JP2019535105A - レドクスフロー電池 - Google Patents

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Abstract

本発明は、複数のスタックが電気的に連結されるフロー電池に関する。ここで、複数のスタックは、少なくとも一つのスタックを間に置いて電気的な結線を通じて交互に連結される。【選択図】 図３

Description

本発明は、レドクスフロー電池に関し、より詳しくは、シャント電流発生を低減する技術に関する。
現在、エネルギー貯蔵システム（Ｅｎｅｒｇｙ Ｓｔｏｒａｇｅ Ｓｙｓｔｅｍｓ、ＥＳＳ）のための多様なバッテリー（Ｂａｔｔｅｒｙ）が研究されている。リチウムイオン電池（Ｌｉｔｈｉｕｍ ｉｏｎ Ｂａｔｔｅｒｙ、ＬｉＢ）が商業化に近接しているが、まだ安定性および寿命の側面で完璧な検証がなされていない。そこで、レドクスフロー電池（Ｒｅｄｏｘ ｆｌｏｗ ｂａｔｔｅｒｙ、ＲＦＢ）などのフロー電池（Ｆｌｏｗ Ｂａｔｔｅｒｙ）タイプ（ｔｙｐｅ）のバッテリー（Ｂａｔｔｅｒｙ）開発が活発に進行中である。
レドクスフロー電池は、酸化−還元対（Ｒｅｄｏｘ ｃｏｕｐｌｅ）の化学反応を利用したものであり、そのうち亜鉛（Ｚｎ）と臭素（Ｂｒ）を酸化−還元対として利用する亜鉛−臭素フロー電池（ｆｌｏｗ ｂａｔｔｅｒｙ）は、スタック（Ｓｔａｃｋ）内化学反応に基づいた電池であって、出力および容量自律度、価格などの長所を有する。
レドクスフロー電池は、バイポーラ電極板（ｂｉｐｏｌａｒ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）とメンブレイン（ｍｅｍｂｒａｎｅ）を反復的に積層し、積層された最外郭の両側に集電板とエンドキャップを順次に積層して形成されるスタック、およびスタックに電解液を供給し、スタックで内部反応後、流出される電解液を貯蔵する電解液タンクを含む。
しかし、レドクスフロー電池で電気化学反応が起きるセルは、バイポーラ（Ｂｉｐｏｌａｒ）構造に直列に連結されており、電解液は並列形態に共有しているため、電解液に流れる分岐電流（Ｓｈｕｎｔ ｃｕｒｒｅｎｔ）が発生する。
特に、化学反応中にスタックとパイプ（Ｐｉｐｅ）内電解液に流れる分岐電流（Ｓｈｕｎｔ ｃｕｒｒｅｎｔ）が不均衡に発生してスタックのエネルギーが損失されるという問題がある。
また、分岐電流が発生すると、亜鉛（Ｚｉｎｃ）が均一に分配されることを妨害して電池の性能を低下させる。そして、電極や部品の腐食を招いて電池の寿命減少を誘発し、誤った亜鉛（Ｚｉｎｃ）の析出で電解質移動を妨害し、反応物が過度に反応して熱損失（ｔｈｅｒｍａｌ ｌｏｓｓ）を発生させる。
本発明の一実施例の目的は、電解液を共有するスタック間の電気的結線を異にして分岐電流（Ｓｈｕｎｔ ｃｕｒｒｅｎｔ）の発生を最小化するか、または減らすことができるレドクスフロー電池を提供することにある。
本発明の一実施例によるレドクスフロー電池は、複数のスタックが電気的に連結されるフロー電池において、前記複数のスタックは、少なくとも一つのスタックを間に置いて電気的な結線を通じて交互に連結される。
前記複数のスタックは、電解液を共有しないスタック同士が電気的な結線を通じて連結されてもよい。
前記複数のスタックは、電気的な結線を通じて直列連結されてもよい。
前記複数のスタックは、少なくとも一つのスタックを間に置いて電線で連結された複数のスタック対が連続して連結され、前記複数のスタック対は、二つのスタックを連結する電線に設けられる開閉スイッチをそれぞれ含み、前記それぞれの開閉スイッチは、スタック対別に二つのスタックが形成するそれぞれのスタック電圧によりバッテリー管理システムの制御下でオンまたはオフされてもよい。
本発明の他の実施例によるバッテリー管理システムの動作方法であって、少なくとも一つのスタックを間に置いてそれぞれの電線で連続して連結された複数のスタック対別にそれぞれのスタック電圧を測定する段階、そして前記それぞれのスタック電圧の中から第１スタック電圧を前記第１スタック電圧を除いた残りのスタック電圧と比較し、比較結果により、前記それぞれの電線に設けられた開閉スイッチのオンまたはオフを制御する段階を含む。
前記制御する段階は、前記第１スタック電圧と前記残りのスタック電圧との間の電圧差が既設定された臨界値電圧以上を満足する場合が少なくとも一つ該当すると、前記第１スタック電圧が測定されたスタック対の電線に設けられた開閉スイッチをオフさせ、前記電圧差が前記臨界値電圧未満を満足する場合が少なくとも一つ該当すると、前記開閉スイッチをオンさせてもよい。
