JP3193991B2 - 電解液流通型電池 - Google Patents
電解液流通型電池Info
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、両極または一方の極に
電解液を使用する電解液流通型電池に関するものであ
り、特に、電池残存容量を簡易な手段を用いて常時把握
でき、且つ高い電池効率を維持しながらポンプ動力の省
力化が実現できる電解液流通型電池に関するものであ
る。
電解液を使用する電解液流通型電池に関するものであ
り、特に、電池残存容量を簡易な手段を用いて常時把握
でき、且つ高い電池効率を維持しながらポンプ動力の省
力化が実現できる電解液流通型電池に関するものであ
る。
【０００２】
【従来技術】電解液流通型電池の例として、レドックス
フロー電池について説明する。レドックスフロー電池
は、図６に示すように、隔膜１ｃにより仕切られた負極
室１ａと正極室１ｂを有する電池セルを複数個接続して
構成された電解液流通型の電解槽１と、負・正極電解液
貯蔵タンク２，３と、該負・正極電解液貯蔵タンク２，
３内の負・正極電解液を配管５１，５３を介してそれぞ
れ電解槽１の負・正極室１ａ，１ｂに供給して循環させ
るポンプ５，６とを具備して構成されている。なお電解
槽１の正極・負極間には電源又は負荷４１が接続されて
いる。
フロー電池について説明する。レドックスフロー電池
は、図６に示すように、隔膜１ｃにより仕切られた負極
室１ａと正極室１ｂを有する電池セルを複数個接続して
構成された電解液流通型の電解槽１と、負・正極電解液
貯蔵タンク２，３と、該負・正極電解液貯蔵タンク２，
３内の負・正極電解液を配管５１，５３を介してそれぞ
れ電解槽１の負・正極室１ａ，１ｂに供給して循環させ
るポンプ５，６とを具備して構成されている。なお電解
槽１の正極・負極間には電源又は負荷４１が接続されて
いる。
【０００３】 放電の場合はこの逆の反応が起こり外部に電力を取り出
すことができる。これらの反応は次式によって表すこと
ができる。
すことができる。これらの反応は次式によって表すこと
ができる。
【０００４】
【０００５】ところでレドックスフロー電池では、上記
のように充電または放電の進行に従って、負・正極電解
液中の活物質組成が変化するため、従来この活物質濃度
比（充電深度）を測定することで電池残存出力容量を把
握する技術が提案されており、またこのようにして測定
した充電深度をもとに、電解液供給用のポンプの所要動
力を低減化しようとする技術も提案されている。
のように充電または放電の進行に従って、負・正極電解
液中の活物質組成が変化するため、従来この活物質濃度
比（充電深度）を測定することで電池残存出力容量を把
握する技術が提案されており、またこのようにして測定
した充電深度をもとに、電解液供給用のポンプの所要動
力を低減化しようとする技術も提案されている。
【０００６】前者についてさらに具体的に説明すれ
ば、例えば従来、鉄−クロム系レドックスフロー型二次
電池においては、クーロメトリーにより電池活物質濃度
を定量して濃度比（充電深度）を求めて電池残存容量を
推定する方法や、電解液の吸光度または導電率又は屈折
率から電池活物質の濃度比（充電深度）を求めて電池残
存容量を推定する方法等が提案されている。
ば、例えば従来、鉄−クロム系レドックスフロー型二次
電池においては、クーロメトリーにより電池活物質濃度
を定量して濃度比（充電深度）を求めて電池残存容量を
推定する方法や、電解液の吸光度または導電率又は屈折
率から電池活物質の濃度比（充電深度）を求めて電池残
存容量を推定する方法等が提案されている。
【０００７】後者についてさらに具体的に説明すれ
ば、例えば従来、レドックスフロー電池では、運転中の
電解槽への電解液供給量は、通常ほぼ一定で行われてい
たが、ポンプ動力の低減という観点から、充電深度に応
じて電解液供給量を変化させるという技術（特開昭６３
−１５０８６３号公報）や、充放電電流値に応じて電解
液供給量を調整するという技術（特開平４−１２４６４
号公報）等が提案されている。
ば、例えば従来、レドックスフロー電池では、運転中の
電解槽への電解液供給量は、通常ほぼ一定で行われてい
たが、ポンプ動力の低減という観点から、充電深度に応
じて電解液供給量を変化させるという技術（特開昭６３
−１５０８６３号公報）や、充放電電流値に応じて電解
液供給量を調整するという技術（特開平４−１２４６４
号公報）等が提案されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら前記の
方法では、電池活物質濃度比（充電深度）を測定するた
めに複雑な測定機器類が必要となり、操作性や経済性が
劣る、或いは測定に時間を要し実時間での把握が困難で
ある、などの問題があった。さらに加えると、電池残存
容量を正確に把握するためには、充電深度の他に、電解
