KR101558683B1 - 레독스 플로우 전지의 전해질 분석 방법 및 장치 - Google Patents

레독스 플로우 전지의 전해질 분석 방법 및 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR101558683B1
KR101558683B1 KR1020130147530A KR20130147530A KR101558683B1 KR 101558683 B1 KR101558683 B1 KR 101558683B1 KR 1020130147530 A KR1020130147530 A KR 1020130147530A KR 20130147530 A KR20130147530 A KR 20130147530A KR 101558683 B1 KR101558683 B1 KR 101558683B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
electrolyte
auxiliary cell
cell
auxiliary
quot
Prior art date
Application number
KR1020130147530A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20150062657A (ko
Inventor
홍민기
강병만
김수환
김병철
예희창
Original Assignee
오씨아이 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 오씨아이 주식회사 filed Critical 오씨아이 주식회사
Priority to KR1020130147530A priority Critical patent/KR101558683B1/ko
Priority to EP14194621.0A priority patent/EP2879222B1/en
Priority to CN201410713288.7A priority patent/CN104678308B/zh
Priority to US14/556,017 priority patent/US20150153421A1/en
Publication of KR20150062657A publication Critical patent/KR20150062657A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101558683B1 publication Critical patent/KR101558683B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04276—Arrangements for managing the electrolyte stream, e.g. heat exchange
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/3644—Constructional arrangements
    • G01R31/3648—Constructional arrangements comprising digital calculation means, e.g. for performing an algorithm
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/385—Arrangements for measuring battery or accumulator variables
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/396—Acquisition or processing of data for testing or for monitoring individual cells or groups of cells within a battery
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04186—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of liquid-charged or electrolyte-charged reactants
    • H01M8/04194—Concentration measuring cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/18—Regenerative fuel cells, e.g. redox flow batteries or secondary fuel cells
    • H01M8/184—Regeneration by electrochemical means
    • H01M8/188—Regeneration by electrochemical means by recharging of redox couples containing fluids; Redox flow type batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • 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

Abstract

본 발명은 레독스 플로우 전지의 전해질 분석 방법 및 장치에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 레독스 플로우 전지의 전해질을 분석하는 방법은, 메인 셀 및 저장 탱크와 연결되는 제1 보조 셀 및 제2 보조 셀 각각에 제1 전해액 또는 제2 전해액을 통과시키는 단계, 상기 제1 보조 셀 및 상기 제2 보조 셀 중 적어도 하나를 폐쇄시키는 단계, 상기 제1 보조 셀 및 상기 제2 보조 셀에 전류를 인가하는 단계, 상기 제1 보조 셀 및 상기 제2 보조 셀 간 전압을 측정하여 데이터를 생성하는 단계 및 시간에 따른 상기 제1 보조 셀 및 상기 제2 보조 셀 간 전압의 변화에 기반하여 상기 제1 보조 셀 또는 상기 제2 보조 셀에 들어있는 전해액에 포함된 전해질을 분석하는 단계를 포함한다. 본 발명에 의하면, 보다 효율적이고 보다 용이하게 전해질에 대한 정보를 획득할 수 있는 장점이 있다.