本発明によれば、分岐電流（Ｓｈｕｎｔ ｃｕｒｒｅｎｔ）が不均衡に発生してスタックのエネルギーが損失される現像を解決することができる。
本発明の一実施例によるレドクスフロー電池（Ｒｅｄｏｘ Ｆｌｏｗ ｂａｔｔｅｒｙ）の構成図である。 シャント電流について説明するための図面である。 シャント電流について説明するための図面である。 本発明の一実施例によるシャント電流を低減するためのレドクスフロー電池のスタック連結構造を示した図面である。 図３のスタック電気的結線構造に対して実験した結果を示した図面である。 図３のスタック電気的結線構造に対して実験した結果を示した図面である。 本発明の他の実施例によるシャント電流を低減するためのレドクスフロー電池のスタック連結構造を示した図面である。 本発明の実施例と比較するためのスタック直列構造を示した図面である。 図７のスタック直列構造での電流状態を示した図面である。 図７のスタック直列構造での電流状態を示した図面である。 本発明の一実施例によるシャント電流発生による抵抗（Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）の定義を示した図面である。 実験テストベッド（Ｔｅｓｔ−ｂｅｄ）を示した図面である。 図１１の実験テストベッド構造による１０個のスタックの直列電気的結線（ｓｈｕｎｔ発生ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ）構造を示した図面である。 図１１のスタック直列電気的結線構造に対して実験した結果を示した図面である。 図１１のスタック直列電気的結線構造の実験結果（Ａ）を示した図面である。 ５個のスタックの直列電気的構造別にシャント電流発生量を結線位置別に示した図面である。 ５個のスタックの直列電気的構造別にシャント電流発生量を結線位置別に示した図面である。 電気的に直列連結されるスタック数の増加によるシャント電流量の上昇を示した図面である。 スタック２個を直列に電気的結線する場合、距離別実験結果をした図面である。 スタック３個の直列電気的結線距離別実験結果を示した図面である。 パイプ距離別シャント電流発生実験を示した図面である。
発明を実施するのための形態
以下、添付した図面を参照して本発明の実施例について本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施することができるように詳しく説明する。しかし、本発明は、多様な異なる形態に実現することができ、ここで説明する実施例に限定されない。図面において、本発明を明確に説明するために、説明上不要な部分は省略し、明細書全体にわたって同一または類似する構成要素については同一の参照符号を付した。
図１は、本発明の一実施例によるレドクスフロー電池（Ｒｅｄｏｘ Ｆｌｏｗ ｂａｔｔｅｒｙ）の構成図である。
図１を参照すると、レドクスフロー電池１００は、スタック（ｓｔａｃｋ）１０１、正極電解液（Ａ２＋／Ａ３＋）タンク１０３、負極電解液（Ｂ３＋／Ｂ２＋）タンク１０５、ポンプ（Ｐｕｍｐ）１０７、パイプ（ｐｉｐｅ）１０９を含む。
スタック１０１は、複数のセルが積層されている。この時、一つのセルは、バイポーラプレート（Ｂｉｐｏｌａｒ Ｐｌａｔｅｓ）１１１、正極１１３、正極電解質１１５、イオン交換膜１１７、負極電解質１１９、負極１２１およびバイポーラプレート１１１の順に積層された構造を有する。
ここで、図示していないが、スタック１０１の最外側の正極１１３と負極１２１側面には集電体とエンドプレートが置かれた構造からなっている。そして、図１では一つのスタック１０１だけを図示したが、レドクスフロー電池１００の出力を増加させるために多数のスタック１０１を直列または並列に連結して使用する。
正極電解液タンク１０３は、貯蔵された正極電解液をポンプ１０７の駆動により正極１１３に供給する。そして、負極電解液タンク１０５は、貯蔵された負極電解液をポンプ１０７の駆動により負極１２１に供給する。
レドクスフロー電池１００で電解液の流れは重要である。ポンプ１０７を通じて移動された電解液は、流路を有するマニホールドに移動し、次いで、酸化還元反応部である電極１１３、１２１に移動する。
この時、電解液の流量特性が均一でない場合、反応部１１３、１２１での速度差が発生したり、反応をしない部分による過電圧が発生する。