液濃度が必要となるが、上記の方法では、電解液の電池
活物質濃度検出手段を備えていないため、電池残存容量
を正確に把握するという点では好ましい方法とはいえな
かった。
方法では、電池活物質濃度比（充電深度）を測定するた
めに複雑な測定機器類が必要となり、操作性や経済性が
劣る、或いは測定に時間を要し実時間での把握が困難で
ある、などの問題があった。さらに加えると、電池残存
容量を正確に把握するためには、充電深度の他に、電解
液濃度が必要となるが、上記の方法では、電解液の電池
活物質濃度検出手段を備えていないため、電池残存容量
を正確に把握するという点では好ましい方法とはいえな
かった。
【０００９】また前記の技術について、充放電電流値
に応じて、適正な電解液供給量を調整・維持するために
は、当該電解液中の有効活物質量（電気量換算）を正確
に把握する必要があり、そのためには、電解液充電深度
と電解液濃度を定量しなければならない。しかしなが
ら、上記の方法では、電解液濃度検出手段を備えてい
ないため、電解液供給量を適正に制御することは困難で
あった。特に、レドックスフロー電池の場合、使用する
イオン交換膜の特性から、運転を重ねていくうちに、膜
を介して電解液中の正・負極活物質が混合し、電解液濃
度が変化する傾向があるため、適正な電解液供給量を調
整・維持する上で、運転中の電解液濃度の定量は不可欠
である。これらの点から、上記従来技術では、充放電電
流値に応じた最適な電解液供給量の調整が実施されてい
るとはいえず、従って、ポンプ動力の低減によるシステ
ム効率の向上という点から、好ましくなかった。
に応じて、適正な電解液供給量を調整・維持するために
は、当該電解液中の有効活物質量（電気量換算）を正確
に把握する必要があり、そのためには、電解液充電深度
と電解液濃度を定量しなければならない。しかしなが
ら、上記の方法では、電解液濃度検出手段を備えてい
ないため、電解液供給量を適正に制御することは困難で
あった。特に、レドックスフロー電池の場合、使用する
イオン交換膜の特性から、運転を重ねていくうちに、膜
を介して電解液中の正・負極活物質が混合し、電解液濃
度が変化する傾向があるため、適正な電解液供給量を調
整・維持する上で、運転中の電解液濃度の定量は不可欠
である。これらの点から、上記従来技術では、充放電電
流値に応じた最適な電解液供給量の調整が実施されてい
るとはいえず、従って、ポンプ動力の低減によるシステ
ム効率の向上という点から、好ましくなかった。
【００１０】本発明は上記，の問題点を解決するた
めになされたものであり、その目的は、充放電運転時の
電解液濃度及び電池残存容量を正確に把握できるととも
に、運転中の最適な電解液供給量を決定してポンプ消費
動力を低減化することができる電解液流通型電池を提供
することにある。
めになされたものであり、その目的は、充放電運転時の
電解液濃度及び電池残存容量を正確に把握できるととも
に、運転中の最適な電解液供給量を決定してポンプ消費
動力を低減化することができる電解液流通型電池を提供
することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
め本発明は、正極を有する正極室と負極を有する負極室
を隔膜によって分離した電池セルを複数個接続して構成
される電解槽を具備し、該正極室及び／または負極室に
接続した配管に取り付けたポンプによって該正極室及び
／または負極室に正極電解液及び／または負極電解液を
流通せしめ、活物質の酸化還元により、充電による電力
貯蔵及び放電による電力供給を行う電解液流通型電池に
おいて、該電解液流通型電池の正極側及び／または負極
側の配管に接続されて対参照電極電位を測定する対参照
電極電位測定手段と、前記電解槽に供給される電解液供
給量を測定する電解液供給量測定手段と、充放電電流値
を検出する電流検出手段と、電解液の量を検出する電解
液量検出手段と、これら測定された各測定値を入力する
演算手段とを具備し、前記演算手段は、前記対参照電極
電位の測定値から電解液流通型電池の正極及び／または
負極電解液の充電深度を算出するとともに、該充電深度
と前記電解液供給量の測定値と充放電電流値の測定値か
ら電解液濃度を算出し、さらに該充電深度と電解液濃度
と電解液量の測定値から電池残存容量を算出するように
構成した。
め本発明は、正極を有する正極室と負極を有する負極室
を隔膜によって分離した電池セルを複数個接続して構成
される電解槽を具備し、該正極室及び／または負極室に
接続した配管に取り付けたポンプによって該正極室及び
／または負極室に正極電解液及び／または負極電解液を
流通せしめ、活物質の酸化還元により、充電による電力
貯蔵及び放電による電力供給を行う電解液流通型電池に
おいて、該電解液流通型電池の正極側及び／または負極
側の配管に接続されて対参照電極電位を測定する対参照
