JP2015225820A - 電解液循環型電池 - Google Patents
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Abstract
【課題】電解液の温度を調整し易い電解液循環型電池を提供する。
【解決手段】電池セルと、前記電池セルに電解液を循環する循環路とを備える電解液循環型電池であって、前記循環路の途中で前記電解液を冷却する熱交換器と、前記熱交換器における前記電解液の流入側と流出側とを繋いで前記熱交換器をバイパスするバイパス流路と、前記熱交換器に流通させる前記電解液の流量と前記バイパス流路に流通させる前記電解液の流量とを可変する流量可変機構とを備える電解液循環型電池。
【選択図】図１
【解決手段】電池セルと、前記電池セルに電解液を循環する循環路とを備える電解液循環型電池であって、前記循環路の途中で前記電解液を冷却する熱交換器と、前記熱交換器における前記電解液の流入側と流出側とを繋いで前記熱交換器をバイパスするバイパス流路と、前記熱交換器に流通させる前記電解液の流量と前記バイパス流路に流通させる前記電解液の流量とを可変する流量可変機構とを備える電解液循環型電池。
【選択図】図１
Description
本発明は、レドックスフロー電池などの電解液循環型電池に関する。特に、電解液の温度を調整し易い電解液循環型電池に関する。
太陽光発電や風力発電といった自然エネルギー由来の電力を蓄電する大容量の蓄電池の一つにレドックスフロー電池（ＲＦ電池）などの電解液循環型電池がある。ＲＦ電池は、正極電解液に含まれるイオンと負極電解液に含まれるイオンの酸化還元電位の差を利用して充放電を行う電池である。ＲＦ電池として、例えば、特許文献１に示すものがある。
特許文献１のＲＦ電池は、図５のＲＦ電池の動作原理図に示すように、水素イオンを透過させる隔膜１０１で正極セル１０２と負極セル１０３とに分離された電池セル１００を備える。正極セル１０２には正極電極１０４が内蔵され、かつ正極電解液を貯留する正極電解液タンク１０６が供給流路１０８及び排出流路１１０を有する循環路を介して接続されている。同様に、負極セル１０３には負極電極１０５が内蔵され、かつ負極電解液を貯留する負極電解液タンク１０７が供給流路１０９及び排出流路１１１を有する循環路を介して接続されている。
各タンク１０６、１０７内の電解液は、各供給流路１０８、１０９の途中に設けられたポンプ１１２、１１３により各供給流路１０８、１０９から各セル１０２、１０３に供給され、各セル１０２、１０３から各排出流路１１０、１１１を流通して各タンク１０６、１０７に排出されることで各セル１０２、１０３に循環される。電解液には、代表的に、酸化還元反応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。各流路１０８〜１１１は、電解液が直接接触することから、電解液と反応せず、電解液に対する耐性に優れる材料、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）などの樹脂の導管で構成されている。図５において、実線矢印は充電、破線矢印は放電を意味する。
ＲＦ電池１では、電池反応に伴い電解液が発熱し、この発熱により電池効率が低下したり、電解液に接する各流路１０８〜１１１の構成樹脂が軟化するなどの劣化が生じたりし得る。この対策として、ＲＦ電池１は、熱交換器１１４、１１５が各排出流路１１０、１１１の途中に設けられる。熱交換器１１４、１１５は、一般に循環路の一部に構成される冷却領域を有し、その内部の電解液が冷却機構（図示略）により冷却される。上記熱交換器の流路は、その入口から出口に亘って蛇行するように設けられている。電解液は、熱交換器の入口から出口に亘る過程で熱が奪われて冷却される。冷却には、熱交換器を冷却水で冷却する水冷式や、熱交換器に強制的に送風を行う空冷式が利用されている。熱交換器の流路は、上述のように蛇行する他、例えば、入口から出口に亘る過程で複数の直線状に枝分かれするように設けられたりすることもある。
熱交換器は、一般に、設置される環境において、電解液の最も高くなる温度を想定して構成される。そのため、夏季などで電解液の温度が上昇し易い場合には、熱交換器を備えることで、熱交換器で電解液を適切に冷却できる。しかし、冬季などで電解液の温度が下降し易い場合には、電解液が冷却されすぎることがある。特に、寒暖差の大きい環境では、冬季に電解液の過冷却が顕著になる。電解液の温度が低下すると、電解液の粘度が高くなって圧力損失が高くなる。それにより、充放電反応が抑制されたりすることで電池効率が低下するため、電池性能が低下する。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的の一つは、電解液の温度を調整し易い電解液循環型電池を提供することにある。
本発明の一態様に係る電解液循環型電池は、電池セルと、前記電池セルに電解液を循環する循環路とを備える。この電解液循環型電池は、熱交換器と、バイパス流路と、流量可変機構とを備える。熱交換器は、循環路の途中で電解液を冷却する。バイパス流路は、熱交換器における電解液の流入側と流出側とを繋いで熱交換器をバイパスする。流量可変機構は、熱交換器に流通させる電解液の流量とバイパス流路に流通させる電解液の流量とを可変する。
上記電解液循環型電池は、電解液の温度を調整し易い。
《本発明の実施形態の説明》
最初に本発明の実施態様の内容を列記して説明する。
最初に本発明の実施態様の内容を列記して説明する。
（１）本発明の一態様に係る電解液循環型電池は、電池セルと、前記電池セルに電解液を循環する循環路とを備える。この電解液循環型電池は、熱交換器と、バイパス流路と、流量可変機構とを備える。熱交換器は、循環路の途中で電解液を冷却する。バイパス流路は、熱交換器における電解液の流入側と流出側とを繋いで熱交換器をバイパスする。流量可変機構は、熱交換器に流通させる電解液の流量とバイパス流路に流通させる電解液の流量とを可変する。
上記の構成によれば、熱交換器を備えることで、夏季などで電解液の温度が上昇し易い場合には、熱交換器で電解液を冷却できる。熱交換器をバイパスする上記バイパス流路と上記流量可変機構とを備えることで、冬季などで電解液の温度が下降し易い場合には、電解液の過冷却を抑制できる。それは、電解液の少なくとも一部をバイパス流路に流通させられ、バイパス流路を流通する電解液は熱交換器で冷却されないからである。従って、電解液の冷却が必要なときには必要な分だけ冷却できる上に、冷却しすぎによる電解液の温度の低下を抑制できるため、電解液の温度を調整し易い。その結果、充放電反応を促進でき、電池性能を向上させられる。
また、電解液の少なくとも一部をバイパス流路に流通できることで、圧力損失を低減できる。熱交換器は、一般的に、他の循環路に比べて、断面積（径）の小さい流路、全長の長い流路、複数に分岐された流路、の少なくとも一つを備えることが多い。これに対して、バイパス流路は熱交換器以外の循環路と同等の径で構成でき、そのバイパス流路に電解液の少なくとも一部を流通できることで、熱交換器を流通する電解液の量を低減できるからである。
更に、電解液の少なくとも一部をバイパス流路に流通できることで、電解液の過冷却を抑制できて電解液の粘性の増加を抑制できるため、圧力損失を低減できる。
（２）上記電解液循環型電池の一形態として、測定センサと、流量制御部とを備えることが挙げられる。測定センサは、電解液の温度に関連する物理量を測定する。流量制御部は、測定センサの測定結果に基づき、流量可変機構による熱交換器及びバイパス流路への流量を制御する。
上記の構成によれば、測定センサの結果に基づいて流量可変機構による熱交換器及びバイパス流路への流量を制御する流量制御部を備えることで、電解液の温度の調整を精度よく行える。
（３）上記電解液循環型電池の一形態として、測定センサと流量制御部とを備える場合、測定センサは、電解液の温度を測定する液温センサ、及び外気温を測定する気温センサの少なくとも一方を備えることが挙げられる。
上記の構成によれば、液温センサを備えることで、電解液の温度をリアルタイムでかつ高精度に測定できるので、電解液の温度の調整が行い易く、電解液の過冷却を抑制することに特に効果的である。一方、気温センサを備えることで、外気温を測定できるので、電解液の温度の調整が行い易い。外気温は、電解液の温度の変化に影響を及ぼし易く、電解液の温度との相関関係が得易いからである。また、電解液を直接測定するような液温センサに比べて配置や構成が簡便である。また、両方のセンサを備えれば、仮に一方のセンサが故障して上記物理量を測定できなくなっても、他方のセンサを用いて上記物理量を測定できる。
（４）上記電解液循環型電池の一形態として、測定センサを備える場合、更に、熱交換器を冷却する冷却機構と、測定センサの測定結果に基づき、冷却機構の動作を制御する冷却制御部とを備えることが挙げられる。
