JPH05326007A

JPH05326007A - 電解液流通型電池装置

Info

Publication number: JPH05326007A
Application number: JP4149926A
Authority: JP
Inventors: Yuichi Akai; 勇一赤井; Taketaka Wada; 雄高和田
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 1992-05-18
Filing date: 1992-05-18
Publication date: 1993-12-10

Abstract

(57)【要約】【目的】高効率な電解液流通型電池装置を提供するこ
と。【構成】電池活物質を含む電界液が電解槽２０に供給
され、該電解槽２０内に設けた電極での電池活物質の酸
化還元により、充電放電による電力貯蔵及び／又は変圧
が行われる電解液流通型電池装置において、電解液の電
解槽２０内への供給に直流モータ駆動ポンプ１２，１３
を使用し、直流モータの電源を電解槽２０の端子に接続
し、該電池システムへの充電電力又は放電電力により該
直流モータポンプ１２，１３を駆動するように構成し、
電気的に直列に接続された複数個のセルで構成される電
解槽を有し、電解槽の端子が正極負極合計３個以上設け
られ、直流モータへ電力を供給する時に使用する端子位
置を切り換えることにより、直流モータへ供給する電力
の電圧を変更することが可能な構造とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電解液流通型電解槽を有
する電池、即ち電解液流通型電池を用いた電力の貯蔵及
び／又は変圧を行う電解液流通型電池装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来技術】電力は各種のエネルギーへの変換が容易で
制御し易く、消費時の環境汚染がないのでエネルギー消
費に占める割合は年毎に増加している。一方、電力供給
の特異な点として電力消費に即応しながら供給しなけれ
ばならないという点がある。この制約に対処する有効な
方法の一つとして、蓄電池の使用がある。

【０００３】近年、昼夜間の電力需要の差の拡大に伴う
揚水発電の代替、計算機及び記録装置の普及に伴う無停
電電源、商用電力系統のない地域での太陽光発電システ
ム等、蓄電池の需要が増大し、且つ大型化が求められて
いる。このような事情から新型の蓄電池の開発が進めら
れており、電解液流通型電池装置もその一つである。

【０００４】電解液流通型電池装置は、定格より小さな
電圧に対してもセル数の切り替えにより対応できるこ
と、電解液の量だけで電力貯蔵量が決定できること、入
力電圧と出力電圧を異なる電圧とする変圧機能を有する
こと等の大きな対応性を有するので、太陽光発電、風力
発電等、発電電力の変動が大きな発電設備と組み合わせ
る蓄電設備として、特に優れたものと言える。

【０００５】ここで、電解液流通型電池の一例として、
レドックス・フロー電池の原理の概要について、図４及
び図５を用いて説明する。図４はレドックス・フロー電
池を用いた電力充放電装置の充電時の状態を示す図であ
り、図５は同じく放電時の状態を示す図である。

【０００６】図４及び図５において、３１は充電電源、
３２は負荷、３３はインバータ、３４はレドックス電池
である。該レドックス電池３４はタンク３５ａ，３５
ｂ，３６ａ，３６ｂとポンプ３７，３８及び流通型電解
槽３９から構成される。流通型電解槽３９は正極４０と
負極４１及び両電極間を分離する隔膜４２とを備え、隔
膜４２で仕切られた左右の室内には正極液４３、負極液
４４が収容される。正極液４３はＦｅイオンを含む塩酸
溶液とし、負極液４４はＣｒイオンを含む塩酸溶液とす
る例を示した。

【０００７】次に上記構成のレドックス・フロー電池の
作用を説明する。充電電源３１から送電された電力はレ
ドックス・フロー電池３４により適当な電圧に変圧さ
れ、インバータ３３により交直変換を行い、負荷３２に
供給される。一方、余剰電力が出ると、レドックス・フ
ロー電池３４に充電が行われる。この場合は、図４に示
すようにタンク３５ｂから３５ａへ、タンク３６ａから
３６ｂの方へポンプ３７，３８で正、負極液４３，４４
を除々に送りながら充電が行われる。正極液４３にＦｅ
イオン、負極液４４にＣｒイオンを使用する場合、流通
型電解槽３９内で起る反応は下記（１）〜（３）式中の
充電側の反応となる。

【０００８】

【化１】このようにして、電力が正極液４３、負極液４４の中に
蓄積される。

【０００９】一方、供給電力が需要電力より少ない場合
は、上記（１）〜（３）式中の放電側の反応が行われ、
インバータ３３により直交変換が行われ、負荷２に電力
が供給される。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上記構成のレドックス
・フロー電池を含む電解液流通型電池では、電解液を循
環させる為のポンプ等の可動部分及びその運転の為の動
力を必要とする。流通型電池においてはこのポンプ動力
が損失となり、電池の総合効率を引き下げることにな
る。

