TW201637271A - 氧化還原液流電池系統，泵控制部，及氧化還原液流電池的運轉方法 - Google Patents

氧化還原液流電池系統，泵控制部，及氧化還原液流電池的運轉方法 Download PDF

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Abstract

一種氧化還原液流電池系統，具備：向電池單元循環供給電解液的泵，控制前述泵流量的泵控制部，測定前述電解液的充電狀態的充電狀態測定部，測定前述電池單元的端子電壓之端子電壓測定部；前述泵控制部，具有：基準流量取得部，其係取得對應前述電解液的充電狀態之前述泵的基準流量，判定前述電池單元的端子電壓是否達到預定的電壓範圍的上限或下限之端子電壓判定部，當前述端子電壓未達到預定電壓範圍的上下限時，將前述基準流量設定至前述泵；當前述端子電壓達到預定電壓範圍的上下限時，將前述基準流量加上預定流量得到的流量值，設定至前述泵之泵流量設定部。

Description

氧化還原液流電池系統，泵控制部，及氧化還原液流電池的運轉方法
本發明係有關於：氧化還原液流電池系統、泵控制部，及氧化還原液流電池的運轉方法。特別是有關於：可降低泵的損失，並可以達到安定運轉的氧化還原液流電池系統、泵控制部，及氧化還原液流電池的運轉方法。
氧化還原液流電池具有：(1)高安全性，(2)長充放電循環壽命，(3)易大容量化，(4)可即時監視充電狀態(SOC：State Of Charge)等特徵，可以適合做各種用途。做為氧化還原液流電池的用途，除了負載平準化的用途以外，還包含瞬低補償及緊急用電源等的用途，及正在進行大量導入的大陽能發電和風力發電等天然能源的輸出平滑化等用途。
氧化還原液流電池包含：電池單元，具有正極電極及負極電極，及相隔於兩電極之間的隔膜；並向該電池單元分別循環供給正極電解液及負極電解液，藉由電力 變換器(例如：交流/直流變換器等)進行充放電。電解液使用：含有藉由氧化還原改變價數的金屬離子(活性物質)的水溶液。例如：正極活性物質使用Fe離子，負極活性物質使用Cr離子的鐵(Fe2+/Fe3+)-鉻(Cr3+/Cr2+)系氧化還原液流電池，和使用V離子做為正極及負極的活性物質的釩(V2+/V3+-V4+/V5+)系氧化還原液流電池廣為人知。
一般氧化還原液流電池必須具有使電解液在電池單元內做循環的泵。因此，泵會產生損失，時常以一定的泵流量(電解液流量)運轉的話，泵損失會增加，會使電池效率降低。因此，在從前的氧化還原液流電池中，藉由對應電解液充電狀態(也稱為「充電深度」)，調整泵流量，並向電池單元供給電解液，來降低泵的損失(例如：參照專利文獻1)。
專利文獻1提出一種進一步降低泵損失，而使電池效率提升的技術。具體來說，從單元的端子電壓、開放電壓、負載電流的測定結果來演算，並求出單元阻抗值，基於該單元阻抗值，對應充電深度(開放電壓)最適合的電解液流量來進行泵的運轉控制。
〔先前技術文獻〕 〔專利文獻〕
〔專利文獻1〕特開2006-114359號公報
氧化還原液流電池為了降低泵的損失，例如圖3所示，在放電及充電時，電解液的充電狀態從放電末(例如：充電狀態15%)開始到滿充電(例如：充電狀態90%)的範圍內，對應各充電狀態進行泵流量的設定。圖3所示的圖顯示出：於放電時及充電時，電解液的充電狀態(SOC)及泵流量(Q)的關係(圖中，實線為放電時，一點鎖線為充電時)，橫軸表示電解液的充電狀態(SOC)，縱軸表示泵流量(Q)。在此例中，將充電狀態分為階梯狀的複數個範圍，於每一個範圍中設定泵流量。放電時，電池單元內發生放電反應，電池單元內電解液的充電狀態降低。供給至電池單元的電解液的充電狀態在低範圍時，為了不使在電池單元內的充電狀態超過放電末成為過放電(放電停止)，因此增加泵的流量。當電解液的充電狀態為高時，在不過放電的範圍裡，減少泵的流量。另一方面，充電時，電池單元內發生充電反應，電池單元內電解液的充電狀態提高。供給至電池單元的電解液的充電狀態在高範圍時，為了不使在電池單元內的充電狀態超過滿充電成為過充電(過電壓)，因此增加泵的流量。當電解液的充電狀態為低時，在不過充電的範圍裡，減少泵的流量。因此，藉由對泵設定對應電解液的充電狀態之必要最低流量，與泵流量維持一定的情況做比較，可以減低泵損失。
不過，在氧化還原液流電池的運轉中，對應電解液的充電狀態而控制泵流量的時候，也會有根據運轉條件瞬間變動電池單元的端子電壓之情形發生，因此即便電解液的充電狀態在充放電的可能範圍內，電池單元的端子電壓超過含有交流/直流變換器之電力變換器的動作電壓範圍之下限或上限，也有停止充放電的情形發生。因此，期望能開發一種能夠安定運轉的氧化還原液流電池，其在電池單元於充放電可能的狀態下，不會不必要地停止充放電，能夠持續地進行充放電。