上記の構成によれば、上記冷却制御部を備えることで、例えば、電解液の少なくとも一部をバイパス流路に流通させた際、それに連動して冷却機構による熱交換器への冷却を弱められる。即ち、電解液をバイパス流路に流通させて電解液の冷却を抑制するときには冷却機構による熱交換器への冷却を弱められるため、残りの電解液が熱交換器を流通する場合でも、電解液の温度の低下をより一層抑制し易い。このように、電解液の冷却に必要なときに必要な分だけ冷却機構を動作させられるため省電力化に寄与する。
（５）上記電解液循環型電池の一形態として、測定センサを備える場合、更に、電解液を循環させるポンプと、測定センサの測定結果に基づき、ポンプの出力を制御するポンプ制御部とを備えることが挙げられる。
上記の構成によれば、上記ポンプ制御部を備えることで、例えば、電解液の少なくとも一部をバイパス流路に流通させた際、それに連動してポンプの出力を小さくできる。上述のように、熱交換器は、循環路に比べて、断面積（径）の小さい流路、全長の長い流路、複数に分岐された流路の少なくとも一つを備える。そのため、電解液の少なくとも一部をバイパス流路に流通させて熱交換器に流通させる電解液の流量を低減することで、電解液を全て熱交換器に流通させる場合に比べてポンプの出力が小さくて済むからである。従って、ポンプの出力を必要最低限に最適化し易いため、省電力化に寄与する。
（６）上記電解液循環型電池の一形態として、バイパス流路に設けられて流路の開閉を行うバルブを備えることが挙げられる。
上記の構成によれば、熱交換器及びバイパス流路への電解液の流量を容易に調整できる。バルブを開放すると一部の電解液は熱交換器にも流通するものの大半の電解液をバイパス流路に流通させられ、バルブを閉鎖すると電解液を熱交換器にのみ流通させられるからである。バルブを開放した際、大半の電解液はパイパス流路に流通して熱交換器で冷却されないため、一部の電解液が熱交換器に流通することで冷却されたとしても、一部の電解液の温度低下に伴って電解液全体の温度が電池性能に影響を与えるほど下がることが略無い。また、バルブの開放量を調整すれば、熱交換器及びバイパス流路への流量を調整することができる。
《本発明の実施形態の詳細》
本発明の実施形態の詳細を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、本発明はこれらの例示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およ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。ここでは、電解液循環型電池としてレドックスフロー電池（ＲＦ電池）を例に説明する。
本発明の実施形態の詳細を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、本発明はこれらの例示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およ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。ここでは、電解液循環型電池としてレドックスフロー電池（ＲＦ電池）を例に説明する。
〔実施形態１〕
実施形態に係るＲＦ電池は、図５を用いて説明した従来のＲＦ電池と同様、電池セル１００と、正極セル１０２にタンク１０６内の正極電解液を循環させる循環路（供給流路１０８、排出流路１１０）と、負極セル１０３にタンク１０７内の負極電解液を循環させる循環路（供給流路１０９、排出流路１１１）とを備える。各極電解液の循環は、各循環路の途中に設けたポンプ１１２，１１３により行う。実施形態に係るＲＦ電池の主たる特徴とするところは、循環路の途中で電解液を冷却する熱交換器と、この熱交換器をバイパスするバイパス流路と、熱交換器及びバイパス流路への電解液の流量を可変する流量可変機構とを備える点にある。即ち、実施形態１に係るＲＦ電池は、熱交換器周辺の構成が従来のＲＦ電池とは異なるため、以下の実施形態ではその熱交換器周辺の構成を中心に説明する。以下、図１〜３、５を参照して、熱交換器周辺の構成、その他の構成の順に説明する。従来と同様の構成については、図５と同一符号を付してその説明を省略する。
実施形態に係るＲＦ電池は、図５を用いて説明した従来のＲＦ電池と同様、電池セル１００と、正極セル１０２にタンク１０６内の正極電解液を循環させる循環路（供給流路１０８、排出流路１１０）と、負極セル１０３にタンク１０７内の負極電解液を循環させる循環路（供給流路１０９、排出流路１１１）とを備える。各極電解液の循環は、各循環路の途中に設けたポンプ１１２，１１３により行う。実施形態に係るＲＦ電池の主たる特徴とするところは、循環路の途中で電解液を冷却する熱交換器と、この熱交換器をバイパスするバイパス流路と、熱交換器及びバイパス流路への電解液の流量を可変する流量可変機構とを備える点にある。即ち、実施形態１に係るＲＦ電池は、熱交換器周辺の構成が従来のＲＦ電池とは異なるため、以下の実施形態ではその熱交換器周辺の構成を中心に説明する。以下、図１〜３、５を参照して、熱交換器周辺の構成、その他の構成の順に説明する。従来と同様の構成については、図５と同一符号を付してその説明を省略する。
［熱交換器］
熱交換器１０、１１は、循環路の途中で電解液を冷却する。即ち、熱交換器１０、１１は、循環路の一部を形成する。ここでの冷却は、自然放冷による冷却でもよいが、後述する冷却機構（ファン２０、２１）による強制冷却とすることで、電解液を良好に冷却できる。熱交換器１０、１１の設置箇所は、供給流路１０８、１０９の途中、又は排出流路１１０、１１１の途中のいずれでもよいが、排出流路１１０、１１１の途中とすることが好ましい。各極電解液は、電池反応に伴い発熱する。そのため、熱交換器１０、１１の設置箇所を排出流路１１０、１１１の途中とすることで、電解液を良好に冷却できる。ここでは、熱交換器１０、１１の設置箇所を排出流路１１０、１１１の途中としている。
熱交換器１０、１１は、循環路の途中で電解液を冷却する。即ち、熱交換器１０、１１は、循環路の一部を形成する。ここでの冷却は、自然放冷による冷却でもよいが、後述する冷却機構（ファン２０、２１）による強制冷却とすることで、電解液を良好に冷却できる。熱交換器１０、１１の設置箇所は、供給流路１０８、１０９の途中、又は排出流路１１０、１１１の途中のいずれでもよいが、排出流路１１０、１１１の途中とすることが好ましい。各極電解液は、電池反応に伴い発熱する。そのため、熱交換器１０、１１の設置箇所を排出流路１１０、１１１の途中とすることで、電解液を良好に冷却できる。ここでは、熱交換器１０、１１の設置箇所を排出流路１１０、１１１の途中としている。
熱交換器１０、１１の入口は、排出流路１１０、１１１のうち上流側排出流路１１０ｕ、１１１ｕに接続され、熱交換器１０、１１の出口は、下流側排出流路１１０ｄ、１１１ｄに接続される。各極セル１０２、１０３から排出された電解液は、上流側排出流路１１０ｕ、１１１ｕから熱交換器１０、１１の入口を介して熱交換器１０、１１内に流通され、熱交換器１０、１１の入口から出口に亘る過程で電解液の熱が奪われる。熱が奪われた電解液は、熱交換器１０、１１の出口から下流側排出流路１１０ｄ、１１１ｄを介して各極タンク１０６、１０７に戻される。
熱交換器１０、１１の入口から出口に亘る流路（図示略）は、連続する１本の流路で構成したり、複数の流路で構成したりすることができる。連続する１本の流路とする場合、流路を蛇行した導管で構成することが好ましい。そうすれば、同じ流路断面積で同じ流路長とする場合、流路を直線状とする場合に比べて熱交換器１０、１１のサイズ、ひいては冷却機（ファン２０、２１）を含めたサイズを小型化できる。また、熱交換器１０、１１を同じサイズとする場合、直線状の流路に比べて流路を構成する導管の表面積を大きくできて電解液を所望の温度に冷却し易い。複数の流路とする場合、各流路を直線状の導管で構成してもよいし、蛇行した導管で構成してもよい。連続する１本の流路と同じ流路断面積で同じ流路長とする場合、複数の流路で構成することで、各流路断面積（径）を小さくできるので、各流路を構成する導管の合計表面積を大きくできる。また、各流路断面積（径）を小さくできることで、流路の中心部分まで冷却させ易い。
