JP5772366B2 - レドックスフロー電池 - Google Patents
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Description
[全体構成]
レドックスフロー電池1(以下、RF電池)は、セルスタック2と、セルスタック2に供給/排出される正極電解液を貯留する正極電解液タンク3aと、セルスタック2に供給/排出される負極電解液を貯留する負極電解液タンク3bと、セルスタック2と各タンク3a、3bとを連結する電解液の輸送路となる配管4a、4b、5a、5bとを具える。また、セルスタック2に電解液を容易に供給できるように供給用の配管4a、4bには、それぞれポンプ6a、6bを具える。
本実施形態のRF電池1に用いられる正極電解液には、正極活物質としてMnイオンを含有するものを使用する。正極電解液にMnイオンを含有する場合、負極電解液との組み合わせとして、以下の(1)〜(3)のいずれかとすることが挙げられる。
(2)正極用電解液は、マンガンイオン及びチタンイオンの双方を含有し、負極用電解液は、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)正極用電解液及び負極用電解液は、マンガンイオン及びチタンイオンの双方を含有する。
実施形態1のRF電池1では、正極活物質としてMnイオンのみ含有する正極電解液を用いる場合を説明する。ここでは、負極電解液には、負極活物質としてTiイオンを含有するものを使用する。
活物質電気量=モル数×ファラデー定数=体積×濃度×96,485(A・秒/モル)
理論充電時間=活物質電気量/充電電流(I)
SOC=充電電気量/理論充電電気量
=(充電時間×電流)/(理論充電時間×電流)
=充電時間/理論充電時間
運転制御手段20は、図3に示すように、充放電判定手段31と、参照データ記憶手段32と、SOC演算手段33とを具える。
実施形態2のRF電池1は、正極電解液と負極電解液の両方とも、MnイオンとTiイオンの双方を含有する電解液を用いる点と、SOCが0%から150%まで充放電する点が実施形態1と相違する。
運転制御手段20は、図6に示すように、実施形態1と同様、充放電判定手段31と、参照データ記憶手段32と、SOC演算手段33とを具える。さらに、本例のRF電池1の運転制御手段20は、電圧判定手段34と、データ数判定手段35と、データ特定手段36とを具える。ここでは、実施形態1と異なる構成について詳細に説明する。
実施形態3のRF電池は、実施形態2と同様に正極電解液と負極電解液の両方とも、MnイオンとTiイオンの双方を含有する電解液を用いるが、SOCの範囲が0%から100%まで充放電する点が実施形態2と相違する。
運転制御手段20は、図9に示すように、実施形態1と同様に、充放電判定手段31と、参照データ記憶手段32と、SOC演算手段33とを具える。さらに、本例のRF電池1の運転制御手段20は、電圧差演算手段37と、参照データ作成手段38と、範囲判定手段39とを具える。ここでは、実施形態1と異なる構成について詳細に説明する。
2 セルスタック 2a メインセル 2b モニタセル
3a 正極電解液タンク 3b 負極電解液タンク
4a,4b,5a,5b 配管 6a,6b ポンプ
11 交流/直流変換器
12 電圧計測手段 13 電流計測手段
20 運転制御手段(コンピュータ) 20m モニタ
31 充放電判定手段 32 参照データ記憶手段
33 SOC演算手段 34 電圧判定手段
35 データ数判定手段 36 データ特定手段
37 電圧差演算手段 38 参照データ作成手段 39 範囲判定手段
Claims (6)
- 正極電解液及び負極電解液をメインセルに供給して充放電を行うレドックスフロー電池であって、
前記メインセルに供給される電解液と共通の電解液が供給されるモニタセルと、
前記モニタセルの開放電圧を計測する電圧計測手段と、
前記メインセルが充電時か放電時かを判定する充放電判定手段と、