本發明係鑑於上述情事所提出的發明，本發明的目的之1為提供可降低泵的損失，並可以達到安定運轉的氧化還原液流電池系統、泵控制部，及氧化還原液流電池的運轉方法。
本發明的氧化還原液流電池系統，具備：電池單元；電解液槽；從前述電解液槽向前述電池單元循環供給電解液之循環配管；在前述循環配管內使前述電解液循環之泵；連接前述電池單元並進行充放電控制的電力變換器。本發明的氧化還原液流電池系統，更具備：控制前述泵的流量之泵控制部、測定前述電解液的充電狀態之充電狀態測定部、測定前述電池單元的端子電壓之端子電壓測定部。接著，前述泵控制部具有：以下的基準流量取得部、端子電壓判定部、泵流量設定部。
前述基準流量取得部係取得對應前述電解液的充電狀態之前述泵的基準流量。
前述端子電壓判定部，判定前述電池單元的端子電壓是否達到預定電壓範圍的上限或下限。
前述泵流量設定部係：當前述端子電壓未達到預定電壓範圍的上下限時，將前述基準流量設定至前述泵；當前述端子電壓達到預定電壓範圍的上下限時，將前述基準流量加上的預定流量所得到的流量值，設定至前述泵。
本發明的泵控制部係搭載於氧化還原液流電池系統。氧化還原液流電池系統，具有：電池單元、電解液槽、及從電解液槽向電池單元循環供給電解液之循環配管、及使電解液在循環配管裡循環的泵、連接至電池單元並進行充放電控制的電力變換器，測定電解液的充電狀態之充電狀態測定部，測定電池單元的端子電壓之端子電壓測定部。
泵控制部，控制泵的流量。泵控制部具有：基準流量取得部，其係取得對應電解液的充電狀態之泵基準流量；判定電池單元的端子電壓是否達到預定電壓範圍的上限或下限之端子電壓判定部；以及泵流量設定部，當端子電壓未達到預定電壓範圍的上下限時，將基準流量設定至泵；當端子電壓達到預定電壓範圍的上下限時，將基準流量加上的預定流量所得到的流量值，設定至泵。
本發明的氧化還原液流電池的運轉方法，藉由泵從電解液槽向電池單元循環供給電解液，並藉由電力變 換器進行充放電。因此，本發明的氧化還原液流電池的運轉方法具備：以下的充電狀態測定步驟，端子電壓測定步驟，基準流量取得步驟，端子電壓判定步驟，泵流量設定步驟。
前述充電狀態測定步驟測定前述電解液充電狀態。
前述端子電壓測定步驟測定前述電池單元的端子電壓。
前述基準流量取得步驟對應前述電解液的充電狀態而取得前述泵的基準流量。
前述端子電壓判定步驟判定前述電池單元的端子電壓是否達到預定電壓範圍的上限或下限。
前述泵流量設定步驟係當前述端子電壓未達到預定電壓範圍的上下限時，將前述基準流量設定至前述泵；當前述端子電壓達到預定電壓範圍的上下限時，將前述基準流量加上的預定流量所得到的流量值，設定至前述泵。
本發明的氧化還原液流電池系統、泵控制部、及氧化還原液流電池的運轉方法，可降低泵的損失，並可以達到安定運轉。
1‧‧‧氧化還原液流電池系統
10‧‧‧電池單元
101‧‧‧隔膜
102‧‧‧正極單元
103‧‧‧負極單元
104‧‧‧正極電極
105‧‧‧負極電極
20‧‧‧正極電解液槽
25‧‧‧正極側循環配管
26‧‧‧正極側往路配管
27‧‧‧正極側復路配管
30‧‧‧負極電解液槽
35‧‧‧負極側循環配管
36‧‧‧負極側往路配管
37‧‧‧負極側復路配管
40‧‧‧泵
51‧‧‧充電狀態測定部(監視單元)
52‧‧‧端子電壓測定部
60‧‧‧泵控制部
61‧‧‧基準流量取得部
62‧‧‧端子電壓判定部
63‧‧‧泵流量設定部
C‧‧‧電力變換器(交流/直流變換器)
G‧‧‧發電部
L‧‧‧負載
〔圖1〕有關於實施形態1的氧化還原液流電池系統 說明圖。
〔圖2〕有關於實施形態1的氧化還原液流電池系統的泵控制流程說明圖。
〔圖3〕對應電解液的充電狀態控制泵流量時的充電狀態及泵流量的關係之一例的表示圖。
〔實施形態〕 〔本發明的實施形態的說明〕
本發明者在進行廣泛研究的結果，會發現：在氧化還原液流電池的運轉中，對應電解液的充電狀態(電池單元的開放電壓)控制泵流量的時候，根據運轉條件，電池單元的端子電壓會有瞬間變動之情形發生。
電池單元藉由電力變換器(例：交流/直流變換器、直流/直流變換器等)進行充放電控制。一般電力變換器設計成：預先設定好動作電壓，當電池單元的端子電壓比最低動作電壓還低時即停止。此外，電池單元的端子電壓超過上限電壓(最大電壓)的話，電池單元也會有發生劣化或故障的可能性。在此時，電力變換器設計成：預先將最大動作電壓設定為電池單元的上限電壓，當電池單元的端子電壓比上限電壓還高時即停止。
