JP2809936B2 - 電力貯蔵用電池装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、たとえば、レドック
スフロー型電池のような電解液流通型電池等の電力貯蔵
用電池からなる電解液流通型電池バンクを複数個用いた
電力貯蔵用電池装置の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】夜間に電力を貯蔵し、昼間の電力需要の
ピーク時にこれを放出するという、いわゆる、ロードレ
ベリングを目的とする種々の電力貯蔵法が提案されてい
る。

【０００３】たとえば、そのようなものとして、揚水発
電が既に実施されている。

【０００４】しかしながら、揚水発電には、設備が消費
地から遠く隔たったところに設置されており、送変電装
置を伴ったり、また、環境面における立地条件等の制約
がある。それゆえに、揚水発電に代わる電力貯蔵用電池
として、種々の新型電池が開発されている。

【０００５】このような新型電池としては、たとえば、
レドックスフロー型電池や、亜鉛臭素電池等の電解液流
通型電池が特に注目されている。

【０００６】図３は、レドックスフロー型電池の一具体
例を概略的に示す構成図である。

【０００７】図３を参照して、このレドックスフロー型
電池３００は、電池反応セル３１０、正極液タンク３２
０、および、負極液タンク３３０を含む。電池反応セル
３１０内は、たとえば、イオン交換膜等からなる隔膜３
４０により仕切られており、一方側が正極セル３２１、
他方側が負極セル３３１を構成する。

【０００８】正極セル３２１内には、正極３２２が収容
されており、負極セル３３１内には、負極３３２が収容
される。

【０００９】正極セル３２１と正極液タンク３２０と
は、正極液を正極液タンク３２０から正極セル３２１に
供給する正極液供給用管路３２３と、正極液を正極セル
３２１から正極液タンク３２０に回収する正極液回収用
管路３２４により連結される。

【００１０】また、正極液供給用管路３２３には、正極
液流通循環手段として、ポンプ３２５が設けられてお
り、正極セル３２１と正極液タンクとの間において、正
極液を流通循環することができる。

【００１１】他方、負極セル３３１と負極液タンク３３
０とは、負極液を負極液タンク３３０から負極セルに供
給する負極液供給用管路３３３と、負極液を負極セル３
３１から負極液タンク３３０に回収する負極液回収用管
路３３４により連結される。

【００１２】また、負極液供給用管路３３３には、負極
液流通循環手段として、ポンプ３３５が設けられてお
り、負極セル３３１と負極液タンク３３０との間におい
て、負極液を流通循環することができる。

【００１３】正極液タンク３２０内には、反応液とし
て、正極電解液が蓄えられており、また、負極液タンク
３３０内には、反応液として、負極電解液が蓄えられ
る。

【００１４】正極電解液としては、たとえば、鉄イオン
のような原子価の変化するイオンの水溶液が用いられ、
また、負極電解液としては、たとえば、クロムイオンの
ような原子価の変化するイオンの水溶液が用いられる。

【００１５】たとえば、そのような正極電解液として、
正極活物質Ｆｅ³⁺／Ｆｅ²⁺を含む塩酸水溶液を用い、負
極電解液として、負極活物質Ｃｒ²⁺／Ｃｒ³⁺を含む塩酸
水溶液を用いることができる。

【００１６】このような電解液を用いたレドックスフロ
ー型電池３００を用いて、充電時においては、負極液タ
ンク３３０に蓄えられたＣｒ³⁺イオンを含む塩酸水溶液
がポンプ３３５により、負極セル３３１に送られ、負極
３３２において、外部回路から電子を受取り、Ｃｒ²⁺イ
オンに還元され、負極液タンク３３０に回収される。

【００１７】他方、正極液タンク３２０に蓄えられたＦ
ｅ²⁺イオンを含む塩酸水溶液は、ポンプ３２５により、
正極セル３２１に送られ、正極３２２において、外部回
路に電子を放出して、Ｆｅ³⁺イオンに還元され、正極液
タンク３２０に回収される。

【００１８】また、放電時においては、負極液タンク３
３０に蓄えられたＣｒ²⁺イオンを含む塩酸水溶液がポン
プ３３５により、負極セル３３１に送られ、負極３３２
において、外部回路に電子を放出して、Ｃｒ³⁺イオンに
酸化され、負極液タンク３３０に回収される。

【００１９】他方、正極液タンク３２０に蓄えられたＦ
ｅ³⁺イオンを含む塩酸水溶液は、ポンプ３２５により、
正極セル３２１に送られ、正極３３２において、外部回
路から電子を受取り、Ｆｅ²⁺イオンに還元され、正極液
タンク３２０に回収される。

【００２０】このような、レドックスフロー型電池３０
０においては、正極３２２および負極３３２における充
放電反応は、下記の化学式により示される。

【００２１】

【化１】

【００２２】上述の充放電反応により、約１Ｖの起電力
が得られる。

【００２３】このようなレドックスフロー型電池を用い
て、電力貯蔵用電池装置とする場合は、電池反応セルを
多数積層した流通型電解セルを使用して、実用的な電圧
を得る必要がある。

【００２４】図４は、そのような電池反応セルが多数積
層された流通型電解セルの一具体例を示す分解斜視図で
ある。

【００２５】図４を参照して、この流通型電解セル２０
は、電池反応セル２１が順次積層されて構成される。

【００２６】この電池反応セル２１は、隔膜２２により
仕切られており、一方側が正極セル２１ａ、他方側が負
極セル２１ｂを構成する。正極セル２１ａ内には、正極
２３が設けられており、負極セル２１ｂ内には、負極セ
ル２４が設けられる。