電極電位測定手段と、前記電解槽に供給される電解液供
給量を測定する電解液供給量測定手段と、充放電電流値
を検出する電流検出手段と、電解液の量を検出する電解
液量検出手段と、これら測定された各測定値を入力する
演算手段とを具備し、前記演算手段は、前記対参照電極
電位の測定値から電解液流通型電池の正極及び／または
負極電解液の充電深度を算出するとともに、該充電深度
と前記電解液供給量の測定値と充放電電流値の測定値か
ら電解液濃度を算出し、さらに該充電深度と電解液濃度
と電解液量の測定値から電池残存容量を算出するように
構成した。
【００１２】さらに前記演算手段は、前記算出した充電
深度と電解液濃度及び前記検出した充放電電流値をもと
に適正電解液供給量を算出し、電解液供給量が適正電解
液供給量となるように前記ポンプを制御し、ポンプ所要
動力を低減化することとした。
深度と電解液濃度及び前記検出した充放電電流値をもと
に適正電解液供給量を算出し、電解液供給量が適正電解
液供給量となるように前記ポンプを制御し、ポンプ所要
動力を低減化することとした。
【００１３】
【作用】充電深度と対参照電極電位は一定の相関関係の
もとに変化するため、対参照電極電位を測定すること
で、そのときの充電深度を容易に把握できる。また単位
時間当りの充電電流によって電解槽に入力される充電電
気量と、電解液中の活物質変化量（電気量換算）は等し
い（イオンによっては変換効率の考慮が必要）ので、こ
の関係から電解槽の入口側と出口側の電解液の充電深
度、電流値、電解液供給量がわかれば、当該電解液濃度
を求めることができる。さらに電解液量がわかれば、上
記で得た電解液濃度と充電深度とから電池残存容量を求
めることができる。一方逆に電解液の充電深度と濃度と
電流値がわかれば、理論的に最低限必要な電解液供給量
が求まるため、この値をもとに最適電解液供給量が決定
できる。
もとに変化するため、対参照電極電位を測定すること
で、そのときの充電深度を容易に把握できる。また単位
時間当りの充電電流によって電解槽に入力される充電電
気量と、電解液中の活物質変化量（電気量換算）は等し
い（イオンによっては変換効率の考慮が必要）ので、こ
の関係から電解槽の入口側と出口側の電解液の充電深
度、電流値、電解液供給量がわかれば、当該電解液濃度
を求めることができる。さらに電解液量がわかれば、上
記で得た電解液濃度と充電深度とから電池残存容量を求
めることができる。一方逆に電解液の充電深度と濃度と
電流値がわかれば、理論的に最低限必要な電解液供給量
が求まるため、この値をもとに最適電解液供給量が決定
できる。
【００１４】
【実施例】以下、本発明の１実施例を図面に基づいて詳
細に説明する。図１は本発明の１実施例にかかる電解液
流通型電池の全体構成を示す図である。同図に示すよう
にこの電解液流通型電池は、負極を有する負極室１ａと
正極を有する正極室１ｂを隔膜１ｃによって分離した電
池セルを複数個接続して構成された電解槽１を具備し、
該負極室１ａと正極室１ｂにそれぞれ接続した配管５
１，５３に負・正極電解液貯蔵タンク２，３とポンプ
５，６を取り付けて構成されている。また負極・正極間
には外部回路４により電源又は負荷４１が接続される。
ポンプ５，６は流量制御装置７，インバータ１６によっ
て駆動・制御される。
細に説明する。図１は本発明の１実施例にかかる電解液
流通型電池の全体構成を示す図である。同図に示すよう
にこの電解液流通型電池は、負極を有する負極室１ａと
正極を有する正極室１ｂを隔膜１ｃによって分離した電
池セルを複数個接続して構成された電解槽１を具備し、
該負極室１ａと正極室１ｂにそれぞれ接続した配管５
１，５３に負・正極電解液貯蔵タンク２，３とポンプ
５，６を取り付けて構成されている。また負極・正極間
には外部回路４により電源又は負荷４１が接続される。
ポンプ５，６は流量制御装置７，インバータ１６によっ
て駆動・制御される。
【００１５】一方両配管５１，５３の電解槽１の入口側
と出口側には、それぞれ電解液中の対参照電極電位を測
定する入口側参照電極１０，１１と出口側参照電極１
２，１３が取り付けられ、外部回路４には該外部回路４
を流れる充放電電流値を検出する電流検出器８が取り付
けられ、さらに負・正極電解液貯蔵タンク２，３にはそ
れぞれ液面検出器１４，１５が取り付けられている。
と出口側には、それぞれ電解液中の対参照電極電位を測
定する入口側参照電極１０，１１と出口側参照電極１
２，１３が取り付けられ、外部回路４には該外部回路４
を流れる充放電電流値を検出する電流検出器８が取り付
けられ、さらに負・正極電解液貯蔵タンク２，３にはそ
れぞれ液面検出器１４，１５が取り付けられている。
【００１６】そしてこれら入口側参照電極１０，１１と
出口側参照電極１２，１３と電流検出器８と液面検出器
１４，１５の出力はいずれも演算器９に入力されてい
る。この演算器９には流量制御装置７からポンプ消費動
力値も入力される。