電解液的充電狀態(開放電壓)和端子電壓具有相關的關係，若充電狀態在從放電末至滿充電的充放電 的可能範圍內，進行充放電的話，通常，端子電壓也會保持在電力變換器的動作電壓的範圍內。不過，在本發明者在進行廣泛研究的結果，發現：根據泵流量及充放電(輸出/輸入)量等的運轉條件，端子電壓會發生預想外的降低或上昇現象。具體而言，會有：放電時端子電壓降低，電力變換器的最低動作電壓下降；或充電時端子電壓上昇，電力變換器的最大動作電壓升高等情事。因此，於從前的氧化還原液流電池中，即使電解液的充電狀態在充放電可能範圍內，也有電力變換器停止的可能性，無法安定運轉的情形發生。例如：釩系氧化還原液流電池的情形，當單一單元時，放電末(充電狀態：15%)的開放電壓約1.2V/每單元左右，滿充電(充電狀態：90%)的開放電壓約1.5V/每單元左右。電力變換器的最低動作電壓，換算成單一單元的電壓，設定成比放電末的開放電壓還低(例如：1.0V)，最大動作電壓則設定成比滿充電的開放電壓還高(例如：1.6V)。
本發明的發明者們發現：因為泵流量的增加，可抑制端子電壓的變動，並可抑制電池發生不必要的停止。因此，發明者們發現：不只是電解液的充電狀態，因為也加入端子電壓來控制泵流量，可以達到泵損失的低減及安定運轉的兩立效果。本發明係基於以上的理解完成的發明。一開始將本發明的實施態樣做列記說明。
(1)有關實施形態的氧化還原液流電池系統，具備：電池單元、電解液槽、及從電解液槽向電池單 元循環供給電解液之循環配管、及使電解液在循環配管裡循環的泵、連接至電池單元並進行充放電控制的電力變換器。再來，氧化還原液流電池系統，具備：控制泵流量的泵控制部、測定電解液的充電狀態之充電狀態測定部、測定電池單元的端子電壓之端子電壓測定部。接著，泵控制部具有：以下的基準流量取得部、端子電壓判定部、泵流量設定部。
基準流量取得部，其係取得對應電解液的充電狀態之泵的基準流量。
端子電壓判定部，判定前述電池單元的端子電壓是否達到預定電壓範圍的上限或下限。
泵流量設定部，當端子電壓未達到預定電壓範圍的上下限時，將基準流量設定至前述泵；當端子電壓達到預定電壓範圍的上下限時，將基準流量加上的預定流量所得到的流量值，設定至泵。
從上述的氧化還原液流電池系統中，若掌握運轉中的電解液的充電狀態，藉由將對應充電狀態的基準流量設定至泵，可以減低泵損失。再來，掌握電池單元的端子電壓，預測端子電壓達到預定電壓範圍的上下限時，將基準流量加上預定的流量，藉由增加泵流量，可抑制端子電壓的變動，也可抑制端子電壓達到預定電壓範圍的上下限。也就是說，在端子電壓達到預定電壓範圍的上下限前，藉由增加泵流量，可抑制端子電壓不超出預定電壓範圍外。具體而言，可以抑制：因放電時端子電壓比預料中 低，使端子電壓比預定的電壓範圍的下限值還要低；或因充電時端子電壓比預料中高，使端子電壓比預定的電壓範圍的上限值還要高。因此，即便電解液的充電狀態在充放電可能範圍內，因端子電壓在預定的電壓範圍外，所以可防止電池不必要的停止以及不良狀態。因此，電池單元於充放電可能的狀態下，可抑制電池不必要的停止，並可以進行持續的充放電運轉，因此可以安定地運轉。
「基準流量」為：放電時及充電時，對應各充電狀態所設定的泵的流量。基準流量例如是：在每一充電狀態，放電的時候為了得到額定輸出(例：最大輸出)所設定的必要最低流量、及充電的時候為了得到額定輸入所設定的必要最低流量。此外，加上的流量值，例如是：設定成為了使端子電壓不要達到預定電壓範圍的上下限。
(2)做為上述氧化還原液流電池系統的一形態，端子電壓的預定電壓範圍係基於電力變換器的動作電壓而設定。
藉由上述的構成，當端子電壓達到電力變換器的動作電壓的上下限前，藉由增加泵流量，可抑制端子電壓不超出動作電壓範圍外。因此，即使電解液的充電狀態在充放電可能範圍內，端子電壓可抑制為：在放電時，比電力變換器的最低動作電壓還低；或充電時，比電力變換器的最高動作電壓還高。因此，電力變換器可避免因不必要的停止所造成的電池停止之不良狀態，並可以達到安定的運轉。
(3)做為上述氧化還原液流電池系統的一形態，充電狀態測定部藉由測定電池單元的開放電壓，來測定前述電解液的充電狀態。
電解液的充電狀態(SOC：State Of Charge)可藉由測定電池單元的開放電壓(正極電解液及負極電解液之間的電位差)來測得。開放電壓例如是用監視單元來測定。藉由利用監視單元來測定開放電壓，即使在運轉中也可以求得充電狀態。
(4)有關實施形態的氧化還原液流電池的運轉方法，藉由泵從電解液槽向電池單元循環供給電解液，並藉由電力變換器進行充放電。因此，氧化還原液流電池的運轉方法具備：以下的充電狀態測定步驟，端子電壓測定步驟，基準流量取得步驟，端子電壓判定步驟，泵流量設定步驟。
充電狀態測定步驟測定電解液的充電狀態。
端子電壓測定步驟測定電池單元的端子電壓。
基準流量取得步驟，對應電解液的充電狀態而取得泵的基準流量。
