JP2021534565A - フロー電池及び充電状態均衡化の方法 - Google Patents
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Abstract
Description
「レドックスフロー電池1は、イオン選択的でかつ導電性のセパレータ4によって相互に分割されてそれぞれの電極4及び5を有する陽極液コンパートメント2及び陰極液コンパートメント3を有する単一のセル1として図示される個々のセルのスタックを有する。電池は、それぞれのポンプ8及び9並びに配管10及び11とともに陽極液タンク6及び陰極液タンク7を有する。使用に際して、それらのポンプが電解質An及びCaをタンク8及び9との間、すなわち、コンパートメント2及び3へ、その後にタンクに戻るように循環させる。電気が負荷Lに流れる。電解質ラインには、新たな電解質Fが追加されるタッピング21及び22並びに使用済み電解質Sが引き抜かれる更なるタッピング23及び24が設けられ、それぞれのタッピングは陽極液及び陰極液のためのものである。再充電中には、通常、遠隔のポンプ27が、全てのタッピングに対するライン26のためのカップリング25を介して、遠隔の貯蔵部28から新たな陽極液及び新たな陰極液をポンピングし、使用済み電解質を他の遠隔の貯蔵部29に引き出す。この電解質は、通常、従来的な燃料電池再充電方法によって、再充電され、貯蔵部28に戻される。」
それぞれの蓄積部の電解質の充電状態を測定及び比較し、充電状態が閾値よりも大きく異なるかを示すステップと、
充電状態の差の閾値の超過の場合に、
スタックの直列接続のセル数を制御するステップであって、それにより、低充電側の電解質が、高充電側の電解質よりも少ないセルを介して放電する、ステップ、及び/又は
スタックの直列接続のセル数を制御するステップであって、それにより、低充電側の電解質が、高充電側の電解質よりも多くのセルを介して充電される、ステップと
を備える。
少なくとも2個のそれぞれの電解質蓄積部を有する、セルの少なくとも2個のスタックの直列アレイと、
それぞれの蓄積部における電解質の充電状態を測定及び比較する手段と、
セル又はセルのスタックの少なくとも一部のバイパスされるものの代わりにバイパスシャントを直列アレイに投入するスイッチ手段であって、このバイパス用のスイッチ手段はノーマリオープンである、スイッチ手段と、
セル又はセルのスタックのバイパスされるものを直列アレイから切り離すスイッチ手段であって、この切離し用のスイッチ手段はノーマリクローズである、スイッチ手段と、
測定及び比較する手段がそれぞれの蓄積部における充電状態における閾値以上の差を検出した場合に両スイッチ手段を作動させるコントローラであって、それにより充電及び/又は放電中に差の状態が低減可能となる、コントローラと
を備えるフロー電池が提供される。
電解質蓄積部の特定のものによって供給を受けるセルのスタックのグループの全てを切り離すために設けられた追加のシャントラインであって、追加のシャントラインは、切離し用のスイッチ手段が接続される端部の遠隔側のグループの端部に設けられる、追加のシャントラインと、
追加のシャントラインに設けられた追加のバイパス用のスイッチ手段と、
スタックのグループの遠隔側に前記切離し用のスイッチ手段と直列に設けられた追加の切離し用のスイッチ手段と
を含み、その構成は、
前記シャントラインは、前記切離し用のスイッチ手段と追加の切離し用のスイッチ手段との間に接続され、
追加のバイパス用のスイッチ手段は、追加の切離し用のスイッチ手段の遠隔側に接続されるものであり、さらに、
セル又はセルのスタックのバイパスされるものを直列アレイから切り離すためのスイッチ手段であって、この切離し用のスイッチ手段はノーマリクローズである、スイッチ手段と、
測定及び比較する手段がそれぞれの蓄積部における充電状態における閾値以上の差を検出した場合に両スイッチ手段を作動させるコントローラであって、それにより充電及び/又は放電中に差の状態が低減される、コントローラと
を含む。
1.まず、図3(a)に示すように、スタックをバイパスする前に、スイッチ111が開放され、ダイオードD111に逆バイアスがかかり、電流はバイパスライン121には流れない。切離し用スイッチ161が閉成され、スタック21から放電する。
2.切離し用スイッチ161が開放され、ダイオードD161に逆バイアスがかかった状態で、電流はスタック21を流れ出なくなる。同時に、ダイオードD111に、その両端のスタック電圧が除去された状態で、順バイアス状態となる。それは、瞬時に導通を開始し、スイッチ111が開放されていない状態で、電流はライン121に流れる。