出口側参照電極１２，１３と電流検出器８と液面検出器
１４，１５の出力はいずれも演算器９に入力されてい
る。この演算器９には流量制御装置７からポンプ消費動
力値も入力される。
【００１７】この演算器９においては所定の演算が行わ
れ、その結果、電解液の充電状態，濃度，電池残存容量
が求められて常時モニターされ、また適正電解液供給量
が求められて流量制御装置７に出力される。流量制御装
置７は前記演算器９からの入力信号に応じてインバータ
１６を介してポンプ５，６を駆動制御する。具体的には
ポンプ５，６の回転数が制御される。
れ、その結果、電解液の充電状態，濃度，電池残存容量
が求められて常時モニターされ、また適正電解液供給量
が求められて流量制御装置７に出力される。流量制御装
置７は前記演算器９からの入力信号に応じてインバータ
１６を介してポンプ５，６を駆動制御する。具体的には
ポンプ５，６の回転数が制御される。
【００１８】そして該ポンプ５，６の駆動状態に応じ
て、負・正極電解液貯蔵タンク２，３内の電解液が電解
槽１の負・正極室１ａ，１ｂに供給され、該電解槽１で
の活物質の酸化還元により、電源又は負荷４１に対して
充電による電力貯蔵及び放電による電力供給が行われ
る。
て、負・正極電解液貯蔵タンク２，３内の電解液が電解
槽１の負・正極室１ａ，１ｂに供給され、該電解槽１で
の活物質の酸化還元により、電源又は負荷４１に対して
充電による電力貯蔵及び放電による電力供給が行われ
る。
【００１９】次に演算器９を用いて電解液濃度及び電池
残存容量を正確に把握し、また最適な電解液供給量を求
める方法について説明する。ここで図２は演算器９にお
いて最適な電解液供給量等を算出する演算過程を示す図
である。以下主としてこの図２及び図１に沿って説明し
ていく。
残存容量を正確に把握し、また最適な電解液供給量を求
める方法について説明する。ここで図２は演算器９にお
いて最適な電解液供給量等を算出する演算過程を示す図
である。以下主としてこの図２及び図１に沿って説明し
ていく。
【００２０】〔ステップ１〕、まず入口・出口側参照電
極１０，１１，１２，１３によって測定した入口及び出
口側対参照電極電位を用いて入口及び出口側充電深度を
算出する。
極１０，１１，１２，１３によって測定した入口及び出
口側対参照電極電位を用いて入口及び出口側充電深度を
算出する。
【００２１】これを鉄−クロム系レドックスフロー電池
を例にして説明する。
を例にして説明する。
【００２２】充電時の正極側についてみると、充電初期
では正極液中の鉄イオンのほとんどは２価であるが、充
電が進むに従って３価の割合が増加する。ここで正極液
中の全鉄イオンに占める３価の鉄イオンの割合を、正極
液の充電深度と定義できる。
では正極液中の鉄イオンのほとんどは２価であるが、充
電が進むに従って３価の割合が増加する。ここで正極液
中の全鉄イオンに占める３価の鉄イオンの割合を、正極
液の充電深度と定義できる。
【００２３】この充電深度の変化に従って、正極液の対
参照電極電位も一定の相関関係のもとに変化する。従っ
て電解液の充電深度と対参照電極電位との関係を予め求
めてこれを演算器９の記憶装置に記憶しておき、これを
測定された対参照電極電位と比較すれば、正極液の充電
深度を容易に算出できる。
参照電極電位も一定の相関関係のもとに変化する。従っ
て電解液の充電深度と対参照電極電位との関係を予め求
めてこれを演算器９の記憶装置に記憶しておき、これを
測定された対参照電極電位と比較すれば、正極液の充電
深度を容易に算出できる。
【００２４】図３は鉄−クロム系レドックスフロー電池
の正極液側の対参照電極電位と充電深度（ＳＯＣ）の相
関関係を示す図である。図示するように、充電深度（Ｓ
ＯＣ）と対参照電極電位は所定の関係で変化する。負極
液についても同様に求められる。
の正極液側の対参照電極電位と充電深度（ＳＯＣ）の相
関関係を示す図である。図示するように、充電深度（Ｓ
ＯＣ）と対参照電極電位は所定の関係で変化する。負極
液についても同様に求められる。
【００２５】〔ステップ２〕、次に算出した入口及び出
口側充電深度と、流量制御装置７の出力値（ポンプ消費
動力値）から算出した電解液供給量及び電流検出器８か
ら求めた充放電電流値によって電解液濃度を算出する。
口側充電深度と、流量制御装置７の出力値（ポンプ消費
動力値）から算出した電解液供給量及び電流検出器８か
ら求めた充放電電流値によって電解液濃度を算出する。
【００２６】単位時間当りの充電電流によって電解槽１
に入力される充電電気量と、電解液中の活物質変化量
（電気量換算）は等しい（鉄イオンの場合はほぼ１：１
に対応するが、他のイオンの場合は変換効率を考慮する
ことも必要）。従ってこの関係から、電解槽１の入口側
及び出口側電解液の充電深度，充放電電流値，電解液供
給量がわかれば、当該電解液濃度を算出できる。
に入力される充電電気量と、電解液中の活物質変化量
