TW201611402A - 氧化還原液流電池系統及氧化還原液流電池系統之運轉方法 - Google Patents

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Abstract

氧化還原液流電池系統，具備：複數個分歧路，將複數個電池片部電性並聯連接；切換部，對各個分歧路所連接的閉迴路之導通狀態進行切換；循環機構，具有：槽，用於貯存電解液；泵，使槽內之電解液循環於各電池片部；檢測部，檢測和各個電池片部之開放電壓相關的物理量；判斷部，依據檢測部檢測的物理量，判斷於各個電池片部之開放電壓是否產生超過特定值之電壓差之狀態；及控制部，當判斷部判斷上述電壓差為超過上述特定值之狀態時使閉迴路成為非導通狀態，判斷上述電壓差為特定值以下之狀態時使閉迴路成為導通狀態，依此來控制切換部之切換動作。

Description

氧化還原液流電池系統及氧化還原液流電池系統之運轉方法
本發明關於具備蓄電池之一亦即氧化還原液流電池的氧化還原液流電池系統及氧化還原液流電池系統之運轉方法。特別是關於氧化還原液流電池系統及氧化還原液流電池系統之運轉方法，其可以抑制對並聯連接的電池片部供給電解液時所產生的不良情況。
近年來伴隨電力不足之深刻化，世界規模之風力發電或太陽光發電等自然能源之急速導入或電力系統之穩定化(例如頻率或電壓之維持等)成為課題。作為該對策技術之一被注目者為設置大容量的蓄電池，達成輸出變動之平滑化、多餘電力之儲存、負載平準化等。
作為大容量的蓄電池之一有氧化還原液流電池(以下稱為RF電池)。RF電池係利用正極電解液包含的離子與負極電解液包含的離子之氧化還元電位之差進行充放電的電池。圖6係利用釩離子作為正負之活物質的RF電池100之動作原理圖。如圖6所示，RF電池100具備 電池片100C，該電池片100C中藉由透過氫離子(質子(proton))的隔膜101分離正極片102與負極片103。正極片102內藏有正極電極104，而且貯存正極電解液的正極電解液用槽106透過導管108、110被連接。同樣，負極片103內藏有負極電極105，而且貯存負極電解液的負極電解液用槽107透過導管109、111被連接。各槽106、107所貯存的電解液滯留於進行充放電時係藉由泵112、113循環至各片102、103內。
上述電池片100C通常如圖7之下圖所示形成於稱為電池堆200的構造體的內部。電池堆200係如圖7之上圖所示具備以電池架(cell frame)120夾持電池片100C之複數個積層之構成，該電池片100C係將正極電極104、隔膜101及負極電極105重疊而成，該電池架120具備與框體122成一體化的雙極板121。該構成中，在隣接的各電池架120之雙極板121之間形成有1個電池片100C。各電池架120間之隙間藉由密封構造127密封。
電池堆200中電解液於電池片100C之流通，係藉由形成於框體122的供液用多歧管123、124及排液用多歧管125、126進行。正極電解液由供液用多歧管123透過形成於框體122之一面側(紙面表側)的溝供給至配置於雙極板121之一面側的正極電極104。之後，該正極電解液透過形成於框體122之上部的溝被排出至排液用多歧管125。同樣地，負極電解液由供液用多歧管124透過形成於框體122之另一面側(紙面背側)的溝被供給至配 置於雙極板121之另一面側的負極電極105。該負極電解液透過形成於框體122之上部的溝被排出至排液用多歧管126。
RF電池透過交流/直流轉換器等由來自發電所等之電力進行充電，並將充電的電力透過交流/直流轉換器等放電至負載。為能由電力系統獲得更多之電力，或對負載供給更多之電力，例如可以將以上述電池片為主要部的電池片部(例如上述電池堆)電性並聯連接。專利文獻1揭示之RF電池中1個電池堆具備複數個分割片(以下亦有稱為電池片部)。該RF電池具備切換手段，可以任意切換選擇的電池片部進行電性並聯連接，由選擇的電池片部進行充放電，依據和充放電量相應的高能源效率進行運轉。
[先行技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]特開2006-040591號公報
複數個電池片部被並聯連接時，在RF電池之運轉開始前對各電池片部進行正極電解液及負極電解液之供給時，即使電池片部未透過交流/直流轉換器進行與電力系統之間之充放電，電池片部之一部分亦有成為過充電狀態之情況。
本發明有鑑於上述事情，本發明的目的之一在於提供RF電池系統，其可以抑制對並聯連接的電池片部供給電解液時所產生的不良情況。又，本發明另一目的在於提供RF電池系統之運轉方法，其可以抑制對並聯連接的電池片部供給電解液時所產生的不良情況。
本發明一態樣的氧化還原液流電池系統具備：複數個分歧路，切換部，循環機構，檢測部，判斷部，及控制部。複數個分歧路，係將複數個電池片部電性並聯連接。切換部，對上述各個分歧路所連接的閉迴路之導通狀態進行切換。循環機構具有：槽，用於貯存電解液；及泵，使上述槽內之電解液循環於上述各電池片部。 檢測部，檢測和上述各個電池片部之開放電壓相關的物理量。判斷部，依據上述檢測部檢測的物理量，判斷於上述各個電池片部之開放電壓是否產生超過特定值之電壓差之狀態。控制部，當上述判斷部判斷上述電壓差為超過特定值之狀態時使上述閉迴路成為非導通狀態，判斷上述電壓差為特定值以下之狀態時使上述閉迴路成為導通狀態，依此來控制上述切換部之切換動作。
