成される。バイパス回路１７０を備えることで、電池ユニット２０内に待機積層体が含まれても、電池ユニット２０内の待機積層体以外の積層体の直列接続を維持することができる。本実施形態では、実施形態１と同様に電池ユニット２０を形成する各セルスタック単位で待機積層体を設定できる構成としているので、各セルスタック２００ａ〜２００ｄを迂回するように複数のバイパス回路１７０ａ〜１７０ｄが形成されている。

バイパス切替部１７２は、待機積層体を両電解液の循環停止中にのみ待機時用負荷１５０に各積層体２００内の電気エネルギーが供給されるように、各積層体２００と各待機時用負荷１５０との間にそれぞれ配置される部材である。本実施形態では、各セルスタック２００ａ〜２００ｄにそれぞれ１つずつバイパス切替部１７２ａ〜１７２ｄが設けられている。バイパス切替部１７２として、例えば、スイッチ、コンタクタ、リレー、およびブレーカ等の市販のものを利用できる。本実施形態では、上述したように、セルスタック２００ａのみを待機積層体とするので、バイパス切替部１７２ａが配線１７１ａ側につながることでセルスタック２００ａがバイパスされ、電池ユニット２０からセルスタック２００ａが分離される。一方で、他のセルスタック２００ｂ〜２００ｄによる充放電は、バイパス回路１７０ａにより交流／直流変換器３００を介して確保される。セルスタック２００ａは、待機時用負荷１５０ａと電気的に接続されることで待機用負荷１５０ａに電気エネルギーが供給され、セルスタック２００ａ内の電気エネルギーを停止時用負荷１５０ａにより消費させることができる。

（作用・効果）
循環調整機構１１９とバイパス回路１７０とを備えることで、ＲＦ電池システム１Ｄの充放電運転を中断することなく、一積層体２００（セルスタック２００ａ〜２００ｄ）単位で電解液の循環を停止させることができる。これにより、ＲＦ電池システム１Ｄの充放電運転を停止することなく、セルスタック２００ａ〜２００ｄ単位でのメンテナンス等を行うことができるので、ＲＦ電池システム１Ｄを運用しやすいと期待される。

以上、各実施形態により本発明を説明したが、例えば、循環機構は並列循環機構と単一循環機構とを組合せて構成してもよい。また、正極電解液及び負極電解液は、上記した両極の電解液がバナジウムイオンを含むＶ系一液形態以外にも、（１）正極電解液がマンガンイオンを含み、負極電解液がチタンイオンを含むＴｉ／Ｍｎ系二液形態、（２）正極電解液がマンガンイオンとチタンイオンとを含み、負極電解液がチタンイオンを含むＴｉ／Ｍｎ系形態、（３）両極の電解液がマンガンイオンとチタンイオンとを含むＴｉ／Ｍｎ系一液形態などの、公知の電解液を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は、自然エネルギーを利用した発電機の出力変動の平滑化、余剰電力の貯蔵、負荷平準化などを図ることを目的とした大容量蓄電池として好適に利用可能である。

１Ａ〜１Ｄ レドックスフロー電池システム（ＲＦ電池システム）
１０ レドックスフロー電池
２０ 電池ユニット
２５ 並列部
２００ 積層体
２００ａ，２００ｂ，２００ｃ，２００ｄ セルスタック
２５０，２５０ａ，２５０ｂ，２５０ｃ，２５０ｄ モニタセル
１００ 電池セル
１０１ 隔膜 １０２ 正極セル １０３ 負極セル
１０４ 正極電極 １０５ 負極電極
１２０ セルフレーム １２１ 双極板 １２２ 枠体
１２３，１２４ 給液口 １２５，１２６ 排液口
１１０ 循環機構
１１０ａ 並列循環機構 １１０ｂ 単一循環機構
１１１，１１１ａ，１１１ｂ 正極タンク
１１２，１１２ａ，１１２ｂ 負極タンク
１１３，１１３ａ，１１３ｂ，１１４，１１４ａ，１１４ｂ ポンプ
１１５，１１５ａ，１１５ｂ，１１６，１１６ａ，１１６ｂ，
１１７，１１７ａ，１１７ｂ_，１１８，１１８ａ，１１８ｂ 導管
１１９，１１９ａ，１１９ｂ，１１９ｃ，１１９ｄ 循環停止機構（三方弁）
１５０，１５０ａ，１５０ｂ，１５０ｃ，１５０ｄ 待機時用負荷（抵抗）
１６０，１６０ａ，１６０ｂ，１６０ｃ，１６０ｄ，
１６０ａ１，１６０ａ２，１６０ｂ１，１６０ｂ２ 切替部
１７０，１７０ａ，１７０ｂ，１７０ｃ，１７０ｄ バイパス回路
１７１，１７１ａ，１７１ｂ，１７１ｃ，１７１ｄ 配線
１７２，１７２ａ，１７２ｂ，１７２ｃ，１７２ｄ バイパス切替部
１８０ 制御部
１９０，１９０ａ１，１９０ａ２，１９０ｂ１，１９０ｂ２，
１９０ｃ１，１９０ｃ２，１９０ｄ１，１９０ｄ２ 電圧計
３００ 交流／直流変換器（ＡＣ／ＤＣ）
４００ 発電部 ５００ 変電設備 ６００ 負荷

Claims (6)

1. 複数の電池セルを積層して形成される２以上の積層体が電気的に直列接続された電池ユニットと、
   正極電解液と負極電解液とを前記電池ユニットに循環させる循環機構と、
   前記積層体のそれぞれに電気的に接続され、前記両電解液の循環を停止させて待機状態とした前記積層体内の前記両電解液に残存する電気エネルギーの少なくとも一部を消費させる待機時用負荷と、
   前記待機状態とした積層体と前記待機時用負荷との間にそれぞれ配置され、前記待機時用負荷への電気エネルギーの供給及び停止を切替える切替部と、
   前記電池ユニットを単位として電気的に接続される交流／直流変換器とを備えるレドックスフロー電池システム。
2. 前記循環機構が、一組のタンクにそれぞれ貯留された前記両電解液を２以上の前記積層体に対して並列に循環させる並列循環機構を含む請求項１に記載のレドックスフロー電池システム。
3. 前記循環機構が、一組のタンクにそれぞれ貯留された前記両電解液を１つの前記積層体に循環させる単一循環機構を含む請求項１または請求項２に記載のレドックスフロー電池システム。
4. 前記電池ユニットは、２以上の積層体が電気的に並列接続された並列部を含み、
   前記並列部を前記待機時用負荷が接続される一つの積層体とみなす請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のレドックスフロー電池システム。
5. 前記循環機構が、前記両電解液の循環を前記積層体単位で停止させる循環停止機構を備え、
   前記電池ユニットに含まれる複数の積層体のうち、前記循環停止機構により前記両電解液の循環を停止した積層体を待機積層体とするとき、前記待機積層体を電気的に迂回することで前記待機積層体以外の積層体による充放電を確保するバイパス回路を備える請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のレドックスフロー電池システム。
6. 複数の電池セルが積層された２以上の積層体が電気的に直列接続された電池ユニットに正極電解液と負極電解液とを循環させ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であって、
   前記２以上の積層体の少なくとも一つへの前記両電解液への循環を停止させる循環停止ステップと、
   前記両電解液の循環が停止されて待機状態となった積層体内に残存する電気エネルギーの少なくとも一部を、前記待機状態となった積層体のそれぞれに電気的に接続された待機時用負荷に供給して消費させる消費ステップとを備えるレドックスフロー電池システムの運転方法。

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