端子電壓判定步驟判定前述電池單元的端子電壓是否達到預定電壓範圍的上限或下限。
泵流量設定步驟，當端子電壓未達到預定電壓範圍的上下限時，將基準流量設定至泵；當端子電壓達到預定電壓範圍的上下限時，將基準流量加上的預定流量所得到的流量值，設定至泵。
從上述的氧化還原液流電池的運轉方法中，若掌握運轉中的電解液的充電狀態，藉由將對應充電狀態的基準流量設定至泵，可以減低泵損失。再來，掌握電池單元的端子電壓，預測端子電壓達到預定電壓範圍的上下限時，將基準流量加上預定的流量，藉由增加泵流量，不只可抑制電解液的充電狀態，也可抑制端子電壓的變動，並抑制端子電壓達到預定電壓範圍的上下限。具體而言，可以抑制：因放電時端子電壓比預料中低，使端子電壓比預定的電壓範圍的下限值還要低；或因充電時端子電壓比預料中高，使端子電壓比預定的電壓範圍的上限值還要高。因此，即使電解液的充電狀態在充放電可能範圍內，因為端子電壓在預定的電壓範圍外，可防止電池不必要的停止以及不良狀態，可以持續進行充放電運轉，也可以安定地運轉。
〔本發明的實施形態的詳細說明〕
有關本發明實施形態之氧化還原液流電池系統，及氧化還原液流電池的運轉方法的具體例，請參照以下的圖式做說明。以下，也會將「氧化還原液流電池」稱作「RF電池」此外，圖中的同一符號表示同一名稱物。而且，本發明不僅限於這些例示，將藉由申請專利範圍表示，包含在請求項的範圍內及均等的範圍內的所有變更。
<RF電池系統的全體構成>
參照圖1~2，說明關於實施形態的RF電池系統1。圖1所示的RF電池系統1，藉由電力變換器C(例如：交流/直流變換器或直流/直流變換器(例如：DC-DC變流器)等)，將發電部G(例如：太陽能發電裝置、風力發電裝置、或其他的一般發電所等)與負載L(電力系統或需求者)做連接，將從發電部G所供給的電力做充電，將儲存的電力放電並供給至負載L。此外，RF電池系統1具備：電池單元10、將電解液供給至電池單元10的循環機構(槽、配管、泵)。
(電池單元及循環機構)
RF電池系統1具備：電池單元10。電池單元10藉由離子透過膜所構成的隔膜101區分為正極單元102及負極單元103。正極單元102內藏有正極電極104，而負極單元103內藏有負極電極105。此外，RF電池系統1具備：分別貯存有正極電解液及負極電解液的正極電解液槽20及負極電解液槽30、在各電解液槽20、30與電池單元10(正極單元102、負極單元103)之間，分別循環供給正極電解液及負極電解液的正極側循環配管25及負極側循環配管35、使正極電解液及負極電解液分別循還於各循環配管25、35內的泵40、40。正極側循環配管25具有：從正極電解液槽20向正極單元102輸送正極電解液的正極側往路配管26、及從正極單元102向正極電解液槽20回送正極電解液的正極側復路配管27。負極側循環 配管35具有：從負極電解液槽30向負極單元103輸送負極電解液的負極側往路配管36、從負極單元103向負極電解液槽30回送負極電解液的負極側復路配管37。泵40、40為可控制回轉數的回轉數可變泵，藉由回轉數可以調整流量。泵40、40藉由泵控制部60控制回轉數(流量)。因此，藉由設置於各循環配管25、35的各泵40、40，從電解液槽20、30向電池單元10循環供給正極電解液及負極電解液，在電池單元10中進行伴隨著兩電解液中的離子價數變化的電池反應(充放電反應)。而且，如圖1所示的RF電池系統1，正極及負極的活性物質使用例如是V離子的釩系RF電池。此外，圖1中的電池單元10內的實線箭頭為充電反應，虛線箭頭為放電反應。
電池單元10利用由正極電極104(正極單元102)、負極電極105(負極單元103)、隔膜101為構成要素的單一單元，將該單一單元複數層積成所謂的電池組(圖未示)形態。電池組具有：一面配置正極電極104，另一面配置負極電極105的雙極板(圖未示)、供給正極電解液及負極電解液的給液孔及排出各電解液的排液孔；利用具備形成於上述雙極板外圍的框體(圖未示)的電池框。藉由層積複數電池框，上述給液孔及排液孔構成各電解液的流路，並連接該些流路於各循環配管25、35。電池組依序層積構成：電池框、正極電極104、隔膜101、負極電極105、電池框而成。
RF電池系統1具備：連接於電池單元10，並 進行充放電控制的電力變換器C。在此例：電力變換器C為(交流/直流變換器)。因此，RF電池系統1藉由電力變換器(交流/直流變換器)C，向電池單元10的正極電極104及負極電極105進行充放電電流的輸出與輸入，進行充放電。具體來說，充電時，藉由電力變換器C，向電池單元10的正極電極104及負極電極105輸入充電電流，在電池單元10內發生充電反應。另一方面，放電時，電池單元10內發生放電反應，藉由電力變換器C，從電池單元10的正極電極104及負極電極105輸出放電電流。一般電力變換器(交流/直流變換器)C設計成：預先設定好動作電壓，當電池單元10的端子電壓在動作電壓的範圍外時即停止。