【００２７】そして、この電池反応セル２１は、双極板
２５と双極板２６により仕切られる。

【００２８】図５は、このような電池反応セルが多数積
層された流通型電解セルを用いた電力貯蔵用電池装置の
電解液流通型電池バンクの一具体例を概略的に示す構成
図である。

【００２９】図５を参照して、この電解液流通型電バン
ク４００は、図４に示したレドックスフロー型電池３０
０と、電池反応セル３１０が積層型流通型電解セル４１
０に変わっている以外は、基本的には、同様の構成であ
る。

【００３０】すなわち、この電解液流通型電池バンク４
００において、図４に示すレドックスフロー型電池３０
０の電池反応セル３１０が、電池反応セルが多数積層さ
れた流通型電解セル４１０に、正極液タンク３２０が正
極液タンク４２０に、負極液タンク３３０が負極液タン
ク４３０に、正極液供給用管路３２３が正極液供給用管
路４２３に、正極液回収用管路３２４が正極液回収用管
路４２４に、負極液供給用管路３３３が負極液供給用管
路４３３に、負極液回収用管路３３４が負極液回収用管
路４３４に、ポンプ３２５がポンプ４２５に、そして、
ポンプ３３５がポンプ４３５にそれぞれ対応する。

【００３１】ところで、従来、レドックスフロー型電池
を用いた電力貯蔵用電池装置としては、実用的な電圧を
得るためには、上記したような電解液流通型電池バンク
４００を１個用い、それをスケールアップするより、上
記した電解液流通型電池バンクを複数個有する電力貯蔵
用電池装置の方が好ましいとされている。

【００３２】すなわち、電解液流通型電池バンクの１個
を用いてスケールアップして実用化を図った場合、たと
えば、流通型電解セルに故障が生じると、電力貯蔵用電
池装置全体の運転を停止する必要が生じたり、また、流
通型電解セルは、多数の電池反応セルが共通の電解液に
より連結されているため、配管を通じて流通型電解セル
に漏れ電流を生じるため、流通型電解セルを構成する電
池反応セルを多数積層して用いると、電力貯蔵用電池装
置全体としての充放電効率が低下したりするからであ
る。

【００３３】図６は、このような複数個の電解液流通型
電池バンクを用いた従来の電力貯蔵用電池装置の一具体
例を概略的に示す構成図である。

【００３４】図６を参照して、この電力貯蔵用電池装置
５００は、電解液流通型電池バンク６００と、電解液流
通型電池バンク７００とから構成される。

【００３５】電解液流通型電池バンク６００と、電解液
流通型転置バンク７００は、同一定格の電解液流通型電
池バンクであり、各々、上述した電解液流通型電池バン
ク４００と同様の構成である。

【００３６】すなわち、電解液流通型電池バンク６００
は、流通型電解セル６１０、正極液タンク６２０、およ
び、負極液タンク６３０を備える。

【００３７】流通型電解セル６１０を構成する多数積層
された電池反応セルの正極セルの各々と、正極液タンク
６２０とは、正極液供給用管路６２３と、正極液回収用
管路６２４により連結される。

【００３８】また、正極液供給用管路６２３には、正極
液流通循環手段として、ポンプ６２５が設けられてお
り、流通型電解セル６１０を構成する電池反応セルの正
極セルの各々と、正極液タンク６２０との間において、
正極液を流通循環することができる。

【００３９】他方、流通型電解セル６１０を構成する多
数積層された電池反応セルの負極セルの各々と、電極液
タンク６３０とは、負極液供給用管路６３３と、負極液
回収用管路６３４により連結される。

【００４０】また、負極液供給用管路６３３には、負極
液流通循環手段として、ポンプ６３５が設けられてお
り、流通型電解セル６１０を構成する電池反応セルの負
極セルの各々と、負極液タンク６３０との間において、
負極液を流通循環することができる。

【００４１】また、電解液流通型電池バンク７００は、
電解液流通型電池バンク６００と同様の構成である。

【００４２】すなわち、電解液流通型電池バンク７００
において、電解液流通型電池バンク６００の流通型電解
セル６１０が流通型電解セル７１０に、正極液タンク６
２０が正極液タンク７２０に、負極液タンク６３０が負
極液７３０に、正極液供給用管路６２３が正極液供給用
管路７２３に、正極液回収用管路６２４が正極液回収用
管路７２４に、負極液供給用管路６３３が負極液供給用
管路７３３に、負極液回収用管路６３４が負極液回収用
管路７３４に、ポンプ６２５がポンプ７２５に、ポンプ
６３５がポンプ７３５に各々対応する。

【００４３】このような、従来の電解液流通型電池装置
５００においては、電解液流通型電池バンク６００と電
解液流通型電池バンク７００とが、充放電操作の際に、
互いに独立した構成として用いられており、電気的に直
列、または、並列に接続されて使用される。

【００４４】しかしながら、従来の複数個の電解液流通
型電池バンクを独立した構成として用い、電気的に直
列、または、並列に接続した電力貯蔵用電池装置には、
通常の運転方法に従って充放電操作を繰り返し行なうに
つれて、電力貯蔵用電池装置全体としての充放電容量が
次第に低下するという問題があった。

【００４５】すなわち、同一の条件で、各々の電解液流
通型電池バンクの充放電操作を行なっても、各々の電解
液流通型電池バンクごとに充電深度のばらつきが生じて
くる。