Description

레독스 플로우 전지의 전해질 분석 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR ANALYZING ELECTROLYTE OF REDOX FLOW BATTERY}
본 발명은 레독스 플로우 전지의 전해질 분석 방법 및 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 레독스 플로우 전지의 전해액에 포함된 전해질의 양과 산화수를 분석하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
일반적인 이차 전지는 충전과정을 통하여 입력된 전기에너지를 화학에너지로 변환시켜 저장하고, 방전과정을 통하여 저장된 화학에너지를 전기에너지로 변환시켜 출력한다.
레독스 플로우 전지도 일반적인 이차전지와 마찬가지로 충전과정을 통하여 입력된 전기에너지를 화학에너지로 변환시켜 저장하고, 방전과정을 통하여 상기 저장된 화학에너지를 전기에너지로 변환시켜 출력한다. 그러나, 레독스 플로우 전지는 에너지를 보유하고 있는 전극 활물질이 고체 상태가 아닌 액체 상태로 존재하기 때문에 전극 활물질을 저장하는 탱크가 필요하다는 점에서 일반적인 이차전지와는 다르다.
구체적으로, 레독스 플로우 전지에서는 전해질을 포함하고 있는 전해액, 즉 양극액과 음극액이 전극 활물질의 역할을 수행한다. 이러한 전해액들의 가장 일반적인 예는 전이금속 산화물 용액이다. 즉, 레독스 플로우 전지에서 양극액과 음극액은 각각 산화 상태가 변화될 수 있는 전이금속과 같은 전해질의 혼합액으로서 탱크에 저장된다.
한편, 레독스 플로우 전지에서 전기에너지를 발생시키는 셀 부분은 연료전지와 마찬가지로 캐소드-이온 교환막-애노드의 구조를 가진다. 펌프에 의해 공급된 양극액과 음극액은 각각의 전극과 접촉하여 각 접촉면에서 각 전해액에 함유된 전이금속 이온들이 산화/환원 반응을 하게 되며, 깁스 자유 에너지(Gibbs free energy)에 의한 기전력이 발생하게 된다. 이때, 전극은 반응에 직접 참여하지 않고 단지 양극액과 음극액에 함유된 전이금속 이온들의 산화/환원을 돕는 역할을 수행한다.
이와 같은 레독스 플로우 전지에서는 이온 교환막을 통한 전해질의 이동이나 과충전 등에 의한 부반응으로 인해 양 전극간 전해질의 양 및 가수에 차이가 발생하고, 그 결과 전지 용량이 저하된다. 따라서, 장기적으로 안정적인 전지의 운전을 위하여 전해액의 효율적인 관리가 필요하며, 이러한 효율적인 관리를 위해서는 양극액과 음극액에 각각 포함된 전이금속 이온의 양과 산화수에 대한 정보가 필요하다. 그러나 종래의 전해질 분석 방법, 예컨대 산화환원 적정이나 UV 흡광을 이용한 분석 방법으로는 레독스 플로우 전지의 전해질에 대한 정보를 정확히 얻을 수 없다는 문제점이 있다.
본 발명은 보다 효율적이고 보다 용이하게 전해질에 대한 정보를 획득할 수 있는 레독스 플로우 전지의 전해질 분석 방법 및 장치를 제공하는 것을 일 목적으로 한다.
또한 본 발명은 분석을 위해 사용되는 전해액을 분석 후에도 다시 사용하여 레독스 플로우 전지의 용량 손실을 초래하지 않는 레독스 플로우 전지의 전해질 분석 방법 및 장치를 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
또한 본 발명은 레독스 플로우 전지의 운전에 영향을 끼치지 않고 전해질을 분석할 수 있는 레독스 플로우 전지의 전해질 분석 방법 및 장치를 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 레독스 플로우 전지의 전해질을 분석하는 방법에 있어서, 메인 셀 및 저장 탱크와 연결되는 제1 보조 셀 및 제2 보조 셀 각각에 제1 전해액 또는 제2 전해액을 통과시키는 단계, 상기 제1 보조 셀 및 상기 제2 보조 셀 중 적어도 하나를 폐쇄시키는 단계, 상기 제1 보조 셀 및 상기 제2 보조 셀에 전류를 인가하는 단계, 상기 제1 보조 셀 및 상기 제2 보조 셀 간 전압을 측정하여 데이터를 생성하는 단계 및 시간에 따른 상기 제1 보조 셀 및 상기 제2 보조 셀 간 전압의 변화에 기반하여 상기 제1 보조 셀 또는 상기 제2 보조 셀에 들어있는 전해액에 포함된 전해질을 분석하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명은 레독스 플로우 전지의 전해질을 분석하는 장치에 있어서, 메인 셀 및 저장 탱크와 연결되는 제1 보조 셀 및 제2 보조 셀 중 적어도 하나를 폐쇄시키는 보조 셀 제어부, 상기 제1 보조 셀 및 상기 제2 보조 셀에 전류를 인가하고, 상기 제1 보조 셀 및 상기 제2 보조 셀 간 전압을 측정하는 전류 제어부 및 시간에 따른 상기 제1 보조 셀 및 상기 제2 보조 셀 간 전압의 변화에 기반하여 상기 제1 보조 셀 또는 상기 제2 보조 셀에 들어있는 전해액에 포함된 전해질을 분석하는 분석부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명은 레독스 플로우 전지의 전해질을 분석하는 방법에 있어서, 메인 셀 및 저장 탱크와 연결되는 제1 보조 셀 및 제2 보조 셀 각각에 제1 전해액 또는 제2 전해액을 통과시키는 단계, 상기 제1 보조 셀 및 상기 제2 보조 셀 중 적어도 하나를 폐쇄시키는 단계, 상기 제1 보조 셀 및 상기 제2 보조 셀 간 전압이 제1 전압 값에 도달하는 제1 완료 시간 동안 상기 제1 보조 셀 및 상기 제2 보조 셀에 전류를 인가하는 단계, 상기 제1 보조 셀 및 상기 제2 보조 셀 간 전압이 제2 전압 값에 도달하는 제2 완료 시간 동안 상기 제1 보조 셀 및 상기 제2 보조 셀에 전류를 인가하는 단계 및 상기 제1 완료 시간 및 상기 제2 완료 시간에 기반하여 상기 제1 보조 셀 또는 상기 제2 보조 셀에 들어있는 전해액에 포함된 전해질을 분석하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명은 레독스 플로우 전지의 전해질을 분석하는 장치에 있어서, 메인 셀 및 저장 탱크와 연결되는 제1 보조 셀 및 제2 보조 셀 중 적어도 하나를 폐쇄시키는 보조 셀 제어부, 상기 제1 보조 셀 및 상기 제2 보조 셀 간 전압이 제1 전압 값에 도달하는 제1 완료 시간 동안 상기 제1 보조 셀 및 상기 제2 보조 셀에 전류를 인가하고, 상기 제1 보조 셀 및 상기 제2 보조 셀 간 전압이 제2 전압 값에 도달하는 제2 완료 시간 동안 상기 제1 보조 셀 및 상기 제2 보조 셀에 전류를 인가하는 전류 제어부 및 상기 제1 완료 시간 및 상기 제2 완료 시간에 기반하여 상기 제1 보조 셀 또는 상기 제2 보조 셀에 들어있는 전해액에 포함된 전해질을 분석하는 분석부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
전술한 바와 같은 본 발명에 의하면, 보다 효율적이고 보다 용이하게 전해질에 대한 정보를 획득할 수 있는 장점이 있다.
또한 본 발명에 의하면 분석을 위해 사용되는 전해액을 분석 후에도 다시 사용하여 레독스 플로우 전지의 용량 손실을 초래하지 않는다는 장점이 있다.
또한 본 발명에 의하면 레독스 플로우 전지의 운전에 영향을 끼치지 않고 전해질을 분석할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 레독스 플로우 전지 및 이에 연결된 전해질 분석 장치의 구성도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전해질 분석 장치의 세부 구성도.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전해질 분석 방법을 설명하기 위한 그래프.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 전해질 분석 방법을 설명하기 위한 그래프.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 전해질 분석 방법을 설명하기 위한 그래프.
도 6은 본 발명의 제4 실시예에 따른 전해질 분석 방법을 설명하기 위한 그래프.
도 7은 본 발명의 제5 실시예에 따른 전해질 분석 방법을 설명하기 위한 그래프.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 전해질 분석 방법의 흐름도.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전해질 분석 방법의 흐름도.
전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 레독스 플로우 전지 및 이에 연결된 전해질 분석 장치의 구성도이다.
도 1을 참조하면, 레독스 플로우 전지는 두 개의 메인 셀(102, 104), 두 개의 펌프(106, 108) 및 전해액을 저장하기 위한 저장 탱크(112, 114)로 구성된다.
저장 탱크(112, 114)에는 각각 전극 활물질의 역할을 수행하는 양극액 및 음극액이 저장되는데, 전해액에는 전술한 바와 같이 전이금속 이온과 같은 전해질이 포함된다. 레독스 플로우 전지의 산화-환원 반응을 위해 여러가지 전이금속 이온이 사용될 수 있으나, 이하에서는 바나듐 이온을 사용한 레독스 플로우 전지를 통해 본 발명의 실시예가 설명된다.
도 1의 실시예에서, 저장 탱크(112)에는 V2+ 및 V3+ 이온을 포함하는 음극액이 저장되고, 저장 탱크(114)에는 V4+ 및 V5+ 이온을 포함하는 양극액이 저장된다.
저장 탱크(112, 114)에 저장된 전해액은 펌프(106, 108)를 통해 메인 셀(102, 104)로 각각 전달된다. 제1 메인 셀(102) 및 제2 메인 셀(104)에서는 전달된 전해액을 이용하여 산화-환원 반응이 일어나며 이에 따라 레독스 플로우 전지의 충전 및 방전이 일어난다. 도 1의 실시예에서는 제1 메인 셀(102)이 음극 셀로, 제2 메인 셀(104)이 양극 셀로 각각 표시되었으나, 다른 실시예에서 제1 메인 셀(102)과 제2 메인 셀(104)의 극성은 서로 바뀌어 표시될 수 있다.
