TWI643395B - 電解液循環型電池 - Google Patents

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Abstract

提供容易進行電解液之溫度調整的電解液循環型電池。電解液循環型電池，係具備電池片：及循環路，使電解液循環於上述電池片；具備：熱交換器，於上述循環路之中途冷卻上述電解液；旁通流路，將上述熱交換器中之上述電解液之流入側及流出側予以連接而使上述熱交換器旁通；及流量可變機構，將流通於上述熱交換器的上述電解液之流量及流通於上述旁通流路的上述電解液之流量設為可變。

Description

電解液循環型電池
本發明關於氧化還原液流電池等電解液循環型電池。特別是關於容易調整電解液之溫度的電解液循環型電池。
儲存來自太陽光發電或風力發電等自然能源之電力的大容量蓄電池之一有氧化還原液流電池(RF電池)等電解液循環型電池。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。RF電池例如揭示於專利文獻1者。
專利文獻1的RF電池，如圖5的RF電池之動作原理圖所示，具備藉由透過氫離子的隔膜101使正極片102與負極片103分離的電池片100。正極片102內藏有正極電極104，而且透過具有供給流路108及排出流路110的循環路連接於貯存正極電解液的正極電解液槽106。同樣地，負極片103內藏有負極電極105，而且透過具有供給流路109及排出流路111的循環路連接於貯存負極電解液的負極電解液槽107。
各槽106、107內之電解液藉由設於各供給流路108、109之中途的泵112、113而由各供給流路108、109被供給至各片102、103，由各片102、103流通於各排出流路110、111被排出至各槽106、107而循環至各片102、103。代表性之電解液係使用水溶液，該水溶液包含藉由氧化還元反應來變化價數的釩離子等金屬離子。各流路108~111，基於與電解液直接接觸，因此使用不與電解液起反應，對電解液具有良好抗性的材料，聚氯乙烯(PVC)等樹脂之導管構成。圖5中，實線箭頭表示充電，虛線箭頭表示放電。
RF電池1中，電解液伴隨電池反應而發熱，該發熱造成電池效率降低，與電解液相接的各流路108~111之構成樹脂軟化等劣化。作為其對策，RF電池1係將熱交換器114、115設於各排出流路110、111之中途。熱交換器114、115通常具有由循環路之一部分構成的冷卻區域，其內部之電解液藉由冷卻機構(圖示省略)冷卻。上述熱交換器之流路由其入口遍及出口以蛇行方式設置。電解液在由熱交換器之入口行進至出口的過程中熱被奪走而被冷卻。冷卻利用以冷卻水冷卻熱交換器的水冷式，或對熱交換器進行強制送風的空冷式。熱交換器之流路，除上述蛇行以外，例如可由入口遍及出口之過程中分支設為複數個直線狀。
〔先前技術文獻〕 〔專利文獻〕
〔專利文獻1〕特開2013-206566號公報
熱交換器之構成通常想定設置的環境中電解液之最高溫度。因此，夏季等電解液之溫度容易上昇時，藉由具備熱交換器，藉由熱交換器可以適當地冷卻電解液。但是，冬季等電解液之溫度容易下降時，電解液有可能被過度冷卻。特別是寒暖差較大環境中，冬季中電解液之過度冷卻成為顯著。電解液之溫度降低實，電解液之黏度變高壓力損失變高。由此被抑制充放電反應導致電池效率降低，電池性能降低。
本發明有鑑於上述事情，目的之一在於提供容易調整電解液之溫度的電解液循環型電池。