本發明一態樣的氧化還原液流電池系統之運轉方法，該氧化還原液流電池系統係使電解液循環於以複數個分歧路電性並聯連接的複數個電池片部者；包含以下過程。
檢測過程，檢測和上述各個電池片部之開放電壓相關的物理量。
判斷過程，依據上述物理量，判斷於上述各個電池片部之開放電壓是否產生超過特定值之電壓差之狀態。
切換控制過程，上述判斷結果，當上述電壓差為超過特定值時係將上述各個分歧路所連接的閉迴路設為非導通狀態，當上述電壓差在特定值以下時將上述閉迴路設為導通狀態。
上述氧化還原液流電池系統，可以抑制對並聯連接的電池片部供給電解液時所產生的不良情況。又，上述氧化還原液流電池系統之運轉方法，可以抑制對並聯連接的電池片部供給電解液時所產生的不良情況。
1、2、3、4、5‧‧‧氧化還原液流電池系統(RF電池系統)
10A、10B‧‧‧分歧路
12A、12A1、12A2、12An、12B、12B1、12B2、12Bn‧‧‧電池片部
13A、13B‧‧‧並聯片群
14‧‧‧切換部
20A、20B、20n‧‧‧循環機構
21‧‧‧正極電解液用槽
22‧‧‧負極電解液用槽
23、24‧‧‧泵
25~28‧‧‧導管
30‧‧‧檢測部
40‧‧‧判斷部
50‧‧‧控制部
51‧‧‧導通控制部
52‧‧‧切斷控制部
52α‧‧‧第一切斷控制部
52β‧‧‧第二切斷控制部
100‧‧‧氧化還原液流電池(RF電池)
100C‧‧‧電池片
101‧‧‧隔膜
102‧‧‧正極片
103‧‧‧負極片
104‧‧‧正極電極
105‧‧‧負極電極
106‧‧‧正極電解液用槽
107‧‧‧負極電解液用槽
108~111‧‧‧導管
112、113‧‧‧泵
200‧‧‧電池堆
120‧‧‧電池架
121‧‧‧雙極板
122‧‧‧框體
123、124‧‧‧供液用多歧管
125、126‧‧‧排液用多歧管
127‧‧‧密封構造
300‧‧‧交流/直流轉換器(AC/DC)
[圖1]實施形態1的氧化還原液流電池系統之概略構成圖。
[圖2]實施形態2的氧化還原液流電池系統之概略構成圖。
[圖3]實施形態3的氧化還原液流電池系統之概略構成圖。
[圖4]實施形態4的氧化還原液流電池系統之概略構 成圖。
[圖5]實施形態5的氧化還原液流電池系統之概略構成圖。
[圖6]氧化還原液流電池之概略原理圖。
[圖7]氧化還原液流電池具備的電池堆之概略構成圖。
[本發明之實施形態的說明]
本發明人，針對過充電狀態的電池片部調查結果發現，其與並聯連接的其他電池片部之間存在電解液量之差。於此，使用1個共通之循環機構(正極電解液用槽及泵，負極電解液用槽及泵)，對未被填充電解液的空狀態之各電池片部供給正極電解液及負極電解液，著眼於被供給至各電池片部的電解液量之結果，得知距離泵之距離越遠或是電池片部之設置位置越高，則電池片部之電解液量成為越少量。亦即，各電池片部之電解液量不均勻。電性並聯連接的複數個電池片部中，各電池片部之電解液量不均勻時，和該電解液量對應地各電池片部之開放電壓亦成為不均勻。具體言之為，電解液量越多之電池片部越成為高電壓，電池片部間和電解液量相應地產生電壓差。基於該電壓差使電流由高電壓之電池片部流向低電壓之電池片部，造成電解液量少量之電池片部成為過充電狀態。於此，針對複數個電池片部被電性並聯連接的RF電池系 統，檢討可以控制並抑制對各電池片部供給電解液時所產生不良情況之構成，而完成本發明。以下，說明本發明之實施形態的內容。
(1)實施形態的氧化還原液流電池系統，具備：複數個分歧路，切換部，循環機構，檢測部，判斷部，及控制部。複數個分歧路，係將複數個電池片部電性並聯連接。切換部，對上述各個分歧路所連接的閉迴路之導通狀態進行切換。循環機構具有：槽，用於貯存電解液；及泵，使上述槽內之電解液循環於上述各電池片部。檢測部，檢測和上述各個電池片部之開放電壓相關的物理量。判斷部，依據上述檢測部檢測的物理量，判斷於上述各個電池片部之開放電壓是否產生超過特定值之電壓差之狀態。控制部，當上述判斷部判斷上述電壓差為超過特定值之狀態時使上述閉迴路成為非導通狀態，判斷上述電壓差為特定值以下之狀態時使上述閉迴路成為導通狀態，依此來控制上述切換部之切換動作。
於此，電池片部係以電池片為主要部分，該電池片具備：內藏有正極電極的正極片；內藏有負極電極的負極片；及將兩片分離之同時透過透過特定離子的隔膜。電池片部可為具備1個上述電池片的單一電池片，或由複數個電池片積層而成的電池堆等。另外，於1個電池架形成複數個開口部，於每一開口部具備電池片(分割片)時，可為形成於各開口部的各分割片。