이렇게 메인 셀(102, 104)에서 산화-환원 반응에 사용된 전해액은 다시 저장 탱크(112, 114)로 전달된다. 도 1에서는, 제1 및 제2 메인 셀들(102, 104)이 하나의 단위 셀을 이루고 있는 것을 일례로 도시하여 설명하였으나, 본 발명에서의 메인 셀은 제1 및 제2 메인 셀들(102, 104)로 이루어진 단위 셀들이 복수개 연결되어 구성하는 스택(stack) 구조를 가질 수도 있다.
이와 같이 구성되는 레독스 플로우 전지의 효율적인 관리를 위해서는 전해액에 대한 정보를 획득하는 것이 필수적이다. 본 발명에서는 도 1과 같이 메인 셀(102, 104)과 저장 탱크(112, 114)의 사이에 전해질 분석장치(110)가 도입되어 레독스 플로우 전지의 운전에 끼치는 영향을 최소로 하면서 전해액의 분석이 수행된다.
도 2는 도 1의 전해질 분석장치(110)의 세부 구성을 나타낸다.
도 2를 참조하면, 전해질 분석장치(110)는 두 개의 보조 셀(214, 216) 및 분석 모듈(226)을 포함한다.
도 2에서 전해질 분석장치(110)에 연결되는 메인 유로(202, 204)는 우회 유로(218, 220)와 내부 유로(222, 224)로 각각 분기된다. 두 개의 보조 셀, 즉 제1 보조 셀(214) 및 제2 보조 셀(216)에는 각각 내부 유로(222, 224)를 통해 양극액 및 음극액이 전달된다. 이렇게 내부 유로(222, 224)를 통해 보조 셀(214, 216)에 유입된 전해액은 후술하는 전해질 분석에 사용되며, 분석이 종료된 이후에는 다시 메인 유로를 따라 저장 탱크(112, 114)로 전달될 수 있다.
한편, 메인 셀(102, 104)로부터 방출되는 전해액은 우회 유로(218, 220)를 통해 저장 탱크(112, 114)로 지속적으로 전달될 수 있다. 이에 따라 보조 셀(214, 216)을 통해 전해질 분석이 수행되고 있는 동안에도 레독스 플로우 전지의 충전 및 방전이 중단 없이 계속될 수 있다.
또한 제1 보조 셀(214) 및 제2 보조 셀(216)의 양단에는 각각 밸브(206, 208, 210, 212)가 배치된다. 밸브(206, 208, 210, 212)는 보조 셀 제어부(228)의 제어에 따라 잠기거나 열릴 수 있다. 이러한 밸브(206, 208, 210, 212)의 개폐에 의해 보조 셀(214, 216) 내부에 유입되는 전해액이 갇히거나 방출될 수 있다. 예컨대 보조 셀 제어부(228)가 밸브(206, 210)를 잠그도록 제어하면 제1 보조 셀(214) 내에 유입된 전해액은 그대로 제1 보조 셀(214)에 갇히게 된다. 이와 같이 전해액 일부가 밸브(206, 208, 210, 212)의 동작에 의해 보조 셀(214, 216)에 갇히더라도 전술한 우회 유로(218)의 존재로 인해 레독스 플로우 전지는 계속해서 동작할 수 있다.
한편, 도 2에는 도시되지 않았으나, 본 발명의 다른 실시예에서는 제1 메인 셀(102)의 제1 전해액이 제2 보조 셀(216)로 흐르고 제2 메인 셀(104)의 제2 전해액이 제1 보조 셀(214)로 흐를 수 있도록 도 2의 내부 유로(222, 224)외에 별도의 내부 유로가 더 형성될 수도 있다.
분석 모듈(226)은 보조 셀 제어부(228), 전류 제어부(230), 분석부(232)를 포함한다.
보조 셀 제어부(228)는 제1 보조 셀(214) 및 제2 보조 셀(216)에 각각 제1 전해액 및/또는 제2 전해액을 통과시킬 수 있다. 또한, 보조 셀 제어부(228)는 제1 보조 셀(214) 또는 제2 보조 셀(216) 중 적어도 하나를 폐쇄시켜 전해액이 보조 셀(214, 216)에 갇히도록 제어할 수 있다. 이러한 동작은 전술한 바와 같은 밸브(206, 208, 210, 212)의 개폐 제어에 의해 수행될 수 있다.
참고로 본 명세서에서 보조 셀을 '폐쇄시킨다'라는 표현은 메인 셀로부터 해당 보조 셀로의 전해액 유입 또는 해당 보조 셀로부터 저장 탱크로의 전해액 유출이 더 이상 일어나지 않게 하는 것, 즉, 물리적으로 완전히 유출/유입이 차단된 상태 또는 극미량이 유출/유입되지만 실질적으로 차단된 것으로 볼 수 있는 상태를 모두 의미하는 것으로 정의한다. 따라서 보조 셀이 폐쇄된 경우, 보조 셀 내의 전해액은 정지 상태로 유지될 수도 있고, 별도의 보조 탱크 및 보조 유로(미도시)에 의한 순환 상태를 유지할 수도 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에서는 전술한 바와 같이 도 2의 내부 유로(222, 224)외에 별도의 내부 유로가 더 형성될 수 있는데, 이 경우 보조 셀 제어부(228)는 제1 보조 셀(214) 및 제2 보조 셀(216)에 1종류의 전해액만을 통과시킬 수도 있다. 예를 들어 보조 셀 제어부(228)는 제1 보조 셀(214) 및 제2 보조 셀(216)에 제1 전해액만을 통과시키거나, 제2 전해액만을 통과시킬 수 있다.본 발명의 일 실시예에서, 전류 제어부(230)는 제1 보조 셀(214) 및 제2 보조 셀(216)에 전류를 인가한다. 그 후 전류 제어부(230)는 전류 인가에 따른 제1 보조 셀(214) 및 제2 보조 셀(216) 간 전압을 측정할 수 있다. 그리고 분석부(232)는 측정 시간에 대한 제1 보조 셀(214) 및 제2 보조 셀(216) 간 전압의 변화를 나타내는 그래프를 생성할 수 있다. 이렇게 생성된 그래프를 이용하여 분석부(232)는 제1 전해액 또는 제2 전해액에 포함된 전해질을 분석할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에서, 전류 제어부(230)는 제1 보조 셀(214) 및 제2 보조 셀(216) 간 전압이 제1 전압 값에 도달하는 제1 완료 시간까지 제1 보조 셀(214) 및 제2 보조 셀(216)에 전류를 인가하고, 제1 보조 셀(214) 및 제2 보조 셀(216) 간 전압이 제2 전압 값에 도달하는 제2 완료 시간까지 제1 보조 셀(214) 및 제2 보조 셀(216)에 전류를 인가할 수 있다. 그리고 분석부(232)는 측정된 제1 완료 시간 및 제2 완료 시간을 이용하여 제1 전해액 또는 제2 전해액에 포함된 전해질을 분석할 수 있다.
이하에서는 분석 모듈(226)이 제1 보조 셀(214) 및 제2 보조셀(216)을 이용하여 레독스 플로우 전지의 전해액을 분석하는 과정을 실시예를 통해 설명한다. 아래 실시예들에서는 제1 보조 셀(214)에 제1 전해액(음극액)이, 제2 보조 셀(216)에 제2 전해액(양극액)이 각각 유입되나, 다른 실시예에서 각 보조 셀에 유입되는 전해액의 극성은 반대로 바뀔 수 있다. 또한 다른 실시예에서 각 보조 셀에는 동일한 극성의 전해액이 유입될 수도 있다.
제1 실시예
분석 모듈(226)은 다음과 같은 과정으로 제2 보조 셀(216)에 유입되는 제2 전해액을 분석한다.
1) 보조 셀 제어부(228)는 모든 밸브(206, 208, 210, 212)를 개방하여 제1 보조 셀(214) 및 제2 보조 셀(216)에 각각 제1 전해액 및 제2 전해액을 유입시킨다. 한편, 전술한 바와 같이 도 2의 내부 유로(222, 224)외에 별도의 내부 유로가 더 형성되는 다른 실시예에서는 제1 보조 셀(214) 및 제2 보조 셀(216)에 같은 극성의 전해액을 유입시킬 수도 있다.
2) 보조 셀 제어부(228)는 밸브(208, 212)를 폐쇄하여 제2 보조 셀(216)에 제2 전해액이 갇히게 한다. 다른 실시예에서, 보조 셀 제어부(228)는 제1 보조 셀(214) 및 제2 보조 셀(216)의 모든 밸브(206, 208, 210, 212)를 폐쇄할 수도 있다.
3) 전류 제어부(230)는 제1 보조 셀(214)을 양극, 제2 보조셀(216)을 음극으로 하여 제1 보조 셀(214) 및 제2 보조 셀(216)에 전류를 인가한다. 먼저 약 1.3V의 전압에서 2A의 전류를 제1 보조 셀(214) 및 제2 보조 셀(216)에 인가하여 방전이 시작되며(302), 두 보조 셀 간 전압이 약 -0.15V일 때 방전이 종료된다(304). 그 후 두 보조 셀에 극성이 바뀐 2A의 전류를 다시 인가하여 충전이 시작되고(306), 1.5V 전압에서 충전이 종료된다(308). 본 실시예에서는 2A의 전류가 인가되나, 실시예에 따라 인가되는 전류의 크기는 달라질 수 있다.
4) 전류 제어부(230)는 전류 인가에 따른 제1 보조 셀(214) 및 제2 보조 셀(216) 간 전압을 측정한다. 이 때, 폐쇄되지 않은 보조 셀에는 폐쇄된 보조 셀에 비해 많은 양의 전해액이 흐르므로, 측정되는 전압의 변화는 실질적으로 제2 보조 셀(216)에 의한 전압 변화로 간주할 수 있다. 또한 두 보조 셀(214, 216)을 모두 폐쇄시키더라도 하나의 보조 셀을 폐쇄시킨 경우와 동일한 분석 결과를 얻을 수 있다.
5) 분석부(232)는 측정 시간에 대한 제1 보조 셀(214) 및 제2 보조 셀(216) 간 전압의 변화를 나타내는 그래프를 생성한다. 그리고 분석부(232)는 생성된 그래프에서 전압의 제1 변곡 구간 및 제2 변곡 구간을 검출하고, 제1 변곡 구간에 대한 제1 측정 시간 및 제2 변곡 구간에 대한 제2 측정 시간을 각각 검출한다.
도 3은 위와 같은 과정을 통해 분석부(232)에 의해 생성되는 그래프를 나타낸다. 이렇게 생성된 그래프를 통해 분석부(232)는 전압이 급격하게 변하는 4개의 변곡점(P, Q, R, S)을 검출할 수 있다. 참고로 분석부(232)는 이미 알려진 여러 가지 변곡점 검출 알고리즘 중 어느 하나를 이용하여 그래프에서 변곡점을 검출할 수 있다.