本發明一態樣的電解液循環型電池，係具備電池片：及循環路，使電解液循環於上述電池片。該電解液循環型電池具備：熱交換器，旁通流路，及流量可變機構。熱交換器，於循環路之中途冷卻電解液。旁通流路，將熱交換器中之電解液之流入側及流出側予以連接而使熱交換器旁通。流量可變機構，將流通於熱交換器的電解液之流量及流通於旁通流路的電解液之流量設為可變。
上述電解液循環型電池容易調整電解液之溫度。
1‧‧‧氧化還原液流(RF)電池
10、11‧‧‧熱交換器
20、21‧‧‧風扇(冷卻機構)
30、31‧‧‧旁通流路
40、41、42、43‧‧‧蝶型閥(流量可變機構)
50‧‧‧控制機構
51、52‧‧‧液溫感測器(測定感測器)
53‧‧‧氣溫感測器(測定感測器)
54‧‧‧控制部
540‧‧‧流量控制部
541‧‧‧冷卻控制部
542‧‧‧泵控制部
100‧‧‧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‧‧‧正極電解液槽
107‧‧‧負極電解液槽
108、109‧‧‧供給流路
110、111‧‧‧排出流路
110u、111u‧‧‧上流側排出流路
110d、111d‧‧‧下流側排出流路
112、113‧‧‧泵
114、115‧‧‧熱交換器
120‧‧‧電池架
121‧‧‧雙極板
122‧‧‧框架
123、124‧‧‧供液多歧管
125、126‧‧‧排液多歧管
127‧‧‧密封構件
200‧‧‧電池堆
200s‧‧‧副電池堆
201‧‧‧給排板
202i‧‧‧供給導管
202o‧‧‧排出導管
210、220‧‧‧端板
230‧‧‧鎖固機構
231‧‧‧鎖固軸
〔圖1〕實施形態1~4的氧化還原液流電池之概略構成圖。
〔圖2〕實施形態1的氧化還原液流電池中之電解液之溫度控制順序之流程圖。
〔圖3〕實施形態1~4的氧化還原液流電池具備的電池堆之概略構成圖。
〔圖4〕實施形態2的氧化還原液流電池中之電解液之溫度控制順序之流程圖。
〔圖5〕氧化還原液流電池之動作原理圖。
《本發明之實施形態的說明》
首先說明本發明之實施態樣之內容如下。
(1)本發明一態樣的電解液循環型電池，係具備電池片：及循環路，使電解液循環於上述電池片。該電解液循環型電池具備：熱交換器，旁通流路，及流量可變機構。熱交換器，於循環路之中途冷卻電解液。旁通流 路，將熱交換器中之電解液之流入側及流出側予以連接而使熱交換器旁通。流量可變機構，將流通於熱交換器的電解液之流量及流通於旁通流路的電解液之流量設為可變。
依據上述構成，基於具備熱交換器，在夏季等電解液之溫度容易上昇時，可以藉由熱交換器冷卻電解液。基於具備旁通熱交換器的上述旁通流路與上述流量可變機構，在冬季等電解液之溫度容易下降時，可以抑制電解液之過度冷卻。此乃因為使電解液之至少一部分流通於旁通流路，流通於旁通流路的電解液不被熱交換器冷卻。因此，電解液之冷卻必要時可以僅冷卻必要部分，可以抑制過度冷卻造成的電解液溫度之降低，因此容易調整電解液之溫度。結果，可以促進充放電反應，提高電池性能。
又，可使電解液之至少一部分流通於旁通流路，可以減低壓力損失。和其他循環路比較，熱交換器通常大多數具備斷面積(徑)較小的流路、全長較長的流路、或分歧為複數個的流路之其中至少一個。相對於此，旁通流路可以由和熱交換器以外之循環路同等之徑構成，可使電解液之至少一部分流通於該旁通流路，因此可以減低流通於熱交換器的電解液之量。
更進一步，藉由使電解液之至少一部分流通於旁通流路，可以抑制電解液之過度冷卻可以抑制電解液之黏性之增加，因此可以減低壓力損失。
(2)作為上述電解液循環型電池之一形態，可以具備測定感測器；及流量控制部。測定感測器測定和 電解液之溫度相關連的物理量。流量控制部依據測定感測器之測定結果，控制基於流量可變機構的熱交換器及旁通流路之流量。