電流が流れることができる電解液の化学反応に基づくレドクスフロー電池においてシャント電流（Ｓｈｕｎｔ ｃｕｒｒｅｎｔ）は必須不可欠である。
シャント電流は、レドクスフロー電池の待機時間が長くなれば、スタック１０１内部に存在する電解液内部の活物質がイオン交換膜１１７を通じて反対側に移動しながら自己放電が起きて発生する。
図２（ａ）および図２（ｂ）は、シャント電流について説明するための図面である。
つまり、図２（ａ）のように、理想的な電子の流れはスタック１０１内部で行われるが、シャント電流が発生すれば、シャント電流損失による電子は図２（ｂ）のような流れを有する。
電解液が流れる経路によりシャント電流の傾向性が変わるが、電解液はスタック１０１内部のチャンネル（ｃｈａｎｎｅｌ）という経路、セルが直列に融着して生じる流入経路であるマニホールドおよびスタック１０１と連結されたパイプ１０９を経る。
ここで、マニホールドは図示していないが、スタック１０１の流入部に位置するパイプ１０９とスタック１０１の流出部に位置するパイプ１０９を直線で連結すればスタック１０１が共有するマニホールドが形成される。
本発明の実施例では、このようなシャント電流を低減するための方法を提案した。スタック１０１が直列に多数のマニホールドを共有する場合、シャント電流の発生量が増加する。
したがって、スタック１０１を直列に連結する時、内部的に電気的結線時にシャント電流を低減する方法を提案した。
図３は、本発明の一実施例によるシャント電流を低減するためのレドクスフロー電池のスタック連結構造を示した図面であり、図４および図５は、図３のスタック電気的結線構造に対して実験した結果を示した図面である。
図３を参照すると、１０個のスタック、つまり、スタック（Ａ）、スタック（Ｂ）、スタック（Ｃ）、スタック（Ｄ）、スタック（Ｅ）、スタック（Ｆ）、スタック（Ｇ）、スタック（Ｈ）、スタック（Ｉ）、スタック（Ｊ）が直列に順次に配置された構造において、スタック（Ａ）、スタック（Ｃ）、スタック（Ｅ）、スタック（Ｇ）、スタック（Ｉ）を電線Ｌ１で連結し、スタック（Ｂ）、スタック（Ｄ）、スタック（Ｆ）、スタック（Ｈ）、スタック（Ｊ）を電線Ｌ２で連結する。
ここで、電線Ｌ１は、スタック（Ａ）とスタック（Ｃ）が連結された第１電線（１）と、スタック（Ｃ）とスタック（Ｅ）が連結された第２電線（２）と、スタック（Ｅ）とスタック（Ｇ）が連結された第３電線（３）と、スタック（Ｇ）とスタック（Ｉ）が連結された第４電線（４）からなる。
そして、電線Ｌ２は、スタック（Ｂ）とスタック（Ｄ）が連結された第１電線（５）と、スタック（Ｄ）とスタック（Ｆ）が連結された第２電線（６）と、スタック（Ｆ）とスタック（Ｈ）が連結された第３電線（７）と、スタック（Ｈ）とスタック（Ｊ）が連結された第４電線（８）からなる。
この時、スタック（Ａ）の正極に連結された正極線（９）は、スタック（Ｊ）の負極に連結された負極線（１０）と連結される。
このように、１スタックずつ電気的に結線距離を置いてマニホールドの直列連結により生じるシャント電流を減らすことができる。
この時、電解液を共有しないスタック１０１同士を電線Ｌ１、Ｌ２で連結することができる。
このような、１スタックずつ距離を置いて結線した構造は、電解液を共有するマニホールドが電気的にも直列に連結される場合と、そうでない場合に発生されるシャント電流の量に差があることに基づく。つまり、シャント抵抗を低減するためにシャントの原因である電解液（ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ）を共有しないスタック同士を電気的結線を行う。
後述する図１３と比較すると、スタック５個を連続して直列に連結する場合と比較すると、無負荷である時、（１）の測定シャント電流量が２．６４Ａであるが、図１３では２．９１Ａであるため、無負荷時にシャント電流量が減少したことを確認することができる。
図６は、本発明の他の実施例によるシャント電流を低減するためのレドクスフロー電池のスタック連結構造を示した図面である。
図６を参照すると、スタック連結構造は図３と同一であるが、スタック１０１間に連結された電線Ｌ１、Ｌ２ごとに開閉スイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６、Ｓ７、Ｓ８を連結してスタック別電荷不均衡を解消することができる。