（電気量換算）は等しい（鉄イオンの場合はほぼ１：１
に対応するが、他のイオンの場合は変換効率を考慮する
ことも必要）。従ってこの関係から、電解槽１の入口側
及び出口側電解液の充電深度，充放電電流値，電解液供
給量がわかれば、当該電解液濃度を算出できる。
【００２７】具体的に該電解液濃度は次の要領で定量す
る。電解槽１へ入口側から供給された電解液の組成（充
電深度）は、電解槽１内を流れる充電電流または放電電
流に応じて出口側で変化する。このとき当該電解液の活
物質変化量（電気量換算）は、充電または放電電気量
（電流×時間）に等しい。この関係は、下記式（１）で
表すことができる。 Ｘ・Ｑ・（Ｔ2−Ｔ1）・Ｆ・Δ（ＤOUT−ＤIN）＝Ａ・（Ｔ2−Ｔ1）・Ｎ ・・・・・（１） Ｘ ：当該電解液濃度 Ｑ ：当該電解液供給量 Ｔ1，Ｔ2：時間 Ｆ ：ファラデー定数（１mol当りの電気量） ＤOUT ：出口側当該電解液の充電深度 ＤIN ：入口側当該電解液の充電深度 Ａ ：充電または放電電流値 Ｎ ：電池セルの数
る。電解槽１へ入口側から供給された電解液の組成（充
電深度）は、電解槽１内を流れる充電電流または放電電
流に応じて出口側で変化する。このとき当該電解液の活
物質変化量（電気量換算）は、充電または放電電気量
（電流×時間）に等しい。この関係は、下記式（１）で
表すことができる。 Ｘ・Ｑ・（Ｔ2−Ｔ1）・Ｆ・Δ（ＤOUT−ＤIN）＝Ａ・（Ｔ2−Ｔ1）・Ｎ ・・・・・（１） Ｘ ：当該電解液濃度 Ｑ ：当該電解液供給量 Ｔ1，Ｔ2：時間 Ｆ ：ファラデー定数（１mol当りの電気量） ＤOUT ：出口側当該電解液の充電深度 ＤIN ：入口側当該電解液の充電深度 Ａ ：充電または放電電流値 Ｎ ：電池セルの数
【００２８】即ち電解槽１への当該電解液供給量，入口
側及び出口側の当該電解液充電深度，充電または放電電
流値がわかれば、当該電解液濃度を算出することができ
る。
側及び出口側の当該電解液充電深度，充電または放電電
流値がわかれば、当該電解液濃度を算出することができ
る。
【００２９】入口及び出口側充電深度は、前記で算出
したものを用いる。
したものを用いる。
【００３０】また電解液供給量は、ポンプ消費動力値と
電解液供給量の関係を予め演算器９の記憶装置に記憶し
ておき、流量制御装置７（図１参照）からこのポンプ消
費動力値を演算器９に入力して両者を比較することによ
って求める。なお流量検出器を別途設置して求めても良
い。
電解液供給量の関係を予め演算器９の記憶装置に記憶し
ておき、流量制御装置７（図１参照）からこのポンプ消
費動力値を演算器９に入力して両者を比較することによ
って求める。なお流量検出器を別途設置して求めても良
い。
【００３１】また充電または放電電流値は、電流検出器
８からの入力信号によって得られる。
８からの入力信号によって得られる。
【００３２】〔ステップ３〕、次に算出した入口側充電
深度及び電解液濃度と、液面検出器１４，１５の出力値
から求めた電解液の量（貯蔵タンク液量）から電池残存
容量を算出する。
深度及び電解液濃度と、液面検出器１４，１５の出力値
から求めた電解液の量（貯蔵タンク液量）から電池残存
容量を算出する。
【００３３】電池残存容量は次式（２）によって求めら
れる。 電池残存容量（電気量換算）＝濃度×充電深度×電解液量 ・・・（２）
れる。 電池残存容量（電気量換算）＝濃度×充電深度×電解液量 ・・・（２）
【００３４】従って、電池残存容量（電気量換算）は、
この式に上記算出した入口側充電深度（なおこの入口側
充電深度は現状の貯蔵タンク２，３内の電解液充電深度
を表している）及び電解液濃度と、液面検出器１４，１
５の出力値から演算器９で算出される貯蔵タンク２，３
内の電解液量とを代入することによって演算器９で求め
ることができる。
この式に上記算出した入口側充電深度（なおこの入口側
充電深度は現状の貯蔵タンク２，３内の電解液充電深度
を表している）及び電解液濃度と、液面検出器１４，１
５の出力値から演算器９で算出される貯蔵タンク２，３
内の電解液量とを代入することによって演算器９で求め
ることができる。
【００３５】なお以上で求めた電解液の充電深度，濃
度，電池残存容量は、実時間でモニター（図示せず）に
出力される。
度，電池残存容量は、実時間でモニター（図示せず）に
出力される。
【００３６】〔ステップ４〕、一方、充電深度及び電解
液濃度と充放電電流値から最適電解液供給量を算出す
る。
液濃度と充放電電流値から最適電解液供給量を算出す
る。
【００３７】充電深度と電解液濃度と充放電電流値がわ
かれば、理論的に最低限必要な電解液供給量が求まるた
め、この値をもとに、最適電解液供給量が決定する。
かれば、理論的に最低限必要な電解液供給量が求まるた
め、この値をもとに、最適電解液供給量が決定する。
【００３８】実際の運転では、電解槽１内の電解液交換