依據上述構成，藉由具備流量控制部，可依據測定感測器之結果針對基於流量可變機構的熱交換器及旁通流路之流量進行控制，可以良好精確度進行電解液溫度之調整。
(3)作為上述電解液循環型電池之一形態，具備測定感測器與流量控制部時，測定感測器可以具備測定電解液之溫度的液溫感測器，及測定外氣溫的氣溫感測器之至少一方。
依據上述構成，藉由具備液溫感測器，可以即時而且高精確度測定電解液之溫度，容易進行電解液之溫度調整，對抑制電解液之過度冷卻特別有效。另一方面，藉由具備氣溫感測器，可以測定外氣溫，容易進行電解液之溫度調整。外氣溫容易影響電解液之溫度變化，表示獲得和電解液溫度的相關關係。又，和直接測定電解液的液溫感測器比較，其配置或構成簡便。又，具備兩方之感測器實，即使一方之感測器故障無法測定上述物理量，亦可以使用另一方之感測器測定上述物理量。
(4)上述電解液循環型電池之一形態中具備測定感測器時，可以更進一步具備：冷卻機構，冷卻熱交換器；及冷卻控制部，依據測定感測器之測定結果，控制冷卻機構之動作。
依據上述構成，基於具備上述冷卻控制部，例如使電解液之至少一部分流通於旁通流路時，與其連動地弱化冷卻機構對熱交換器之冷卻。亦即，使電解液流通於旁通流路來抑制電解液之冷卻時係弱化冷卻機構對熱交換器之冷卻，因此即使剩餘之電解液流通於熱交換器時，電解液之溫度之降低可以更進一步被抑制。如此則，在電解液之冷卻必要時僅使冷卻機構動作必要部分，有助於省電力化。
(5)上述電解液循環型電池之一形態諸具備測定感測器時，可以更進一步具備使電解液循環的泵；及依據測定感測器之測定結果，對泵之輸出進行控制的泵控制部。
依據上述構成，基於具備上述泵控制部，例如使電解液之至少一部分流通於旁通流路時，與其連動地可以減少泵之輸出。如上述說明，熱交換器具備和循環路比較斷面積(徑)較小的流路、全長較長的流路、或分歧為複數的流路之至少一個。因此，藉由使電解液之至少一部分流通於旁通流路來減少流通於熱交換器的電解液之流量，如此則，和全部電解液流通於熱交換器時比較，泵之輸出較小。因此，泵之輸出可以最佳化成為必要最低限，因此有助於省電力化。
(6)上述電解液循環型電池之一形態，可以具備設於旁通流路進行流路之開閉的閥。
依據上述構成，可以容易調整電解液朝熱交 換器及旁通流路之流量。閥開放時一部分之電解液亦流通於熱交換器，但大半之電解液流通於旁通流路，閥閉鎖時電解液僅流通於熱交換器。閥開放時，大半之電解液流通於旁通流路未被熱交換器冷卻，因此即使一部分之電解液流通於熱交換器被冷卻，一部分之電解液之溫度降低伴隨對於電池性能的影響大致無，不若電解液全體之溫度降低伴隨的影響那樣大。又，調整閥之開放量即可調整熱交換器及旁通流路之流量。
《本發明之實施形態的詳細》
以下參照圖面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，亦包含在申請專利範圍所示以及與申請專利範圍具有均等意義及範圍內之全部變更。於此，電解液循環型電池以氧化還原液流電池(RF電池)為例進行說明。
〔實施形態1〕
實施形態的RF電池，和使用圖5說明的習知RF電池同樣，具備：電池片100；循環路(供給流路108、排出流路110)，使槽106內的正極電解液循環至正極片102；及循環路(供給流路109、排出流路111)，使槽107內的負極電解液循環至負極片103。各極電解液之循環藉由設於各循環路之中途的泵112、113進行。實施形態的RF電池之主要特徵在於，具備：在循環路之中途對 電解液進行冷卻的熱交換器；將該熱交換器旁通的旁通流路；將流向熱交換器及旁通流路的電解液之流量設為可變的流量可變機構。亦即，實施形態1的RF電池中熱交換器周邊之構成和習知RF電池不同，因此以下之實施形態中以該熱交換器周邊之構成為中心進行說明。以下參照圖1~3、5依熱交換器周邊之構成、其他構成之順序進行說明。針對和習知同樣之構成，圖5中附加同一符號並省略說明。