【００４６】このような、各々の電解液流通型電池バン
クごとの充電深度のばらつきが生じる原因としては、以
下のような理由が考えられる。

【００４７】まず、第１には、同一規格の電解液流通型
電池バンクであっても、実際には、充放電効率等の性能
が異なっているからである。

【００４８】また、第２には、そのような同一規格の電
解液流通型電池バンクであっても、流通型電解セルへの
正極液または負極液の流量が異なれば、充放電効率が変
化する等、その用い方によっても充放電効率等が変化す
るからである。

【００４９】そして、第３には、たとえば電解液流通型
電池バンクとして、レドックスフロー型電池を用いてい
る場合には、充電末期に負極において水素ガスが発生
し、負極液の濃度が変化したり、また、そのような負極
液としてクロムイオンを含む水溶液等が用いられている
場合は、Ｃｒ²⁺イオンが比較的不安定なため、空気中の
酸素によりＣｒ³⁺イオンに変化したりして、負極液の組
成が変化したり等するからである。

【００５０】従来の電力貯蔵用電池装置では、各々の電
解液流通型電池バンクが独立した構成として用いられて
いるため、このような正極液や負極液の濃度、組成等の
変化は、各々の電解液流通型電池バンクごとに別個独立
した形で進行する。

【００５１】そして、従来の電力貯蔵用電池装置では、
電力貯蔵用電池装置を構成する複数個の電解液流通型電
池バンク間の正極液の濃度、組成等を互いに均一にする
手段や、負極液の濃度、組成等を互いに均一にする手段
が何ら設けられていなかったため、通常の運転方法に従
って、充放電操作を繰返すにつれ、各々の電解液流通型
電池バンクごとの充放電効率や、充電深度の差異が次第
に大きくなっていく。

【００５２】このように充放電効率や、充電深度の異な
る複数個の電解液流通型電池バンクを電気的に直列、ま
たは並列に接続し、同一条件で充電すると、まず、充電
効率の高い、または、充電深度の高い電解液流通型電池
バンクが充電終了電圧に到達する。

【００５３】一方、充電効率の低い、または、充電深度
の低い電解液流通型電池バンクでは、このような状態に
おいても、十分な充電深度が得られていない。充電効率
の低い、または、充電深度の低い電解液流通型電池バン
クに、さらに充電操作を継続すると、既に十分な充電深
度を有する電解液流通型電池バンクにおいては、水等の
電気分解反応が生じ、電力貯蔵用電池装置の充電効率が
著しく低下する。

【００５４】したがって、従来の電力貯蔵用電池装置に
あっては、各々の電解液流通型電池バンクの充電深度を
十分に高くすることなく充電操作を終了させる必要があ
った。

【００５５】そして、このような各々の電解液流通型電
池バンク間の充放電効率や、充電深度の差異は、上記し
たとおり、充放電操作を繰り返すにつれて次第に大きく
なるため、電力貯蔵用電池装置全体の充放電容量は、充
放電操作を繰り返すにつれ低下する。

【００５６】一方、充電深度や放電効率の異なる複数個
の電解液流通型電池バンクを電気的に直列、または、並
列に接続して放電操作を行なうと、各々の電解液流通型
電池バンクを流れる電流にアンバランスを生じる等の電
気的アンバランスや、内部抵抗の増加に伴い、外部へ効
率よく取出せる電力が減少する。

【００５７】そして、充電時における各々の電解液流通
型電池バンクの充電容量は、上記したとおり、充放電操
作を繰返すにつれ低下し、また、放電効率や充電深度の
差異は、充放電操作を繰り返すにつれ大きくなるため、
電力貯蔵用電池装置全体の放電容量は、充放電操作を繰
り返すにつれ低下する。

【００５８】以上説明したとおり、従来の複数個の電解
液流通型電池バンクを独立した構成として用い、電気的
に直列、または、並列に接続した電力貯蔵用電池装置に
は、通常の運転方法に従って、充放電操作を繰り返して
行なうにつれて、電力貯蔵用電池装置全体としての充放
電容量が次第に低下するという問題があった。

【００５９】一方、本発明者らは、実開昭６０−１７７
４６４号公報（実願昭５９−０６５０９５号）におい
て、電力貯蔵型電池装置を構成する複数個の電解液流通
型電池バンクの各々の流通型電解セルを構成する多数積
層された電池反応セルの各々の正極セルを複数個の電解
液流通型電池バンクのすべての正極液タンクに配管を介
して連結し、かつ、各々の流通型電解セルを構成する多
数積層された電池反応セルの各々の負極セルを、当該複
数個の電解液流通型電池バンクのすべての負極液タンク
に配管を介して連結してなる電力貯蔵用電池装置を開示
している。

【００６０】図７は、実開昭６０−１７７４６４号公報
に記載される電力貯蔵用電池装置の一具体例を概略的に
示す構成図である。

【００６１】なお、図７では、説明を簡単にするため、
正極液供給用管路と正極液回収用管路、および、負極液
供給用管路と負極液外周用管路をそれぞれ、１本の接続
ラインとして記載する。

【００６２】すなわち、図７に示した接続ラインは、説
明を容易にするため、単に略図化されているだけで、１
本の接続ラインに対し、実際には、正極液供給用管路と
正極液回収用管路の２本の配管系または、負極液供給用
管路と負極液回収用管路の２本の配管系が存在し、それ
ぞれの正極液供給用管路には、正極液を流通循環させる
手段としてポンプ（図示せず）が、また、各々の負極液
供給用管路には、負極液を流通循環させる手段としてポ
ンプ（図示せず）が設けられている。