ここで、各開閉スイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６、Ｓ７、Ｓ８は、ＢＭＳ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）２００に連結されている。そして、ＢＭＳ２００の運用制御によりオン（ＯＮ、Ｏｐｅｎ）またはオフ（ＯＦＦ、Ｃｌｏｓｅｄ）される。
ＢＭＳ２００は、スタック電圧（ｓｔａｃｋ ｖｏｌｔａｇｅ）を測定する。そして、測定した電圧を比較する。
ＢＭＳ２００は、セル測定電圧を比較した結果、任意のスタック電圧が他のスタック電圧に比べて臨界値以上高いか、または低ければ、当該スタックが連結された電線の開閉スイッチをオンまたはオフする。
この時、臨界値以上高ければ、スイッチオフ（ｃｌｏｓｅｄ）状態を維持する。そして、臨界値以上低ければ、他のスタックと均衡を合わせる時間の間にスイッチオン（ｏｐｅｎ）状態になるようにする。
例示として、スタック（Ｃ）の電圧が他のスタックに比べて臨界値以上に高く測定されると、スタック（Ｃ）が連結された電線（１）、（２）のスイッチＳ１、Ｓ２をオフさせる。そして、スタック（Ｃ）の電圧が他のスタック電圧と均衡を合わせる時間の間にオフの状態を維持する。つまり、スタック（Ｃ）の電圧が他のスタック電圧と臨界値以下の差になる時までスイッチＳ１、Ｓ２オフの状態を維持する。
以上述べたとおり、本発明の実施例では、スタック間に１個ずつスタック距離を置き、これは電解液を共有するマニホールド間に電気的に直列に連結される場合と、連結されない場合にそれぞれ発生するシャント電流の量に差がある。このような差に対して以下の実験結果を通じて説明する。
まず、図７は、本発明の実施例と比較するためのスタック直列構造を示した図面であり、図８および図９は、図７のスタック直列構造での電流状態を示した図面であり、図１０は、本発明の一実施例によるシャント電流発生による抵抗（Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）の定義を示した図面である。
図７を参照すると、５個のスタック、つまり、スタック（Ｓｔａｃｋ）（Ａ）、スタック（Ｂ）、スタック（Ｃ）、スタック（Ｄ）、スタック（Ｅ）を直列に配置した構造を示した図面である。このような５個のスタックを直列に電気的結線する場合、スタック構造で電流を測定した結果は図８および図９のとおりである。
５個のスタックまたはセル（ｃｅｌｌ）を直列に配置し、電解液を共有すれば理想的な状態での電気的結線の間の電流流れが分かる。
図８を参照すると、理想的な（Ｉｄｅａｌ Ｓｔａｔｅ）直列連結時、電気的結線から確認することができるスタック間の電流が無負荷である場合は０Ａ、負荷である場合は１０Ａにそれぞれ同一である。これは内部シャント電流発生がない、つまり、損失がないことを意味する。
図９を参照すると、実際分岐電流（Ｓｈｕｎｔ ｃｕｒｒｅｎｔ）発生時の電流量を確認することができる。
実際実験（Ｒｅａｌ Ｓｔａｔｅ）では、図９のように、スタック間結線で発生する電流とＤＣ−Ｌｉｎｋと連結される出力端の電流とが異なることを確認することができる。これはスタック内部でシャント電流が発生することを意味し、特に、無負荷状態で出力端の電流は０Ａであるが、内部電流が２Ａ〜３Ａ流れることを確認することができ、負荷状態で両端の８Ａに比べて内部に１０Ａ、１１Ａが発生する。
この時、２Ａ〜３Ａがシャント抵抗（Ｓｈｕｎｔ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）による電流であり、無負荷時にも電流が流れてはならないが、内部のシャント抵抗により電流が流れることを確認することができる。
これによって、分岐電流（Ｓｈｕｎｔ ｃｕｒｒｅｎｔ）と抵抗（ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）の種類を前記で言及した三つに定義することができる。ここで、三つは、チャンネル（Ｃｈａｎｎｅｌ）、マニホールド（ｍａｎｉｆｏｌｄ）、パイプである。電解液が通る経路として、チャンネルはスタック内部の流路、マニホールドはその流路の入口を共有する区間、パイプはスタックに流入されるために電解液が運搬される空間である。
シャント電流発生による抵抗であるシャント抵抗（Ｓｈｕｎｔ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）は、図１０のように定義することができる。つまり、シャント抵抗は、ＲＣｈａｎｎｅｌ、ＲＭａｎｉｆｏｌｄ、ＲＰｉｐｅとなる。