(充電狀態測定部)
RF電池系統1具備：測定電解液的充電狀態(SOC)之充電狀態測定部51。在此例中，充電狀態測定部51測定供給至電池單元10的電解液SOC。
電解液的SOC，由電解液的離子價數的比例決定。SOC在例如是釩系RF電池的情形，正極電解液用正極電解液中的V離子(V4+/V5+)中V5+的比例來表示，負極電解液用負極電解液中的V離子(V2+/V3+)中V2+的比例來表示，由下列各式來表示。充電時的電池反應：在電池單元內正極V4+被氧化成V5+，負極V3+被還原成V2+。放電時的電池反應為充電時的逆反應。
正極：V5+/(V4++V5+)
負極：V2+/(V2++V3+)
此外，由於離子價數導致標準氧化還原電位相異，電解液中的離子價數的比例與電解液中的電位有相關聯關係，從電解液的電位也可以求得SOC。例如：V5+的標準氧化還元電位為1.00V，V2+的標準氧化還元電位為-0.26V。
通常，在RF電池中，電池反應為電解液中離子價數的變化，正極電解液與負極電解液的SOC相同。因此，SOC可以從正極電解液或負極電解液的電解液中的離子價數之比例測得，也可由電解液的電位測得。此外，也可藉由測定正極電解液及負極電解液之間的電位差(開放電壓)來測得。再來，由於活性物質的金屬離子，會使電解液的色相、透明度、或吸光度因電解液中的離子價數的比例而產生變化，因此可以藉由電解液的色相、透明度、或吸光度做為指標求得SOC。例如可以：用電壓計測定電解液的電位、用監視單元測定電位差(開放電壓)、用分光光度計測定電解液的色相、透明度、或吸光度。監視單元雖具有與電池單元10同樣的構成，但因其不與電力變換器C連接，為一種不貢獻充放電的電池單元，因此，和電池單元10一樣，向監視單元供給正極電解液及負極電解液，藉由測定監視單元的開放電壓，在運轉中也可以測得SOC。
在此例中，充電狀態測定部51利用監視單 元，藉由測定監視單元的開放電壓，測得電解液的SOC。監視單元51設定為：從正極側及負極側的往路配管26、36供給一部分的正極電解液及負極電解液，從監視單元51向各正極側及負極側的復路配管27、37回送各電解液。因為向監視單元51供給的電解液與向電池單元10供給的電解液相同，所以測定監視單元51的開放電壓與測定電池單元10的開放電壓為同義。由監視單元51測定開放電壓(SOC)所得到的測定值，藉由信號線傳送給泵控制部60。此外，充電狀態測定部51也可測定電解液槽20、30內電解液的SOC。
(端子電壓測定部)
RF電池系統1具備：測定電池單元10的端子電壓(Vt)之端子電壓測定部52。在此例：端子電壓測定部52具有電壓計，並設置於電力變換器(交流/直流變換器)C。由端子電壓測定部52所測定的端子電壓的測定值，藉由信號線傳送給泵控制部60。
(泵控制部)
RF電池系統1具備：控制泵的回轉數，控制泵40、40流量之泵控制部60。泵控制部60具有：基準流量取得部61、端子電壓判定部62、泵流量設定部63。泵控制部60可以利用電腦。
(基準流量取得部)
基準流量取得部61，取得由充電狀態測定部51所測定得到之對應電解液的SOC的泵基準流量(Qn)。基準流量(Qn)為：放電時及充電時，對應各SOC所設定的泵流量。在此例中，放電時及充電時，每一SOC預先由實驗等求出：放電的時候為了得到額定輸出(例：最大輸出)所設定的必要最低流量、及充電的時候為了得到額定輸入所設定的必要最低流量，並將該些最低必要流量設定為基準流量(Qn)。接著，將該些基準流量(Qn)對應至SOC，並預先記憶於電腦的記憶裝置，基準流量取得部61從記憶裝置取得對應SOC的基準流量(Qn)。
基準流量(Qn)更可以在放電時及充電時，依據充放電(輸入輸出)量及電解液溫度，求得並設定對應各SOC的最低必要流量。
(端子電壓測定部)
端子電壓判定部62，判定由端子電壓測定部52所測定的電池單元10的端子電壓(Vt)是否達到預定電壓範圍的上限或下限。在此例中，端子電壓(Vt)的預定電壓範圍基於電力變換器C的動作電壓而設定，將下限設定為電力變換器C的最低動作電壓，將上限設定為電力變換器C的最大動作電壓(電池單元10的上限電壓)。此外，在此例中，端子電壓(Vt)是否達到預定電壓範圍的上限或下限的判定為：當端子電壓(Vt)接近預定的電壓範圍 的下限(最低動作電壓)或上限(最低動作電壓)時，判定為達到下限或上限。例如：端子電壓(Vt)在從電力變換器C的動作電壓的下限或上限變成在預定的範圍內(例：從上下限5%，或10%的範圍內等)時，判定為達到下限或上限。
(泵流量設定部)