3.ここで、スイッチ111が閉成され、電流はそこに流れるが、ダイオードD111には流れない。結果として、スタック22の電解質からのエネルギーの2倍のエネルギーが、図3(a)〜(b)に別途示していないスタック23、24の電解質から引き出され、それにより、その低充電側の電解質は、それがスタック23、24のものと揃うまで、より遅く充電状態を低下させる。
4.ここで、スイッチ111が開放され、電流がダイオードD111を流れる状態で図3(b)の状態に戻る。
5.ここで、切離し用スイッチ161が閉成され、それぞれのスタック対の電解質が等しく充電/放電されているという相違を以て図3(a)の状況に戻る。それらは、他の公差及びイベントの蓄積によって充電状態閾値との差が再度超過して同じ調整が再度なされるまで、そのままとなる。
11.まず、図3(a)に示すように、スタックをバイパスする前に、上記のステップ(1)のように、スイッチ111が開放され、ダイオードD111に逆バイアスがかかり、電流はバイパスライン121には流れない。切離し用スイッチ161が閉成され、スタック21から放電する。
12.切離し用スイッチ161が開放されるが、上記ステップ(2)とは逆に、電流が逆方向に流れる状態で、ダイオードD161に順バイアスがかかり、電流はスタック21を流れ続ける。ダイオードD111には逆バイアスがかかったままであり、電流はシャントライン121には流れない。
13.ここで、スイッチ111が閉成され、電流はシャントラインにおいてスイッチ111を流れる。ダイオードD111は逆バイアス状態となり、充電電流はダイオードD111及びスタック21を流れなくなる。結果として、スタック22の電解質へのエネルギーの2倍のエネルギーが、図3(a)〜(b)に別途示していないスタック23、24の電解質を通過し、それにより、その高充電側の電解質は、それがスタック23、24のものと揃うまで、より遅く充電状態を上昇させる。
14.ここで、スイッチ111が開放され、電流がダイオードD161を流れる状態で図3(b)の状態に戻り、スタック21の充電が再開する。
15.ここで、切離し用スイッチ161が閉成され、全てのスタックの充電が継続し、それぞれのスタック対の電解質が等しく充電/放電されているという相違を以て図3(a)の状況に戻る。それらは、充電状態閾値との差が再度超過して同じ調整が再度なされるまで、そのままとなる。
Claims (21)
- 直列の複数のフロー電池スタックを有し、少なくとも2個の蓄積部から電解質の供給を受ける電池における電解質の充電状態均衡化の方法であって、
前記スタックの各々は複数のセルを有し、
それぞれの前記蓄積部の前記電解質の前記充電状態を測定及び比較し、前記充電状態が閾値よりも大きく異なるかを示すステップと、
前記充電状態の差の閾値の超過の場合に、
前記スタックの直列接続のセル数を制御するステップであって、それにより、低充電側の電解質が、高充電側の電解質よりも少ないセルを介して放電する、ステップ、及び/又は
前記スタックの直列接続のセル数を制御するステップであって、それにより、低充電側の電解質が、高充電側の電解質よりも多くのセルを介して充電される、ステップと
を備える充電状態均衡化の方法。 - 直列のセル数は、スタック内の中間電極への接続を構成して前記スタックにおける所定数のセルを非接続とすることによって制御される、請求項1に記載の充電状態均衡化の方法。
- 直列のセル数は、1以上のスタック全体を前記直列のスタックに対して投入し又は切り離すことによって制御される、請求項1に記載の充電状態均衡化の方法。
- 直列のセル数は、直列セル又は1以上のスタック全体を切り離すことによって制御され、それにより、
放電時に、低充電側の電解質は、減少した数のセルに供給され、及び
充電時に、高充電側の電解質は、減少した数のセルに供給される、
請求項1、請求項2又は請求項3に記載の充電状態均衡化の方法。 - 前記電池は少なくとも1対のスイッチを含み、一方は所定数のセルをバイパスするためのノーマリオープンのものであり、他方は前記直列接続のスタックからこれらのバイパスセルを切り離すためのノーマリクローズのものであり、前記方法は、バイパス用の前記スイッチ及び切離し用の前記スイッチの同時のスイッチングを含む、請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の充電状態均衡化の方法。
- 前記電池は少なくとも1対のスイッチを含み、一方は所定数のセルをバイパスするためのノーマリオープンのものであり、他方は前記直列接続のスタックからこれらのバイパスセルを切り離すためにノーマリクローズのものであり、前記方法は、バイパス用の前記スイッチ及び切離し用の前記スイッチの順次のスイッチングを含む、請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の充電状態均衡化の方法。