如上述說明，並聯連接的電池片部之一部分 成為過充電狀態的原因在於，對未填充電解液的空狀態之各電池片部供給電解液時，基於各電池片部之電解液量不均勻而在各電池片部間產生電壓差，即使一部分電池片部之電解液少量時電流亦由其他電池片部流入。各電池片部之電解液量不均勻而產生電壓差，主要係在RF電池之運轉開始前中，對各電池片部填充電解液時。例如在RF電池之初期狀態，由各電池片部未被填充電解液的空狀態至對各電池片部供給電解液時，電池片部間之電解液量產生偏差，和電解液量對應地容易產生電壓差。又，在RF電池之待機狀態，停止泵，為抑制自發放電而暫時將電解液由電池片部排出時，在RF電池之運轉開始時需要再度導入電解液，於該電解液之導入時產生上述電解液之偏差，和電解液量對應地容易產生電壓差。其他如在RF電池之待機狀態，停止泵，保持將電解液填充至電池片部而經過長時間時，電池片部內之電解液基於自發放電而較槽內之電解液成為低電壓，於該狀態下開始RF電池之運轉而再度導入電解液時，電壓進一步變化而容易產生電壓差。又，置放於各電池片部內的電解液之自發放電之程度有差時，於再度導入電解液前之時點於各電池片部亦有可能產生電壓差。
依據上述構成，對和各電池片部之開放電壓相關的物理量進行檢測，依據該物理量判斷判斷各電池片部間之電壓差成為超過特定值之狀態時，進行控制以使閉迴路成為非導通狀態，因此即使各電池片部間產生電壓差 電流亦不流入閉迴路。因此，即使電池片部未透過交流/直流轉換器進行與電力系統間之充放電時，亦可以抑制電池片部之一部分成為過充電狀態之不良情況。判斷各電池片部間之電壓差在特定值以下之狀態時，進行控制以使閉迴路成為導通狀態即可。
(2)作為實施形態的氧化還原液流電池系統，例如可為上述切換部設於上述各個分歧路之兩端部。
藉由切換部設於各分歧路之兩端部，可以確實控制閉迴路之導通狀態。
(3)實施形態的氧化還原液流電池系統可以是，上述檢測部具備檢測上述開放電壓的電壓計。上述判斷部依據上述開放電壓判斷是否產生上述電壓差之狀態。
依據上述構成，檢測各電池片部之開放電壓，因此可以確實把握各電池片部間之電壓差。
(4)實施形態的氧化還原液流電池系統可以是，上述檢測部具備電解液檢測部，用於檢測和流通於上述各個電池片部的電解液之流通狀態相關的非電性量。上述判斷部依據上述非電性量判斷是否產生上述電壓差之狀態。
只要各電池片部內之電解液為同一組成而且在同一充電狀態，各電池片部之開放電壓即可不受各電池片部內之電解液量影響。因此，和各電池片部之開放電壓相關的物理量，可以是檢測和電解液之流通狀態相關的非電性量。藉由對各電池片部之上述非電性量進行檢測，可 以把握電池片部內同一組成而且同一充電狀態之電解液量，可以把握各電池片部間之電壓差。非電性量之具體例如後述。
充電狀態(SOC：State of Charge，亦稱為充電深度)表示正極電解液及負極電解液之各電解液中之活物質之濃度。例如正極電解液使用包含5價及4價之釩離子(V5+/V4+)的溶液，及負極電解液使用包含2價及3價之釩離子(V2+/V3+)的溶液時，可以以下之式表示。
V(5價)/{V(5價)+V(4價)}於此，V(5價)表示5價之釩離子濃度(mol/L)，V(4價)表示4價之釩離子濃度(mol/L)。
V(2價)/{V(3價)+V(2價)}於此，V(2價)表示2價之釩離子濃度(mol/L)，V(3價)表示3價之釩離子濃度(mol/L)。
(5)實施形態的氧化還原液流電池系統可以是，上述檢測部具備計時器，該計時器檢測上述泵的驅動開始時起之經過時間並作為上述非電性量。上述判斷部依據上述時間是否經過特定時間來判斷是否產生上述電壓差之狀態。
作為非電性量可以檢測和各電池片部內之電解液量相關之時間。藉由事先測定泵的驅動開始時起之經過時間與對各電池片部供給的電解液之填充量的相關關係，由該相關關係可以把握各電池片部內之電解液量。因此，藉由將各電池片部內之上述電解液之填充量實質上成 為均勻的時間設為特定時間，容易在成為特定時間時對切換部進行切換。依據時間把握電解液量，因此無需另外設置測定電解液量之機器。
(6)實施形態的氧化還原液流電池系統可以是，上述控制部具備第一切斷控制部，在上述泵之停止時切換上述切換部以使上述閉迴路成為非導通狀態。
停止泵，為抑制自發放電而暫時將電解液由電池片部排出時，即使電池片部間出現排出量之差，基於閉迴路成為非導通狀態而可以抑制電流流入。
(7)實施形態的氧化還原液流電池系統可以是，具備交流/直流轉換器，其電性連接於上述電池片部；上述控制部具備第二切斷控制部，在上述交流/直流轉換器之停止時切換上述切換部以使上述閉迴路成為非導通狀態。
停止交流/直流轉換器之後，電池片部未透過交流/直流轉換器進行與與電力系統間之充放電，因此需要有效抑制閉迴路中電池片部間之電壓差引起的過充電。因此，交流/直流轉換器之停止時藉由設定閉迴路成為非導通狀態，可以有效抑制電池片部間之過充電。
(8)實施形態的氧化還原液流電池系統之運轉方法，該氧化還原液流電池系統係使電解液循環於以複數個分歧路電性並聯連接的複數個電池片部者；包含以下過程。
檢測過程，檢測和上述各個電池片部之開放電壓相關 的物理量。
判斷過程，依據上述物理量，判斷於上述各個電池片部之開放電壓是否產生超過特定值之電壓差之狀態。
切換控制過程，上述判斷結果，當上述電壓差為超過特定值時係將上述各個分歧路所連接的閉迴路設為非導通狀態，當上述電壓差在特定值以下時將上述閉迴路設為導通狀態。