【００１１】一方、流通型電池において必要な送液量
は、各時点の運転状態、即ち充放電電流値及び充電状態
により変化するので、ポンプ所要動力を低減し電池装置
の効率を向上させるためには、送液量の制御が極めて有
効である。運転状態に対する必要な送液量を示す実施例
を図６に示す。本図で、化学量論的必要送液量（ＳＦ
Ｒ）とは理論上の必要最小送液量であり、横軸は実際の
送液量をＳＦＲの何倍の送液量かという形で表してい
る。縦軸は電池の内部抵抗を表しており、この値が小さ
くなるように送液量を決定することになる。図から明ら
かなように、ある送液量を越えるとそれ以上送液量を増
やさなくとも電池の内部抵抗は略一定になる。

【００１２】また、充電状態が異なると電池の内部抵抗
が略一定となるために必要な送液量が異なる。更に、充
放電電流値に対応して化学量論的必要送液量が変化す
る。各状態での必要な送液量は、セル形状、電解槽構
造、充放電電流値、充電状態等からその都度決定される
が、傾向として、充電時には充電状態が高いほど、また
充電電流値が大きいほど大きな送液量を必要とし、放電
時には充電状態が低いほど、また放電電流値が大きいほ
ど大きな送液量を必要とする。

【００１３】電解液流通型電池装置の効率を高くする上
でポンプ所要動力を低減する必要があり、且つ必要とす
る送液量は充放電電流値と充電状態により変化するとい
う上記事情に対して、従来の技術では、充放電の各状態
の中で一番条件の悪い場合の必要最大送液量に合わせて
ポンプの回転数及び送液量を一定とした運転、又は必要
とする送液量に対応させて周波数変換によってポンプの
回転数制御を行い送液量を変化させる運転が行われてい
る。しかし、ポンプ回転数を一定として送液量が一定の
運転では、必要とする送液量が相対的に小さい状態では
過大な送液量となり、過大なポンプ所要動力を費やすこ
とになるという問題があった。

【００１４】また、周波数変換によってポンプの回転数
制御を行う運転では、交流モータ駆動ポンプを運転する
ため交流電源が必要であるという問題があった。また、
周波数変換器を使用することにより、コスト増と周波数
変換効率分に相当する動力損失が発生するという問題点
があった。

【００１５】本発明は上述の点に鑑みてなされたもの
で、高効率な電解液流通型電池装置を提供することを目
的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
め、電池活物質を含む電解液が電解槽に供給され、該電
解槽内に設けた電極での電池活物質の酸化還元により、
充電放電による電力貯蔵及び／又は変圧が行われる電解
液流通型電池装置において、電解液の電解槽内への供給
に直流モータ駆動ポンプを使用し、直流モータの電源を
電解槽の端子に接続し、該電池システムへの充電電力又
は放電電力により該直流モータポンプを駆動するように
構成し、電気的に直列に接続された複数個のセルで構成
される電解槽を有し、電解槽の端子が正極負極合計３個
以上設けられ、直流モータへ電力を供給する時に使用す
る端子位置を切り換えることにより、直流モータへ供給
する電力の電圧を変更することが可能な構造とした。

【００１７】また、直流モータへの電力供給のための電
解槽に設けた端子の切換えを行うことにより、電解液流
通型電池装置の充電電流値または放電電流値及び該電解
液流通型電池装置の充電状態に対応して直流モータへの
供給電圧を制御して電解液の送液量を制御することでポ
ンプ所要動力を低減し、該電解液流通型電池装置の充放
電効率を向上させることを特徴とする。

【００１８】

【作用】電解液流通型電池装置を上記のように構成する
ことにより、該電解液流通型電池装置を用いた電力の貯
蔵及び／又は変圧を行う場合に、交流モータ駆動ポンプ
を使用した場合のように交流電源及び周波数変換器を必
要とせずに、充放電電流値及び充電状態等に応じた電解
液送液量制御を行うことが可能となり、高効率の充放電
及び高い独立性が得られる。

