JPS61193375A

JPS61193375A - 二次電池装置の充放電方法

Info

Publication number: JPS61193375A
Application number: JP60031849A
Authority: JP
Inventors: Yukio Nakamura; 幸夫中村; Yasuo Kawachi; 河内　康男; Tadayoshi Otani; 大谷　忠義
Original assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Current assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Priority date: 1985-02-20
Filing date: 1985-02-20
Publication date: 1986-08-27
Anticipated expiration: 2009-07-20
Also published as: JPH0654675B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、二次電池装置に関し、さらに詳しくは自然エ
ネルギー源を利用した発電装置と併用し、安定した出力
電圧を得ることができる二次電池装置に関するものであ
る。

（従来の技術）ローカルエネルギー源として、石油等の化石燃料を使用
せずに、自然エネルギー源を利用した太陽光発電、風力
発電等により、電力を得ることは、これらの自然エネル
ギーの入手が容易な場所においては極めて有益である。

しかし、自然エネルギー源は出力が不安定であるため、
これを補うために二次電池と組合せる電力供給システム
が注目されている。この場合、二次電池の充放電時間率
は、自然エネルギーの不安定さから、安全を見て２０〜
３０時間以上とするのが望ましい。すなわち連続放電時
間２０〜３０時間以上の電池を必要とする。溶液流通型
二次電池は、電池活物質の量を増減し、電極部分はその
ままの状態で充放電時間率を調節することができるので
経済性に優れるとともに、各電極に送液される活物質は
共通のタンクに貯蔵させることができるため、電池単位
ごとに充放電深度がばらつくという問題もなく、この分
野の使用に適したものである。

電極活物質フロー型の二次電池（代表例としてレドック
ス・フロー型二次電池）は、充電および放電時に、第６
図に示すような電圧の経時変化を示す。そのため電池の
入出力に際して、発電側、負荷側がこのような電圧変動
に追随しにくいときは、電池側でその変動を緩和する必
要があり、このためトリムセル機能が設けられている。

第４図および第５図は、それぞれ太陽光発電と二次電池
を組合せた従来の装置系統を示す説明図である。第４図
において、太陽光発電アレイ３で発電された電気は、逆
電流阻止用のダイオード４を経て溶液流通型電池１に送
られる。この溶液流通型電池１は電池活−質の充放電深
度によって出力電圧が変動するため、電圧トリミング機
能を持たせたフローセルを電池の電極部に用い、トリミ
ング用端子２をスイッチングして出力電圧の変動を小さ
くしている。太陽光発電中は一部の電力は直交変換器８
を経て負荷側で消費され、残りは電池１のトリミング端
子２を通して電池１に充電される。夜間等の日照がなく
なり、太陽光発電が行えない時は、電池１から電力を放
出し、直交交換器８を通して一部の電力が負荷側へ送ら
れる。この時前記トリミング用端子２のスイッチングに
より出力電圧の変動を小さくするように制御される。

次に第５図の装置においては、２つフローセルスタック
、すなわち、充電専用電池１ａと放電専用電池１ｂを設
け、両スタックの活物質を１つのタンクから供給できる
ようにしたものである。この装置では、充電と放電が異
なるスタックで行われるので、蓄電池の出力電圧より低
い電圧で充電を行なうことができ、その分だけフローセ
ルの漏洩電流が軽減され、高い充放電効率が得られる。

（発明が解決しようとする問題点）本発明の目的は、電池活物質フロー型の二次電池におけ
る前述の問題点を解決し、低い入力電圧で充電すること
ができ、かつ安定した出力電圧を得ることができる二次
電池装置を提供することにある。すわなち、従来は２つ
のセルスタックを用いて低電圧充電、高電圧放電を行っ
ていたか、または１らのセルスタックで充放電共にほぼ
同レベルの電圧としていたが、本発明では過負荷特性の
良好なセルスタックを用いることによって、基本的に１
つのセルスタックのみで低電圧充電、高電圧放電を行な
うことを目的とする。

（問題点を解決するための手段）本発明は、溶液流通型電極と複極仕切板とを有する単セ
ルを直列に積層し才形成した二次電池において、任意の
セルの複極仕切板または電極に集電用トリミング端子を
設εす、該二次電池への入力電圧が出力電圧の３／４以
下になるように前記トリミング端子を選択することを特
徴とする。