【００６３】図７を参照して、この電力貯蔵用電池装置
８００は、電解液流通型電池バンク９００と、電解液流
通型電池バンク１０００とから構成されている。

【００６４】電解液流通型電池バンク９００は、流通型
電解セル９１０、正極液タンク９２０、および、負極液
タンク９３０を備える。また、流通型電解セル９１０を
構成する多数積層された電池反応セルの各々の正極セル
と正極液タンク９２０との間には、正極液を流通させる
配管系９２１が設けられており、流通型電解セル９１０
と正極液タンク９２０との間で正極液を流通循環するこ
とができる。また、流通型電解セル９１０を構成する多
数積層された電池反応セルの各々の負極セルと負極液タ
ンク９３０との間には、負極液を流通させる配管系９３
１が設けられており、流通型電解セル９１０と負極液タ
ンク９３０との間で負極液を流通循環することができ
る。

【００６５】また、電解液流通型電池バンク１０００
は、電解液流通型電池バンク９００と同様の構成であ
る。

【００６６】すなわち、電解液流通型電池バンク１００
０において、電解液流通型電池バンク９００の流通型電
解セル９１０が流通型電解セル１０１０に、正極液タン
ク９２０が正極液タンク１０２０に、負極液タンク９３
０が負極液タンク１０３０に、正極液を流通させる配管
系９２１が正極液を流通させる配管系１０２１に、負極
液を流通させる配管系９３１が負極液を流通させる配管
系１０３１に各々対応する。

【００６７】この電力貯蔵用電池装置８００は、さら
に、以下の配管系を備える。

【００６８】すなわち、この電力貯蔵用電池装置８００
には、流通型電解セル１０１０と正極液タンク９２０と
の間で正極液を流通させる配管系９４１が設けられてお
り、流通型電解セル１０１０を構成する多数積層された
電池反応セルの各々の正極セルと正極液タンク９２０と
の間で正極液を流通循環することができる。

【００６９】また、流通型電界セル１０１０と負極液タ
ンク９３０との間で負極液を流通させる配管系９５１が
設けられており、流通型電解セル１０１０を構成する多
数積層された電池反応セルの各々の負極セルと負極液タ
ンク９３０との間で負極液を流通循環することができ
る。

【００７０】また、この電力貯蔵用電池装置８００に
は、流通型電解セル９１０と正極液タンク１０２０との
間で正極液を流通させる配管系１０４１が設けられてお
り、流通型電界セル９１０を構成する多数積層された電
池反応セルの各々の正極セルと正極液タンク１０２０と
の間で正極液を流通循環することができる。

【００７１】また、流通型電解セル９１０と負極液タン
ク１０３０との間で負極液を流通させる配管系１０５１
が設けられており、流通型電解セル９１０を構成する多
数積層された電池反応セルの各々の負極セルと負極液タ
ンク１０３０との間で負極液を流通循環することができ
る。

【００７２】この電力貯蔵用電池装置８００は、以上の
ように構成されているので、電解液流通型電池バンク９
００の正極液と、電解液流通型電池バンク１０００の正
極液とが、流通型電解セル９１０の正極セル内と、流通
型電界セル１０１０の正極セル内において互いに混合さ
れる。

【００７３】また、同様に、電解液流通型電池バンク９
００の負極液と、電解液流通型電池バンク１０００の負
極液とが、流通型電解セル９１０の負極セル内と、流通
型電解セル１０１０の負極セル内において互いに混合さ
れる。

【００７４】しかしながら、実開昭６０−１７７４６４
号公報に従う電力貯蔵用電池装置では、電力貯蔵用電池
装置を構成する複数個の電解液流通型電池バンクの各々
の流通型電解セルを構成する多数積層された電池反応セ
ルの各々の正極セルを、当該複数個の電解液流通型電池
バンクのすべての正極液タンクに配管を介して連結し、
かつ、各々の流通型電解セルを構成する多数積層された
電池反応セルの各々の電解セルを、当該複数個の電解液
流通型電池バンクのすべての負極液タンクに配管を介し
て連結する必要があり、理論上、数１に示される配管数
が必要であり、配管数が多く、そのために、取付けに手
間がかかる。

【００７５】

【数１】 理論上の配管数＝２×２×ｎ² （式中、ｎは電解液流通型電池バンクの数であり、ｎ≧
２である。）

【００７６】また、実開昭６０−１７７４６４号公報に
従う電力貯蔵用電池装置では、複数個の電解液流通型電
池バンクの正極液の混合を流通型電解セルを構成する多
数積層された電池反応セルの各々の正極セル内で構成と
している結果、正極液の流量を決定する際に、電解液流
通型電池バンクの充放電効率との兼合いで調整する必要
があり、そのような調整には手間がかかる。

【００７７】同様に、複数個の電解液流通型電池バンク
の負極液の混合を流通型電解セルを構成する多数積層さ
れた電池反応セルの各々の負極セル内で行なう構成とし
ている結果、負極液の流量を決定する際に、電解液流通
型電池バンクの充放電効率との兼合いで調整する必要が
あり、そのような調整には手間がかかる。

【００７８】また、流通型電解セルを構成する多数積層
された電池反応セルの各々の正極セルの容積や、各々の
負極セルの容積は、正極液タンクの容積や、負極液タン
クの容積に比べて著しく小さく、その結果、実開昭６０
−１７７４６４号公報に従う電力貯蔵用電池装置におけ
る、複数個の電解液流通型電池バンクの正極液を互いに
流通循環し、正極液の濃度、組成等の均一化をしたり、
複数個の電解液流通型電池バンクの負極液を互いに流通
循環し、負極液の濃度、組成等の均一化をするという目
的に対しては、なお、かつ、十分に有効とは言えない。