泵流量設定部63，藉由端子電壓判定部62判定端子電壓(Vt)未達到預定電壓範圍的上下限時，將基準流量取得部61所取得的基準流量(Qn)做為泵流量(Q)設定至泵40、40。另一方面，藉由端子電壓判定部62判定端子電壓(Vt)達到預定電壓範圍的上下限時，將基準流量(Qn)加上預定的流量(Qa)所得到的流量值(Qn+Qa)，做為泵流量(Q)設定至泵40、40。也就是說，當預測端子電壓(Vt)達到預定電壓範圍的上下限時，增加泵40、40的流量。加上的流量(Qa)設定成：為了使端子電壓(Vt)不要達到預定電壓範圍的下限(最低動作電壓)或上限(最低動作電壓)。例如：將基準流量(Qn)增加10%或20%、或使泵流量(Q)設定為定額流量(例如：最大流量)等。加上的流量(Qa)較佳可設定為：藉由預先實驗等求得的為了不使端子電壓(Vt)達到預定電壓範圍的上下限所必要的最低流量。
泵40、40的流量為：對應所設定的泵流量(基準流量、或基準流量加上預定流量所得到的流量 值)，設定泵回轉數、吐出量、或吐出壓力等的控制參數來控制泵40、40的流量。例如：預先決定對應泵流量的泵回轉數、吐出量、或吐出壓力等的控制參數，從表示流量及控制參數關係的關係式或關係表中取得對應設定流量的控制參數，藉由設定該控制參數，也可控制泵流量。
<RF電池系統的運轉方法>
說明有關具備上述充電狀態測定部51、端子電壓測定部52、及泵控制部60的RF電池系統1的運轉方法。RF電池系統1的運轉方法係基於電解液的充電狀態及端子電壓控制泵40、40流量的運作方法，其具備：以下的充放電狀態測定步驟、端子電壓測定步驟、基準流量取得步驟、端子電壓判定步驟、泵流量設定步驟。參照圖2所示的流程圖，說明各步驟的具體處理方式。
(充放電狀態測定步驟)
充放電狀態測定步驟係測定電解液的充電狀態(SOC)(步驟S1)。在此例中，如上所述，藉由充電狀態測定部(監視單元)51測定供給至電池單元10的電解液的SOC。
(端子電壓測定步驟)
端子電壓測定步驟係測定電池單元10的端子電壓(Vt)(步驟S2)。在此例中，如上所述，藉由端子電 壓測定部52測定端子電壓(Vt)。
(基準流量取得步驟)
基準流量取得步驟，取得由充放電狀態測定步驟S1所測得之對應電解液的SOC的泵基準流量(Qn)(步驟S3)。在此例中，如上所述，由泵控制部60的基準流量取得部61，從電腦的記憶裝置取得對應SOC的基準流量(Qn)。
(端子電壓判定步驟)
端子電壓判定步驟係判定：由端子電壓測定步驟S2所測定的電池單元10的端子電壓(Vt)是否達到預定電壓範圍的上限或下限(步驟S4)。在此例中，如上所述，藉由泵控制部60的端子電壓判定部62來判定端子電壓(Vt)是否接近電力變換器C的最低動作電壓或是最大動作電壓；具體來說，藉由從最低動作電壓或是最大動作電壓是否達到預定的範圍內，判定端子電壓(Vt)是否達到預定的電壓範圍的下限或上限(圖中，從下限的最低動作電壓所預定的範圍內表示為「Vmin」，從上限的最大動作電壓所預定的範圍內表示為「Vmax」)。於是，接近最低動作電壓或最大動作電壓時，也就是說，從最低動作電壓或最大動作電壓達到預定的範圍內時，判定為達到下限或上限。
(泵流量設定步驟)
泵流量設定步驟係對應藉由端子電壓判定步驟S4所判定的端子電壓(Vt)是否達到預定的電壓範圍的上限或下限之判定結果，來設定泵的流量(步驟S5)。具體來說，當端子電壓判定步驟S4判定端子電壓(Vt)未達到預定電壓範圍的上下限時，將基準流量取得部61所取得的基準流量(Qn)做為泵流量(Q)設定至泵40、40(步驟S5-1)。另一方面，當端子電壓判定步驟S4判定端子電壓(Vt)達到預定電壓範圍的上下限時，將基準流量(Qn)加上預定的流量(Qa)所得到的流量值(Qn+Qa)，做為泵流量(Q)設定至泵40、40(步驟S5-2)。如果，前次的泵流量設定步驟己經加上流量(Qa)的話，也可增加所加上的流量(Qa)。
由以上說明之有關實施形態1的RF電池系統1，若即時掌握運轉中的電解液的SOC，因為將對應SOC的基準流量設定至泵40、40，可以減低泵損失。再來，即時掌握電池單元10的端子電壓，萬一，預測端子電壓(Vt)達到預定電壓範圍的上下限時，將基準流量加上預定的流量，藉由增加泵40、40的流量，可抑制端子電壓(Vt)的變動。因此，即使SOC在充放電可能範圍內，也可抑制端子電壓(Vt)在預定的電壓範圍外，並可以安定地運轉。
雖上述實施形態1的RF電池系統1，僅舉例說明藉由充電狀態測定部51測定供給至電池單元10的電 解液的SOC之形態，但所測得的SOC也可以是從電池單元10所排出的電解液的SOC。