熱交換器１０、１１の流路は、排出流路１１０、１１１と同様、例えば、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）などの樹脂の導管で構成することが挙げられる。その他、樹脂で構成される管状の本体部と、本体部の外周に形成され、本体部よりも酸素透過率の低い有機材料で構成される酸素遮断層とを備える多層構造の複合導管で構成してもよい。本体部の樹脂は、ＰＶＣ、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、及びポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）などが挙げられ、中でもＰＥが好適に利用できる。酸素遮断層の材質は、エチレン‐ビニルアルコール共重合樹脂（エチレン‐酢酸ビニルランダム共重合体けん化物）、ポリ塩化ビニリデン樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、ナイロン６などが挙げられる。熱交換器１０、１１の流路を上記複合導管で構成すると、電解液の温度を良好に冷却できる。即ち、詳細は後述するが、制御機構５０を備えることで、電解液を良好に冷却できる複合導管を用いる場合でも、電解液の温度を調整して電解液の過冷却を抑制できる。
［冷却機構］
ＲＦ電池１は、熱交換器１０、１１を冷却して、各極電解液の熱を奪うことでその電解液を冷却する冷却機構を備える。冷却機構は、冷却水で冷却する水冷式や、送風を行う空冷式などの強制的な冷却手法が挙げられる。水冷式の場合、熱交換器１０、１１を容器内に収納し、容器内に冷却水を供給（循環）することが挙げられる。水冷式の場合、空冷式に比べて電解液の冷却性能に優れる。一方、空冷式の場合、ファンを設けることが挙げられる。この場合、冷却水自体が不要であることは勿論、冷却水を供給（循環）するポンプや冷却水の冷却機などの部材が不要であるため、水冷式に比べて冷却機構を小型化かつ簡略化できる。ここでは、冷却機構はファン２０、２１で構成している。ファン２０、２１の配置箇所は、熱交換器１０、１１の略全体に風を当てることのできる位置であればよい。
ＲＦ電池１は、熱交換器１０、１１を冷却して、各極電解液の熱を奪うことでその電解液を冷却する冷却機構を備える。冷却機構は、冷却水で冷却する水冷式や、送風を行う空冷式などの強制的な冷却手法が挙げられる。水冷式の場合、熱交換器１０、１１を容器内に収納し、容器内に冷却水を供給（循環）することが挙げられる。水冷式の場合、空冷式に比べて電解液の冷却性能に優れる。一方、空冷式の場合、ファンを設けることが挙げられる。この場合、冷却水自体が不要であることは勿論、冷却水を供給（循環）するポンプや冷却水の冷却機などの部材が不要であるため、水冷式に比べて冷却機構を小型化かつ簡略化できる。ここでは、冷却機構はファン２０、２１で構成している。ファン２０、２１の配置箇所は、熱交換器１０、１１の略全体に風を当てることのできる位置であればよい。
［バイパス流路］
バイパス流路３０，３１は、熱交換器１０，１１における電解液の流入側と流出側とを繋いで熱交換器１０、１１をパイパスする。即ち、バイパス流路３０，３１は、循環路の途中に設けられると共に循環路の一部を形成する。ここでは、バイパス流路３０，３１の入口は、上流側排出路１１０ｕ、１１１ｕに接続され、バイパス流路の出口は、下流側排出路１１０ｄ、１１１ｄに接続されている。バイパス流路３０、３１に電解液を流通させることで、バイパス流路３０，３１を流通する電解液は熱交換器１０，１１で冷却されない。そのため、電解液の冷却を抑制したい場合、電解液をバイパス流路３０、３１に流通させることで電解液をそれ以上冷却させないようにできる。従って、電解液の温度を調整し易く、電解液の過冷却を抑制できる。バイパス流路３０，３１は、接続する排出流路１１０、１１１と同様の径の導管で構成できる。バイパス流路３０，３１を構成する導管の材質は、例えば、排出流路１１０、１１１と同様の樹脂（ＰＶＣ）が挙げられる。バイパス流路３０，３１への電解液の流通は、流量可変機構により行える。
バイパス流路３０，３１は、熱交換器１０，１１における電解液の流入側と流出側とを繋いで熱交換器１０、１１をパイパスする。即ち、バイパス流路３０，３１は、循環路の途中に設けられると共に循環路の一部を形成する。ここでは、バイパス流路３０，３１の入口は、上流側排出路１１０ｕ、１１１ｕに接続され、バイパス流路の出口は、下流側排出路１１０ｄ、１１１ｄに接続されている。バイパス流路３０、３１に電解液を流通させることで、バイパス流路３０，３１を流通する電解液は熱交換器１０，１１で冷却されない。そのため、電解液の冷却を抑制したい場合、電解液をバイパス流路３０、３１に流通させることで電解液をそれ以上冷却させないようにできる。従って、電解液の温度を調整し易く、電解液の過冷却を抑制できる。バイパス流路３０，３１は、接続する排出流路１１０、１１１と同様の径の導管で構成できる。バイパス流路３０，３１を構成する導管の材質は、例えば、排出流路１１０、１１１と同様の樹脂（ＰＶＣ）が挙げられる。バイパス流路３０，３１への電解液の流通は、流量可変機構により行える。
［流量可変機構］
流量可変機構は、熱交換器１０、１１に流通させる電解液の流量と、バイパス流路３０、３１に流通させる電解液の流量とを可変する。流量可変機構は、流路の開通・閉鎖を行うバルブや、流通流路の選択及び各流路への流量調整を行うバルブなどが挙げられる。開閉を行うバルブは、例えば、弁体を備えるゲートバルブ、グローブバルブ、ボールバルブ、バタフライバルブ、ダイヤフラムバルブなどが挙げられる。流通流路の選択及び各流路への流量調整を行うバルブは、例えば、切換弁を備える三方弁が挙げられる。三方弁は、切換弁を切り換えることで、熱交換器１０，１１側の流路（バイパス流路３０，３１）を開放（全開）し、バイパス流路３０，３１（熱交換器１０，１１側の流路）を閉鎖（全閉）して流通流路を選択でき、熱交換器１０，１１及びバイパス流路３０，３１のいずれか一方にのみ電解液を流通させられる。また、切換弁の開放度合いを調整することで、両方の流路に電解液を流通させられると共に各流路への流量（開放量）調整を行える。
流量可変機構は、熱交換器１０、１１に流通させる電解液の流量と、バイパス流路３０、３１に流通させる電解液の流量とを可変する。流量可変機構は、流路の開通・閉鎖を行うバルブや、流通流路の選択及び各流路への流量調整を行うバルブなどが挙げられる。開閉を行うバルブは、例えば、弁体を備えるゲートバルブ、グローブバルブ、ボールバルブ、バタフライバルブ、ダイヤフラムバルブなどが挙げられる。流通流路の選択及び各流路への流量調整を行うバルブは、例えば、切換弁を備える三方弁が挙げられる。三方弁は、切換弁を切り換えることで、熱交換器１０，１１側の流路（バイパス流路３０，３１）を開放（全開）し、バイパス流路３０，３１（熱交換器１０，１１側の流路）を閉鎖（全閉）して流通流路を選択でき、熱交換器１０，１１及びバイパス流路３０，３１のいずれか一方にのみ電解液を流通させられる。また、切換弁の開放度合いを調整することで、両方の流路に電解液を流通させられると共に各流路への流量（開放量）調整を行える。
流量可変機構の設置箇所は、上記開閉を行うバルブを用いる場合、例えば、（１）バイパス流路３０，３１、（２）熱交換器１０，１１の入口近傍及び出口近傍の一方とバイパス流路３０，３１の両方、が挙げられる。熱交換器１０，１１の入口近傍とは、上流側排出路１１０ｕ、１１１ｕのうち、バイパス流路３０、３１との接続箇所よりも熱交換器１０、１１側を言い、出口近傍とは、下流側排出路１１０ｄ、１１１ｄのうち、バイパス流路３０，３１との接続箇所よりも熱交換器１０、１１側を言う。
バイパス流路３０，３１にのみバルブを取り付けた場合、弁体を動作させてバルブを開放すると一部の電解液は熱交換器１０、１１にも流通するものの大半の電解液はバイパス流路３０，３１に流通し、バルブを閉鎖すると電解液は熱交換器１０，１１にのみ流通する。バイパス流路３０，３１の圧力損失は、熱交換器１０，１１に比較して小さく、バルブを開放すると大半の電解液をバイパス流路３０，３１に流通させられる。この場合、大半の電解液はパイパス流路３０，３１に流通して熱交換器１０，１１で冷却されないため、一部の電解液が熱交換器１０，１１に流通することで冷却されたとしても、一部の電解液の温度低下に伴って電解液全体の温度が電池性能に影響を与えるほど下がることが略無い。バルブの開放量を調整すれば、バイパス流路３０，３１及び熱交換器１０，１１への流量を調整できる。
熱交換器１０、１１の入口近傍及び出口近傍のいずれか一方とバイパス流路３０，３１の両方にバルブを取り付けた場合、熱交換器１０，１１の出入口近傍のバルブを開放してバイパス流路３０，３１のバルブを閉鎖すると、電解液を熱交換器１０，１１に流通させられる。逆に、熱交換器１０，１１の出入口近傍のバルブを閉鎖してバイパス流路３０，３１のバルブを開放すると、電解液をバイパス流路３０，３１に流通させられる。両方のバルブを開放（両方の弁体の開放量を調整）すれば、熱交換器１０，１１とバイパス流路３０，３１の両方に電解液を流通させられる。
流量可変機構の設置箇所は、上記流通流路の選択及び各流路への流量調整を行うバルブ（例えば、三方弁）を用いる場合、バイパス流路３０，３１と循環路との接続箇所が挙げられる。この場合、切換弁の開放度合いの調整により上述のように流通流路の選択及び各流路への流量調整を行う。