【００７９】

【発明が解決しようとする課題】この発明は、上述した
問題を解決するためになれさたものであって、より簡便
に、かつ、より有効に電力貯蔵用電池装置を構成する複
数個の電解液流通型電池バンクの各々の正極液の濃度、
組成等を互いに均一化し、かつ、複数個の電解液流通型
電池バンクの各々の負極液の濃度、組成等を互いに均一
化し、電力貯蔵用電池装置を通常の運転方法に従って充
放電操作を繰り返しても、電力貯蔵用電池装置全体とし
ての充放電容量が低下することのない電力貯蔵用電池装
置を提供することを目的とする。

【００８０】

【課題を解決するための手段】この発明に従う電力貯蔵
用電池装置は、隔膜により仕切られ、一方側を正極セ
ル、他方側を負極セルとする流通型電解セルと、正極セ
ルに配管を介して正極液を流通循環するための正極液タ
ンクと、負極セルに配管を介して負極液を流通循環する
ための負極液タンクとを備える電解液流通型電池バンク
を複数個備える電力貯蔵用電池装置であって、電解液流
通型電池バンクの正極液タンク同士が互いに正極液を流
通循環させる手段と、電解液流通型電池バンクの負極液
タンク同士が互いに負極液を流通循環させる手段とを備
えることを特徴とする。

【００８１】

【作用】この発明に従う電解液流通型電池装置では、電
解液流通型電池装置を構成する各々の電解液流通型電池
バンクの正極液タンク同士が互いに正極液を流通循環さ
せる手段と、電解液流通型電池バンクの負極液タンク同
士が互いに負極液を流通循環させる手段とを備える結
果、各々の電解液流通型電池バンクの正極液タンク内の
正極液を互いに流通循環することができ、また、各々の
電解液流通型電池バンクの負極液タンク内の負極液を互
いに流通循環することができる。

【００８２】この発明に従う電解液流通型電池装置で
は、上述したとおり、各々の電解液流通型電池バンクの
正極液が互いに流通循環される結果、各々の電解液流通
型電池バンクの正極液の濃度、組成を均一にすることが
できる。

【００８３】また、各々の電解液流通型電池バンクの負
極液が互いに流通循環される結果、各々の電解液流通型
電池バンクの負極液の濃度、組成を均一にすることがで
きる。

【００８４】したがって、この発明に従う電力貯蔵用電
池装置では、通常の運転方法に従って、充放電操作を繰
り返しても、各々の電解液流通型電池バンクの正極液の
濃度、組成、および、負極液の濃度、組成が均一に保た
れる結果、各々の電解液流通型電池バンクの正極液、負
極液の充電深度のばらつきを生じない。

【００８５】すなわち、この発明に従う電力貯蔵用電池
装置では、電力貯蔵用電池装置を構成する各々の電解液
流通型電池バンクの正極液、または負極液の充電深度の
ばらつきによる電力貯蔵用電池装置全体としての充放電
容量の低下を有効に防ぐことができる。

【００８６】また、この発明に従う電力貯蔵用電池装置
は、電力貯蔵用電池装置を構成する各々の電解液流通型
電池バンクの充電効率が異なっている場合でも、各々の
電解液流通型電池バンクの正極液は、電解液流通型電池
バンクの正極液タンク同士が互いに正極液を流通循環さ
せる手段を備えており、正極液の濃度、組成を均一に保
つことができる。また、同様に、各々の電解液流通型電
池バンクの負極液は、電解液流通型電池バンクの負極液
タンク同士が互いに負極液を流通させる手段を備えてお
り、負極液の濃度、組成を均一に保つことができる。

【００８７】したがって、この発明に従う電力貯蔵用電
池装置では、電力貯蔵用電池装置を構成する各々の電解
液流通型電池バンクの充放電効率が異なっている場合に
おいても、各々の電解液流通型電池バンクの各々の正極
液、または、各々の負極液の濃度、組成が互いに均一に
保たれるため、電力貯蔵用電池装置を構成する各々の電
解液流通型電池バンクの充放電効率のばらつきによる電
力貯蔵用電池装置全体としての充放電容量の低下を有効
に防ぐことができる。

【００８８】

【実施例】図１は、この出願に係る発明の一具体例とし
ての電力貯蔵用電池装置を概略的に示す構成図である。

【００８９】図１を参照して、この電力貯蔵用電池装置
１は、電解液流通型電池バンク１００と電解液流通型電
池バンク２００を含む。

【００９０】電解液流通型電池バンク１００と、電解液
流通型電池バンク２００は、同一規格とされており、充
放電操作の際には、電気的に直列に接続されて使用され
る。

【００９１】電解液流通型電池バンク１００は、流通型
電解セル１１０、正極液タンク１２０、および、負極液
タンク１３０を備える。

【００９２】流通型電解セル１１０は、電池反応セルを
多数積層して構成される。また、各々の電池反応セル
は、陽イオン交換膜により仕切られており、一方側が正
極セル、他方側が負極セルを構成する。

【００９３】流通型電解セル１１０と、正極液タンク１
２０とは、正極液タンク１２０から流通型電解セル１１
０を構成する多数積層された電池反応セルの各々の正極
セルに正極液を供給する正極液供給用管路１２１と、正
極液を流通型電解セル１１０を構成する多数積層された
電池反応セルの正極セルから正極液タンク１２０に回収
する正極液回収用管路１２２により連結される。