予めメインセルの充電時に求めた充電時開放電圧と前記正極電解液の充電状態(SOC)との関係を示す充電参照データと、予めメインセルの放電時に求めた放電時開放電圧と前記SOCとの関係を示す放電参照データとを記憶する参照データ記憶手段と、
前記電圧計測手段で計測した開放電圧を用いて前記SOCを演算するSOC演算手段とを具え、
前記充電参照データと前記放電参照データとが乖離しており、
前記SOC演算手段は、前記充放電判定手段の判定結果に基づき、
充電時には前記開放電圧と充電参照データからSOCを演算し、
放電時には前記開放電圧と放電参照データからSOCを演算し、
前記正極電解液は、正極活物質としてマンガンイオンを前記開放電圧と前記SOCとの関係が充電時と放電時とで異なるように含有するレドックスフロー電池。 - 前記正極電解液は、さらにチタンイオンを含有し、
前記SOCが0%から150%までの範囲で前記メインセルを充放電する場合、
前記充電参照データは、極大変位点を有し、
さらに、計測した開放電圧が、前記極大変位点の電圧値よりも高いか否かを判定する電圧判定手段と、
前記充電参照データ中に、計測した開放電圧に対応する電圧値が単数あるか複数あるかを判定するデータ数判定手段と、
計測した開放電圧に対応する充電参照データ中の電圧値が、前記極大変位点よりも高SOC側の電圧値か低SOC側の電圧値かを特定するデータ特定手段とを具え、
前記SOC演算手段は、
計測した開放電圧が前記電圧判定手段により前記極大変位点の電圧値以下と判定され、前記データ数判定手段により電圧値の数が単数と判定された場合には、計測した開放電圧と充電参照データからSOCを演算し、
計測した開放電圧が前記電圧判定手段により前記極大変位点の電圧値以下と判定され、前記データ数判定手段により電圧値の数が複数と判定され、計測した開放電圧がデータ特定手段により低SOC側の電圧値と判定された場合には、計測した開放電圧と充電参照データからSOCを演算し、
放電時には、計測した開放電圧と放電参照データからSOCを演算する請求項1に記載のレドックスフロー電池。 - 前記SOC演算手段は、
計測した開放電圧が前記電圧判定手段により前記極大変位点の電圧値超と判定された場合、または計測した開放電圧が前記電圧判定手段により前記極大変位点の電圧値以下と判定され、前記データ数判定手段により電圧値の数が複数と判定され、計測した開放電圧がデータ特定手段により高SOC側の電圧値と特定された場合には、充電電気量からSOCを演算する請求項2に記載のレドックスフロー電池。 - 前記負極電解液は、負極活物質としてチタンイオンを含有し、
前記負極電解液の活物質量が、前記正極電解液の活物質量の1.0倍超1.5倍以下である請求項2または請求項3に記載のレドックスフロー電池。 - 前記正極電解液は、さらにチタンイオンを含有し、
前記SOCが0%から100%までの範囲で前記メインセルを充放電する場合、
さらに、前記充電参照データと放電参照データにおいて、同じSOCにおける充電時開放電圧と放電時開放電圧との差を演算する電圧差演算手段と、
前記電圧差が所定値以下となる範囲では、充電時開放電圧と放電時開放電圧に近似する充放電用参照データを演算する参照データ作成手段と、
計測した開放電圧が、前記電圧差の所定値以下となる範囲か否かを判定する範囲判定手段とを具え、
前記SOC演算手段は、
計測した開放電圧が充放電用参照データを作成した電圧範囲内の場合、当該充放電用参照データから前記SOCを演算し、
計測した開放電圧が充放電用参照データを作成した電圧範囲外の場合、前記範囲判定手段の判定結果に基づき、充電時には充電参照データからSOCを演算し、放電時には放電参照データからSOCを演算する請求項1に記載のレドックスフロー電池。 - 前記SOCが20%以上100%以下において、前記SOC演算手段は、前記開放電圧と前記充放電用参照データから前記SOCを演算する請求項5に記載のレドックスフロー電池。
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