ここでは、流量可変機構は、バタフライバルブ４０〜４３で構成し、それを熱交換器１０、１１の上記入口側近傍と、バイパス流路３０、３１とにそれぞれに設けている。流量可変機構による熱交換器１０，１１とバイパス流路３０、３１との間における電解液の流量の可変、即ち、バタフライバルブ４０〜４３における弁体の動作は、制御機構５０により行える。バタフライバルブ４０〜４３は、制御機構５０により連続的に電解液の液量を可変できる。また、熱交換器１０、１１の上記入口側近傍のバタフライバルブ４０，４１の開閉と、バイパス流路３０、３１のバタフライバルブ４２，４３の開閉とは、制御機構５０により連動させることができる。
［制御機構］
制御機構５０は、電解液の温度に関連する物理量を測定する測定センサと、測定センサの測定結果に基づき、バタフライバルブ（流量可変機構）４０〜４３による熱交換器１０，１１及びバイパス流路３０，３１への流量を制御する流量制御部５４０を有する制御部５４とを備える。流量の制御とは、電解液を熱交換器１０，１１及びバイパス流路３０，３１のいずれか一方にのみ流通させるように行う場合と、各々の流路に任意の流量の電解液を流通させるように行う場合とがある。ここでは、前者のいずれか一方にのみ流通させる形態を説明する。後者の任意の流量を流通させる形態については実施形態２で説明する。制御部５４は、その他、測定センサの測定結果に基づき、冷却機構２０，２１の動作を制御する冷却制御部５４１及びポンプ１１２，１１３の出力を制御するポンプ制御部５４２の少なくとも一方などを備えていてもよい。これら流量制御部５４０と冷却制御部５４１とポンプ制御部５４２は一つの制御部５４により制御してもよいし、それぞれ独立した異なる制御部で制御してもよい。冷却制御部５４１とポンプ制御部５４２に関しては後述する実施形態３と実施形態４とでそれぞれ説明する。
制御機構５０は、電解液の温度に関連する物理量を測定する測定センサと、測定センサの測定結果に基づき、バタフライバルブ（流量可変機構）４０〜４３による熱交換器１０，１１及びバイパス流路３０，３１への流量を制御する流量制御部５４０を有する制御部５４とを備える。流量の制御とは、電解液を熱交換器１０，１１及びバイパス流路３０，３１のいずれか一方にのみ流通させるように行う場合と、各々の流路に任意の流量の電解液を流通させるように行う場合とがある。ここでは、前者のいずれか一方にのみ流通させる形態を説明する。後者の任意の流量を流通させる形態については実施形態２で説明する。制御部５４は、その他、測定センサの測定結果に基づき、冷却機構２０，２１の動作を制御する冷却制御部５４１及びポンプ１１２，１１３の出力を制御するポンプ制御部５４２の少なくとも一方などを備えていてもよい。これら流量制御部５４０と冷却制御部５４１とポンプ制御部５４２は一つの制御部５４により制御してもよいし、それぞれ独立した異なる制御部で制御してもよい。冷却制御部５４１とポンプ制御部５４２に関しては後述する実施形態３と実施形態４とでそれぞれ説明する。
（測定センサ）
測定センサが測定する電解液の温度に関連する物理量とは、電解液の温度自体を含むことは勿論、電解液の温度に相関関係がある物理量を含む。相関関係がある物理量は、例えば、外気温などが挙げられる。外気温が低く（高く）なれば電解液の温度が低く（高く）なる。即ち、測定センサには、液温を測定できる液温センサ５１、５２（図１実線）、及び外気温を測定できる気温センサ５３（図１二点鎖線）の少なくとも一方を用いることが好ましい。液温センサ５１，５２は、電解液の正確な温度をリアルタイムに測定できる。そのため、流量制御部５４０により流量を精度よく制御できて電解液の温度の調整が行い易く、電解液の過冷却を抑制することに特に効果的である。気温センサ５３は、電解液の温度の調整が行い易い。外気温は、その変化が電解液の温度の変化に影響を及ぼし易く電解液の温度との相関関係が強いからである。また、液温センサ５１，５２のような電解液を直接測定するセンサに比べて配置や構成が簡便である。気温センサ５３を用いる場合、その数は一つでもよい。液温センサ５１，５２と気温センサ５３の両方を備えれば、仮に一方のセンサが故障して上記物理量を測定できなくなっても、他方のセンサを用いて上記物理量を測定できる。これらのセンサ５１〜５３はいずれも、市販のセンサを用いることができる。
測定センサが測定する電解液の温度に関連する物理量とは、電解液の温度自体を含むことは勿論、電解液の温度に相関関係がある物理量を含む。相関関係がある物理量は、例えば、外気温などが挙げられる。外気温が低く（高く）なれば電解液の温度が低く（高く）なる。即ち、測定センサには、液温を測定できる液温センサ５１、５２（図１実線）、及び外気温を測定できる気温センサ５３（図１二点鎖線）の少なくとも一方を用いることが好ましい。液温センサ５１，５２は、電解液の正確な温度をリアルタイムに測定できる。そのため、流量制御部５４０により流量を精度よく制御できて電解液の温度の調整が行い易く、電解液の過冷却を抑制することに特に効果的である。気温センサ５３は、電解液の温度の調整が行い易い。外気温は、その変化が電解液の温度の変化に影響を及ぼし易く電解液の温度との相関関係が強いからである。また、液温センサ５１，５２のような電解液を直接測定するセンサに比べて配置や構成が簡便である。気温センサ５３を用いる場合、その数は一つでもよい。液温センサ５１，５２と気温センサ５３の両方を備えれば、仮に一方のセンサが故障して上記物理量を測定できなくなっても、他方のセンサを用いて上記物理量を測定できる。これらのセンサ５１〜５３はいずれも、市販のセンサを用いることができる。
測定センサの配置箇所は、液温センサ５１、５２などのように電解液自体の温度を直接測定するセンサの場合、流量制御部５４０での制御の仕方にもよるが、循環路における熱交換器１０、１１の上流側（上流側排出流路１１０ｕ，１１１ｕ）、又は下流側（下流側排出流路１１０ｄ、１１１ｄ）であればいずれでもよい。液温センサ５１、５２の配置箇所を熱交換器１０、１１の上流側とすると、熱交換器１０、１１及びバイパス流路３０、３１への電解液の流量の調整を、電池セル１００を通過した後の電解液の温度に基づいて行えるため、上記調整を適切に行い易い。液温センサ５１、５２の配置箇所を熱交換器１０、１１の下流側とすると、熱交換器１０、１１及びバイパス流路３０、３１への電解液の流量の調整を、電解液が熱交換器１０、１１を流通して冷却された電解液の温度に基づいて行えることで電解液が必要以上に冷却されることを抑制し易い。また、上記流量の調整を、電解液がバイパス流路３０、３１を流通して熱交換器１０，１１で冷却されない電解液の温度に基づいて行えることで、電池反応に伴って温度上昇した電解液が必要以上の温度に上昇することを抑制し易い。従って、電解液の温度の調整を効率的に行える。
測定センサの配置箇所は、気温センサ５３のように電解液自体の温度を測定しないセンサの場合、循環路における熱交換器１０、１１の上流側周辺近傍、又は下流側周辺近傍のいずれでもよい。そうすれば、電解液の温度との相関関係がより強くなり易いからである。
ここでは、測定センサは、電解液の温度を測定する液温センサ５１、５２で構成し、それを上流側排出流路１１０ｕ、１１１ｕにおけるバイパス流路３０、３１との接続箇所よりも上流側に設けている。液温センサ（測定センサ）５１，５２で測定された測定結果は、制御部５４（流量制御部５４０）に送信される。
（流量制御部）
流量制御部５４０は、液温センサ（測定センサ）５１、５２のそれぞれの測定結果に基づき、バタフライバルブ（流量可変機構）４０〜４３による熱交換器１０，１１及びバイパス流路３０、３１への流量を制御する。そうして、電解液の温度を所望の温度範囲内に調整できる。流量制御部５４０としては、液温センサ５１，５２からの測定結果を受信するデータ入力部と、その結果を閾値と比較判定する判定部と、判定部の結果に基づいてバタフライバルブ４０〜４３の弁体を駆動するモータに動作指令を出力する指令出力部とを有する回路を備えることが挙げられる（いずれも図示略）。上記流量の制御の仕方は、詳しくは後述する。
流量制御部５４０は、液温センサ（測定センサ）５１、５２のそれぞれの測定結果に基づき、バタフライバルブ（流量可変機構）４０〜４３による熱交換器１０，１１及びバイパス流路３０、３１への流量を制御する。そうして、電解液の温度を所望の温度範囲内に調整できる。流量制御部５４０としては、液温センサ５１，５２からの測定結果を受信するデータ入力部と、その結果を閾値と比較判定する判定部と、判定部の結果に基づいてバタフライバルブ４０〜４３の弁体を駆動するモータに動作指令を出力する指令出力部とを有する回路を備えることが挙げられる（いずれも図示略）。上記流量の制御の仕方は、詳しくは後述する。
（制御手順）