〔熱交換器〕
熱交換器10、11於循環路之中途對電解液進行冷卻。亦即，熱交換器10、11形成循環路之一部分。於此，冷卻可以是基於自然放冷的冷卻，或藉由後述冷卻機構(風扇20、21)的強制冷卻，可以對電解液良好地進行冷卻。熱交換器10、11之設置位置可以是供給流路108、109之中途，或排出流路110、111之中途之任一，但以排出流路110、111之中途為較好。各極電解液伴隨電池反應而發熱。因此，藉由將熱交換器10、11之設置位置設於排出流路110、111之中途，可以良好地進行電解液之冷卻。於此，熱交換器10、11之設置位置設為排出流路110、111之中途。
熱交換器10、11之入口，係連接於排出流路110、111之中上流側排出流路110u、111u，熱交換器10、11之出口連接於下流側排出流路110d、111d。由各 極片102、103排出的電解液，係由上流側排出流路110u、111u經由熱交換器10、11之入口流入熱交換器10、11內，在由熱交換器10、11之入口至出口的過程中電解液放出熱。放出熱的電解液由熱交換器10、11之出口經由下流側排出流路110d、111d返回各極槽106、107。
由熱交換器10、11之入口至出口的流路(省略圖示)，可由連續的1個流路構成，或由複數個流路構成。設為連續的1個流路時，由蛇行的導管構成流路為較好。如此則，和流路設為直線狀時比較，設為相同流路斷面積相同流路長時，可以達成熱交換器10、11之尺寸，延伸為包含冷卻機構(風扇20、21)的尺寸之小型化。又，和直線狀之流路比較，熱交換器10、11設為相同尺寸時，可以增大構成流路的導管之表面積，容易將電解液冷卻至所要之溫度。設為複數個流路時，各流路可由直線狀之導管構成，或由蛇行的導管構成。設為和連續的1個流路相同流路斷面積相同流路長時，藉由複數個流路之構成，可以縮小各流路斷面積(徑)，可以增大構成各流路的導管之合計表面積。又，可以縮小各流路斷面積(徑)，因此容易冷卻至流路之中心部分。
熱交換器10、11之流路，和排出流路110、111同樣，例如可由聚氯乙烯(PVC)等樹脂之導管構成。其他亦可由多層構造之複合導管構成，該多層構造之複合導管具備：由樹脂構成的管狀之本體部；及氧切斷 層，形成於本體部之外周，由氧透過率較本體部低的有機材料構成。本體部之樹脂可以是PVC、聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)及聚四氟乙烯(PTFE)等，其中PE較適合利用。氧切斷層之材質可以是乙烯一乙烯醇共聚合樹脂(乙烯-醋酸乙烯酯隨機共聚物皂化物)、聚氯乙烯樹脂、聚乙烯醇樹脂、尼龍6等。熱交換器10、11之流路由上述複合導管構成，可以良好地進行電解液溫度之冷卻。亦即，詳細如後述，藉由具備控制機構50，即使使用可以良好地進行電解液冷卻的複合導管時，亦可以調整電解液之溫度抑制電解液之過度冷卻。
〔冷卻機構〕
RF電池1具備對熱交換器10、11進行冷卻，使各極電解液之熱放出而冷卻該電解液的冷卻機構。冷卻機構可以是藉由冷卻水冷卻的水冷式，或進行送風的空冷式等強制的冷卻手法。水冷式時可以將熱交換器10、11收納於容器內，對容器內供給(循環)冷卻水。和空冷式比較，水冷式時在電解液之冷卻性能具有優點。另一方面，空冷式時可以設置風扇。此時，無需冷卻水本身，亦無需供給(循環)冷卻水的泵或冷卻水之冷卻機等構件，因此和水冷式比較，冷卻機構可以小型化而且簡略化。於此，冷卻機構由風扇20、21構成。風扇20、21之配置位置在熱交換器10、11之大略全體只要能臨風的位置即可。