【００９４】そして、正極液供給用管路１２１には、正
極液の流通循環手段として、ポンプ１２３が設けられて
おり、流通型電解セル１１０を構成する多数積層された
電池反応セルの各々の正極セルと正極液タンク１２０と
の間において正極液を流通循環することができる。

【００９５】他方、流通型電解セル１１０と、負極液タ
ンク１３０とは、負極液タンク１３０から流通型電解セ
ル１１０を構成する多数積層された電池反応セルの各々
の負極セルに負極液を供給する負極液供給用管路１３１
と、負極液を流通型電解セル１１０を構成する多数積層
された電池反応セルの各々の負極セルから負極液タンク
１３０に回収する負極液回収用管路１３２より連結され
る。

【００９６】そして、負極液供給用管路１３１には、負
極液の流通循環手段としてポンプ１３３が設けられてお
り、流通型電解セル１１０を構成する多数積層された電
池反応セルの各々の負極セルと負極液タンク１３０との
間において、負極液を流通循環することができる。

【００９７】また、電解液流通型電池バンク２００は、
電解液流通型電池バンク１００と同様の構成となってい
る。

【００９８】すなわち、電解液流通型電池バンク２００
において、電解液流通型電池バンク１００の流通型電解
セル１１０が流通型電解セル２１０に、正極液タンク１
２０が正極液タンク２２０に、負極液タンク１３０が負
極液タンク２３０に、正極液供給用管路１２１が正極液
供給用管路２２１に、正極液回収用管路１２２が正極液
回収用管路２２２に、負極液供給用管路１３１が負極液
供給用管路２３１に、電解液回収用管路１３２が負極液
回収用管路２３２に、ポンプ１２３ががポンプ２２３
に、ポンプ１３３がポンプ２３３に各々対応する。

【００９９】電力貯蔵用電池装置１が、図７、図８に示
す従来例と異なる点は、正極液タンク１２０と正極液タ
ンク２２０との間に正極液を流通循環させる手段とし
て、正極液タンク用供給用管路２と、正極液タンク用回
収用管路３とが配管されており、かつ、負極液タンク１
３０と負極液タンク２３０との間に負極液を流通循環さ
せる手段として、負極液タンク用供給用管路４と負極液
タンク用回収用管路５とが配管されている点である。

【０１００】そして、正極液タンク用供給用管路２に
は、正極液タンク１２０と正極液タンク２２０との間で
正極液を流通循環させる手段として、ポンプ６が設けら
れており、また、負極液タンク用供給用管路４には、負
極液タンク１３０と負極液タンク２３０との間で負極液
を流通循環させる手段としてポンプ７が設けられる。

【０１０１】この電力貯蔵用電池装置１の電解液流通型
電池バンク１００と電解液流通型電池バンク２００は、
ともに、Ｆｅ³⁺／Ｆｅ²⁺−Ｃｒ²⁺／Ｃｒ³⁺系のレドック
スフロー型電池であり、充電終了電圧は、電池反応セル
単位当り１．２Ｖに定格され、放電終了電圧は、電池反
応セル単位当り０．８Ｖに定格される。

【０１０２】この電力貯蔵用電池装置１を用いて、通常
の運転方法に従って、流通型電解セル１１０と、流通型
電解セル２１０に対し、正極液を各々３００リットル
（liter ）／ｍｉｎの割合で流通循環し、また、負極液
を各々３００リットル（liter）／ｍｉｎの割合で流通
循環し、充放電電流密度４０ｍＡ／ｃｍ² で定格充電終
了電圧の１．２Ｖまで充電し、定格放電終了電圧の０．
８Ｖまで放電するという充放電操作を１サイクルとし
て、充放電操作を繰り返した。

【０１０３】実施例１ 上述した充放電操作を繰り返す際に、正極液タンク１２
０と正極液タンク２２０との間で正極液を常時、３０リ
ットル（liter ）／ｍｉｎの割合で流通循環し、また、
負極液タンク１３０と負極液タンク２３０との間で負極
液を常時３０リットル（liter ）／ｍｉｎの割合で流通
循環し、電力貯蔵用電池装置１の充放電容量の推移を測
定した。

【０１０４】実施例２ 上述した充放電操作を繰り返す際に、正極液タンク１２
０と正極液タンク２２０内の各々の正極液の濃度、組成
を常時モニタし、また、負極液タンク１３０と負極液タ
ンク２３０内の各々の負極液の濃度、組成を常時モニタ
し、各々の正極液の濃度組成が互いに異なってきたと
き、または、各々の負極液の濃度組成が互いに異なって
きたときに、間欠的に正極液タンク１２０と正極液タン
ク２２０との間で正極液を流通循環し、かつ、間欠的に
負極液タンク１３０と負極液タンク２３０との間で負極
液を流通循環し、電力貯蔵用電池装置１の充放電容量の
推移を測定した。

【０１０５】比較例 上記した充放電操作を繰り返す際に、正極液タンク１２
０と正極液タンク２２０との間の正極液の流通循環を一
切行なわず、かつ、負極液タンク１３０と負極液タンク
２３０との間の正極液の流通循環を一切行なうことな
く、電力貯蔵用電池装置１の充放電容量の推移を測定し
た。

【０１０６】なお、比較例は、従来の複数個の電解液流
通型電池バンクを独立した構成として用いている電力貯
蔵用電池装置に相当する。

【０１０７】実施例１、および、実施例２では、充放電
操作を繰り返しても電力貯蔵用電池装置１全体の充放電
容量は低下しなかった。これに対し、比較例は、充放電
操作を繰り返すに従って、電力貯蔵用電池装置１全体の
充放電容量が次第に低下した。