制御機構５０によるバタフライバルブ（流量可変機構）４０〜４３の弁体の制御の手順を、図２に示すフローチャートに基づいて説明する。まず、液温センサ（測定センサ）５１，５２により各極の電解液の温度を測定して各極の電解液温度ＴＬを取得する（ステップＳ０１）。次に、流量制御部５４０は、取得した電解液温度ＴＬが設定温度範囲ｘ１（℃）以上ｘ２（℃）以下を満たすか否かを判定する（ステップＳ０２）。この条件を満たす場合、バタフライバルブ４０〜４３の弁体は現状維持のまま、制御を終了する。
制御機構５０によるバタフライバルブ（流量可変機構）４０〜４３の弁体の制御の手順を、図２に示すフローチャートに基づいて説明する。まず、液温センサ（測定センサ）５１，５２により各極の電解液の温度を測定して各極の電解液温度ＴＬを取得する（ステップＳ０１）。次に、流量制御部５４０は、取得した電解液温度ＴＬが設定温度範囲ｘ１（℃）以上ｘ２（℃）以下を満たすか否かを判定する（ステップＳ０２）。この条件を満たす場合、バタフライバルブ４０〜４３の弁体は現状維持のまま、制御を終了する。
上記条件を満たさない場合、電解液温度ＴＬが下限値ｘ１（℃）未満を満たすか否かを判定する（ステップＳ０３）。この条件を満たす場合、バイパス流路３０、３１が開通しているか否かを判定する（ステップＳ０４）。バイパス流路３０，３１が開通している場合、バタフライバルブ４０〜４３の弁体は現状維持のまま、制御を終了する。
バイパス流路３０，３１が閉鎖している場合、バイパス流路３０，３１におけるバタフライバルブ４２，４３の弁体を開放する（ステップＳ０５）。そして、熱交換器１０、１１側におけるバタフライバルブ４０，４１の弁体を閉鎖する（ステップＳ０６）。このステップＳ０５とステップＳ０６とは、同時に行ってもよい。その後、バタフライバルブ４０〜４３の弁体は、その状態を維持したまま、制御を終了する。
ステップＳ０３が規定の条件を満たさない場合、即ち、電解液温度ＴＬが上限値ｘ２（℃）超を満たす場合、熱交換器１０，１１が開通しているか否かを判定する（ステップＳ０７）。熱交換器１０、１１が開通している場合、バタフライバルブ４０〜４３の弁体は現状維持のまま、制御を終了する。
熱交換器１０、１１が閉鎖している場合、熱交換器１０、１１側のバタフライバルブ４０、４１の弁体を開放する（ステップＳ０８）。そして、バイパス流路３０，３１のバタフライバルブ４２，４３の弁体を閉鎖する（ステップＳ０９）。このステップＳ０８とステップＳ０９とは、ステップＳ０５、Ｓ０６と同様、同時に行ってもよい。その後、バタフライバルブ４０〜４３の弁体は、その状態を維持したまま、制御を終了する。
ステップＳ０１〜Ｓ０９は、タイマーを設けておき、所定の時間毎に繰り返し行う。勿論、ステップＳ０１〜Ｓ０９は、制御を終了せず、連続的に繰り返し行ってもよい。
（電解液）
各極電解液は共に、ここでは図５に示すようにバナジウムイオン水溶液を用いているが、電解液はバナジウムイオン水溶液に限定されるわけではない。例えば、各極電解液の組み合わせとしては以下が挙げられる。（１）正極電解液は、マンガンイオンを含有し、負極電解液は、チタンイオン、バナジウムイオン、クロムイオン、亜鉛イオン、及びスズイオンから選択される少なくとも一種の金属イオンを含有する。（２）正極電解液は、マンガンイオン及びチタンイオンの双方を含有し、負極電解液は、チタンイオン、バナジウムイオン、クロムイオン、亜鉛イオン、及びスズイオンから選択される少なくとも一種の金属イオンを含有する。（３）正極電解液及び負極電解液は、マンガンイオン及びチタンイオンの双方を含有する。（４）正極電解液は、鉄イオンを含有し、負極電解液は、チタンイオン、バナジウムイオン、クロムイオン、亜鉛イオン、及びスズイオンから選択される少なくとも一種の金属イオンを含有する。
各極電解液は共に、ここでは図５に示すようにバナジウムイオン水溶液を用いているが、電解液はバナジウムイオン水溶液に限定されるわけではない。例えば、各極電解液の組み合わせとしては以下が挙げられる。（１）正極電解液は、マンガンイオンを含有し、負極電解液は、チタンイオン、バナジウムイオン、クロムイオン、亜鉛イオン、及びスズイオンから選択される少なくとも一種の金属イオンを含有する。（２）正極電解液は、マンガンイオン及びチタンイオンの双方を含有し、負極電解液は、チタンイオン、バナジウムイオン、クロムイオン、亜鉛イオン、及びスズイオンから選択される少なくとも一種の金属イオンを含有する。（３）正極電解液及び負極電解液は、マンガンイオン及びチタンイオンの双方を含有する。（４）正極電解液は、鉄イオンを含有し、負極電解液は、チタンイオン、バナジウムイオン、クロムイオン、亜鉛イオン、及びスズイオンから選択される少なくとも一種の金属イオンを含有する。
電解液の溶媒としては、Ｈ２ＳＯ４、Ｋ２ＳＯ４、Ｎａ２ＳＯ４、Ｈ３ＰＯ４、Ｈ４Ｐ２Ｏ７、Ｋ２ＨＰＯ４、Ｎａ３ＰＯ４、Ｋ３ＰＯ４、ＨＮＯ３、ＫＮＯ３、ＨＣｌ、及びＮａＮＯ３から選択される少なくとも一種の水溶液を利用することができる。特に硫酸アニオン（ＳＯ４ ２−）を含むものが利用し易い。
［その他の構成の説明］
ＲＦ電池１は、図３に示すように、電池セル１００を複数備えるサブセルスタック２００ｓを複数積層して構成するセルスタック２００を備える。セルスタック２００は、積層された複数のサブセルスタック２００ｓをその両側から２枚のエンドプレート２１０、２２０で挟み込んで締付機構２３０により締め付けて構成される。締付機構２３０は、例えば、締付軸２３１と、締付軸２３１の両端に螺合されるナット（図示略）と、ナットとエンドプレート２１０の間に介在される圧縮バネ（図示略）とで構成されている。
ＲＦ電池１は、図３に示すように、電池セル１００を複数備えるサブセルスタック２００ｓを複数積層して構成するセルスタック２００を備える。セルスタック２００は、積層された複数のサブセルスタック２００ｓをその両側から２枚のエンドプレート２１０、２２０で挟み込んで締付機構２３０により締め付けて構成される。締付機構２３０は、例えば、締付軸２３１と、締付軸２３１の両端に螺合されるナット（図示略）と、ナットとエンドプレート２１０の間に介在される圧縮バネ（図示略）とで構成されている。
各サブセルスタック２００ｓは、双極板１２１と双極板１２１の外周縁を保持するフレーム１２２を備えるセルフレーム１２０、正極電極１０４、隔膜１０１、及び負極電極１０５を、この順番で積層することで形成される積層体を備える。この構成の場合、隣接するセルフレーム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。更に、各サブセルスタック２００ｓは、積層体の両側に配置される一対の集電板と、一対の集電板の両側に配置される一対の給排板２０１とを備える。集電板は、上記積層体の積層方向両端に位置する双極板１２１に導通されている。そして、一対の給排板２０１の間（給排板２０１と端部の双極板１２１との間）から集電板の周縁よりも外側へ突出する端子部を有する。この端子部を介して、サブセルスタック２００ｓの電池セル１００と外部機器との間の電気の入出力が行われる。
各給排板２０１には、図１の供給流路１０８（１０９）に接続される供給パイプ２０２ｉ、及び排出流路１１０（１１１）に接続される排出パイプ２０２ｏが取り付けられている。このパイプ２０２ｉ，２０２ｏを介してサブセルスタック２００ｓと各タンク１０６、１０７との間での各電解液の流通が行われる。
サブセルスタック２００ｓ内の電解液の流通は、フレーム１２２に形成される給液マニホールド１２３、１２４と、排液マニホールド１２５，１２６とにより行われる。正極電解液は、給液マニホールド１２３からフレーム１２２の一面側（紙面表側）に形成される溝を介して正極電極１０４に供給され、フレーム１２２の上部に形成される溝を介して排液マニホールド１２５に排出される。同様に、負極電解液は、給液マニホールド１２４からフレーム１２２の他面側（紙面裏側）に形成される溝を介して負極電極１０５に供給され、フレーム１２２の上部に形成される溝を介して排液マニホールド１２６に排出される。各フレーム１２２間には、Ｏリングや平パッキンなどの環状のシール部材１２７が配置され、サブセルスタック２００ｓからの電解液の漏洩を抑制している。
〔作用効果〕
実施形態１のＲＦ電池１によれば、以下の効果を奏する。
（１）熱交換器１０，１１を備えることで、夏季などで電解液の温度が上昇し易い場合には、熱交換器１０，１１で電解液を冷却できる。
（２）熱交換器１０，１１をバイパスするバイパス流路３０，３１とバタフライバルブ４０〜４３とを備えることで、冬季などで電解液の温度が下降し易い場合には、電解液の過冷却を抑制できる。電解液をバイパス流路３０，３１に流通させられ、バイパス流路３０、３１を流通する電解液は熱交換器１０、１１で冷却されないからである。特に、電解液が冷え過ぎ易い寒暖差の大きい環境では冬季であっても電解液の過冷却を防止できる。