電流測定は、図７の各スタック間電線（Ｏ表示部分）、つまり、スタック同士が連結される電気的結線ラインの電流が測定された。
図１１は、実験テストベッド（Ｔｅｓｔ−ｂｅｄ）を示した図面であり、シャント電流傾向を解釈するために１０個のスタックを５直列２セット（Ｓｅｔ）で実験テストベッドを準備した。
セル内部流路は、変更できない固定変数に指定し（ｃｈａｎｎｅｌ ｓｈｕｎｔ）スタックが直列に連結される個数（ｍａｎｉｆｏｌｄ ｓｈｕｎｔ）、あるいはパイプの距離（ｐｉｐｅ ｓｈｕｎｔ）によりシャント電流の傾向を見出すために実験した。
図１２は、図１１の実験テストベッド構造による１０個のスタックの直列電気的結線（ｓｈｕｎｔ発生ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ）構造を示した図面である。
図１２の（ａ）は、電解液を共有するスタック５個、つまり、スタック（Ａ）、スタック（Ｂ）、スタック（Ｃ）、スタック（Ｄ）、スタック（Ｅ）を直列に連結した第１セットと、電解液を共有するスタック５個、つまり、スタック（Ｆ）、スタック（Ｇ）、スタック（Ｈ）、スタック（Ｉ）、スタック（Ｊ）を直列に連結した第２セットを示す。そして第１セットは、図１２の（ｂ）のとおりであり、第２セットは図１２の（ｃ）のとおりである。
図１３は、図１１のスタック直列電気的結線構造に対して実験した結果を示し、図１４は、図１１のスタック直列電気的結線構造の実験結果（Ａ）を示した図面である。
図１３のように電解液を共有するスタック１０個を直列に電気的結線した時、シャント電流と推定されるＡ値は図１４のとおりである。
図１３が実験による測定結果であり、その実験結果を基づいてシャント電流量を推定した結果が図１４のとおりである。
無負荷時に９、１０、１１、１２番ｌｉｎｅは０であるが、内部に電流が流れ、以降、各負荷別にｔｅｓｔ時にもライン別電流格差が無負荷時のシャント電流発生量分の結果が導出された。
無負荷時には電流量がＡ値になり、負荷があれば、（９）、（１０）、（１１）、（１２）ラインの電流値を引いた残りの値がＡ値（Ｓｈｕｎｔ ｃｕｒｒｅｎｔ）と定義される。
図１５および図１６は、５個のスタックの直列電気的構造別にシャント電流発生量を結線位置別に示した図面である。
図１５および図１６を参照すると、スタック５個の直列電気的結線構造の電気的結線実験結果、位置別にシャント電流発生量は、中央に位置するスタックに行くほどシャント電流発生が多い。そして負荷状態と無負荷状態のシャント電流の発生量は、ほぼ２Ａ〜４Ａで、類似している。
図１７は、電気的に直列連結されるスタック数の増加によるシャント電流量の上昇を示した図面である。
図１７を参照すると、電解液を共有する隣接したスタック同士が直列に連結される個数を異にして結線し、このような結線構造に対する実験結果データを示す。
この時、（１）は、電気的に結線されたスタックの個数はスタック（Ａ）、（Ｂ）の２個であり、（２）は、電気的に結線されたスタックの個数はスタック（Ａ）、スタック（Ｂ）、スタック（Ｃ）の３個であり、（３）は、電気的に結線されたスタックの個数はスタック（Ａ）、スタック（Ｂ）、スタック（Ｃ）、スタック（Ｄ）の４個であり、（４）は、電気的に結線されたスタックの個数がスタック（Ａ）、スタック（Ｂ）、スタック（Ｃ）、スタック（Ｄ）、スタック（Ｅ）の５個である。
（５）は、電気的に結線されたスタックの個数はスタック（Ａ）、スタック（Ｂ）、スタック（Ｃ）、スタック（Ｄ）、スタック（Ｅ）の５個であり、（６）は、電気的に結線されたスタックの個数はスタック（Ａ）、スタック（Ｂ）、スタック（Ｃ）、スタック（Ｄ）の４個であり、（７）は、電気的に結線されたスタックの個数はスタック（Ａ）、スタック（Ｂ）、スタック（Ｃ）の３個であり、（８）は、電気的に結線されたスタックの個数がスタック（Ａ）、スタック（Ｂ）の２個である。
この時、それぞれ電気的に結線されたスタックの個数別に、測定地点を異にして測定した結果によれば、電気的に結線されたスタックの個数が多く、測定地点が全体スタック構造で中央であるほどシャント電流量が多いことが分かる。
例示として、測定地点が無負荷（１、２）である時、（１）→（２）→（３）→（４）に行くほど結線されたスタックの個数が増加し、シャント電流量（１．２Ａ→２．０８Ａ→２．５９Ａ→２．９３Ａ）が増加することが分かる。