以下、本発明を図面に示す実施例によりさらに詳細に説
明する。

゛′（実施例）第１図は、本発明の一実施例を示す二次電池装置の説明
図である。この二次電池装置は、太陽光電池アレイ３お
よび風車５を有する風力発電１１１１）と組合せたもの
である。太陽光電池アレイ３および風力発電機６゛で発
電された電力は、それぞれ逆電流防止ダイオード４およ
び整流ダイオード７を通してフローセルスタック１の低
電圧側端子（トリミング用端子）２に入力され、充電が
行われる。

この時の入力電圧はフローセルの構造や大きさにもよる
が、一般に５（ＩＶ以下であることが望ましい。一方、
フローセル１からの出力は、負荷や補機類の所要電圧と
なる位置のトリミング端子２から取り出され、直交変換
＠８、ポンプ１０およびサブシステム９にそれぞれ送ら
れる。例えば１００■の交流出力を取り出したい場合に
は、図面に示すように高電圧側の端子から直流電圧を取
り出し、直交交換機８によって交流変換すればよい。

この場合、電池の充放電深度、の推移と共に電池の出力
電圧が変化するので、これに対処するため、複数のトリ
ミング用端子からスイッチ素子を経て出力することが望
ましい。

第２図は、第１図のサブシステム９およびポンプ１０に
連結される活物質液貯蔵タンクおよびラインを含む系統
図を示・したものである。このサブシステム９は主とし
て正、負極活物質モニター装置であり、これにより正極
液および負極の活物質濃度を測定し、正、負極活物質液
の充電状況を把握するもので、この充電状況を互いに調
整するためにリバランス装置１２が設けられている。正
極活物質としては、例えば塩酸酸性臭素／臭素イオン水
溶液、負極活物質としては、塩酸酸性クロム三価／二価
水溶液をあげることができる。

上記モニター装置９としては、電量分析法（クーロメト
リ−）、ポルタンメトリー、ポテンショメトリー、吸光
光度法などの方法による分析装置が好適に用いられる。

電池セルスタック１の負極および正極でそれぞれ発生し
た水素および臭素ガスは、正極活物質タンクｌｌａおよ
び負極活物質タンクｌｌｂからりバランスタンク１２に
導入され、ここで反応して臭化水素を生成する。この臭
化水素は、適宜正極液タンクｌｌａに戻され、正負極活
物質量が自動的にバランスされ、このようにして充電深
度を適正範囲にコントロールすることができる。

一般にクロム三価、三価イオンを負極活物質とするレド
ックス・フロー型二次電池は、前述のように水素ガスを
副生ずるため、充電時、負極側におけるクロム三価生成
の電流効率が正極側よりも低下し、その結果正極活物質
側が負極活物質より過充電状態になる。このため本実施
例では、臭素と水素を反応させてリバランスさせるシス
テムを設けているのである。

第３図は、充電用のスタック１ａと放電用のスタック１
ｂを分離して構成した従来の方法と、今回の発明におけ
る充放電セルスタック１ｂとを合わせもつ比較および実
施試験用二次電池装置の説明図である。負極および正極
活物質貯蔵タンク１１ａおよびｌｌｂにはそれぞれフロ
ーセルスタック１ａおよび１ｂにそれぞれ負極および正
極活物質溶液を供給、循環させる各ラインが設けられて
いる。図中、１３は直流電源、１４は負荷、１）は流量
計、および１６はストップバルブを示し、実線は活物質
液ライン、一点鎖線は電気系統のラインをぞれぞれ示す
。

このような装置系統において、フローセルスタック１ｂ
の直列セル数を１２０セルとし、高電圧側トリミング端
子数をスタック最高電圧側端子から３セルごとに１０個
、低電圧側トリミング端子数をスタック最低電圧側（接
地の場合はＯＶ側）端子から１０番目、１３番目、１６
番目の複極板の３個とし、また充電専用のスタック１ａ
は２４セル直列配列とし、その充電用端子は同じく最低
電圧側から２０番目の複極板に設置した。