依據上述構成，依據物理量當各電池片部間之電壓差成為超過特定值時，將閉迴路設為非導通狀態而未流入電流。因此，即使電池片部未透過交流/直流轉換器進行與電力系統間之充放電，亦可以抑制電池片部之一部分成為過充電狀態之不良情況。各電池片部間之電壓差在特定值以下時，將閉迴路設為導通狀態即可。
[本發明之實施形態的詳細]
以下說明本發明之實施形態的詳細。又，本發明不限定於彼等例示，在申請專利範圍所示，與申請專利範圍均等之意義及範圍內之全部變更均包含於本發明。又，圖中同一符號表示同一名稱物。
<實施形態1> 〔RF電池系統〕
參照圖1說明實施形態1的RF電池系統1。RF電池系統1，代表性者係透過與交流/直流轉換器(AC/DC)300 電性連接的變電設備(未圖示)等，被連接於發電部(例如太陽光發電機、風力發電機、或其他一般之發電所等，未圖示)與負載(電力系統或需要家等，未圖示)而進行充放電運轉。RF電池系統1之使用形態和習知的RF電池之使用形態同樣。
RF電池系統1具備：將2個電池片部12A、12B電性並聯連接的二個分歧路10A、10B；設於各分歧路10A、10B之兩端部的切換部14；及對各電池片部12A、12B供給電解液的循環機構20A。電池片部12A、12B被電性連接於交流/直流轉換器300。切換部14對由各分歧路10A、10B形成的電性連接的閉迴路之導通狀態進行切換。本實施形態1的RF電池系統1之主要特徵在於具備：檢測部30，對和各電池片部12A、12B之開放電壓相關的物理量進行檢測；判斷部40，依據檢測的物理量判斷電池片部12A、12B間之電壓差之發生之有無；及控制部50，對應於該判斷結果控制切換部14之切換動作。
〔電池片部〕
電池片部12A、12B係以電池片100C(圖6、7)為主要部分，該電池片100C具備：內藏有正極電極104的正極片102，內藏有負極電極105的負極片103，及將兩片102、103分離之同時透過特定離子的隔膜101。電池片部12A、12B可為具備1個電池片100C的單一電池片，或由 複數個電池片100C積層而成的電池堆200(參照圖7)等。其他如於1個電池架形成複數個開口部，於每一開口部具備電池片(分割片)時，可為形成於各開口部的各分割片。電池片部12A、12B藉由將複數個電池堆200電性並聯連接而容易進行大輸出化。具備電池堆的RF電池之構成，可以採用參照圖6及圖7說明的習知RF電池100同樣之構成，因此省略其詳細說明。
電池片部12A、12B藉由分歧路10A、10B被電性並聯連接。該並聯連接之形態例如可為複數個電池片被並聯連接的形態，或複數個電池堆被並聯連接的形態，或複數個分割片被並聯連接的形態等。於此雖設為由2個分歧路10A、10B形成電性連接之閉迴路，但亦可設為由三個以上之分歧路形成複數個閉迴路。
〔切換部〕
切換部14對由各分歧路10A、10B形成的電性連接的閉迴路之導通狀態進行切換。該切換部14只要能電性切斷閉迴路即可，可以設於分歧路10A、10B之一方之分歧路之至少一端部。當然亦可以僅設於兩分歧路10A、10B之一端部。於此，設於兩分歧路10A、10B之兩端部。切換部14係可以電性切斷的裝置，例如可為切斷器、電磁接觸器、繼電器等。該切換部14藉由後述之控制部50控制切換動作。
〔循環機構〕
循環機構20A係藉由使正極電解液與負極電解液循環至各電池片部12A、12B，而對各電池片部12A、12B進行充放電的機構。循環機構20A具備：貯存正極電解液的正極電解液用槽21；貯存負極電解液的負極電解液用槽22；使各槽21、22貯存的電解液循環至各電池片部12A、12B的泵23、24；及將槽21、22及泵23、24連接於電池片部12A、12B的導管25~28。圖1中，導管25~28內之箭頭表示電解液之流通方向之一例。此點於圖2~圖5亦同樣。循環機構可以被並聯連接的複數個電池片部共通利用。於此，1個循環機構20A被電池片部12A、12B共通利用。
正極電解液及負極電解液可以設為，(1)兩極之電解液包含釩離子的V系一液形態，(2)正極電解液包含錳離子，負極電解液包含鈦離子的Ti/Mn系二液形態，(3)正極電解液包含錳離子與鈦離子，負極電解液包含鈦離子的Ti/Mn系形態，(4)兩極之電解液包含錳離子及鈦離子的Ti/Mn系一液形態等。兩極之電解液可以利用公知之電解液。
〔檢測部〕
檢測部30檢測和各電池片部12A、12B之開放電壓相關的物理量。和開放電壓相關的物理量可以是開放電壓本身，或和流通於電池片部內的電解液之流通狀態相關的 非電性量。彼等物理量如後述。
〔判斷部〕
判斷部40，係依據檢測部30檢測的物理量，對各電池片部12A、12B之開放電壓是否產生超過特定值之電壓差之狀態進行判斷。各電池片部12A、12B間之電壓差在20%以下為較佳，10%以下為更佳，特別是5%為更佳，0%為最好。該各電池片部12A、12B間之電壓差係依據檢測部30檢測的物理量直接或間接判斷。供作為判斷用的物理量之特定值(臨限值)可以依每一物理量記憶於記憶部。判斷部40對應於檢測的物理量讀出記憶部之臨限值，並和檢測的物理量進行對比。
〔控制部〕