〔旁通流路〕
旁通流路30、31係將熱交換器10、11中之電解液之流入側及流出側予以連接而使熱交換器10、11旁通。亦即，旁通流路30、31設於循環路之中途之同時形成循環路之一部分。於此，旁通流路30、31之入口連接於上流側排出路110u、111u，旁通流路之出口連接於下流側排出路110d、111d。使電解液流通於旁通流路30、31，由此流通於旁通流路30、31的電解液不被熱交換器10、11冷卻。因此，欲抑制電解液之冷卻時，藉由使電解液流通於旁通流路30、31即可以抑制電解液之過度冷卻。因此，容易進行電解液之溫度調整，可以抑制電解液之過度冷卻。旁通流路30、31可以由和連接的排出流路110、111同樣之徑之導管構成。構成旁通流路30、31的導管之材質例如可以是和排出流路110、111同樣之樹脂(PVC)。電解液對旁通流路30、31之流通可由流量可變機構進行。
〔流量可變機構〕
流量可變機構將流通於熱交換器10、11的電解液之流量及流通於旁通流路30、31的電解液之流量設為可變。流量可變機構可以是進行流路之開通‧閉鎖的閥，或進行流通流路之選擇及對各流路之流量調整的閥等。進行開閉的閥，例如可以是具備閥體的閘閥、球型閥、球塞閥、蝶型閥、隔膜閥等。進行流通流路之選擇及對各流路 之流量調整的閥，例如可以是具備切換閥的三方閥。三方閥，係藉由對切換閥進行切換，而將熱交換器10、11側之流路(旁通流路30、31)設為開放(全開)，或將旁通流路30、31(熱交換器10、11側之流路)設為閉鎖(全閉)而可以選擇流通流路，使電解液僅流通於熱交換器10、11及旁通流路30、31之其中一方。又，藉由調整切換閥之開放程度，可以使電解液流通於兩方之流路之同時對各流路之流量(開放量)進行調整。
使用進行上述開閉的閥時，流量可變機構之設置位置例如可以是(1)旁通流路30、31，(2)熱交換器10、11之入口附近及出口附近之一方以及旁通流路30、31之兩方。熱交換器10、11之入口附近，係指上流側排出路110u、111u之中比起與旁通流路30、31的連接位置更靠近熱交換器10、11側，出口附近係指下流側排出路110d、111d之中比起與旁通流路30、31的連接位置更靠近熱交換器10、11側。
僅於旁通流路30、31安裝閥時，使閥體動作而將閥設為開放時一部分之電解液亦流通於熱交換器10、11但大半之電解液流通於旁通流路30、31，將閥設為閉鎖時電解液僅流通於熱交換器10、11。旁通流路30、31之壓力損失和熱交換器10、11比較較小，將閥設為開放時大半之電解液流通於旁通流路30、31。此情況下，大半之電解液流通於旁通流路30、31未被熱交換器10、11冷卻，因此，即使一部分之電解液流通於熱交換 器10、11而被冷卻，一部分之電解液之溫度降低伴隨的電池性能降低之影響大致無，不若電解液全體之溫度伴隨的電池性能降低之影響大。調整閥之開放量即可調整流向旁通流路30、31及熱交換器10、11之流量。
在熱交換器10、11之入口附近及出口附近之任一方與在旁通流路30、31之兩方安裝閥時，將熱交換器10、11之出入口附近之閥設為開放將旁通流路30、31之閥設為閉鎖時，電解液流通於熱交換器10、11。反之，將熱交換器10、11之出入口附近之閥設為閉鎖將旁通流路30、31之閥設為開放時，電解液流通於旁通流路30、31。將兩方之閥設為開放(調整兩方之閥體之開放量)，則電解液流通於熱交換器10、11與旁通流路30、31之兩方。