また、（４）構造では、測定地点が無負荷（１、２）である時、シャント電流量が２．９３Ａであり、無負荷（２、３）である時、シャント電流量が３．９６Ａ、無負荷（３、４）である時、シャント電流量が３．９６Ａであり、無負荷（４、５）である時、シャント電流量が２．９１Ａであるため、測定地点が中央である（２、３）、（３、４）である時が測定地点が外郭である無負荷（１、２）、（４、５）である時より多いことが分かる。
また、直列連結スタックが１個当りほぼ１Ａずつ増加することを確認することができた。
次に、２個のスタックの直列連結時に位置別シャント電流の傾向を見出すために図１８のように電気的な結線後に実験した。
図１８は、スタック２個を直列に電気的結線する場合、距離別実験結果を示した図面である。
図１８を参照すると、スタック（１）−（２）である時、シャント電流量が１．２Ａ、（２）−（３）である時、シャント電流量が１．３Ａ、（３）−（４）である時、１．２３Ａ、（４）−（５）である時、１．２５Ａであって、２スタック直列連結基準に１．２Ａ〜１．３Ａが発生した。このように、近い距離のスタックを直列に連結すればスタックが直列に連結されてマニホールドが長くなってシャント電流量が増加する。
しかし、スタック（１）−（３）である時、シャント電流量が１．１Ａ、（１）−（４）である時、シャント電流量が１Ａ、（１）−（５）である時、シャント電流量が０．９Ａ、（２）−（４）である時、１．１３Ａ、（２）−（５）である時、シャント電流量が１Ａ、（３）−（５）である時、シャント電流量が１．１Ａであって、スタック間距離間隔が生じるほどシャント電流量が減少する。
この時、１スタックを抜かして結線する時、スタック当たりほぼ０．１Ａずつ減少する傾向性を示した。
図１９は、スタック３個の直列電気的結線距離別実験結果を示した図面である。
つまり、スタック３個の位置別シャント電流傾向を実験した結果を示す。
図１９の（ａ）を参照すると、スタック（Ａ）、スタック（Ｂ）、スタック（Ｃ）を直列に連結した構造を示し、図１９の（ｂ）を参照すると、スタック１個ずつ抜かしてスタック（Ａ）、スタック（Ｃ）、スタック（Ｅ）を直列に連結した構造を示す。
この時、測定されたシャント電流量は、図１９の（ａ）である場合、シャント電流量が２．０８Ａであり、図１９の（ｂ）である場合、シャント電流量が１．７５Ａであり、減少することが分かる。
つまり、３個のスタック基準直列連結時、無負荷時に２．０８Ａのシャント電流が発生したが、スタック間距離を置くと、１．７５Ａが発生し、ほぼ０．３３Ａが減少することが分かる。
前記の２個のスタックの直列連結距離別実験（図１８）と比較して、１スタックの追加により１Ａが増加したが、１個のスタック距離間によりほぼ０．１Ａ〜０．１５Ａが低減することを確認することができる。
このように、スタックが直列に電解液を共有する時、マニホールドが距離を置くと、シャント電流が減少するという結果を推定することができる。
図２０は、パイプ距離別シャント電流発生実験を示した図面である。
この時、１０個のスタックを連結（→）した図面であり、両方向矢印（⇔）はパイプ距離を示す。
図２０を参照すると、パイプの電解液で発生するシャント電流の傾向性を見出す ために実験したが、その差が激しくなかった（Ａ＝０．０９）。
スタック間の距離を極端的に遠くした場合、シャント電流がより少し多く発生することを確認することができる。つまり、パイプ距離はスタック間距離が遠くなるほど長くなる。
以上で図７〜図２０を通じて説明した実験結果に基づいて本発明の実施例による電気的な結線構造がシャント電流を低減できる構造であることを確認することができる。
また、既存の直列に電解液を共有するスタックを結線することで発生する２Ａ〜４Ａのシャント電流を１Ａ〜２Ａ以内に低減させる。
また、シャント電流の発生が電解液を直接的に共有する５個のスタックを直列に電気的結線した時より顕著に小さいことを確認することができる。
従来の技術は直列に構成されるスタックの電気的な結線も直列に結線したが、本発明の実施例では、このような構造が電解液により発生されるシャント電流による損失を招くため、シャント電流を招く電解液の経路チャンネル（ｃｈａｎｎｅｌ）、マニホールド（ｍａｎｉｆｏｌｄ）、パイプ（ｐｉｐｅ）のうち、スタック直列連結時に電解液を共有するマニホールドによるシャント電流を電気的な結線変更法により低減できることを確認した。
図１３は、図１１のスタック直列電気的結線構造に対して実験した結果を示し、図１４は、図１１のスタック直列電気的結線構造の実験結果（ΔＡ）を示した図面である。
図１３のように電解液を共有するスタック１０個を直列に電気的結線した時、シャント電流と推定されるΔＡ値は図１４のとおりである。