【０１０８】実施例３ 図２は、この出願に係る発明の一具体例としての電力貯
蔵用電池装置を概略的に示す構成図である。

【０１０９】図２を参照して、この電力貯蔵用電池装置
８は、以下の点を除いて、図１に示す実施例１の電力貯
蔵用電池装置１と同様であり、相当する部分には同一の
参照番号を付し、その説明を省略する。

【０１１０】図２に示す、電力貯蔵用電池装置８が、図
１に示す電力貯蔵用電池装置１と異なる点は、正極液供
給用管路１２１、正極液供給用管路２２１、正極液回収
用管路１２２、正極液回収用管路２２２、負極液供給用
管路１３１、負極液供給用管路２３１、負極液回収用管
路１３２、負極液回収用管路２３２の各々にバルブ９、
１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６が設けられ
ており、バルブ操作により、電解液の流通停止再開がで
きるようになっている点である。この電力貯蔵用電池装
置８は、上記のように構成されているため、流通型電解
セル１１０にたとえば事故が発生し、この流通型電解セ
ル１１０の使用が不可能となっても、バルブ９、１１、
１３、１５を閉じることにより、流通型電解セル１１０
への正極液、負極液の流通循環を停止する一方、ポンプ
６とポンプ７を作動させることにより、運転可能な流通
型電解セル２１０に、故障した電解液流通型電池バンク
１００の正極液、負極液を利用することができる。

【０１１１】すなわち、実施例３では、通常状態におい
ては、通常の運転方法に従って、充放電操作を繰り返し
ても、電力貯蔵用電池装置を構成する各々の電解液流通
型電池バンクの正極液の濃度、組成を互いに均一とし、
かつ、負極液の濃度、組成についても互いに均一とする
ことができる結果、各々の電解液流通型電池バンクの充
電深度のばらつきによる電力貯蔵用電池装置全体の充放
電容量の低下を生じることを有効に防止できるのみなら
ず、電力貯蔵用電池装置を構成する複数個の電解液流通
型電池バンクの１台が故障した場合においても、当該故
障した電解液流通型電池バンクの正極液、負極液を他の
電解液流通型電池バンクで有効に利用することができる
結果、電力貯蔵用電池装置全体を効率よく運転すること
ができ、安定した電力供給を行ない得る。

【０１１２】なお、上述した実施例において、この発明
に従う電力貯蔵用電池装置として、電解液流通型電池バ
ンクが２個の電力貯蔵用電池装置を示しているが、これ
らは、単に説明するためにのみ用いたものであり、この
発明を電解液流通型電池バンクを２個有する電力貯蔵用
電池装置に限定するものでない。

【０１１３】電解液流通型電池バンクが２個以上、複数
個設けられた電力貯蔵用電池装置もこの発明の構成に従
う限りこの発明に含まれる。

【０１１４】また、上述した実施例において、この発明
に従う電力貯蔵用電池装置を構成する電解液流通型電池
バンクとして、レドックスフロー型電池を用いて説明し
たが、この発明に従う電力貯蔵用電池装置を構成する複
数個の電解液流通型電池バンクは、レドックスフロー型
電池に限定されるものではなく、ほかの、たとえば、亜
鉛臭素電池等を用いることができる。

【０１１５】また、この発明に従う電力貯蔵用電池装置
において、正極液タンクの各々を連結するための必要な
配管数と負極液タンクの各々を連結するために必要な理
論上の配管数の総計は、数２に示される。

【０１１６】

【数２】 理論上の配管数＝２×２（ｎ−１）！ （式中、ｎは電解液流通型電池バンクの数であり、ｎ≧
２である。）

【０１１７】数２より明らかなように、この発明に従う
電力貯蔵用電池装置に必要な理論上の配管数は、実開昭
６０−１７７４６４号公報に従う電力貯蔵用電池装置に
比べ、配管数を理論上、Δ＝２×２×｛ｎ² −（ｎ−
１）！｝数だけ減らすことができる。

【０１１８】また、配管の取付作業も、構造の複雑な流
通型電解セルに対してではなく、構造の簡単な正極液タ
ンクや負極液タンクに対して行なえばよいので、そのよ
うな取付作業に要する手間、労力を著しく軽減すること
ができる。

【０１１９】また、この発明に従う電力貯蔵用電池装置
では、複数個の電解液流通型電池バンクの正極液タンク
同士を連結する配管や、負極液タンク同士を連結する配
管を、正極液タンクと流通型電解セルとの間に設けられ
る配管や、負極液タンクと流通型電解セルとの間に設け
られる配管と別個独立して設けている。

【０１２０】したがって、正極液タンク同士で正極液を
互いに流通循環させる際の流量、および、負極液タンク
同士負極液を互いに流通循環させる際の流量を決定する
に際し、各々の電解液流通型電池バンクの充放電効率を
考慮する必要がない。

【０１２１】また、この発明に従う電力貯蔵用電池装置
では、電力貯蔵用電池装置を構成する正極液タンク同士
に正極液を流通循環させる手段と、負極液タンク同士に
互いに負極液を流通循環させる手段を取付ければよいの
で、任意形状、大きさの正極液タンクや、負極液タンク
に対しても適用できるという利点がある。