控制部50依據判斷部40之結果來控制切換部14之切換動作。控制部50具備導通控制部51與切斷控制部52。當判斷部40判斷電壓差成為超過特定值之狀態時，切斷控制部52將切換部14設為非導通狀態(off)以使閉迴路成為非導通狀態。當判斷部40判斷電壓差在特定值以下之狀態時，導通控制部51將切換部14設為導通狀態(on)以使閉迴路成為導通狀態。
隨著和各電池片部12A、12B之開放電壓相關的物理量之不同，檢測部30亦不同，判斷部40之判斷方法亦不同。以下，說明和開放電壓相關的物理量相應之檢 測部30、判斷部40、控制部50。
．物理量：開放電壓
依據各電池片部12A、12B之開放電壓本身進行判斷、控制。檢測部30例如可以是利用監控片(monitor cell)。監控片係利用各電池片部12A、12B之一部分之電池片來構成。和與電池片部12A、12B獨立另設監控片時比較，藉由將電池片部12A、12B之一部分之電池片設為監控片可以正確而且即時把握各電池片部12A、12B內之開放電壓。循環供給至監控片的電解液，係和各電池片部12A、12B共通之電解液同樣地被循環供給。構成監控片的電池片不被利用於充放電，而被利用於各電池片部12A、12B之開放電壓之測定。開放電壓之測定係使用連接於監控片的電壓計。依據各電池片部12A、12B之雙方之監控片之值，當各電池片部12A、12B間之電壓差在特定值以下時將切換部14切換為導通狀態。亦即，當判斷各電池片部12A、12B間之電壓差成為超過特定值之狀態時切換部14保持非導通狀態。又，切換部14處於導通狀態，而判斷部40判斷各電池片部12A、12B間之電壓差成為超過特定值之狀態時將切換部14切換為非導通狀態。和開放電壓相應之控制，在對各電池片部12A、12B供給電解液時，不受各電池片部12A、12B內之電解液之有無或電解液之充電狀態影響乃然有效。
．物理量：和電解液之流通狀態相關的非電性 量
作為和各電池片部12A、12B之開放電壓相關的物理量而選擇和電解液之流通狀態相關的非電性量，依據該非電性量進行判斷、控制。此時，具備對和各電池片部12A、12B之電解液之流通狀態相關的非電性量進行檢測的電解液檢測部(檢測部30)。假設各電池片部12A、12B內之電解液為同一組成而且同一充電狀態，則各電池片部之開放電壓受各電池片部12A、12B內之電解液量之影響。特別是可由後述之電解液之流通狀態把握各電池片部12A、12B內被電解液充満。因此，藉由對和各電池片部12A、12B內之電解液之流通狀態相關的非電性量進行檢測，可以把握各電池片部之開放電壓。以下說明非電性量之具體例。
非電性量可為泵23、24的驅動開始時起之經過時間。此時，檢測部30具備檢測上述經過時間的計時器。和時間相應之控制，在對各電池片部12A、12B供給電解液時，當各電池片部12A、12B內為未填充電解液的空狀態時，或各電池片部12A、12B內被填充經由完全自發放電之電解液時特別有效。時間之決定可以考慮來自泵23、24之電解液之流量、至各電池片部12A、12B之電解液之導入用導管25、26之容量，及各電池片部12A、12B內之電解液之容量等條件來進行。具體言之為，事先針對納入上述條件考慮後之時間與被供給至各電池片部12A、12B內的電解液之填充量間的相關關係進行測定。由該相 關關係而將各電池片部12A、12B內之電解液之填充量實質上成為均勻的時間設定於上述特定時間，當成為該特定時間時判斷各電池片部12A、12B間之電壓差在特定值以下狀態而進行將切換部14切換為導通狀態之控制。
各電池片部12A、12B間之電壓差成為20%以下，例如可為全部電池片部12A、12B中，電解液之填充量在該電池片部之電解液容量之90%以上。相對於各電池片部之電解液容量，上述電解液之填充量在95%以上為較佳，98%以上為更佳，100%為特別好。例如設為以下較佳，亦即設為全部電池片部12A、12B內被泵23、24之驅動開始以後所供給的電解液充満，或者全部電池片部12A、12B內之電解液被泵23、24之驅動開始以後所供給的電解液替換之程度之時間為較好。
其他非電性量可為，泵23、24之驅動開始以後供給至各電池片部12A、12B內的電解液之累計流量。此時，檢測部30具備流量計，對供給至各電池片部12A、12B內的電解液之流量進行檢測。於各電池片部12A、12B或其前後之導管等配置流量計，由流量計之值以及以該流量供給電解液的時間運算出電解液之累計供給量。將獲得的累計供給量與各電池片部12A、12B之電解液容量進行對比，把握各電池片部12A、12B內之電解液量，判斷各電池片部12A、12B間是否產生電壓差之狀態。具體言之為，判斷累計供給量相對於各電池片部12A、12B之電解液容量的比率(填充量(%))是否成為90% 以上。判斷結果，電壓差在特定值以下之狀態時將切換部14切換為導通狀態。亦即，判斷各電池片部12A、12B間之電壓差成為超過特定值之狀態之期間切換部14保持非導通狀態。又，切換部14在導通狀態時，判斷部40判斷各電池片部12A、12B間之電壓差成為超過特定值之狀態時係將切換部14切換為非導通狀態。流量計例如配置於各電池片部12A、12B之導入用導管25、26。此時，可以檢測對於各電池片部12A、12B之電解液之供給量，容易把握相對於各電池片部12A、12B之電解液容量的上述累計供給量。又，流量計可以配置於各電池片部12A、12B之排出用導管27，28，配置於電解液之循環用導管(導管25~28)之何處均可。