도 3에서, 방전 시작 지점(a)에서 제1 변곡점(b) 사이의 구간은 제1 변곡 구간(ab)으로 정의되고, 제1 변곡점(b)에서 제2 변곡점(c) 사이의 구간은 제2 변곡 구간(bc)으로 정의된다. 제1 변곡 구간(ab)에서 전해액에는 V4+ 와 V5+ 이온이 혼합되어 있으며, 제1 변곡점(b)에서 V5+ 이온은 모두 V4+ 이온으로 바뀐다. 또한 제2 변곡 구간(bc)에서 전해액에는 V3+ 와 V4+ 이온이 혼합되어 있으며, 제2 변곡점(c)에서 V4+ 이온은 모두 V3+ 이온으로 바뀐다.
분석부(232)는 제1 변곡점이 나타난 시각(b)에서 방전 시작 시각(a)을 뺌으로써 제1 변곡 구간(ab)에 대한 제1 측정 시간을 획득한다. 또한 분석부(232)는 제2 변곡점이 나타난 시각(c)에서 제1 변곡점(b)이 나타난 시각을 뺌으로써 제2 변곡 구간(bc)에 대한 제2 측정 시간을 획득한다. 이렇게 획득된 제1 측정 시간 및 제2 측정 시간을 이용하여 분석부(232)는 다음과 같이 제2 전해액에 포함된 전해질(바나듐 이온)의 양을 계산할 수 있다.
- 전해질의 양(Ah) = I × B
(단, I는 제1 보조 셀 및 제2 보조 셀에 인가된 전류의 크기,
B는 제2 측정 시간)
예컨대 I = 2 (A), b = 250.3 (s), c = 822.0 (s) 일 때,
B = c - b = 571.7
I × B = 2 × 571.7 = 1143.4
이고, 이 값을 용량(Ah) 단위로 변환하기 위하여 3600 (s/h)로 나누면,
1143.4 / 3600 = 0.318 (Ah)
가 된다.
따라서 도 3의 그래프에 의해 계산된 제2 전해액에 포함된 전해질의 양은 1143.4이고, 전해질의 용량은 0.318 (Ah)가 된다.
이와 같이 획득된 제2 보조 셀(216)에 갇힌 제2 전해액에 포함된 전해질의 용량을 이용하면 저장 탱크(114)에 저장된 제2 전해액에 포함된 전해질의 전체 용량 또한 다음과 같은 관계식에 의해 계산 가능하다.
제2 보조 셀(216)에 갇힌 제2 전해액의 부피 : 저장 탱크(114)에 저장된 제2 전해액의 부피 = 제2 보조 셀(216)에 갇힌 제2 전해액에 포함된 전해질의 용량 : 저장 탱크(114)에 저장된 제2 전해액에 포함된 전해질의 용량
또한 분석부(232)는 다음과 같이 제2 전해액에 포함된 전해질(바나듐 이온)의 산화수를 계산할 수 있다.
- 전해질의 산화수 = 4 + A / B
(단, A는 제1 측정 시간, B는 제2 측정 시간)
여기서 4는 미리 정해진 상수로, 실시예 및 사용되는 전해질의 종류에 따라 달라질 수 있다.
예컨대 a = 60.0 (s), b = 250.3 (s), c = 822.0 (s) 일 때,
A = b - a = 190.3
B = c - b = 571.7
이고, 제2 전해액에 포함된 전해질의 산화수는
4 + A / B = 4 + 190.3 / 571.7 = 4 + 0.33 = 4.33
이 된다.
한편, 실시예에 따라 도 3의 그래프에서 제2 변곡점(Q 또는 c)이 명확하게 나타나지 않음에 따라 제2 측정 시간(bc)을 검출하기 어려울 수 있다. 이 때에는 다른 방법을 통해 제2 측정 시간(bc)을 구할 수 있다. 도 3의 그래프에서, 구간(cd)의 측정 시간 및 구간 (df)의 측정 시간은 서로 동일하다. 따라서 구간(bd)의 측정 시간에서 구간(df)의 측정 시간을 빼면 구간(bc)의 측정 시간, 즉 제2 측정 시간을 구할 수 있다.
제2 실시예
분석 모듈(226)은 다음과 같은 과정으로 제1 보조 셀(214)에 유입되는 제1 전해액을 분석한다. 제2 실시예의 분석 과정은 제1 실시예와 유사하게 진행된다.
1) 보조 셀 제어부(228)는 모든 밸브(206, 208, 210, 212)를 개방하여 제1 보조 셀(214) 및 제2 보조 셀(216)에 각각 제1 전해액 및 제2 전해액을 유입시킨다. 한편, 전술한 바와 같이 도 2의 내부 유로(222, 224)외에 별도의 내부 유로가 더 형성되는 다른 실시예에서는 제1 보조 셀(214) 및 제2 보조 셀(216)에 같은 극성의 전해액을 유입시킬 수도 있다.
2) 보조 셀 제어부(228)는 밸브(206, 210)를 폐쇄하여 제1 보조 셀(214)에 제1 전해액이 갇히게 한다. 다른 실시예에서, 보조 셀 제어부(228)는 제1 보조 셀(214) 및 제2 보조 셀(216)의 모든 밸브(206, 208, 210, 212)를 폐쇄할 수도 있다.
3) 전류 제어부(230)는 제1 보조 셀(214)을 양극, 제2 보조셀(216)을 음극으로 하여 제1 보조 셀(214) 및 제2 보조 셀(216)에 전류를 인가한다. 먼저 약 1.3V의 전압에서 2A의 전류를 제1 보조 셀(214) 및 제2 보조 셀(216)에 인가하여 방전이 시작되며(402), 두 보조 셀 간 전압이 약 -0.15V일 때 방전이 종료된다(404). 그 후 두 보조 셀에 극성이 바뀐 2A의 전류를 다시 인가하여 충전이 시작되고(406), 1.5V 전압에서 충전이 종료된다(408). 본 실시예에서는 2A의 전류가 인가되나, 실시예에 따라 인가되는 전류의 크기는 달라질 수 있다.
4) 전류 제어부(230)는 전류 인가에 따른 제1 보조 셀(214) 및 제2 보조 셀(216) 간 전압을 측정한다. 이 때, 폐쇄되지 않은 보조 셀에는 폐쇄된 보조 셀에 비해 많은 양의 전해액이 흐르므로, 측정되는 전압의 변화는 실질적으로 제1 보조 셀(216)에 의한 전압 변화로 간주할 수 있다. 또한 두 보조 셀(214, 216)을 모두 폐쇄시키더라도 하나의 보조 셀을 폐쇄시킨 경우와 동일한 분석 결과를 얻을 수 있다.
5) 분석부(232)는 측정 시간에 대한 제1 보조 셀(214) 및 제2 보조 셀(216) 간 전압의 변화를 나타내는 그래프를 생성한다. 그리고 분석부(232)는 생성된 그래프에서 전압의 제1 변곡 구간 및 제2 변곡 구간을 검출하고, 제1 변곡 구간에 대한 제1 측정 시간 및 제2 변곡 구간에 대한 제2 측정 시간을 각각 검출한다.
도 4는 위와 같은 과정을 통해 분석부(232)에 의해 생성되는 그래프를 나타낸다. 이렇게 생성된 그래프를 통해 분석부(232)는 전압이 급격하게 변하는 4개의 변곡점(P, Q, R, S)을 검출할 수 있다. 참고로 분석부(232)는 이미 알려진 여러 가지 변곡점 검출 알고리즘 중 어느 하나를 이용하여 그래프에서 변곡점을 검출할 수 있다.
도 4에서, 방전 시작 지점(a)에서 제1 변곡점(b) 사이의 구간은 제1 변곡 구간(ab)으로 정의되고, 제1 변곡점(b)에서 제2 변곡점(c) 사이의 구간은 제2 변곡 구간(bc)으로 정의된다. 제1 변곡 구간(ab)에서 전해액에는 V2+ 와 V3+ 이온이 혼합되어 있으며, 제1 변곡점(b)에서 V2+ 이온은 모두 V3+ 이온으로 바뀐다. 또한 제2 변곡 구간(bc)에서 전해액에는 V3+ 와 V4+ 이온이 혼합되어 있으며, 제2 변곡점(c)에서 V3+ 이온은 모두 V4+ 이온으로 바뀐다.
분석부(232)는 제1 변곡점이 나타난 시각(b)에서 방전 시작 시각(a)을 뺌으로써 제1 변곡 구간(ab)에 대한 제1 측정 시간을 획득한다. 또한 분석부(232)는 제2 변곡점이 나타난 시각(c)에서 제1 변곡점(b)이 나타난 시각을 뺌으로써 제2 변곡 구간(bc)에 대한 제2 측정 시간을 획득한다.
이렇게 획득된 제1 측정 시간 및 제2 측정 시간을 이용하여 분석부(232)는 다음과 같이 제1 전해액에 포함된 전해질(바나듐 이온)의 양을 계산할 수 있다.
- 전해질의 양(Ah) = I × B
(단, I는 제1 보조 셀 및 제2 보조 셀에 인가된 전류의 크기,
B는 제2 측정 시간)
예컨대 I = 2 (A), b = 295.4 (s), c = 884.7 (s) 일 때,
B = c - b = 589.3
I × B = 2 × 589.3 = 1178.6
이고, 이 값을 용량(Ah) 단위로 변환하기 위하여 3600 (s/h)로 나누면,
1178.6 / 3600 = 0.327 (Ah)
가 된다.
따라서 도 3의 그래프에 의해 계산된 제1 전해액에 포함된 전해질의 양은 1178.6이고, 전해질의 용량은 0.327 (Ah)가 된다.
이와 같이 획득된 제1 보조 셀(214)에 갇힌 제1 전해액에 포함된 전해질의 용량을 이용하면 저장 탱크(112)에 저장된 제1 전해액에 포함된 전해질의 전체 용량 또한 다음과 같은 관계식에 의해 계산 가능하다.
제1 보조 셀(214)에 갇힌 제1 전해액의 부피 : 저장 탱크(112)에 저장된 제1 전해액의 부피 = 제1 보조 셀(214)에 갇힌 제1 전해액에 포함된 전해질의 용량 : 저장 탱크(112)에 저장된 제1 전해액에 포함된 전해질의 용량
또한 분석부(232)는 다음과 같이 제1 전해액에 포함된 전해질(바나듐 이온)의 산화수를 계산할 수 있다.
- 전해질의 산화수 = 3 - A / B
(단, A는 제1 측정 시간, B는 제2 측정 시간)
여기서 3은 미리 정해진 상수로, 실시예 및 사용되는 전해질의 종류에 따라 달라질 수 있다.
예컨대 a = 60.0 (s), b = 295.4 (s), c = 884.7 (s) 일 때,
A = b - a = 235.4
B = c - b = 589.3
이고, 제1 전해액에 포함된 전해질의 산화수는
3 - A / B = 3 - 235.4 / 589.3 = 3 - 0.40 = 2.60
이 된다.
한편, 실시예에 따라 도 3의 그래프에서 제2 변곡점(Q)이 명확하게 나타나지 않음에 따라 제2 측정 시간(bc)을 검출하기 어려울 수 있다. 이 때에는 다른 방법을 통해 제2 측정 시간(bc)을 구할 수 있다. 도 4의 그래프에서, 구간(cd)의 측정 시간 및 구간 (df)의 측정 시간은 서로 동일하다. 따라서 구간(bd)의 측정 시간에서 구간(df)의 측정 시간을 빼면 구간(bc)의 측정 시간, 즉 제2 측정 시간을 구할 수 있다.
제3 실시예
분석 모듈(226)은 다음과 같은 과정으로 제2 보조 셀(216)에 유입되는 제2 전해액을 분석한다. 도 5는 아래와 같은 과정을 통해 생성된 그래프를 나타낸다.