【０１２２】なお、上記した理論上の配管数は、あくま
でも説明のために用いたものであり、この発明に従う電
力貯蔵用電池装置に必要とされる配管数を、理論上の配
管数に限定するものでないことを付記しておく。すなわ
ち、電力貯蔵用電池装置を構成する複数個の電解液流通
型電池バンクのすべての正極液タンクを互いに正極液送
液用管路と正極液回収用管路で連結し、かつ、すべての
負極液タンクを互いに負極液送液用管路と負極液回収用
管路により連結した電力貯蔵用電池装置以外の、たとえ
ば、電力貯蔵用電池装置を構成する複数個の電解液流通
型電池バンクの正極液タンクを互いに連鎖状に正極液送
液用管路と正極液回収用管路で連結し、かつ、負極液タ
ンクを互いに連鎖状に負極液送液用管路と負極液回収用
管路で連結した電力貯蔵用電池装置や、また、たとえ
ば、電力貯蔵用電池装置を構成する複数個の電解液流通
型電池バンクの正極液タンクを互い連結する正極液送液
用管路および正極液回収用管路の少なくとも一方が２以
上設けられている電力貯蔵用電池装置や、負極液タンク
を互いに連結する負極液送液用管路および負極液回収用
管路の少なくとも一方が２以上設けられている電力貯蔵
用電池装置等もこの発明に含まれる。

【０１２３】

【発明の効果】以上詳細に説明してきたように、この発
明に従う電力貯蔵用電池装置は、電力貯蔵用電池装置を
構成する複数個の電解液流通型電池バンクの正極液タン
ク同士が互いに正極液を流通循環させる手段と、負極液
タンク同士が互いに負極液を流通循環させる手段を備え
ている結果、より簡便に、かつ、より有効に、電力貯蔵
用電池装置を構成する複数個の電解液流通型電池バンク
の各々の正極液の濃度、組成等を均一化し、かつ、電力
貯蔵用電池装置を構成する複数個の電解液流通型電池バ
ンクの各々の負極液の濃度、組成を均一化することがで
きる。

【０１２４】このように、この発明に従う電力貯蔵用電
池装置では、電力貯蔵用電池装置を構成する複数個の電
解液流通型電池バンクの互いの正極液の濃度、組成等が
均一化され、また同様に互いの負極液の濃度、組成等が
均一化される結果、各々の電解液流通型電池バンクの正
極液の充電深度のばらつきが互いに是正され、各々の電
解液流通型電池バンクの負極液充電深度のばらつきが互
いに是正される。したがって、この発明に従う電力貯蔵
用電池装置は、通常の運転方法に従って、充放電操作を
繰り返しても、各々の電解液流通型電池バンクの充電深
度のばらつきが生じない結果、電力貯蔵用電池装置全体
の充放電容量の低下を有効に防ぐことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に従う電力貯蔵用電池装置の一具体例
を概略的に示す構成図である。

【図２】この発明に従う電力貯蔵用電池装置の一具体例
を概略的に示す構成図である。

【図３】レドックスフロー型電池の一具体例を概略的に
示す構成図である。

【図４】流通型電解セルの一具体例を示す分解斜視図で
ある。

【図５】従来の電力貯蔵用電池装置の電解液流通型電池
バンクの一具体例を概略的に示す構成図である。

【図６】従来の電力貯蔵用電池装置の一具体例を概略的
に示す構成図である。

【図７】実開昭６０−１７７４６４号公報に記載される
電力貯蔵用電池装置の一具体例を概略的に示す構成図で
ある。

【符号の説明】

１、８、５００、８００ 電力貯蔵用電池装置 ２ 正極液タンク用供給用管路 ３ 正極液タンク用回収用管路 ４ 負極液タンク用供給用管路 ５ 負極液タンク用回収用管路 ６、７、１２３、１３３、２２３、２３３、３２５、３
３５、４２５、４３５、６２５、６３５、７２５、７３
５ ポンプ ９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６ バル
ブ ２０、１１０、２１０、４１０、６１０、７１０、９１
０、１０１０ 流通型電解セル ２１、３１０ 電池反応セル ２１ａ，３２１ 正極セル ２１ｂ、３３１ 負極セル ２３、３２２ 正極 ２４、３３２ 負極 ２５、２６ 双極板 １００、２００、４００、６００、７００、９００、１
０００ 電解液流通型電池バンク １２０、２２０、３２０、４２０、６２０、７２０、９
２０、１０２０ 正極液タンク １３０、２３０、３３０、４３０、６３０、７３０、９
３０、１０３０ 負極液タンク １２１、２２１、３２３、４２３、６２３、７２３ 正
極液供給用管路 １２２、２２２、３２４、４２４、６２４、７２４ 正
極液回収用管路 １３１、２３１、３３３、４３３、６３３、７３３ 負
極液供給用管路 １３２、２３２、３３４、４３４、６３４、７３４ 負
極液回収用管路 ３００ レドックスフロー型電池 ２２、３４０ 隔膜 ９２１、９３１、１０２１、１０３１、９４１、９５
１、１０４１、１０５１配管系

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−74345（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−114454（ＪＰ，Ａ) 実開 昭60−177464（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H01M 8/00 - 8/24

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 隔膜により仕切られ、一方側を正極セ
   ル、他方側を負極セルとする流通型電解セルと、 前記正極セルに配管を介して正極液を流通循環するため
   の正極液タンクと、 前記負極セルに配管を介して負極液を流通循環するため
   の負極液タンクとを備える電解液流通型電池バンクを複
   数個備える電力貯蔵用電池装置であって、 前記電解液流通型電池バンクの正極液タンク同士が互い
   に正極液を流通循環させる手段と、 前記電解液流通型電池バンクの負極液タンク同士が互い
   に負極液を流通循環させる手段とを備えることを特徴と
   する、電力貯蔵用電池装置。