其他之非電性量可為各電池片部12A、12B內之壓力。此時，檢測部30具備設置於各電池片部12A、12B內，測定各電池片部12A、12B內之內壓的壓力計。壓力之控制，在對各電池片部12A、12B供給電解液時，各電池片部12A、12B內處於未填充電解液的空狀態時特別有效。電池片部12A、12B填充越多電解液壓力變為越高，因此和電池片部內之壓力相關可以把握電解液量。依據各電池片部12A、12B之雙方之壓力計把握各電池片部12A、12B內之電解液之填充量，判斷是否成為產生電壓差的狀態。具體言之為，將各電池片部之電解液之填充量(%)成為例如90%以上時之電池片部內之壓力設為特定值(臨限值)並記憶於記憶部，判斷檢測的壓力是否超出臨限 值。依據判斷結果對控制部之控制係和上述流量計時同樣。
又，非電性量可為對各電池片部12A、12B內之電解液之流通狀態進行影像處理的影像辨識。此時，檢測部30係於各電池片部12A、12B連結的導管具備透明窗，具備攝影機可對由該透明窗觀察的電解液進行攝影等。如圖1所示，循環機構20A由各電池片部12A、12B之下方供給電解液，由上方排出的構成時，可以將各電池片部12A、12B連結的導管之中排出用導管27、28之一部分設為透明窗。電解液填充於各電池片部12A、12B時，電解液流通於排出用導管27、28，因此藉由檢測流通於該排出用導管27、28的電解液之存在，可以把握各電池片部12A、12B內之電解液量。基於影像辨識來把握電解液量，在對各電池片部12A、12B供給電解液時，各電池片部12A、12B內處於未填充電解液的空狀態時特別有效。由空之狀態供給電解液而可於排出用導管27、28檢測電解液之存在時，可以推測各電池片部12A、12B內充滿電解液。又，亦可以使用電解液之充電狀態之色相進行影像辨識。電解液依其種類依據充電狀態色相會有差異，因此各電池片部之色相之差異在特定值(臨限值)以下，即可判斷各電池片部之開放電壓之電壓差為適合之狀態。此情況，對各電池片部12A、12B供給電解液時，不論各電池片部12A、12B內之電解液之有無或電解液之充電狀態均有效。若可以獲知排出用導管27、28流通特定 之電解液，即可獲知各電池片部12A、12B內被電解液充満或各電池片部12A、12B內之電解液全部被替換，間接可以獲知各電池片部12A、12B間之電壓差。因此，藉由電池片部12A、12B之雙方之影像辨識檢測出特定之電解液時，判斷各電池片部12A、12B間之電壓差在特定值以下狀態而進行將切換部14切換為導通狀態之控制。取代基於色相之影像辨識，依據經由透明窗的光之透過狀態來判斷電解液之有無或電解液之色相亦可。例如隔著排出用導管之透明窗區間由徑向之對向之一方將雷射等檢測光照射至透明窗，於另一方以受光元件檢測排出用導管之透過光，由該檢測強度可以檢測電解液之有無或電解液之色相。
當判斷部40判斷電壓差成為超過特定值之狀態時，切斷控制部52將切換部14設為非導通狀態(off)以使閉迴路成為非導通狀態。其他如切斷控制部52係在RF電池之運轉終了後成為待機狀態時亦進行的控制部。切斷控制部52依據將切換部14設為非導通狀態之促發之不同，而具備第一切斷控制部52α與第二切斷控制部52β之至少一個。
．第一切斷控制部
第一切斷控制部52α係選擇泵23、24將其設為非導通狀態之促發，在泵23、24之停止時將切換部14切換為非導通狀態。
．第二切斷控制部
第二切斷控制部52β係選擇交流/直流轉換器300將其設為非導通狀態之促發，在交流/直流轉換器300之停止時將切換部14切換為非導通狀態。
〔RF電池系統之運轉方法〕
具備上述控制部50的本實施形態1的RF電池系統1，在並聯連接的RF電池之運轉開始前，在對各電池片部供給電解液時，對由並聯連接的各分歧路10A、10B所形成的電性連接之閉迴路之導通狀態進行控制。
首先，在RF電池之初期狀態，對各電池片部12A、12B供給電解液時，由控制部50將切換部14設為非導通狀態(off)以使閉迴路成為非導通狀態。於該狀態下，藉由共通之循環機構20A將正極電解液及負極電解液供給至各電池片部12A、12B。此時，由檢測部30檢測和各電池片部12A、12B之開放電壓相關的物理量。該檢測部30依據物理量之不同來選擇。檢測部30檢測的資訊(信號)透過有線或無線而由判斷部40接收。判斷部40依據接收的資訊針對各電池片部12A、12B之開放電壓是否產生超過特定值之電壓差之狀態進行判斷。該判斷結果顯示電壓差超過特定值時，控制部50將切換部14設為非導通狀態以使閉迴路成為非導通狀態。只要閉迴路在非導通狀態，即使各電池片部12A、12B間為產生電壓差之狀態 亦不會流入電流。判斷部40之結果顯示電壓差在特定值以下時，控制部50將切換部14設為導通狀態(on)以使閉迴路成為導通狀態。