使用進行上述流通流路之選擇及對各流路之流量調整的閥(例如三方閥)時，流量可變機構之設置位置可為旁通流路30、31與循環路的連接位置。此時，藉由切換閥之開放程度之調整而如上述般進行流通流路之選擇及各流路之流量調整。
於此，流量可變機構由蝶型閥40~43構成，將其分別設於熱交換器10、11之上述入口側附近及旁通流路30、31。藉由控制機構50之控制可以將流量可變機構對於熱交換器10、11與旁通流路30、31之間的電解液之流量設為可變，亦即，可以進行蝶型閥40~43中閥體之動作控制。蝶型閥40~43藉由控制機構50可以連續地將 電解液之液量設為可變。又，可以藉由控制機構50使熱交換器10、11之上述入口側附近之蝶型閥40、41之開閉，與旁通流路30、31之蝶型閥42、43之開閉連動。
〔控制機構〕
控制機構50具備：測定感測器，測定和電解液之溫度相關連的物理量；及具有流量控制部540的控制部54，該流量控制部540依據測定感測器之測定結果，控制經由蝶型閥(流量可變機構)40~43流向熱交換器10、11及旁通流路30、31之流量。流量之控制進行，例如有使電解液僅流通於熱交換器10、11及旁通流路30、31之任一方之情況，及使任意流量之電解液流通於各個流路之情況。於此說明僅流通於前者之任一方的形態。於實施形態2針對後者之流通任意流量的形態進行說明。控制部54可以另外具備：依據測定感測器之測定結果，對冷卻機構20、21之動作進行控制的冷卻控制部541；及對泵112、113之輸出進行控制的泵控制部542之至少一方等。彼等流量控制部540、冷卻控制部541及泵控制部542可以藉由1個控制部54進行控制，或由分別獨立的不同的控制部進行控制。冷卻控制部541與泵控制部542分別於後述之實施形態3與實施形態4進行說明。
(測定感測器)
測定感測器所測定的和電解液之溫度相關連的物理 量，當然包含電解液之溫度本身，亦包含和電解液之溫度具有相關關係的物理量。具有相關關係的物理量例如可為外氣溫等。外氣溫變低(變高)則電解液之溫度變低(變高)。亦即，測定感測器較好是使用可以測定液溫的液溫感測器51、52(圖1實線)，及可以測定外氣溫的氣溫感測器53(圖1二點虛線)之至少一方。液溫感測器51、52可以即時測定電解液之正確溫度。因此，藉由流量控制部540可以良好精確度控制流量，容易進行電解液之溫度調整，對於抑制電解液之過度冷卻特別有效。氣溫感測器53容易進行電解液之溫度調整。外氣溫之變化容易影響電解液之溫度變化，和電解液之溫度的相關關係強。又，和液溫感測器51、52般直接測定電解液的感測器比較，其配置或構成簡便。使用氣溫感測器53時，其數目可為一個。具備液溫感測器51、52與氣溫感測器53之兩方時，即使一方之感測器故障無法測定上述物理量時，可以使用另一方之感測器測定上述物理量。彼等感測器51~53均可以使用市售之感測器。
測定感測器之配置位置，如液溫感測器51、52等對電解液本身之溫度進行直接測定的感測器時，雖亦需考慮流量控制部540之控制規格，然可配置於循環路中之熱交換器10、11之上流側(上流側排出流路110u、111u)或下流側(下流側排出流路110d、111d)。液溫感測器51、52之配置位置設為熱交換器10、11之上流側時，流向熱交換器10、11及旁通流路30、31之電解液之 流量之調整，可以依據通過電池片100後之電解液之溫度進行，因此容易適當進行上述調整。液溫感測器51、52之配置位置設於熱交換器10、11之下流側時，流向熱交換器10、11及旁通流路30、31的電解液之流量之調整，可以依據電解液流通於熱交換器10、11而被冷卻的電解液之溫度進行，因此容易抑制電解液之過度冷卻。又，上述流量之調整，可以依據電解液流向旁通流路30、31未被熱交換器10、11冷卻的電解液之溫度進行，由此容易抑制伴隨電池反應而溫度上昇的電解液上升至必要以上之溫度。因此，可以有效進行電解液之溫度調整。