1) 보조 셀 제어부(228)는 모든 밸브(206, 208, 210, 212)를 개방하여 제1 보조 셀(214) 및 제2 보조 셀(216)에 각각 제1 전해액 및 제2 전해액을 유입시킨다. 한편, 전술한 바와 같이 도 2의 내부 유로(222, 224)외에 별도의 내부 유로가 더 형성되는 다른 실시예에서는 제1 보조 셀(214) 및 제2 보조 셀(216)에 같은 극성의 전해액을 유입시킬 수도 있다.
2) 보조 셀 제어부(228)는 밸브(208, 212)를 폐쇄하여 제2 보조 셀(216)에 제2 전해액이 갇히게 한다. 다른 실시예에서, 보조 셀 제어부(228)는 제1 보조 셀(214) 및 제2 보조 셀(216)의 모든 밸브(206, 208, 210, 212)를 폐쇄할 수도 있다.
3) 전류 제어부(230)는 제1 보조 셀(214) 및 제2 보조 셀(216) 간 전압이 현재 전압 값(예컨대, 1.4V)에서 제1 전압 값(예컨대, 1V)에 도달하는 제1 완료 시간 동안 제1 보조 셀(214) 및 제2 보조 셀(216)에 전류(1A)를 인가한다. (방전 시작(502), 방전 종료(504)) 도 5에서, 제1 완료 시간은 방전 종료 시각(b) - 방전 시작 시각(a)으로 정의된다.
4) 전류 제어부(230)는 제1 보조 셀(214) 및 제2 보조 셀(216) 간 전압이 현재 전압 값(예컨대, 1V)에서 제2 전압 값(예컨대, 1.65V)에 도달하는 제2 완료 시간 동안 제1 보조 셀(214) 및 제2 보조 셀(216)에 전류(1A)를 인가한다. (충전 시작(506), 충전 종료(508)) 도 5에서, 제2 완료 시간은 충전 종료 시각(d) - 충전 시작 시각(c)으로 정의된다.
5) 분석부(232)는 제1 완료 시간 및 제2 완료 시간에 기반하여 제2 전해액에 포함된 전해질을 분석한다. 예컨대 분석부(232)는 다음과 같이 제2 전해액에 포함된 전해질의 양과 산화수를 각각 계산할 수 있다.
- 전해질의 양 = I × F
(단, I는 제1 보조 셀 및 제2 보조 셀에 인가된 전류의 크기,
F는 제2 완료 시간)
- 전해질의 산화수 = 4 + E / F
(단, E는 제1 완료 시간, F는 제2 완료 시간)
여기서 4는 미리 정해진 상수로, 실시예 및 사용되는 전해질의 종류에 따라 달라질 수 있다.
도 5에 나타난 바와 같이 제3실시예에서는 방전(502, 504) 후 충전(506, 508)이 수행되었으나, 다른 실시예에서는 충전 후 방전이 수행되더라도 동일한 분석 결과를 얻을 수 있다. 이 때 전해질의 산화수는 다음과 같이 결정된다.
- 전해질의 산화수 = 5 - E / F
(단, E는 제1 완료 시간, F는 제2 완료 시간)
여기서 5는 미리 정해진 상수로, 실시예 및 사용되는 전해질의 종류에 따라 달라질 수 있다.
제4 실시예
분석 모듈(226)은 다음과 같은 과정으로 제1 보조 셀(214)에 유입되는 제1 전해액을 분석한다. 도 6은 아래와 같은 과정을 통해 생성된 그래프를 나타낸다.
1) 보조 셀 제어부(228)는 모든 밸브(206, 208, 210, 212)를 개방하여 제1 보조 셀(214) 및 제2 보조 셀(216)에 각각 제1 전해액 및 제2 전해액을 유입시킨다. 한편, 전술한 바와 같이 도 2의 내부 유로(222, 224)외에 별도의 내부 유로가 더 형성되는 다른 실시예에서는 제1 보조 셀(214) 및 제2 보조 셀(216)에 같은 극성의 전해액을 유입시킬 수도 있다.
2) 보조 셀 제어부(228)는 밸브(206, 210)를 폐쇄하여 제1 보조 셀(214)에 제1 전해액이 갇히게 한다. 다른 실시예에서, 보조 셀 제어부(228)는 제1 보조 셀(214) 및 제2 보조 셀(216)의 모든 밸브(206, 208, 210, 212)를 폐쇄할 수도 있다.
3) 전류 제어부(230)는 제1 보조 셀(214) 및 제2 보조 셀(216) 간 전압이 현재 전압 값(예컨대, 1.4V)에서 제1 전압 값(예컨대, 1V)에 도달하는 제1 완료 시간 동안 제1 보조 셀(214) 및 제2 보조 셀(216)에 전류(1A)를 인가한다. (방전 시작(602), 방전 종료(604)) 도 6에서, 제1 완료 시간은 방전 종료 시각(b) - 방전 시작 시각(a)으로 정의된다.4) 전류 제어부(230)는 제1 보조 셀(214) 및 제2 보조 셀(216) 간 전압이 현재 전압 값(예컨대, 1V)에서 제2 전압 값(예컨대, 1.65V)에 도달하는 제2 완료 시간 동안 제1 보조 셀(214) 및 제2 보조 셀(216)에 전류(1A)를 인가한다. (충전 시작(606), 충전 종료(608)) 도 6에서, 제2 완료 시간은 충전 종료 시각(d) - 충전 시작 시각(c)으로 정의된다.
5) 분석부(232)는 제1 완료 시간 및 제2 완료 시간에 기반하여 제1 전해액에 포함된 전해질을 분석한다. 예컨대 분석부(232)는 다음과 같이 제1 전해액에 포함된 전해질의 양과 산화수를 각각 계산할 수 있다.
- 전해질의 양 = I × F
(단, I는 제1 보조 셀 및 제2 보조 셀에 인가된 전류의 크기,
F는 제2 완료 시간)
- 전해질의 산화수 = 3 - E / F
(단, E는 제1 완료 시간, F는 제2 완료 시간)
여기서 3은 미리 정해진 상수로, 실시예 및 사용되는 전해질의 종류에 따라 달라질 수 있다.
도 6에 나타난 바와 같이 제4실시예에서는 방전(602, 604) 후 충전(606, 608)이 수행되었으나, 다른 실시예에서는 충전 후 방전이 수행되더라도 동일한 분석 결과를 얻을 수 있다. 이 때 전해질의 산화수는 다음과 같이 결정된다.
- 전해질의 산화수 = 2 + E / F
(단, E는 제1 완료 시간, F는 제2 완료 시간)
여기서 2는 미리 정해진 상수로, 실시예 및 사용되는 전해질의 종류에 따라 달라질 수 있다.
제5 실시예
제5 실시예는 제1 실시예 및 제2 실시예를 응용한 실시예이다. 제1 실시예 및 제2 실시예에서는 각각 제1 보조 셀(214) 또는 제2 보조 셀(216) 중 어느 하나에만 전해액을 가두고 측정을 수행하나, 제5 실시예에서는 제1 보조 셀(214) 및 제2 보조 셀(216)을 모두 폐쇄시켜 두 보조 셀에 전해액을 가둔 상태에서 측정이 수행된다.
예컨대 제5 실시예에서는 다음과 같이 측정이 수행될 수 있다. 도 7은 이러한 과정을 통해 생성된 그래프를 나타낸다.
1) 보조 셀 제어부(228)는 모든 밸브(206, 208, 210, 212)를 개방하여 제1 보조 셀(214) 및 제2 보조 셀(216)에 각각 제1 전해액 및 제2 전해액을 유입시킨다.
2) 보조 셀 제어부(228)는 모든 밸브(206, 208, 210, 212)를 폐쇄하여 제1 보조 셀(214) 및 제2 보조 셀(216)에 각각 제1 전해액 및 제2 전해액이 갇히게 한다.
3) 전류 제어부(230)는 제1 보조 셀(214)을 양극, 제2 보조셀(216)을 음극으로 하여 제1 보조 셀(214) 및 제2 보조 셀(216)에 전류(2A)를 인가한다. (-1.5V까지 방전) 이에 따라 두 개의 변곡점(702, 704)이 검출된다.
4) 전류 제어부(230)는 제1 보조 셀(214)을 음극, 제2 보조 셀(216)을 양극으로 하여 제1 보조 셀(214) 및 제2 보조 셀(216)에 전류(2A)를 인가한다. (1.5V까지 충전) 이에 따라 다른 두 개의 변곡점(706, 708)이 검출된다.
도 7과 같이 검출된 변곡점 및 이에 따른 변곡 구간을 이용하여 분석부(232)는 다음과 같이 양극액 및 음극액에 포함된 전해질의 양, 용량 및 산화수를 각각 계산할 수 있다.
양극액의 전해질의 양 = I × (c - b)
양극액의 전해질의 용량 = I × (c - b) / 3600
양극액의 산화수 = 4 + (b - a) / (c - b)
음극액의 전해질의 양 = I × (i - h)
음극액의 전해질의 용량 = I × (i - h) / 3600
음극액의 산화수 = 3 - (h - g) / (i - h)
검출된 각 변곡점이 양극액에 의한 것인지 음극액에 의한 것인지를 보다 명확히 구별하기 위하여, 제5 실시예에서는 보조 셀(214, 216)에 갇히는 전해액의 양을 변경하며 두 번 이상의 분석이 수행될 수 있다. 또한 변곡점을 구별하기 위하여 UV 등의 보조장치를 사용할 수도 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 전해질 분석 방법의 흐름도이다.
먼저 메인 셀 및 저장 탱크와 연결되는 제1 보조 셀 및 제2 보조 셀 각각에 제1 전해액 또는 제2 전해액을 통과시킨다(802). 그리고 나서, 제1 보조 셀 및 상기 제2 보조 셀 중 적어도 하나를 폐쇄시킨다(804).
그 다음, 제1 보조 셀 및 제2 보조 셀에 전류를 인가하고(806), 제1 보조 셀 및 제2 보조 셀 간 전압을 측정한다(808). 그 후 시간에 따른 제1 보조 셀 및 제2 보조 셀 간 전압의 변화에 기반하여 제1 보조 셀 또는 제2 보조 셀에 들어있는 전해액에 포함된 전해질을 분석한다(810).
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전해질 분석 방법의 흐름도이다.
먼저 메인 셀 및 저장 탱크와 연결되는 제1 보조 셀 및 제2 보조 셀 각각에 제1 전해액 또는 제2 전해액을 통과시킨다(902). 그리고 나서, 제1 보조 셀 및 상기 제2 보조 셀 중 적어도 하나를 폐쇄시킨다(904).
그 다음, 제1 보조 셀 및 제2 보조 셀 간 전압이 제1 전압 값에 도달하는 제1 완료 시간 동안 제1 보조 셀 및 제2 보조 셀에 전류를 인가하고(906), 제1 보조 셀 및 제2 보조 셀 간 전압이 제2 전압 값에 도달하는 제2 완료 시간 동안 제1 보조 셀 및 제2 보조 셀에 전류를 인가한다(908). 그 후 제1 완료 시간 및 제2 완료 시간에 기반하여 제1 보조 셀 또는 상기 제2 보조 셀에 들어있는 전해액에 포함된 전해질을 분석한다(910).
전술한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.