- 前記電池は前記スイッチに並列接続された一方向性導電素子を含み、前記方法は、前記スイッチの双方が開放される場合に、前記順次のスイッチング中に、最初に動作した側のスイッチのスイッチングの際の電流フローの連続性のために前記一方向性導電素子の1つに電流を流すことを含む、請求項6に記載の充電状態均衡化の方法。
- フロー電池であって、
少なくとも2個のそれぞれの電解質蓄積部を有する、セルの少なくとも2個のスタックの直列アレイと、
前記それぞれの蓄積部における前記電解質の充電状態を測定及び比較する手段と、
前記セル又はセルのスタックの少なくとも一部のバイパスされるものの代わりにバイパスシャントを前記直列アレイに投入するスイッチ手段であって、当該バイパス用のスイッチ手段はノーマリオープンである、スイッチ手段と、
前記セル又はセルのスタックの前記バイパスされるものを前記直列アレイから切り離すためのスイッチ手段であって、当該切離し用のスイッチ手段はノーマリクローズである、スイッチ手段と、
前記測定及び比較する手段が前記それぞれの蓄積部における充電状態における閾値以上の差を検出した場合に両前記スイッチ手段を作動させるコントローラであって、それにより充電及び/又は放電中に差の状態が低減可能となる、コントローラと
を備えるフロー電池。 - 前記切離し用のスイッチ手段は、前記バイパスされるセルに、それらの直列接続の一端において接続される、請求項8に記載のフロー電池。
- 前記スイッチ手段の双方が、トランジスタスイッチである、請求項8又は請求項9に記載のフロー電池。
- 前記スイッチ手段の双方が、電磁リレーである、請求項8又は請求項9に記載のフロー電池。
- 前記バイパス用のスイッチ手段が接続されたシャントラインを含み、前記シャントラインは、前記セル又はセルのスタックの前記バイパスされるものの両端にわたる、請求項8から11のいずれか一項に記載のフロー電池。
- 前記シャントラインは、セルのスタックにおける中間端子に対して、該中間端子を有する該スタックの所定数のセルをバイパスするために接続される、請求項12に記載のフロー電池。
- 前記シャントラインは、前記電解質蓄積部の特定のものによって供給を受ける直列のスタック内でセルのスタック全体をバイパスするために、2つのスタック間に接続される、請求項12に記載のフロー電池。
- 前記電解質蓄積部の特定のものによって供給を受けるセルのスタックのグループの全てを切り離すために設けられた追加のシャントラインであって、該追加のシャントラインは、前記切離し用のスイッチ手段が接続される端部の遠隔側の前記グループの端部に設けられる、追加のシャントラインと、
前記追加のシャントラインに設けられた追加のバイパス用のスイッチ手段と、
前記スタックの前記グループの遠隔側に前記切離し用のスイッチ手段と直列に設けられた追加の切離し用のスイッチ手段と
を含み、
前記シャントラインは、前記切離し用のスイッチ手段と前記追加の切離し用のスイッチ手段との間に接続され、
前記追加のバイパス用のスイッチ手段は、前記追加の切離し用のスイッチ手段の遠隔側に接続される構成の、請求項14に記載のフロー電池。 - 前記切離し用のスイッチ手段及び前記バイパス用のスイッチ手段に並列に接続された一方向性導電素子、並びに設けられる場合には前記追加のスイッチ手段を含み、
これにより、前記切離し用のスイッチ手段及び前記バイパス用のスイッチ手段の双方又は前記追加の切離し用のスイッチ手段及び前記追加のバイパス用のスイッチ手段の双方が開放される場合に、順次のスイッチング中に、前記スイッチ手段のうちの最初に動作した側のスイッチングの際の電流フローの連続性のために前記一方向性導電素子の1つに電流が通過可能となる、請求項8から15のいずれか一項に記載のフロー電池。 - 前記一方向性導電素子はダイオードである、請求項12に記載のフロー電池。
- 前記測定及び比較する手段は、共通の電解質蓄積部から供給を受ける各スタック又はスタックのグループについて少なくとも1つの基準セルを備える、請求項8から17のいずれか一項に記載のフロー電池。
- 前記アレイは、前記直列接続されたスタックに並列に接続された更なるスタックを備え、前記並列接続されたスタックの間の接続はその直列接続の接続点にある、請求項8から17のいずれか一項に記載のフロー電池。
- 設けられる場合には前記スタックのグループは、前記グループ内にスタックの直並列接続を含む、請求項19に記載のフロー電池。
- 前記電池は、バナジウムレドックスフロー電池である、請求項8から20のいずれか一項に記載のフロー電池。
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