無負荷時には電流量がΔＡ値になり、負荷があれば、（９）、（１０）、（１１）、（１２）ラインの電流値を引いた残りの値がΔＡ値（Ｓｈｕｎｔ ｃｕｒｒｅｎｔ）と定義される。
（５）は、電気的に結線されたスタックの個数はスタック（Ａ）、スタック（Ｂ）、スタック（Ｃ）、スタック（Ｄ）、スタック（Ｅ）の５個であり、（６）は、電気的に結線されたスタックの個数はスタック（Ｂ）、スタック（Ｃ）、スタック（Ｄ）、スタック（Ｅ）の４個であり、（７）は、電気的に結線されたスタックの個数はスタック（Ｃ）、スタック（Ｄ）、スタック（Ｅ）の３個であり、（８）は、電気的に結線されたスタックの個数がスタック（Ｄ）、スタック（Ｅ）の２個である。
例示として、測定地点が無負荷（Ａ、Ｂ）である時、（１）→（２）→（３）→（４）に行くほど結線されたスタックの個数が増加し、シャント電流量（１．２Ａ→２．０８Ａ→２．５９Ａ→２．９３Ａ）が増加することが分かる。
また、（４）構造では、測定地点が無負荷（Ａ、Ｂ）である時、シャント電流量が２．９３Ａであり、無負荷（Ｂ、Ｃ）である時、シャント電流量が３．９６Ａ、無負荷（Ｃ、Ｄ）である時、シャント電流量が３．９６Ａであり、無負荷（Ｄ、Ｅ）である時、シャント電流量が２．９１Ａであるため、測定地点が中央である（Ｂ、Ｃ）、（Ｄ、Ｅ）である時が測定地点が外郭である無負荷（Ａ、Ｂ）、（Ｄ、Ｅ）である時より多いことが分かる。
図１８を参照すると、スタック（Ａ）−（Ｂ）である時、シャント電流量が１．２Ａ、（Ｂ）−（Ｃ）である時、シャント電流量が１．３Ａ、（Ｃ）−（Ｄ）である時、１．２３Ａ、（Ｄ）−（Ｅ）である時、１．２５Ａであって、２スタック直列連結基準に１．２Ａ〜１．３Ａが発生した。このように、近い距離のスタックを直列に連結すればスタックが直列に連結されてマニホールドが長くなってシャント電流量が増加する。
しかし、スタック（Ａ）−（Ｃ）である時、シャント電流量が１．１Ａ、（Ａ）−（Ｄ）である時、シャント電流量が１Ａ、（Ａ）−（Ｅ）である時、シャント電流量が０．９Ａ、（Ｂ）−（Ｄ）である時、１．１３Ａ、（Ｂ）−（Ｅ）である時、シャント電流量が１Ａ、（Ｃ）−（Ｅ）である時、シャント電流量が１．１Ａであって、スタック間距離間隔が生じるほどシャント電流量が減少する。

Claims (6)

  1. 複数のスタックが電気的に連結されるフロー電池において、
    前記複数のスタックは、
    少なくとも一つのスタックを間に置いて電気的な結線を通じて交互に連結される、フロー電池。
  2. 前記複数のスタックは、
    電解液を共有しないスタック同士が電気的な結線を通じて連結される、請求項１に記載のフロー電池。
  3. 前記複数のスタックは、
    電気的な結線を通じて直列連結される、請求項１に記載のフロー電池。
  4. 前記複数のスタックは、
    少なくとも一つのスタックを間に置いて電線で連結された複数のスタック対が連続して連結され、
    前記複数のスタック対は、
    二つのスタックを連結する電線に設けられる開閉スイッチをそれぞれ含み、
    前記それぞれの開閉スイッチは、
    スタック対別に二つのスタックが形成するそれぞれのスタック電圧によりバッテリー管理システムの制御下でオンまたはオフされる、請求項１に記載のフロー電池。
  5. バッテリー管理システムの動作方法であって、
    少なくとも一つのスタックを間に置いてそれぞれの電線で連続して連結された複数のスタック対別にそれぞれのスタック電圧を測定する段階、そして
    前記それぞれのスタック電圧の中から第１スタック電圧を前記第１スタック電圧を除いた残りのスタック電圧と比較し、比較結果により、前記それぞれの電線に設けられた開閉スイッチのオンまたはオフを制御する段階
    を含む、動作方法。
  6. 前記制御する段階は、
    前記第１スタック電圧と前記残りのスタック電圧との間の電圧差が既設定された臨界値電圧以上を満足する場合が少なくとも一つ該当すると、前記第１スタック電圧が測定されたスタック対の電線に設けられた開閉スイッチをオフさせ、前記電圧差が前記臨界値電圧未満を満足する場合が少なくとも一つ該当すると、前記開閉スイッチをオンさせる、請求項５に記載の動作方法。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102283441B1 (ko) * 2018-12-27 2021-07-30 스탠다드에너지(주) 직병렬 구조가 혼합된 레독스 흐름전지용 전지셀