（３）電解液を冷却できる上に、冷却しすぎによる電解液の温度の過度な低下を抑制できるため、電解液の温度を調整し易い。そのため、充放電反応を促進でき、電池性能を向上させられる。
（４）電解液の温度の過度な低下を抑制できるため、電解液の粘性の増加を抑制できて圧力損失の増加を抑制できる。また、電解液を熱交換器１０、１１に流通させることなくバイパス流路３０，３１に流通させた際には、圧力損失を低減できる。
実施形態１のＲＦ電池１によれば、以下の効果を奏する。
（１）熱交換器１０，１１を備えることで、夏季などで電解液の温度が上昇し易い場合には、熱交換器１０，１１で電解液を冷却できる。
（２）熱交換器１０，１１をバイパスするバイパス流路３０，３１とバタフライバルブ４０〜４３とを備えることで、冬季などで電解液の温度が下降し易い場合には、電解液の過冷却を抑制できる。電解液をバイパス流路３０，３１に流通させられ、バイパス流路３０、３１を流通する電解液は熱交換器１０、１１で冷却されないからである。特に、電解液が冷え過ぎ易い寒暖差の大きい環境では冬季であっても電解液の過冷却を防止できる。
（３）電解液を冷却できる上に、冷却しすぎによる電解液の温度の過度な低下を抑制できるため、電解液の温度を調整し易い。そのため、充放電反応を促進でき、電池性能を向上させられる。
（４）電解液の温度の過度な低下を抑制できるため、電解液の粘性の増加を抑制できて圧力損失の増加を抑制できる。また、電解液を熱交換器１０、１１に流通させることなくバイパス流路３０，３１に流通させた際には、圧力損失を低減できる。
〔実施形態２〕
実施形態１では、流量制御部５４０によりバタフライバルブ（流量可変機構）４０〜４３の弁体を開閉することで、熱交換器１０，１１及びバイパス流路３０，３１のいずれか一方にのみ電解液を流通させる形態を説明した。実施形態２として、電解液を熱交換器１０，１１及びバイパス流路３０、３１の各々の流路に任意の流量の電解液を流通させる形態を説明する。具体的には、流量制御部５４０でバタフライバルブ４０〜４３の弁体の開放度合いを調整して熱交換器１０，１１及びバイパス流路３０、３１に流通する電解液の流量を調整する。流量制御部５４０によるバタフライバルブ４０〜４３の制御手順を除いて、その他の構成は実施形態１と同様である。以下の説明では、制御手順について説明する。
実施形態１では、流量制御部５４０によりバタフライバルブ（流量可変機構）４０〜４３の弁体を開閉することで、熱交換器１０，１１及びバイパス流路３０，３１のいずれか一方にのみ電解液を流通させる形態を説明した。実施形態２として、電解液を熱交換器１０，１１及びバイパス流路３０、３１の各々の流路に任意の流量の電解液を流通させる形態を説明する。具体的には、流量制御部５４０でバタフライバルブ４０〜４３の弁体の開放度合いを調整して熱交換器１０，１１及びバイパス流路３０、３１に流通する電解液の流量を調整する。流量制御部５４０によるバタフライバルブ４０〜４３の制御手順を除いて、その他の構成は実施形態１と同様である。以下の説明では、制御手順について説明する。
（制御手順）
制御機構５０による流量可変機構（バタフライバルブ）４０〜４３の制御の手順を、図４に示すフローチャートに基づいて説明する。ステップＳ１１〜ステップＳ１２は、実施形態１のステップＳ０１〜Ｓ０２と同じである。
制御機構５０による流量可変機構（バタフライバルブ）４０〜４３の制御の手順を、図４に示すフローチャートに基づいて説明する。ステップＳ１１〜ステップＳ１２は、実施形態１のステップＳ０１〜Ｓ０２と同じである。
ステップＳ１２で、電解液温度ＴＬ（℃）が設定温度範囲ｘ１（℃）以上ｘ２（℃）以下を満たす場合、予め記憶させていた参照データを呼び出し、参照データにおける電解液温度ＴＬのときのバイパス流路（熱交換器）の開放量と、現状のバイパス流路３０，３１（熱交換器１０、１１）の開放量とが一致しているか否かを判定する（ステップＳ１３）。
予め、電解液温度ＴＬに応じたバイパス流路（熱交換器）の開放量の相関データを求め、その相関データを参照データとして用いる。例えば、下限値ｘ１未満でのバイパス流路３０，３１におけるバタフライバルブ４２，４３の弁体の開放量を１００％（全開）、熱交換器１０、１１側におけるバタフライバルブ４０，４１の弁体の開放量を０％（全閉）とし、上限値ｘ２超でのバイパス流路３０，３１のバタフライバルブ４２，４３の上記開放量を０％（全閉）、熱交換器１０、１１側のバタフライバルブ４０，４１の上記開放量を１００％（全開）とする。そして、上記設定温度範囲内で、温度に応じた上記開放量を設定する。即ち、温度が下限値ｘ１に近いほどバイパス流路３０，３１のバタフライバルブ４２，４３の上記開放量を多くし、熱交換器１０、１１側のバタフライバルブ４０，４１の上記開放量を少なくする。一方、温度が上限値ｘ２に近いほどバイパス流路３０，３１のバタフライバルブ４２，４３の上記開放量を少なくし、熱交換器１０，１１側のバタフライバルブ４０，４１の上記流路の開放量を多くする。
ステップＳ１３での判定結果が参照データから求めた開放量と一致している場合、バタフライバルブ４０〜４３の弁体は現状維持のまま、制御を終了する。一方、上記判定結果が不一致の場合、バイパス流路３０，３１の開放量を参照データの開放量に合うようにバタフライバルブ４０〜４３の弁体の開放度合いを制御して、熱交換器１０，１１及びバイパス流路３０、３１に流通する電解液の流量を調整する（ステップＳ１４）。そして、バタフライバルブ４０〜４３の弁体は、その状態を維持したまま、制御を終了する。
ステップＳ１２で設定温度範囲を満たさない場合、実施形態１のステップ０３と同様、電解液温度ＴＬが下限値ｘ１未満を満たすか否かを判定する（ステップＳ１５）。この条件を満たす場合、バイパス流路３０、３１におけるバタフライバルブ４２、４３の弁体が全開した状態か否かを判定する（ステップＳ１６）。バイパス流路３０、３１のバタフライバルブ４２，４３の弁体が全開した状態の場合、バタフライバルブ４０〜４３の弁体は現状維持のまま、制御を終了する。一方、バイパス流路３０、３１のバタフライバルブ４２，４３の弁体が全開していない場合、バイパス流路３０、３１のバタフライバルブ４２，４３の弁体を全開する（ステップＳ１７）。そして、熱交換器１０，１１側のバタフライバルブ４０，４１の弁体を全閉する（ステップＳ１８）。このステップＳ１７とステップＳ１８とは、同時に行ってもよい。その後、バタフライバルブ４０〜４３は、その状態を維持したまま、制御を終了する。
ステップＳ１５が規定の条件を満たさない場合、即ち、電解液温度ＴＬが上限値ｘ２超を満たす場合、熱交換器１０，１１側のバタフライバルブ４０、４１の弁体が全開した状態か否かを判定する（ステップＳ１９）。熱交換器１０，１１側のバタフライバルブ４０，４１の弁体が全開した状態の場合、バタフライバルブ４０〜４３は現状維持のまま、制御を終了する。一方、熱交換器１０，１１側のバタフライバルブ４０，４１の弁体が全開していない場合、熱交換器１０、１１側のバタフライバルブ４０，４１の弁体を全開する（ステップＳ２０）。そして、バイパス流路３０，３１のバタフライバルブ４２，４３の弁体を全閉する（ステップＳ２１）。このステップＳ２０とステップＳ２１とは、ステップＳ１７，Ｓ１８と同様、同時に行ってもよい。その後、バタフライバルブ４０〜４３はその状態のまま、制御を終了する。
ステップＳ１１〜Ｓ２１は、実施形態１と同様、タイマーを設けて、所定の時間毎に繰り返し行うが、勿論、制御を終了せず、連続的に繰り返し行ってもよい。
〔作用効果〕
実施形態２のＲＦ電池１によれば、バタフライバルブ４０〜４３の弁体の開放度合いを電解液の温度に応じた開放度合いに調整して、熱交換器１０，１１及びバイパス流路３０、３１に流通する電解液の流量を調整するため、電解液の温度の調整を精度よく行える。
実施形態２のＲＦ電池１によれば、バタフライバルブ４０〜４３の弁体の開放度合いを電解液の温度に応じた開放度合いに調整して、熱交換器１０，１１及びバイパス流路３０、３１に流通する電解液の流量を調整するため、電解液の温度の調整を精度よく行える。
〔実施形態３〕
実施形態３として、測定センサの測定結果に基づき、実施形態１のように熱交換器１０，１１とバイパス流路３０，３１との間で電解液の流通を切り換えることに加えて、制御機構５０の冷却制御部５４１により冷却機構２０，２１の動作を制御できる。本形態では、実施形態１と同様、冷却機構にはファン２０，２１を用い、流量可変機構にはバタフライバルブ４０〜４３を用い、測定センサには液温センサ５１，５２を用いる。
実施形態３として、測定センサの測定結果に基づき、実施形態１のように熱交換器１０，１１とバイパス流路３０，３１との間で電解液の流通を切り換えることに加えて、制御機構５０の冷却制御部５４１により冷却機構２０，２１の動作を制御できる。本形態では、実施形態１と同様、冷却機構にはファン２０，２１を用い、流量可変機構にはバタフライバルブ４０〜４３を用い、測定センサには液温センサ５１，５２を用いる。