如氣溫感測器53般不測定電解液本身之溫度的感測器時，測定感測器之配置位置可以是循環路中之熱交換器10、11之上流側周邊附近或下流側周邊附近之任一。如此則，和電解液之溫度間的相關關係更強更容易。
於此，測定感測器由測定電解液之溫度的液溫感測器51、52構成，將其設於上流側排出流路110u、111u中比起和旁通流路30、31間之連接位置更上流側。液溫感測器(測定感測器)51、52測定的測定結果被傳送至控制部54(流量控制部540)。
(流量控制部)
流量控制部540依據液溫感測器(測定感測器)51、52之個別之測定結果，對經由蝶型閥(流量可變機構)40~43流向熱交換器10、11及旁通流路30、31之流量進 行控制。如此則，可將電解液之溫度調整於所要之溫度範圍內。流量控制部540可以具備電路，該電路具有：受信來自液溫感測器51、52之測定結果的資料輸入部；將該結果與臨限值比較並判斷的判斷部；依據判斷部之結果對馬達輸出動作指令的指令輸出部，該馬達對蝶型閥40~43之閥體進行驅動(均省略圖示)。上述流量之控制之方式詳細如後述。
(控制順序)
依據圖2所示流程圖說明藉由控制機構50對蝶型閥(流量可變機構)40~43之閥體進行控制之順序。首先，藉由液溫感測器(測定感測器)51、52測定各極之電解液之溫度取得各極之電解液溫度TL(步驟S01)。接著，流量控制部540判斷取得的電解液溫度TL是否滿足設定溫度範圍x1(℃)以上x2(℃)以下(步驟S02)。滿足該條件時，蝶型閥40~43之閥體保持維持現狀，結束控制。
不滿足上述條件時，判斷電解液溫度TL是否小於下限值x1(℃)(步驟S03)。滿足該條件時判斷旁通流路30、31是否開通(步驟S04)。旁通流路30、31開通時將蝶型閥40~43之閥體維持現狀，結束控制。
旁通流路30、31閉鎖時，將旁通流路30、31中之蝶型閥42、43之閥體設為開放(步驟S05)。接著，將熱交換器10、11側之蝶型閥40、41之閥體設為閉 鎖(步驟S06)。該步驟S05與步驟S06可以同時進行。之後，維持蝶型閥40~43之閥體之該狀態，結束控制。
步驟S03不滿足規定之條件時，亦即，電解液溫度TL大於上限值x2(℃)時，判斷熱交換器10、11是否開通(步驟S07)。熱交換器10、11開通時，將蝶型閥40~43之閥體維持現狀，結束控制。
熱交換器10、11閉鎖時，將熱交換器10、11側之蝶型閥40、41之閥體設為開放(步驟S08)。接著，將旁通流路30、31之蝶型閥42、43之閥體設為閉鎖(步驟S09)。該步驟S08與步驟S09，係和步驟S05、S06同樣，可以同時進行。之後，將蝶型閥40~43之閥體維持於該狀態，結束控制。
步驟S01~S09可以設計計時器依據每一特定時間重複進行。當然，步驟S01~S09之控制可以不結束而連續重複進行。
〔電解液〕
於此如圖5所示，各極電解液均使用釩離子水溶液，但電解液不限定於釩離子水溶液。例如各極電解液之組合可以如下。(1)正極電解液含有錳離子，負極電解液含有由鈦離子、釩離子、鉻離子、鋅離子及錫離子選擇的至少一種金屬離子。(2)正極電解液含有錳離子及鈦離子之雙方，負極電解液含有由鈦離子、釩離子、鉻離子、鋅離子及錫離子選擇的至少一種金屬離子。(3)正極電解 液及負極電解液含有錳離子及鈦離子之雙方。(4)正極電解液含有鐵離子，負極電解液含有由鈦離子、釩離子、鉻離子、鋅離子及錫離子選擇的至少一種金屬離子。