速度が律速となるため、理論上の電解液供給量の数倍の
量が必要となる。
速度が律速となるため、理論上の電解液供給量の数倍の
量が必要となる。
【００３９】この関係は図４で説明できる。同図におい
て横軸の単位ＳＦＲとは、理論的に最低限必要な電解液
供給量と同義である。実際の運転では、１×ＳＦＲ相当
の供給量では電池セル抵抗率が高く、電池性能が低下す
るため、電池セル抵抗率を低いレベルで安定させ、高い
電池性能を維持することのできる範囲に電解液供給量を
設定することが望ましい。
て横軸の単位ＳＦＲとは、理論的に最低限必要な電解液
供給量と同義である。実際の運転では、１×ＳＦＲ相当
の供給量では電池セル抵抗率が高く、電池性能が低下す
るため、電池セル抵抗率を低いレベルで安定させ、高い
電池性能を維持することのできる範囲に電解液供給量を
設定することが望ましい。
【００４０】即ちポンプ動力の省力化を図る上で、ｋ値
は、図４に示すように、電池セル抵抗率が低いレベルで
安定する範囲の最低値とすることが望ましい。このｋは
充電深度によって固有の値をとるため、事前にその関係
を求めておけば、運転中の電流値と電解液充電深度に応
じて、ポンプ動力省力化のための最適電解液供給量を決
定することができる。
は、図４に示すように、電池セル抵抗率が低いレベルで
安定する範囲の最低値とすることが望ましい。このｋは
充電深度によって固有の値をとるため、事前にその関係
を求めておけば、運転中の電流値と電解液充電深度に応
じて、ポンプ動力省力化のための最適電解液供給量を決
定することができる。
【００４１】具体的に最適電解液供給量を求めるには、
次式（３）を用いれば良い。 Ｑ ：当該電解液供給量 ｋ ：定数 Ａ ：充電または放電電流 Ｔ1，Ｔ2：時間 Ｎ ：電池セルの数 Ｘ ：当該電解液濃度 Ｄ ：入口側当該電解液の充電深度 Ｆ ：ファラデー定数（１mol当りの電気量）
次式（３）を用いれば良い。 Ｑ ：当該電解液供給量 ｋ ：定数 Ａ ：充電または放電電流 Ｔ1，Ｔ2：時間 Ｎ ：電池セルの数 Ｘ ：当該電解液濃度 Ｄ ：入口側当該電解液の充電深度 Ｆ ：ファラデー定数（１mol当りの電気量）
【００４２】理論的には、充電または放電電流値に応じ
て、１対１対応する化学量論的電解液供給量（ＳＦＲ）
が決まるが、前述のように実際には、高い反応効率を維
持するためにＳＦＲの数倍相当の電解液供給量が必要と
なる。この倍数をｋとおいた。
て、１対１対応する化学量論的電解液供給量（ＳＦＲ）
が決まるが、前述のように実際には、高い反応効率を維
持するためにＳＦＲの数倍相当の電解液供給量が必要と
なる。この倍数をｋとおいた。
【００４３】この定数ｋに相当する値は、前述のように
電解液の充電深度によって、また、使用する電解液の種
類によって異なることが予想されるため、事前に検討し
て決定しておく必要がある。
電解液の充電深度によって、また、使用する電解液の種
類によって異なることが予想されるため、事前に検討し
て決定しておく必要がある。
【００４４】ｋ値を事前に規定することで、上記式
（３）から、演算器９で演算し、実用レベルで必要最低
限の電解液供給量が決まるため、高い電池効率を維持し
ながら、ポンプ動力省力化のための最適電解液供給量制
御が可能となる。
（３）から、演算器９で演算し、実用レベルで必要最低
限の電解液供給量が決まるため、高い電池効率を維持し
ながら、ポンプ動力省力化のための最適電解液供給量制
御が可能となる。
【００４５】なお実際の電解液供給量の調整は、図１に
示すように、演算器９の出力信号を流量制御装置７に送
り、この流量制御装置７によってインバータ１６の出力
調整を行い、これによってポンプ５，６のモータ回転数
を制御することで実施される。
示すように、演算器９の出力信号を流量制御装置７に送
り、この流量制御装置７によってインバータ１６の出力
調整を行い、これによってポンプ５，６のモータ回転数
を制御することで実施される。
【００４６】この実施例にかかる電解液流通型電池を適
用した場合の充電時または放電時のポンプ消費動力の変
化を図５に示す。
用した場合の充電時または放電時のポンプ消費動力の変
化を図５に示す。
【００４７】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明にか
かる電解液流通型電池によれば、以下のような優れた効
果を有する。 電池残存容量、つまり消費可能電力量を実時間で常時
算定・モニターできるため、電力需要に応じた運用時間
を即時に決定することができる。
かる電解液流通型電池によれば、以下のような優れた効
果を有する。 電池残存容量、つまり消費可能電力量を実時間で常時
算定・モニターできるため、電力需要に応じた運用時間
を即時に決定することができる。
【００４８】高い電池効率を維持でき、且つポンプ動
力の省力化を行えるため、システム効率を大幅に向上で
きる。