【００１９】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。図２は本発明の実施例に用いたレドックス電池
装置のシステムフロー図である。図２において、１０は
負極液タンク、１１は正極液タンク、１２，１３はそれ
ぞれ直流モータ駆動ポンプで、１４，１５はそれぞれフ
ロースイッチ兼目視流量計、１６，１７はそれぞれ電磁
弁、１８，１９は圧力計、２０は本体電解槽、２１は液
静止型電解槽、２２，２３は目視液面計、２４，２５は
それぞれ熱電対、２６，２７は液面レベルスイッチ、２
８，２９はそれぞれＯＲＰ計である。

【００２０】本レドックス電池装置の定格容量は２ｋＷ
−１０時間率であり、図２に示すように、負極液タンク
１０の側に直流モータ駆動ポンプ１２を、正極液タンク
１１の側に直流モータ駆動ポンプ１３を各１台設けてい
る。直流モータ駆動ポンプ１２，１３のモータの定格電
圧は各々２４Ｖであり、本体電解槽２０から直流モータ
駆動ポンプ１２，１３へ直流電力を供給して充放電を行
った。図３は本体電解槽２０の構成例を示す図である。

【００２１】図１は電解液流通型電池装置の１つである
鉄−クロム系レドックス・フロー電池（図２の構成）に
おいて、本発明を実施して充放電を行った場合のポンプ
所要電力を示す図である。レドックス電池内部の本体電
解槽２０から直流モータ駆動ポンプへ直流電力を供給し
て充放電を行った。

【００２２】本実施例では放電末期には、ポンプに電力
を供給するセルの電圧が低くなり、且つ必要な送液量が
大きくなることから電源セル数を２９セルとし、充電時
及び放電時の前半では２４セルとし、電源セル数を２段
階に設定した。図１において、実線は上記の如く電源セ
ル数を２４セルと２９セルで切換えて充放電を行った場
合のポンプ所要電力を示しており、その積算値である電
力量は１３．１２４ｋＷｈである。一方、図１におい
て、破線は本発明を実施せず電源セル数を２９セルで一
定とした場合のポンプ所要電力の計算値を示しており、
その積算値である電力量は２０．７９４ｋＷｈである。

【００２３】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、電
解液流通型電池装置を用いた電力の貯蔵及び／又は変圧
を行う場合に、交流モータ駆動ポンプを使用した場合の
ように交流電源及び周波数変換器を必要とせずに、充放
電電流値及び充電状態等に応じた電解液送液量制御を行
うことが可能となり、高効率の充放電及び高い独立性が
得られ、実用上極めて大きい効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願発明を適用した実施例におけるポンプ所要
電力を示すグラフ図である。

【図２】本発明の実施例に用いられたレドックス電池装
置のシステムフローを示す図である。

【図３】本体電解槽のセル構成例を示す図である。

【図４】レドックス・フロー電池を用いた充放電装置の
充電時の状態を示す図である。

【図５】レドックス・フロー電池を用いた充放電装置の
放電時の状態を示す図である。

【図６】流通型電池において必要な送液量が運転状態に
より変化する例を示した図である。

【符号の説明】

１０負極液タンク１１正極液タンク１２直流モータ駆動ポンプ１３直流モータ駆動ポンプ１４フロースイッチ兼目視流量計１５フロースイッチ兼目視流量計１６電磁弁１７電磁弁１８圧力計１９圧力計２０本体電解槽２１液静止型電解槽２２目視液面計２３目視液面計２４熱電対２５熱電対２６液面レベルスイッチ２７液面レベルスイッチ２８ＯＲＰ計２９ＯＲＰ計

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電池活物質を含む電解液が電解槽に供給
され、該電解槽内に設けた電極での電池活物質の酸化還
元により、充電放電による電力貯蔵及び／又は変圧が行
われる電解液流通型電池装置において、前記電解液の電解槽内への供給に直流モータ駆動ポンプ
を使用し、直流モータの電源を電解槽の端子に接続し、
該電池システムへの充電電力又は放電電力により該直流
モータポンプを駆動するように構成し、電気的に直列に接続された複数個のセルで構成された電
解槽を有し、電解槽の端子が正極負極合計３個以上設け
られ、前記直流モータへ電力を供給する時に使用する端
子位置を切り換えることにより、直流モータへ供給する
電力の電圧を変更することが可能な構造の電解液流通型
電池装置。
【請求項２】前記直流モータへの電力供給のための電
解槽に設けた端子の切換えを行うことにより、該電解液
流通型電池装置の充電電流値又は放電電流値又は該電解
液流通型電池装置の充電状態に対応して直流モータへの
供給電圧を制御して電解液の送液量を制御することでポ
ンプ所要動力を低減し、該電解液流通型電池装置の充放
電効率を向上させることを特徴とする請求項１記載の電
解液流通型電池装置。