之後，將RF電池設為待機狀態時，停止泵23、24，控制部50接收泵23、24之停止信號，以該停止信號作為促發而將切換部14設為非導通狀態(off)以使閉迴路成為非導通狀態。將該切換部14設為非導通狀態之控制，亦可以取代泵23、24之停止信號改用交流/直流轉換器300之停止信號作為促發。
如上述說明，再度開始待機狀態的RF電池之運轉時，藉由檢測部30針對和各電池片部12A、12B之開放電壓相關的物理量進行檢測之同時，對各電池片部12A、12B供給電解液。控制部50依據接收的資訊針對各電池片部12A、12B之開放電壓是否產生超過特定值之電壓差之狀態進行判斷。控制部50 ，判斷結果顯示電壓差超過特定值時，控制部50將切換部14設為非導通狀態以使閉迴路成為非導通狀態，電壓差在特定值以下時，將切換部14設為導通狀態(on)以使閉迴路成為導通狀態。
<實施形態2>
如圖2所示，對各電池片部12A、12B之電解液之供給可以使用不同的循環機構20A、20B進行。實施形態2除獨立設置各電池片部12A、12B之循環機構以外均和實施形態1同樣。獨立的2個循環機構20A、20B之構成和 實施形態1同樣。使用相同構成之2個循環機構20A、20B時，若將循環機構20A之泵23、24與電池片部12A的距離，和循環機構20B之泵23、24與電池片部12B的距離設為不同等時，電池片部12A之電解液量與電池片部12B之電解液量有可能不均勻。又，基於泵23、24之能力(例如劣化引起的衰退)，電解液對各電池片部12A、12B之填充狀態亦有可能不同。亦即，和電解液之填充量之差對應而在各電池片部12A、12B間之開放電壓產生電壓差。於此，和實施形態1同樣，藉由檢測部30對和各電池片部12A、12B之開放電壓相關的物理量進行檢測，判斷部40依據物理量對各電池片部12A、12B間之電壓差進行判斷，控制部50依據判斷結果進行閉迴路之導通狀態之切換。
<實施形態3>
如圖3所示，並聯連接的電池片部，可以是藉由各分歧路10A、10B分別將複數個電池片部電性串聯連接。實施形態3除將由2個電池片部串聯連接而成的2個分歧路予以並聯連接以外均和實施形態1同樣。實施形態3中，於分歧路10A係將2個電池片部12A1、12A2電性串聯連接，於分歧路10B將2個電池片部12B1、12B2電性串聯連接。之後，該2個分歧路10A、10B被電性並聯連接。切換部14設於各分歧路10A、10B之兩端部。電解液藉由1個共通的循環機構20A供給至複數個電池片部 12A1、12A2、12B1、12B2。
實施形態3亦和實施形態1同樣，藉由檢測部30對和各電池片部12A1、12A2、12B1、12B2之開放電壓相關的物理量進行檢測，藉由判斷部40依據物理量對各電池片部12A1、12A2、12B1、12B2間個別之開放電壓之電壓差進行判斷，控制部50依據判斷結果進行閉迴路之導通狀態之切換。隨著和泵之距離越遠，被供給至電池片部的電解液量越容易變為少量，因此在各分歧路10A、10B中被串聯連接的2個電池片部12A1、12A2(12B1、12B2)間亦有可能產生電解液量不均勻。因此，電池片部之開放電壓，較好是藉由檢測部30對全部電池片部12A1、12A2、12B1、12B2進行檢測。例如檢測部30使用監控片時，較好是將監控片設於各電池片部12A1、12A2、12B1、12B2，針對各電池片部12A1、12A2、12B1、12B2之開放電壓進行檢測。
<實施形態4>
如圖4所示，並聯連接的電池片部，係藉由各分歧路10A、10B分別將複數個電池片部電性串聯連接，在由各分歧路10A、10B選擇的一個個電池片部亦可以藉由共通的循環機構進行電解液的供給。亦即，和由各分歧路10A、10B串聯連接的電池片部之個數對應地構成循環機構。實施形態4中除藉由各分歧路10A、10B串聯連接的電池片部之個數，以及和該個數對應地構成循環機構以 外，均和實施形態3同樣。實施形態4中，於分歧路10A將複數個電池片部12A1、12A2、...、12An電性串聯連接，於分歧路10B將複數個電池片部12B1、12B2、...、12Bn電性串聯連接。接著，該2個分歧路10A、10B被電性並聯連接。切換部14設於各分歧路10A、10B之兩端部。電解液藉由循環機構20A被供給至分歧路10A之電池片部12A1與分歧路10B之電池片部12B1。同樣地，藉由循環機構20n被供給至分歧路10A之電池片部12An與分歧路10B之電池片部12Bn。實施形態4中和實施形態3同樣，藉由檢測部30對和各電池片部12A1、12A2、...、12An、12B1、12B2、...、12Bn之開放電壓相關的物理量進行檢測，藉由判斷部40依據物理量針對各電池片部間個別之開放電壓之電壓差進行判斷，控制部50依據判斷結果進行閉迴路之導通狀態之切換。
<實施形態5>