（冷却制御部）
冷却制御部５４１によるファン２０，２１の動作の制御は、上述のように液温センサ５１、５２の測定結果に基づいて行う。換言すれば、上記動作の制御は、流量制御部５４０によるバタフライバルブ弁４０〜４３の制御に連動して行われる。具体的には、電解液をバイパス流路３０、３１に流通させることなく熱交換器１０，１１に流通させる場合には、冷却制御部５４１によりファン２０、２１を駆動させる。一方、電解液を熱交換器１０，１１に流通させることなくバイパス流路３０，３１に流通させる場合には、冷却制御部５４１によりファン２０，２１を停止する。冷却制御部５４１の上記動作の制御は、流量制御部５４０の上記制御と同時に行ってもよいし、流量制御部５４０の上記制御に対して前後していてもよい。この冷却制御部５４１としては、例えば、液温センサ５１、５２の結果に基づく指令をファン２０、２１の駆動部（モータ）に出力する回路を備えることが挙げられる。
冷却制御部５４１によるファン２０，２１の動作の制御は、上述のように液温センサ５１、５２の測定結果に基づいて行う。換言すれば、上記動作の制御は、流量制御部５４０によるバタフライバルブ弁４０〜４３の制御に連動して行われる。具体的には、電解液をバイパス流路３０、３１に流通させることなく熱交換器１０，１１に流通させる場合には、冷却制御部５４１によりファン２０、２１を駆動させる。一方、電解液を熱交換器１０，１１に流通させることなくバイパス流路３０，３１に流通させる場合には、冷却制御部５４１によりファン２０，２１を停止する。冷却制御部５４１の上記動作の制御は、流量制御部５４０の上記制御と同時に行ってもよいし、流量制御部５４０の上記制御に対して前後していてもよい。この冷却制御部５４１としては、例えば、液温センサ５１、５２の結果に基づく指令をファン２０、２１の駆動部（モータ）に出力する回路を備えることが挙げられる。
〔作用効果〕
実施形態３のＲＦ電池１によれば、電解液のバイパス流路３０、３１への流通に連動してファン２０，２１を停止できる。このように、電解液をバイパス流路３０，３１に流通させて電解液の冷却を抑制するときには、冷却機構２０，２１を停止できるため省電力化に寄与する。
実施形態３のＲＦ電池１によれば、電解液のバイパス流路３０、３１への流通に連動してファン２０，２１を停止できる。このように、電解液をバイパス流路３０，３１に流通させて電解液の冷却を抑制するときには、冷却機構２０，２１を停止できるため省電力化に寄与する。
〔実施形態４〕
実施形態４として、測定センサの測定結果に基づき、実施形態１のように熱交換器１０，１１とバイパス流路３０，３１との間で電解液の流通を切り換えることに加えて、制御機構５０のポンプ制御部５４２によりポンプ１１２，１１３の出力を制御できる。本形態では、実施形態１と同様冷却機構には、ファン２０，２１を用い、流量可変機構にはバタフライバルブ４０〜４３を用い、測定センサには液温センサ５１，５２を用いる。
実施形態４として、測定センサの測定結果に基づき、実施形態１のように熱交換器１０，１１とバイパス流路３０，３１との間で電解液の流通を切り換えることに加えて、制御機構５０のポンプ制御部５４２によりポンプ１１２，１１３の出力を制御できる。本形態では、実施形態１と同様冷却機構には、ファン２０，２１を用い、流量可変機構にはバタフライバルブ４０〜４３を用い、測定センサには液温センサ５１，５２を用いる。
（ポンプ制御部）
ポンプ制御部５４２によるポンプ１１２，１１３の出力の制御は、上述のように液温センサ５１、５２の測定結果に基づいて行う。換言すれば、上記出力の制御は、流量制御部５４０によるバタフライバルブ４０〜４３の制御に連動して行われる。具体的には、電解液をバイパス流路３０、３１に流通させることなく熱交換器１０，１１に流通させる場合には、熱交換器１０，１１に流通させることなくバイパス流路３０，３１に流通させる場合に比較してポンプ１１２，１１３の出力を大きくする。一方、電解液を熱交換器１０，１１に流通させることなくバイパス流路３０，３１に流通させる場合には、バイパス流路３０、３１に流通させることなく熱交換器１０，１１に流通させる場合に比較してポンプ制御部５４２によりポンプ１１２、１１３の出力を小さくする。ポンプ制御部５４２の上記出力の制御は、流量制御部５４０の上記制御と同時かそれ以降に行う。ポンプ制御部５４２としては、例えば、液温センサ５１、５２の測定結果に基づく指令をポンプ１１２、１１３のモータに出力する回路を備えることが挙げられる。
ポンプ制御部５４２によるポンプ１１２，１１３の出力の制御は、上述のように液温センサ５１、５２の測定結果に基づいて行う。換言すれば、上記出力の制御は、流量制御部５４０によるバタフライバルブ４０〜４３の制御に連動して行われる。具体的には、電解液をバイパス流路３０、３１に流通させることなく熱交換器１０，１１に流通させる場合には、熱交換器１０，１１に流通させることなくバイパス流路３０，３１に流通させる場合に比較してポンプ１１２，１１３の出力を大きくする。一方、電解液を熱交換器１０，１１に流通させることなくバイパス流路３０，３１に流通させる場合には、バイパス流路３０、３１に流通させることなく熱交換器１０，１１に流通させる場合に比較してポンプ制御部５４２によりポンプ１１２、１１３の出力を小さくする。ポンプ制御部５４２の上記出力の制御は、流量制御部５４０の上記制御と同時かそれ以降に行う。ポンプ制御部５４２としては、例えば、液温センサ５１、５２の測定結果に基づく指令をポンプ１１２、１１３のモータに出力する回路を備えることが挙げられる。
〔作用効果〕
実施形態４のＲＦ電池１によれば、電解液を熱交換器１０、１１に流通させることなくバイパス流路３０，３１に流通させることで、電解液を全て熱交換器１０，１１に流通させる場合に比べてポンプ１１２，１１３の出力を小さくできる。そして、電解液のバイパス流路への流通に連動してポンプの出力を小さくできるため、ポンプ１１２，１１３の出力を必要最低限に最適化し易いため、省電力化に寄与する。実施形態４のＲＦ電池１では、更に、測定センサの測定結果に基づき、実施形態３のように冷却機構２０，２１の出力の制御を行えば、より一層省電力化できる。
実施形態４のＲＦ電池１によれば、電解液を熱交換器１０、１１に流通させることなくバイパス流路３０，３１に流通させることで、電解液を全て熱交換器１０，１１に流通させる場合に比べてポンプ１１２，１１３の出力を小さくできる。そして、電解液のバイパス流路への流通に連動してポンプの出力を小さくできるため、ポンプ１１２，１１３の出力を必要最低限に最適化し易いため、省電力化に寄与する。実施形態４のＲＦ電池１では、更に、測定センサの測定結果に基づき、実施形態３のように冷却機構２０，２１の出力の制御を行えば、より一層省電力化できる。
〔変形例１〕
測定センサとして、上述したように外気温を測定する気温センサ５３を用いることもできる。この場合、予め、外気温と電解液の温度との相関関係を求めた相関データを参照データとして用いる。そして、気温センサ５３で求めた外気温の測定結果に基づき、流量制御部５４０でバタフライバルブ（流量可変機構）４０〜４３を調整して、熱交換器１０，１１及びバイパス流路３０、３１への流量を制御する。具体的には、外気温の測定結果を参照データに照らし合わせて、電解液を熱交換器１０、１１及びバイパス流路３０、３１のいずれか一方にのみ流通させるようにバタフライバルブ４０〜４３の開閉を行う。或いは、各々の流路に任意の流量の電解液を流通させるようにバタフライバルブ４０〜４３における弁体の開放度合いの調整を行ったりする。
測定センサとして、上述したように外気温を測定する気温センサ５３を用いることもできる。この場合、予め、外気温と電解液の温度との相関関係を求めた相関データを参照データとして用いる。そして、気温センサ５３で求めた外気温の測定結果に基づき、流量制御部５４０でバタフライバルブ（流量可変機構）４０〜４３を調整して、熱交換器１０，１１及びバイパス流路３０、３１への流量を制御する。具体的には、外気温の測定結果を参照データに照らし合わせて、電解液を熱交換器１０、１１及びバイパス流路３０、３１のいずれか一方にのみ流通させるようにバタフライバルブ４０〜４３の開閉を行う。或いは、各々の流路に任意の流量の電解液を流通させるようにバタフライバルブ４０〜４３における弁体の開放度合いの調整を行ったりする。
〔変形例２〕
冷却機構は、上述したように水冷式とすることもできる。この場合、冷却機構は、熱交換器を収納する容器と、容器内の熱交換器を冷却する冷却水と、冷却水を容器内に供給（循環）させる供給（循環）機構とを備えることが挙げられる。そして、液温センサ（測定センサ）５１，５２の測定結果に基づき、実施形態３と同様、熱交換器１０，１１とバイパス流路３０，３１との間で電解液の流通を切り換えることに加えて、冷却機構の動作を制御することが挙げられる。具体的には、液温センサ５１，５２の測定結果が上述の下限値ｘ１（℃）未満である場合、流量制御部５４０により電解液を熱交換器１０，１１に流通させることなくバイパス流路３０，３１に流通させる。それに連動して、上記容器内に供給（循環）する冷却水の流速を遅くするか、供給（循環）自体を停止することが挙げられる。