Claims (22)

  1. 메인 셀 및 저장 탱크와 연결되는 제1 보조 셀 및 제2 보조 셀 각각에 제1 전해액 또는 제2 전해액을 통과시키는 단계;
    상기 제1 보조 셀 및 상기 제2 보조 셀 중 어느 하나를 폐쇄시키는 단계;
    상기 제1 보조 셀 및 상기 제2 보조 셀에 전류를 인가하는 단계;
    상기 제1 보조 셀 및 상기 제2 보조 셀 간 전압을 측정하여 데이터를 생성하는 단계; 및
    시간에 따른 상기 제1 보조 셀 및 상기 제2 보조 셀 간 전압의 변화에 기반하여 폐쇄된 보조 셀에 들어있는 전해액에 포함된 전해질을 분석하는 단계를
    포함하는 레독스 플로우 전지의 전해질 분석 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전해질을 분석하는 단계는
    상기 시간에 따른 제1 및 제2 보조셀들 사이의 전압 변화를 나타내는 데이터로부터 도출된 그래프에서 전압의 제1 변곡 구간 및 제2 변곡 구간을 검출하는 단계; 및
    상기 제1 변곡 구간에 대한 제1 측정 시간 및 상기 제2 변곡 구간에 대한 제2 측정 시간을 검출하는 단계를
    포함하는 레독스 플로우 전지의 전해질 분석 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 전해질을 분석하는 단계는
    하기 [수학식 1]에 따라 상기 전해질의 양을 계산하는 단계를
    포함하는 레독스 플로우 전지의 전해질 분석 방법.