雖然上述實施形態1的RF電池系統1，舉例說明正極及負極的活性物質使用例如是利用V離子的釩系RF電池，但除了釩系RF電池以外，鐵-鉻系RF電池、及正極活性物質使用Mn離子，負極活性物質使用Ti離子的鈦-錳系RF電池也適用。
此外，本說明書也揭示以下的發明。
(1)一種搭載於氧化還原液流電池系統的泵控制部，其中該氧化還原液流電池系統具有：電池單元；電解液槽；從電解液槽向電池單元循環供給電解液之循環配管；在循環配管內使前述電解液循環之泵；連接電池單元並進行充放電控制的電力變換器；測定電解液充電狀態的充電狀態測定部；測定電池單元的端子電壓之端子電壓測定部。
泵控制部，控制泵的流量；泵控制部，具有：基準流量取得部，其係取得對應電解液的充電狀態之泵的基準流量；判定電池單元的端子電壓是否達到預定電壓範圍的上限或下限之端子電壓判定部；以及，泵流量設定部，當端子電壓未達到預定電壓範圍的上 下限時，將基準流量設定至泵；當端子電壓達到預定電壓範圍的上下限時，將基準流量加上預定流量所得到的流量值，設定至泵。
在此情形，掌握運轉中的電解液的充電狀態，藉由將對應充電狀態的基準流量設定至泵，可以減低泵損失。再來，掌握電池單元的端子電壓，預測端子電壓達到預定電壓範圍的上下限時，將基準流量加上預定的流量，藉由增加泵流量，可抑制端子電壓的變動，也可抑制端子電壓達到預定電壓範圍的上下限。
(2)上述(1)之泵控制部，其中，端子電壓的預定電壓範圍係基於電力變換器的動作電壓而設定。
在此情形，當端子電壓達到電力變換器的動作電壓的上下限前，藉由增加泵的流量，可抑制端子電壓不超出動作電壓範圍外。
(3)如上述(1)或(2)的泵控制部，其中，充電狀態測定部藉由測定電池單元的開放電壓、及對應電池單元的開放電壓之至少其中之一，來測定電解液的充電狀態。
在此情形，電解液的充電狀態(SOC：State Of Charge)可藉由測定電池單元的開放電壓(正極電解液及負極電解液之間的電位差)來測得。
(4)一種氧化還原液流電池系統，具備：電池單元；供給電解液至電池單元的泵； 控制泵流量的泵控制部；測定電解液充電狀態的充電狀態測定部；測定電池單元的端子電壓之端子電壓測定部；泵控制部，具有：基準流量取得部，其係取得對應電解液的充電狀態之泵的基準流量；判定電池單元的端子電壓是否達到預定電壓範圍的上限或下限之端子電壓判定部；以及，泵流量設定部，當端子電壓未達到預定電壓範圍的上下限時，將基準流量設定至泵；當端子電壓達到預定電壓範圍的上下限時，將基準流量加上預定流量所得到的流量值，設定至泵。
在此情形，掌握運轉中的電解液的充電狀態，藉由將對應充電狀態的基準流量設定至泵，可以減低泵損失。再來，掌握電池單元的端子電壓，預測端子電壓達到預定電壓範圍的上下限時，將基準流量加上預定的流量，藉由增加泵流量，可抑制端子電壓的變動，也可抑制端子電壓達到預定電壓範圍的上下限。
(5)上述(4)之氧化還原液流電池系統，其中，更可具備：連接至電池單元，並進行充放電控制的電力變換器。
(6)端子電壓的預定電壓範圍係基於電力變換器的動作電壓而設定的上述(5)之氧化還原液流電池系統。
在此情形，當端子電壓達到電力變換器的動作電壓的上下限前，藉由增加泵的流量，可抑制端子電壓不超出動作電壓範圍外。
(7)充電狀態測定部藉由測定電池單元的開放電壓，來測定前述電解液的充電狀態的上述(4)~(6)其中之一的氧化還原液流電池系統。
在此情形，電解液的充電狀態(SOC：State Of Charge)可藉由測定電池單元的開放電壓(正極電解液及負極電解液之間的電位差)來測得。
(8)如上述(4)~(7)任一項之氧化還原液流電池系統，其中，也可更具備：電解液槽；及從前述電解液槽向前述電池單元循環供給電解液之循環配管。
〔產業上的利用可能性〕
本發明的氧化還原液流電池系統的目的係：追求使用天然能源的發電的輸出變動平滑，剩餘電力的儲存，負載平準化等，並可以利用於大容量蓄電池。本發明的泵控制部的目的係：追求使用天然能源的發電的輸出變動平滑，剩餘電力的儲存，負載平準化等，並可以適用於氧化還原液流電池系統。本發明的氧化還原液流電池的運作方法可利用於氧化還原液流電池系統的運轉，其中該氧化還原液流電池系統具備為了使電解液循環於電池單元的泵。
1‧‧‧氧化還原液流電池系統
10‧‧‧電池單元
101‧‧‧隔膜
102‧‧‧正極單元
103‧‧‧負極單元
104‧‧‧正極電極
105‧‧‧負極電極
20‧‧‧正極電解液槽
25‧‧‧正極側循環配管
26‧‧‧正極側往路配管
27‧‧‧正極側復路配管
30‧‧‧負極電解液槽
35‧‧‧負極側循環配管
36‧‧‧負極側往路配管
37‧‧‧負極側復路配管
40‧‧‧泵
51‧‧‧充電狀態測定部(監視單元)
52‧‧‧端子電壓測定部
60‧‧‧泵控制部
61‧‧‧基準流量取得部
62‧‧‧端子電壓判定部