力の省力化を行えるため、システム効率を大幅に向上で
きる。
【図１】本発明の１実施例にかかる電解液流通型電池の
全体構成を示す図である。
全体構成を示す図である。
【図２】演算器９において最適な電解液供給量等を算出
する演算過程を示す図である。
する演算過程を示す図である。
【図３】鉄−クロム系レドックスフロー電池の正極液側
の対参照電極電位と充電深度（ＳＯＣ）の相関関係を示
す図である。
の対参照電極電位と充電深度（ＳＯＣ）の相関関係を示
す図である。
【図４】化学量論的電解液供給量（ＳＦＲ）と電池セル
抵抗率の関係を示す図である。
抵抗率の関係を示す図である。
【図５】本実施例を適用した場合と従来例の場合の充電
時または放電時のポンプ消費動力の変化を示す図であ
る。
時または放電時のポンプ消費動力の変化を示す図であ
る。
【図６】従来のレドックスフロー電池を示す概略図であ
る。
る。
１ 電解槽 １ａ 負極室 １ｂ 正極室 １ｃ 隔膜 ２，３ タンク ５，６ ポンプ ５１，５３ 配管 ７ 流量制御装置 ８ 電流検出器 ９ 演算器 １０，１１ 入口側参照電極 １２，１３ 出口側参照電極 １４，１５ 液面検出器 １６ インバータ ４ 外部回路
フロントページの続き (72)発明者 津田 泉 茨城県つくば市梅園１丁目１番４ 工業 技術院電子技術総合研究所内 (72)発明者 和田 雄高 東京都大田区羽田旭町11番１号 株式会 社荏原製作所内 (72)発明者 赤井 勇一 東京都大田区羽田旭町11番１号 株式会 社荏原製作所内 審査官 高木 康晴 (56)参考文献 特開 平５−326007（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−12464（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−150863（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−45761（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−290872（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01M 8/18 - 8/20
Claims (2)
- 【請求項１】 正極を有する正極室と負極を有する負極
室を隔膜によって分離した電池セルを複数個接続して構
成される電解槽を具備し、該正極室及び／または負極室
に接続した配管に取り付けたポンプによって該正極室及
び／または負極室に正極電解液及び／または負極電解液
を流通せしめ、活物質の酸化還元により、充電による電
力貯蔵及び放電による電力供給を行う電解液流通型電池
において、 該電解液流通型電池の正極側及び／または負極側の配管
に接続されて対参照電極電位を測定する対参照電極電位
測定手段と、前記電解槽に供給される電解液供給量を測
定する電解液供給量測定手段と、充放電電流値を検出す
る電流検出手段と、電解液の量を検出する電解液量検出
手段と、これら測定された各測定値を入力する演算手段
とを具備し、 前記演算手段は、前記対参照電極電位の測定値から電解
液流通型電池の正極及び／または負極電解液の充電深度
を算出するとともに、該充電深度と前記電解液供給量の
測定値と充放電電流値の測定値から電解液濃度を算出
し、さらに該充電深度と電解液濃度と電解液量の測定値
から電池残存容量を算出することを特徴とする電解液流
通型電池。 - 【請求項２】 前記演算手段は、前記算出した充電深度
と電解液濃度及び前記検出した充放電電流値をもとに適
正電解液供給量を算出し、且つ電解液供給量が適正電解
液供給量となるように前記ポンプを制御し、ポンプ所要
動力を低減化することを特徴とする請求項１記載の電解
液流通型電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34757393A JP3193991B2 (ja) | 1993-12-24 | 1993-12-24 | 電解液流通型電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34757393A JP3193991B2 (ja) | 1993-12-24 | 1993-12-24 | 電解液流通型電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07192748A JPH07192748A (ja) | 1995-07-28 |
| JP3193991B2 true JP3193991B2 (ja) | 2001-07-30 |
Family
ID=18391138