冷却機構は、上述したように水冷式とすることもできる。この場合、冷却機構は、熱交換器を収納する容器と、容器内の熱交換器を冷却する冷却水と、冷却水を容器内に供給（循環）させる供給（循環）機構とを備えることが挙げられる。そして、液温センサ（測定センサ）５１，５２の測定結果に基づき、実施形態３と同様、熱交換器１０，１１とバイパス流路３０，３１との間で電解液の流通を切り換えることに加えて、冷却機構の動作を制御することが挙げられる。具体的には、液温センサ５１，５２の測定結果が上述の下限値ｘ１（℃）未満である場合、流量制御部５４０により電解液を熱交換器１０，１１に流通させることなくバイパス流路３０，３１に流通させる。それに連動して、上記容器内に供給（循環）する冷却水の流速を遅くするか、供給（循環）自体を停止することが挙げられる。
〔変形例３〕
測定センサが測定する電解液の温度に関連する物理量としては、上述の液温及び外気温の他、電解液の粘度、電解液の圧力、電解液の流速、電解液の流量などが挙げられる。即ち、測定センサには、粘度計、圧力センサ、流速計、流量計などを用いることもできる。これらの物理量は、電解液の充電状態（ＳＯＣ）と電解液の温度とによって変化する。そのため、変形例３では、上記測定センサに加えて、上記充電状態を求めるためのモニタセルを備えることが挙げられる。上記充電状態は、モニタセルの開放電圧などで把握できる。この場合、予め、各々のセンサで求めた物理量と、モニタセルの開放電圧に基づく充電状態と、電解液の温度の三者の関係を求めておき、参照データとして用いる。そして、各々のセンサの測定結果と充電状態とに基づき、流量制御部で流量可変機構を調整して、熱交換器及びバイパス流路への各流量を制御する。
測定センサが測定する電解液の温度に関連する物理量としては、上述の液温及び外気温の他、電解液の粘度、電解液の圧力、電解液の流速、電解液の流量などが挙げられる。即ち、測定センサには、粘度計、圧力センサ、流速計、流量計などを用いることもできる。これらの物理量は、電解液の充電状態（ＳＯＣ）と電解液の温度とによって変化する。そのため、変形例３では、上記測定センサに加えて、上記充電状態を求めるためのモニタセルを備えることが挙げられる。上記充電状態は、モニタセルの開放電圧などで把握できる。この場合、予め、各々のセンサで求めた物理量と、モニタセルの開放電圧に基づく充電状態と、電解液の温度の三者の関係を求めておき、参照データとして用いる。そして、各々のセンサの測定結果と充電状態とに基づき、流量制御部で流量可変機構を調整して、熱交換器及びバイパス流路への各流量を制御する。
〔変形例４〕
ＲＦ電池は、電解液を所望の温度に温めるヒータを備えていてもよい。ヒータの設置箇所は、例えば、タンク内が挙げられる。ヒータは、測定センサの測定結果が上述の下限値ｘ１（℃）未満になった場合に、その設定温度範囲内（ｘ１（℃）≦ＴＬ≦ｘ２（℃））となるように出力を上げて電解液の温度を調整するとよい。そうすれば、バイパス流路とヒータとで電解液の過冷却をより一層抑制でき、過冷却が生じた場合でも、電解液を適正温度に早急に復帰できる。
ＲＦ電池は、電解液を所望の温度に温めるヒータを備えていてもよい。ヒータの設置箇所は、例えば、タンク内が挙げられる。ヒータは、測定センサの測定結果が上述の下限値ｘ１（℃）未満になった場合に、その設定温度範囲内（ｘ１（℃）≦ＴＬ≦ｘ２（℃））となるように出力を上げて電解液の温度を調整するとよい。そうすれば、バイパス流路とヒータとで電解液の過冷却をより一層抑制でき、過冷却が生じた場合でも、電解液を適正温度に早急に復帰できる。
〔変形例５〕
上述の実施形態１〜４や変形例１〜４のＲＦ電池では、複数の電池セルを備えるサブセルスタックを複数積層したセルスタックを備える形態としたが、ＲＦ電池は、単セルの電池であってもよいし、一組の給排板の間に複数の電池セルを積層したセルスタックを備える形態であってもよい。
上述の実施形態１〜４や変形例１〜４のＲＦ電池では、複数の電池セルを備えるサブセルスタックを複数積層したセルスタックを備える形態としたが、ＲＦ電池は、単セルの電池であってもよいし、一組の給排板の間に複数の電池セルを積層したセルスタックを備える形態であってもよい。
本発明の一態様に係る電解液循環型電池は、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用途に好適に利用することができる。また、本発明の一態様に係る電解液循環型電池は、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。
１ レドックスフロー（ＲＦ）電池
１０、１１ 熱交換器
２０、２１ ファン（冷却機構）
３０、３１ バイパス流路
４０、４１、４２、４３ バタフライバルブ（流量可変機構）
５０ 制御機構
５１、５２ 液温センサ（測定センサ）
５３ 気温センサ（測定センサ）
５４ 制御部
５４０ 流量制御部 ５４１ 冷却制御部 ５４２ ポンプ制御部
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
１０６ 正極電解液タンク １０７ 負極電解液タンク
１０８、１０９ 供給流路
１１０、１１１ 排出流路
１１０ｕ、１１１ｕ 上流側排出流路
１１０ｄ、１１１ｄ 下流側排出流路
１１２、１１３ ポンプ １１４、１１５ 熱交換器
１２０ セルフレーム １２１ 双極板 １２２ フレーム
１２３、１２４ 給液マニホールド １２５、１２６ 排液マニホールド
１２７ シール部材
２００ セルスタック ２００ｓ サブセルスタック
２０１ 給排板 ２０２ｉ 供給パイプ ２０２ｏ 排出パイプ
２１０、２２０ エンドプレート
２３０ 締付機構
２３１ 締付軸
１０、１１ 熱交換器
２０、２１ ファン（冷却機構）
３０、３１ バイパス流路
４０、４１、４２、４３ バタフライバルブ（流量可変機構）
５０ 制御機構
５１、５２ 液温センサ（測定センサ）
５３ 気温センサ（測定センサ）
５４ 制御部
５４０ 流量制御部 ５４１ 冷却制御部 ５４２ ポンプ制御部
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
１０６ 正極電解液タンク １０７ 負極電解液タンク
１０８、１０９ 供給流路
１１０、１１１ 排出流路
１１０ｕ、１１１ｕ 上流側排出流路
１１０ｄ、１１１ｄ 下流側排出流路
１１２、１１３ ポンプ １１４、１１５ 熱交換器
１２０ セルフレーム １２１ 双極板 １２２ フレーム
１２３、１２４ 給液マニホールド １２５、１２６ 排液マニホールド
１２７ シール部材
２００ セルスタック ２００ｓ サブセルスタック
２０１ 給排板 ２０２ｉ 供給パイプ ２０２ｏ 排出パイプ
２１０、２２０ エンドプレート
２３０ 締付機構
２３１ 締付軸
Claims (6)
- 電池セルと、前記電池セルに電解液を循環する循環路とを備える電解液循環型電池であって、
前記循環路の途中で前記電解液を冷却する熱交換器と、
前記熱交換器における前記電解液の流入側と流出側とを繋いで前記熱交換器をバイパスするバイパス流路と、
前記熱交換器に流通させる前記電解液の流量と前記バイパス流路に流通させる前記電解液の流量とを可変する流量可変機構とを備える電解液循環型電池。 - 前記電解液の温度に関連する物理量を測定する測定センサと、
前記測定センサの測定結果に基づき、前記流量可変機構による前記熱交換器及び前記バイパス流路への流量を制御する流量制御部とを備える請求項１に記載の電解液循環型電池。 - 前記測定センサは、前記電解液の温度を測定する液温センサ、及び外気温を測定する気温センサの少なくとも一方を備える請求項２に記載の電解液循環型電池。
- 前記熱交換器を冷却する冷却機構と、
前記測定センサの測定結果に基づき、前記冷却機構の動作を制御する冷却制御部とを備える請求項２又は請求項３に記載の電解液循環型電池。 - 前記電解液を循環させるポンプと、
前記測定センサの測定結果に基づき、前記ポンプの出力を制御するポンプ制御部とを備える請求項２〜請求項４のいずれか１項に記載の電解液循環型電池。 - 前記流量可変機構は、前記バイパス流路に設けられて流路の開閉を行うバルブを備える請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の電解液循環型電池。
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