上記充電専用スタック１ａには、上述の放電用の１２０
セルスタツク１ｂと並列に活物質溶液を送液できるよう
に配管されている。また充電専用セルスタック１ａの送
液ラインにはストップバルブ１６が設けられ、必要に応
じて送液を停止することができるように構成されている
。正極側活物質液としては、３規定塩酸酸性１モル／ｌ
塩化鉄水溶液、負極側活物質液としては３規定塩酸酸性
１モル／Ｉ！、塩化クロム水溶液を用いた。直流電源１
３および負荷装置１４を用いて充放電試験を行った結果
を第１表に示す。

以下余白第　　１　　表例匪１比区第１表の結果から、セルスタック１ａの送液を停止し、
小さい入力電圧で入力した本実施例の方が充放電クーロ
ン効率が大きくなっていることがわかる。比較例１では
、１ａの送液のため、ポンプ動力の消費は増大する。従
って正味の出力は、実施例１よりさらに低下する。

本発明においては、負荷１４が働かず充電のみが行われ
ている場合には、低電圧、大電流充電となる。従ってセ
ル抵抗による電圧降下のため、電圧効率は高電圧、小電
流充電の場合より悪化するが、溶液流通型二次電池は一
般にセル抵抗が小さく、過負荷特性が極めて良好である
ため、本発明を採用することによる電圧効率低下は問題
にはならない。また負荷１４が働いている状況下では電
圧動率の損失はさらに軽減されることになる。

また本発明においては、１つのセルスタック内にすべて
のトリミング端子や入出力端子が備わっている必要はな
（、例えば低電圧側セルスタック、中間セルスタック、
高電圧側セルスタックといった具合に分割され、これら
のスタックが電気的に直列に結合され、各分割部分ごと
にトリミング端子や入出力端子が設けられていてもよい
。

次に第３図に示すセルスタック１ａを用いずに、セルス
タック１ｂを第２表のように改造して充放電実験を行っ
た。その結果を第２表に示す。

第２表第２表より、入力電圧が出力電圧の３／４を越えると充
放電効率が低下することがわかる。

（発明の効果）本発明によれば、下記のような優れた効果が得られる。

（１）一つの液流通型電池スタックで、スタック内また
はスタック間の漏洩電流、すなわち活物質液のスタック
内マニホールドやスタック間の送液ラインを流れる、電
池主反応に関与しない電流を低減し、高効率の充電を行
なうことができる。

（２）一つの液流通型電池スタックから電気サブシステ
ムやポンプ類等の補機類を稼動させるための電力を得る
ことができる。

（３）一つの液流通型電池スタックに全体の装置をまと
め上げることができるできるため、装置をコンパクト化
するとともに、設備費の低減、活物質送液用のポンプ動
力の低減等、ランニングコストを低減させることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の二次電池装置の概要を示す説明図、
第２図は、本発明の二次電池装置における活物質溶液ラ
インを説明する図、第３図は、本廃明の二次電池装置に
おいて、充電専用スタックと放電専用スタックに分離し
た場合の比較例および充放電スタックとしての実施例を
説明する図１、　　、　第４図および第５図は、それぞ
れ従来の天然エネルギーと組合せた二次電池装置の従来
の使用例を示す説明図、第６図は、レドックス・フロー
型二次電池の充放電時の電圧の経時変化を示す図である
。１・・・フローセルスタック、２・−・トリミグ用端子
、３・・・太陽光電池アレイ、４・・・逆電流防止ダイ
オード、５・・・風車、６・・・発電機、７・・・整流
ダイオード、８・・・直交交換器、９・・・サブシステ
ム、１０・・・ポンプ、１１・・・活物質溶液タンク、
１２・・・リバランス装置。代理人　弁理士　川　北　武　長第１図。第２図り

Claims

【特許請求の範囲】

（１）溶液流通型電極と複極仕切板とを有する単セルを
直列に積層して形成した二次電池において、任意のセル
の複極仕切板または電極に集電用トリミング端子を設け
、該二次電池への入力電圧が出力電圧の３／４以下にな
るように前記トリミング端子を選択することを特徴とす
る二次電池装置。
（２）特許請求の範囲（１）において、該二次電池に使
用する補機類動力を得るために、前記トリミング端子と
補機類とを電気的に接続し、かつ補機類の稼動に適した
電圧を得るために、前記トリミング端子を選択可能に構
成したことを特徴とする二次電池装置。