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP34757393A Expired - Lifetime JP3193991B2 (ja) | 1993-12-24 | 1993-12-24 | 電解液流通型電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3193991B2 (ja) |
Families Citing this family (15)
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| US9680174B2 (en) | 2012-12-14 | 2017-06-13 | Hydraredox Technologies Holdings Ltd. | Redox flow battery system and method of controlling it |
| US11831054B2 (en) | 2013-05-03 | 2023-11-28 | Rtx Corporation | Method of maintaining health of a flow battery |
| JP2016540347A (ja) * | 2013-11-15 | 2016-12-22 | ロッキード・マーティン・アドバンスト・エナジー・ストレージ・エルエルシーＬｏｃｋｈｅｅｄ Ｍａｒｔｉｎ Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｅｎｅｒｇｙ Ｓｔｏｒａｇｅ， ＬＬＣ | レドックスフロー電池の充電状態確定方法及び基準電極の較正方法 |
| CN106030883B (zh) * | 2014-02-17 | 2018-12-18 | 住友电气工业株式会社 | 氧化还原液流电池系统以及氧化还原液流电池的工作方法 |
| JP6119661B2 (ja) * | 2014-04-22 | 2017-04-26 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池システム及び燃料電池システムの制御方法 |
| CN105198044B (zh) * | 2014-06-26 | 2017-12-01 | 苏州三星电子有限公司 | 一种溶液电解雾化装置 |
| CN105375037B (zh) * | 2015-10-27 | 2018-01-19 | 华北电力科学研究院有限责任公司 | 一种固态参比电极及其制备方法 |
| WO2018016594A1 (ja) * | 2016-07-21 | 2018-01-25 | 日立化成株式会社 | 二次電池システム、発電システム及び二次電池 |
| KR102081768B1 (ko) | 2016-10-13 | 2020-04-23 | 주식회사 엘지화학 | 레독스 플로우 전지용 전해액 저장부 및 이를 포함하는 바나듐 레독스 플로우 전지 |
| DE102017201516A1 (de) * | 2017-01-31 | 2018-08-02 | Siemens Aktiengesellschaft | Elektrolytkonzentrationsabhängige Pumpensteuerung für Flow Batterien |
| CN108110295B (zh) * | 2017-12-08 | 2020-09-18 | 上海电气集团股份有限公司 | 液流电池装置的能效优化控制方法及系统 |
| US11056698B2 (en) | 2018-08-02 | 2021-07-06 | Raytheon Technologies Corporation | Redox flow battery with electrolyte balancing and compatibility enabling features |
| JP2020068145A (ja) * | 2018-10-25 | 2020-04-30 | 三菱自動車工業株式会社 | レドックスフロー電池の制御装置 |
| CN111261905B (zh) * | 2020-01-21 | 2023-03-14 | 西安理工大学 | 一种单液流电池电量的实时监控方法 |
| US11271226B1 (en) | 2020-12-11 | 2022-03-08 | Raytheon Technologies Corporation | Redox flow battery with improved efficiency |
-
1993
- 1993-12-24 JP JP34757393A patent/JP3193991B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07192748A (ja) | 1995-07-28 |
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