63‧‧‧泵流量設定部
C‧‧‧電力變換器(交流/直流變換器)
G‧‧‧發電部
L‧‧‧負載

Claims (13)

  1. 一種氧化還原液流電池系統，具備：電池單元；電解液槽；從前述電解液槽向前述電池單元循環供給電解液之循環配管；在前述循環配管內使前述電解液循環之泵；連接前述電池單元並進行充放電控制的電力變換器，其中該氧化還原液流電池系統，具有：控制前述泵流量的泵控制部；測定前述電解液充電狀態的充電狀態測定部；測定前述電池單元的端子電壓之端子電壓測定部；前述泵控制部，具有：基準流量取得部，其係取得對應前述電解液的充電狀態之前述泵的基準流量；判定前述電池單元的端子電壓是否達到預定電壓範圍的上限或下限之端子電壓判定部；以及，泵流量設定部，當前述端子電壓未達到預定電壓範圍的上下限時，將前述基準流量設定至前述泵；當前述端子電壓達到預定電壓範圍的上下限時，將前述基準流量加上預定流量所得到的流量值，設定至前述泵。
  2. 如請求項1所記載之氧化還原液流電池系統，其中，前述端子電壓的預定電壓範圍係基於前述電力變換器的動作電壓而設定。
  3. 如請求項1或2所記載之氧化還原液流電池系 統，其中，前述充電狀態測定部藉由測定前述電池單元的開放電壓，來測定前述電解液的充電狀態。
  4. 一種搭載於氧化還原液流電池系統的泵控制部，其中前述氧化還原液流電池系統具有：電池單元；電解液槽；從前述電解液槽向前述電池單元循環供給電解液之循環配管；在前述循環配管內使前述電解液循環之泵；連接前述電池單元並進行充放電控制的電力變換器；測定前述電解液充電狀態的充電狀態測定部；測定前述電池單元的端子電壓之端子電壓測定部；前述泵控制部，控制前述泵的流量；前述泵控制部，具有：基準流量取得部，其係取得對應前述電解液的充電狀態之前述泵的基準流量；判定前述電池單元的端子電壓是否達到預定電壓範圍的上限或下限之端子電壓判定部；以及，泵流量設定部，當前述端子電壓未達到預定電壓範圍的上下限時，將前述基準流量設定至前述泵；當前述端子電壓達到預定電壓範圍的上下限時，將前述基準流量加上預定流量所得到的流量值，設定至前述泵。
  5. 如請求項4所記載之泵控制部，其中，前述端子電壓的預定電壓範圍係基於前述電力變換器的動作電壓而 設定。
  6. 如請求項4或5所記載之泵控制部，其中，前述充電狀態測定部藉由測定前述電池單元的開放電壓、及對應前述電池單元的開放電壓之至少其中之一，來測定前述電解液的充電狀態。
  7. 一種氧化還原液流電池系統，具備：電池單元；供給電解液至前述電池單元的泵；控制前述泵流量的泵控制部；測定前述電解液充電狀態之充電狀態測定部；測定前述電池單元的端子電壓之端子電壓測定部；前述泵控制部，具有：基準流量取得部，其係取得對應前述電解液的充電狀態之前述泵的基準流量；判定前述電池單元的端子電壓是否達到預定電壓範圍的上限或下限之端子電壓判定部；以及，泵流量設定部，當前述端子電壓未達到預定電壓範圍的上下限時，將前述基準流量設定至前述泵；當前述端子電壓達到預定電壓範圍的上下限時，將前述基準流量加上預定流量所得到的流量值，設定至前述泵。
  8. 如請求項7所記載之氧化還原液流電池系統，其中，更具備：連接至前述電池單元，並進行充放電控制的電力變換器。
  9. 如請求項8所記載之氧化還原液流電池系統，其中，前述端子電壓的預定電壓範圍係基於前述電力變換器 的動作電壓而設定。
  10. 如請求項7~9之任1項所記載之氧化還原液流電池系統，其中，前述充電狀態測定部藉由測定前述電池單元的開放電壓，來測定前述電解液的充電狀態。
  11. 如請求項7~9之任1項所記載之氧化還原液流電池系統，其中，更具備：電解液槽；及從前述電解液槽向前述電池單元循環供給前述電解液之循環配管。
  12. 如請求項10所記載之氧化還原液流電池系統，其中，更具備：電解液槽；及從前述電解液槽向前述電池單元循環供給前述電解液之循環配管。
  13. 一種氧化還原液流電池的運轉方法，藉由泵從電解液槽向電池單元循環供給電解液，並藉由電力變換器進行充放電，該氧化還原液流電池的運轉方法具有：測定前述電解液充電狀態的充電狀態測定步驟；測定前述電池單元的端子電壓之端子電壓測定步驟；基準流量取得步驟，其係取得對應前述電解液的充電狀態之前述泵的基準流量；判定前述電池單元的端子電壓是否達到預定電壓範圍的上限或下限之端子電壓判定步驟；以及，泵流量設定步驟，當前述端子電壓未達到預定電壓範圍的上下限時，將前述基準流量設定至前述泵；當前述端子電壓達到預定電壓範圍的上下限時，將前述基準流量加上預定流量所得到的流量值，設定至前述泵。
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