    [수학식 1]
    전해질의 양 = I × B
    (단, I는 상기 제1 보조 셀 및 상기 제2 보조 셀에 인가된 전류의 크기,
    B는 제2 측정 시간)
  4. 제2항에 있어서,
    상기 전해질을 분석하는 단계는
    상기 폐쇄된 보조 셀에 들어있는 전해액이 양극액인 경우, 하기 [수학식 2]에 따라 상기 전해질의 산화수를 계산하는 단계를
    포함하는 레독스 플로우 전지의 전해질 분석 방법.

    [수학식 2]
    전해질의 산화수 = X1 + A / B
    (단, X1은 미리 정해진 상수, A는 제1 측정 시간, B는 제2 측정 시간)
  5. 제2항에 있어서,
    상기 전해질을 분석하는 단계는
    상기 폐쇄된 보조 셀에 들어있는 전해액이 음극액인 경우, 하기 [수학식 3]에 따라 상기 전해질의 산화수를 계산하는 단계를
    포함하는 레독스 플로우 전지의 전해질 분석 방법.

    [수학식 3]
    전해질의 산화수 = X2 - A / B
    (단, X2는 미리 정해진 상수, A는 제1 측정 시간, B는 제2 측정 시간)
  6. 메인 셀 및 저장 탱크와 연결되는 제1 보조 셀 및 제2 보조 셀 중 어느 하나를 폐쇄시키는 보조 셀 제어부;
    상기 제1 보조 셀 및 상기 제2 보조 셀에 전류를 인가하고, 상기 제1 보조 셀 및 상기 제2 보조 셀 간 전압을 측정하는 전류 제어부; 및
    시간에 따른 상기 제1 보조 셀 및 상기 제2 보조 셀 간 전압의 변화에 기반하여 폐쇄된 보조 셀에 들어있는 전해액에 포함된 전해질을 분석하는 분석부를
    포함하는 레독스 플로우 전지의 전해질 분석 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 분석부는
    상기 시간에 따른 제1 및 제2 보조셀들 사이의 전압 변화를 나타내는 데이터로부터 생성된 그래프에서 전압의 제1 변곡 구간 및 제2 변곡 구간을 검출하고, 상기 제1 변곡 구간에 대한 제1 측정 시간 및 상기 제2 변곡 구간에 대한 제2 측정 시간을 검출하는
    레독스 플로우 전지의 전해질 분석 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 분석부는
    하기 [수학식 1]에 따라 상기 전해질의 양을 계산하는
    레독스 플로우 전지의 전해질 분석 장치.

    [수학식 1]
    전해질의 양 = I × B
    (단, I는 상기 제1 보조 셀 및 상기 제2 보조 셀에 인가된 전류의 크기,
    B는 제2 측정 시간)
  9. 제7항에 있어서,
    상기 분석부는
    상기 폐쇄된 보조 셀에 들어있는 전해액이 양극액인 경우, 하기 [수학식 2]에 따라 상기 전해질의 산화수를 계산하는
    레독스 플로우 전지의 전해질 분석 장치.

    [수학식 2]
    전해질의 산화수 = X1 + A / B
    (단, X1은 미리 정해진 상수, A는 제1 측정 시간, B는 제2 측정 시간)
  10. 제7항에 있어서,
    상기 분석부는
    상기 폐쇄된 보조 셀에 들어있는 전해액이 음극액인 경우, 하기 [수학식 3]에 따라 상기 전해질의 산화수를 계산하는
    레독스 플로우 전지의 전해질 분석 장치.

    [수학식 3]
    전해질의 산화수 = X2 - A / B
    (단, X2는 미리 정해진 상수, A는 제1 측정 시간, B는 제2 측정 시간)
  11. 메인 셀 및 저장 탱크와 연결되는 제1 보조 셀 및 제2 보조 셀 각각에 제1 전해액 또는 제2 전해액을 통과시키는 단계;
    상기 제1 보조 셀 및 상기 제2 보조 셀 중 어느 하나를 폐쇄시키는 단계;
    상기 제1 보조 셀 및 상기 제2 보조 셀 간 전압이 제1 전압 값에 도달하는 제1 완료 시간 동안 상기 제1 보조 셀 및 상기 제2 보조 셀에 전류를 인가하는 단계;
    상기 제1 보조 셀 및 상기 제2 보조 셀 간 전압이 제2 전압 값에 도달하는 제2 완료 시간 동안 상기 제1 보조 셀 및 상기 제2 보조 셀에 전류를 인가하는 단계; 및
    상기 제1 완료 시간 및 상기 제2 완료 시간에 기반하여 폐쇄된 보조 셀에 들어있는 전해액에 포함된 전해질을 분석하는 단계를
    포함하는 레독스 플로우 전지의 전해질 분석 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 전해질을 분석하는 단계는
    하기 [수학식 4]에 따라 상기 전해질의 양을 계산하는 단계를
    포함하는 레독스 플로우 전지의 전해질 분석 방법.

    [수학식 4]
    전해질의 양 = I × F
    (단, I는 상기 제1 보조 셀 및 상기 제2 보조 셀에 인가된 전류의 크기,
    F는 제2 완료 시간)
  13. 제11항에 있어서,
    상기 전해질을 분석하는 단계는
    상기 폐쇄된 보조 셀에 들어있는 전해액이 양극액인 경우, 하기 [수학식 5]에 따라 상기 전해질의 산화수를 계산하는 단계를
    포함하는 레독스 플로우 전지의 전해질 분석 방법.

    [수학식 5]
    전해질의 산화수 = X3 + E / F
    (단, X3은 미리 정해진 상수, E는 제1 완료 시간, F는 제2 완료 시간)
  14. 제11항에 있어서,
    상기 전해질을 분석하는 단계는
    상기 폐쇄된 제2 보조 셀에 들어있는 전해액이 양극액인 경우, 하기 [수학식 6]에 따라 상기 전해질의 산화수를 계산하는 단계를
    포함하는 레독스 플로우 전지의 전해질 분석 방법.

    [수학식 6]
    전해질의 산화수 = X4 - E / F
    (단, X4는 미리 정해진 상수, E는 제1 완료 시간, F는 제2 완료 시간)
  15. 제11항에 있어서,
    상기 전해질을 분석하는 단계는
    상기 폐쇄된 보조 셀에 들어있는 전해액이 음극액인 경우, 하기 [수학식 7]에 따라 상기 전해질의 산화수를 계산하는 단계를
    포함하는 레독스 플로우 전지의 전해질 분석 방법.

    [수학식 7]
    전해질의 산화수 = X5 - E / F
    (단, X5는 미리 정해진 상수, E는 제1 완료 시간, F는 제2 완료 시간)
  16. 제11항에 있어서,
    상기 전해질을 분석하는 단계는
    상기 폐쇄된 보조 셀에 들어있는 전해액이 음극액인 경우, 하기 [수학식 8]에 따라 상기 전해질의 산화수를 계산하는 단계를
    포함하는 레독스 플로우 전지의 전해질 분석 방법.