如圖5所示，並聯連接的並聯片群可以是將複數個並聯片群13A、13B電性串聯連接的形態。並聯片群13A中電池片部12A1、12B1係藉由各分歧路10A、10B電性並聯連接。同樣地，並聯片群13B中電池片部12A2、12B2係藉由各分歧路10A、10B電性並聯連接。各電池片部12A1、12B1、12A2、12B2之構成和實施形態1同樣。切換部14設於各並聯片群13A、13B中之各分歧路10A、10B之兩端部。實施形態5中，閉迴路形成於並聯片群 13A、13B之每一個。因此，切換部14需要對應於並聯片群13A、13B之每一個進行閉迴路之導通狀態之切換。循環機構於各並聯片群13A、13B被獨立設置。電解液藉由循環機構20A被供給至並聯片群13A之各分歧路10A、10B之各電池片部12A1、12B1。同樣地，藉由循環機構20B被供給至並聯片群13B之各分歧路10A、10B之各電池片部12A2、12B2。
實施形態5亦和實施形態1同樣，藉由檢測部30對和各電池片部12A1、12A2、12B1、12B2之開放電壓相關的物理量進行檢測，藉由判斷部40依據物理量針對各電池片部12A1、12A2、12B1、12B2間各別之開放電壓之電壓差進行判斷，控制部50依據判斷結果進行閉迴路之導通狀態之切換。實施形態5中，依據並聯片群13A、13B之每一個形成閉迴路，對並聯片群13A之電池片部12A1、12B1間之電壓差進行比較，對並聯片群13B之電池片部12A2、12B2間之電壓差進行比較。並聯片群13A之電池片部12A1、12B1間之電壓差超過特定值時，將切換部14設為非導通狀態以使閉迴路成為非導通狀態，依此則即使各電池片部12A1、12B1間產生電壓差時，電流亦不會流入。同樣地，並聯片群13B之電池片部12A2、12B2間之電壓差超過特定值時，將切換部14設為非導通狀態以使閉迴路成為非導通狀態，如此則即使各電池片部12A2、12B2間產生電壓差，電流亦不會流入。
[產業上之可利用性]
本發明之氧化還原液流電池系統適合利用於，以達成利用自然能源的發電機之輸出變動之平滑化、多餘電力之貯存、負載平準化等為目的的大容量蓄電池。本發明之氧化還原液流電池系統之運轉方法，可以利用於具備並聯連接的複數個電池片部的氧化還原液流電池系統之運轉。
1‧‧‧氧化還原液流電池系統(RF電池系統)
10A、10B‧‧‧分歧路
12A、12B‧‧‧電池片部
14‧‧‧切換部
20A‧‧‧循環機構
21‧‧‧正極電解液用槽
22‧‧‧負極電解液用槽
23、24‧‧‧泵
25~28‧‧‧導管
30‧‧‧檢測部
40‧‧‧判斷部
50‧‧‧控制部
51‧‧‧導通控制部
52‧‧‧切斷控制部
52α‧‧‧第一切斷控制部
52β‧‧‧第二切斷控制部
100‧‧‧氧化還原液流電池(RF電池)
300‧‧‧交流/直流轉換器(AC/DC)

Claims (8)

  1. 一種氧化還原液流電池系統，具備：複數個分歧路，將複數個電池片部電性並聯連接；切換部，對上述各個分歧路所連接的閉迴路之導通狀態進行切換；循環機構，具有：槽，用於貯存電解液；泵，使上述槽內之上述電解液循環於上述各電池片部；檢測部，檢測和上述各個電池片部之開放電壓相關的物理量；判斷部，依據上述檢測部檢測的上述物理量，判斷於上述各個電池片部之上述開放電壓是否產生超過特定值之電壓差之狀態；及控制部，當上述判斷部判斷上述電壓差為超過上述特定值之狀態時使上述閉迴路成為非導通狀態，判斷上述電壓差為上述特定值以下之狀態時使上述閉迴路成為導通狀態，依此來控制上述切換部之切換動作。
  2. 如申請專利範圍第1項之氧化還原液流電池系統，其中上述切換部設於上述各個分歧路之兩端部。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之氧化還原液流電池系統，其中上述檢測部具備電壓計用於檢測上述開放電壓；上述判斷部依據上述開放電壓判斷是否產生上述電壓差之狀態。
  4. 如申請專利範圍第1或2項之氧化還原液流電池系統，其中上述檢測部具備電解液檢測部，用於檢測和流通於上述各個電池片部的上述電解液之流通狀態相關的非電性量；上述判斷部依據上述非電性量判斷是否產生上述電壓差之狀態。
  5. 如申請專利範圍第4項之氧化還原液流電池系統，其中上述檢測部具備計時器，上述計時器檢測上述泵的驅動開始時起之經過時間作為上述非電性量；上述判斷部依據上述時間是否經過特定時間來判斷是否產生上述電壓差之狀態。
  6. 如申請專利範圍第1或2項之氧化還原液流電池系統，其中上述控制部具備第一切斷控制部，在上述泵之停止時切換上述切換部以使上述閉迴路成為非導通狀態。
  7. 如申請專利範圍第1或2項之氧化還原液流電池系統，其中具備交流/直流轉換器，其電性連接於上述電池片部；上述控制部具備第二切斷控制部，在上述交流/直流轉換器之停止時切換上述切換部以使上述閉迴路成為非導通狀態。
  8. 一種氧化還原液流電池系統之運轉方法，該氧化還原液流電池系統係使電解液循環於以複數個分歧路電性並聯連接的複數個電池片部者；包含：檢測和上述各個電池片部之開放電壓相關的物理量之過程；依據上述物理量，判斷於上述各個電池片部之上述開放電壓是否產生超過特定值之電壓差之狀態的過程；及上述判斷結果，當上述電壓差為超過上述特定值時係將上述各個分歧路所連接的閉迴路設為非導通狀態，當上述電壓差在上述特定值以下時將上述閉迴路設為導通狀態的過程。
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