CN115051011B (zh) * 2022-08-17 2022-11-15 杭州德海艾科能源科技有限公司 一种液流电池电堆液路分区系统

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63213261A (ja) * 1987-02-27 1988-09-06 Nkk Corp 電解液流通型電池
JPH01146265A (ja) * 1987-12-03 1989-06-08 Nkk Corp 電解液流通型電池のリバランス装置
JPH01146266A (ja) * 1987-12-03 1989-06-08 Nkk Corp 電解液流通型電池の電解液等配試験方法
JP2017082268A (ja) * 2015-10-26 2017-05-18 株式会社ギャラキシー セルスタック集合型電解槽及びセルスタック集合型電池
JP2017191768A (ja) * 2016-04-15 2017-10-19 スタンダード エナジー 株式会社ＳｔａｎｄａｒｄＥｎｅｒｇｙ Ｃｏ．， Ｌｔｄ． レドックスフロー電池

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4377445A (en) * 1980-11-07 1983-03-22 Exxon Research And Engineering Co. Shunt current elimination for series connected cells
DE3277276D1 (en) * 1982-05-04 1987-10-15 Meidensha Electric Mfg Co Ltd Electrolytes circulation type cell stack secondary battery
JPH01102859U (ja) * 1987-12-28 1989-07-11
JPH0644996A (ja) * 1992-07-23 1994-02-18 Sumitomo Electric Ind Ltd 電解液流通型電池装置
JP3574514B2 (ja) * 1995-09-19 2004-10-06 住友電気工業株式会社 レドックスフロー型二次電池システム
DK1051766T3 (da) * 1998-01-28 2001-12-03 Squirrel Holdings Ltd Redox strømningsbatterisystem og cellestak
KR100723395B1 (ko) * 2006-05-16 2007-05-30 삼성에스디아이 주식회사 연료전지의 회로연결 제어시스템 및 구동방법
US9680174B2 (en) * 2012-12-14 2017-06-13 Hydraredox Technologies Holdings Ltd. Redox flow battery system and method of controlling it
WO2014145788A1 (en) 2013-03-15 2014-09-18 Enervault Corporation Redox flow battery system configuration for minimizing shunt currents

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63213261A (ja) * 1987-02-27 1988-09-06 Nkk Corp 電解液流通型電池
JPH01146265A (ja) * 1987-12-03 1989-06-08 Nkk Corp 電解液流通型電池のリバランス装置
JPH01146266A (ja) * 1987-12-03 1989-06-08 Nkk Corp 電解液流通型電池の電解液等配試験方法
JP2017082268A (ja) * 2015-10-26 2017-05-18 株式会社ギャラキシー セルスタック集合型電解槽及びセルスタック集合型電池
JP2017191768A (ja) * 2016-04-15 2017-10-19 スタンダード エナジー 株式会社ＳｔａｎｄａｒｄＥｎｅｒｇｙ Ｃｏ．， Ｌｔｄ． レドックスフロー電池

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