    [수학식 8]
    전해질의 산화수 = X6 + E / F
    (단, X6은 미리 정해진 상수, E는 제1 완료 시간, F는 제2 완료 시간)
  17. 메인 셀 및 저장 탱크와 연결되는 제1 보조 셀 및 제2 보조 셀 중 어느 하나를 폐쇄시키는 보조 셀 제어부;
    상기 제1 보조 셀 및 상기 제2 보조 셀 간 전압이 제1 전압 값에 도달하는 제1 완료 시간 동안 상기 제1 보조 셀 및 상기 제2 보조 셀에 전류를 인가하고, 상기 제1 보조 셀 및 상기 제2 보조 셀 간 전압이 제2 전압 값에 도달하는 제2 완료 시간 동안 상기 제1 보조 셀 및 상기 제2 보조 셀에 전류를 인가하는 전류 제어부; 및
    상기 제1 완료 시간 및 상기 제2 완료 시간에 기반하여 폐쇄된 보조 셀에 들어있는 전해액에 포함된 전해질을 분석하는 분석부를
    포함하는 레독스 플로우 전지의 전해질 분석 장치.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 분석부는
    하기 [수학식 4]에 따라 상기 전해질의 양을 계산하는
    레독스 플로우 전지의 전해질 분석 장치.

    [수학식 4]
    전해질의 양 = I × F
    (단, I는 상기 제1 보조 셀 및 상기 제2 보조 셀에 인가된 전류의 크기,
    F는 제2 완료 시간)
  19. 제17항에 있어서,
    상기 분석부는
    상기 폐쇄된 보조 셀에 들어있는 전해액이 양극액인 경우, 하기 [수학식 5]에 따라 상기 전해질의 산화수를 계산하는
    레독스 플로우 전지의 전해질 분석 장치.

    [수학식 5]
    전해질의 산화수 = X3 + E / F
    (단, X3은 미리 정해진 상수, E는 제1 완료 시간, F는 제2 완료 시간)
  20. 제17항에 있어서,
    상기 분석부는
    상기 폐쇄된 셀에 들어있는 전해액이 양극액인 경우, 하기 [수학식 6]에 따라 상기 전해질의 산화수를 계산하는
    레독스 플로우 전지의 전해질 분석 장치.

    [수학식 6]
    전해질의 산화수 = X4 - E / F
    (단, X4는 미리 정해진 상수, E는 제1 완료 시간, F는 제2 완료 시간)
  21. 제17항에 있어서,
    상기 분석부는
    상기 폐쇄된 보조 셀에 들어있는 전해액이 음극액인 경우, 하기 [수학식 7]에 따라 상기 전해질의 산화수를 계산하는
    레독스 플로우 전지의 전해질 분석 장치.

    [수학식 7]
    전해질의 산화수 = X5 - E / F(단, X5는 미리 정해진 상수, E는 제1 완료 시간, F는 제2 완료 시간)
  22. 제17항에 있어서,
    상기 분석부는
    상기 폐쇄된 보조 셀에 들어있는 전해액이 음극액인 경우, 하기 [수학식 8]에 따라 상기 전해질의 산화수를 계산하는
    레독스 플로우 전지의 전해질 분석 장치.

    [수학식 8]
    전해질의 산화수 = X6 + E / F
    (단, X6은 미리 정해진 상수, E는 제1 완료 시간, F는 제2 완료 시간)
KR1020130147530A 2013-11-29 2013-11-29 레독스 플로우 전지의 전해질 분석 방법 및 장치 KR101558683B1 (ko)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130147530A KR101558683B1 (ko) 2013-11-29 2013-11-29 레독스 플로우 전지의 전해질 분석 방법 및 장치
EP14194621.0A EP2879222B1 (en) 2013-11-29 2014-11-25 Method and apparatus for analyzing electrolyte of redox flow battery
CN201410713288.7A CN104678308B (zh) 2013-11-29 2014-11-28 用于分析氧化还原液流电池的电解质的方法和设备
US14/556,017 US20150153421A1 (en) 2013-11-29 2014-11-28 Method and apparatus for analyzing electrolyte of redox flow battery

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130147530A KR101558683B1 (ko) 2013-11-29 2013-11-29 레독스 플로우 전지의 전해질 분석 방법 및 장치

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20150062657A KR20150062657A (ko) 2015-06-08
KR101558683B1 true KR101558683B1 (ko) 2015-10-07

Family

ID=52006843

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020130147530A KR101558683B1 (ko) 2013-11-29 2013-11-29 레독스 플로우 전지의 전해질 분석 방법 및 장치

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20150153421A1 (ko)
EP (1) EP2879222B1 (ko)
KR (1) KR101558683B1 (ko)
CN (1) CN104678308B (ko)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006351346A (ja) 2005-06-15 2006-12-28 Kansai Electric Power Co Inc:The レドックスフロー電池システム
US20130084506A1 (en) 2011-03-29 2013-04-04 Enervault Corporation Monitoring electrolyte concentrations in redox flow battery systems

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009016217A (ja) * 2007-07-05 2009-01-22 Sumitomo Electric Ind Ltd レドックスフロー電池システム及びその運転方法
CN101562256B (zh) * 2009-05-27 2011-06-22 青岛武晓集团有限公司 一种用于全钒离子氧化还原液流电池的电解液制备方法
CN101968532A (zh) * 2009-07-28 2011-02-09 中国科学院金属研究所 钒电池正极电解液荷电状态的原位监测方法
CN102621085B (zh) * 2012-03-22 2013-11-06 湖南农业大学 一种钒电池电解液浓度在线检测的方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006351346A (ja) 2005-06-15 2006-12-28 Kansai Electric Power Co Inc:The レドックスフロー電池システム
US20130084506A1 (en) 2011-03-29 2013-04-04 Enervault Corporation Monitoring electrolyte concentrations in redox flow battery systems

Also Published As

Publication number Publication date
US20150153421A1 (en) 2015-06-04
CN104678308B (zh) 2017-10-27
CN104678308A (zh) 2015-06-03
EP2879222A1 (en) 2015-06-03
EP2879222B1 (en) 2017-05-03
KR20150062657A (ko) 2015-06-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3058608B1 (en) Method and apparatus for measuring transient state-of-charge using inlet/outlet potentials
US8980484B2 (en) Monitoring electrolyte concentrations in redox flow battery systems
KR101574410B1 (ko) 레독스 플로우 전지 평가 방법 및 장치
CN101320916B (zh) 组电池的保护装置和电池组装置
CN101839964B (zh) 一种实时测量全钒液流电池荷电状态的方法及装置
EP3151325A1 (en) Redox flow battery system and redox flow battery system operation method
US20150086896A1 (en) Monitoring electrolyte concentrations in redox flow battery systems
JP2006147374A (ja) バナジウムレドックスフロー電池システムの運転方法
US20130295424A1 (en) Electrolyte-Based Battery Cell, Method and System for Determining the State of Charge of Electrolyte-Based Batteries
US10067086B2 (en) Method for the in-situ recalibration of a comparison electrode incorporated into an electrochemical system
KR101558683B1 (ko) 레독스 플로우 전지의 전해질 분석 방법 및 장치
CN112415077A (zh) 全钒液流电池电解液检测方法及检测装置
KR20160077530A (ko) 레독스 흐름 전지의 운전 제어 방법 및 장치
KR101732817B1 (ko) 레독스 흐름 전지의 전해질 균형도 측정 방법 및 장치
WO2020026655A1 (ja) レドックスフロー電池システム
FR3071105B1 (fr) Methode de suivi in-situ d'une batterie a circulation
Khaki et al. Parameter estimation of vanadium redox battery electrochemical model by reduced number of sensors
US9419294B2 (en) Method and apparatus for controlling operation of redox flow battery
US20140170519A1 (en) Flow Battery System and Method Thereof
JP2022143641A (ja) レドックスフロー電池システム及びレドックスフロー電池システムの運転方法
WO2014155447A1 (ja) 寿命判定装置、寿命判定システムおよび寿命判定方法
KR20180058258A (ko) 레독스 흐름 전지의 잔존 수명 추정 방법 및 장치

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180920

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190918

Year of fee payment: 5