電解液之溶媒可以利用由H2SO4、K2SO4、Na2SO4、H3PO4、H4P2O7、K2HPO4、Na3PO4、K3PO4、HNO3、KNO3、HCl、及NaNO3選擇的至少一種水溶液。特別是含有硫酸陰離子(SO4 2-)者容易利用。
〔其他構成之說明〕
如圖3所示，RF電池1具備由複數個副電池堆(sub-cell stack)200s積層而構成的電池堆(cell stack)200，該副電池堆200s具備複數個電池片100。電池堆200係藉由2片端板210、220將積層而成的複數個副電池堆200s由其兩側夾持藉由鎖固機構230鎖固而構成。鎖固機構230例如由鎖固軸231、螺固於鎖固軸231之兩端的螺帽(省略圖示)、及配置於螺帽與端板210之間的壓縮彈簧(省略圖示)構成。
各副電池堆200s具備將電池架120、正極電極104、隔膜101及負極電極105依序積層而形成的積層體，該電池架120具備雙極板121及將雙極板121之外周緣予以保持的框架122。該構成時，在鄰接的電池架120之雙極板121之間形成有1個電池片100。更進一步，各副電池堆200s具備：配置於積層體之兩側的一對集電板；及配置於一對集電板之兩側的一對給排板201。集電 板和位於上述積層體之積層方向兩端的雙極板121呈導通。在一對給排板201之間(給排板201與端部之雙極板121之間)具有較集電板之周緣更朝外側突出的端子部。經由該端子部進行副電池堆200s之電池片100與外部機器之間之電氣輸出入。
於各給排板201安裝有連接於圖1之供給流路108(109)的供給導管202i，及連接於排出流路110(111)的排出導管202o。經由該導管202i、202o進行副電池堆200s與各槽106、107之間的各電解液之流通。
副電池堆200s內之電解液之流通，係藉由形成於框架122的供液多歧管123、124及排液多歧管125、126進行。正極電解液由供液多歧管123透過形成於框架122之一面側(紙面表側)的溝被供給至正極電極104，透過形成於框架122之上部的溝被排出至排液多歧管125。同樣地，負極電解液由供液多歧管124透過形成於框架122之另一面側(紙面背側)的溝被供給至負極電極105，透過形成於框架122之上部的溝被排出至排液多歧管126。於各框架122間配置O型環或平板墊圈等環狀之密封構件127，抑制電解液由副電池堆200s之漏洩。
〔作用效果〕
依據實施形態1的RF電池1可以達成以下之效果。
(1)藉由具備熱交換器10、11，在夏季等電解液之溫度容易上昇時，可以藉由熱交換器10、11對電解液進 行冷卻。
(2)藉由具備旁通熱交換器10、11的旁通流路30、31與蝶型閥40~43，在冬季等電解液之溫度容易下降時，可以抑制電解液之過度冷卻。因為使電解液流通於旁通流路30、31，流通於旁通流路30、31的電解液不被熱交換器10、11冷卻。特別是在電解液容易過度冷卻的寒暖差較大環境中即使在冬季亦可以防止電解液之過度冷卻。
(3)除可以冷卻電解液以外，還可以抑制過度冷卻造成的電解液之溫度之過度降低，因此容易進行電解液之溫度調整。因此，可以促進充放電反應，可以提升電池性能。
(4)可以抑制電解液之溫度之過度降低，因此可以抑制電解液之黏性之增加，可以抑制壓力損失之增加。又，電解液不流通於熱交換器10、11而流通於旁通流路30、31時，可以減低壓力損失。
〔實施形態2〕
實施形態1中說明，藉由流量控制部540對蝶型閥(流量可變機構)40~43之閥體進行開閉，使電解液緊流通於熱交換器10、11及旁通流路30、31之任一方的形態。實施形態2說明使任意流量的電解液流通於熱交換器10、11及旁通流路30、31之各個流路的形態。具體言之為，藉由流量控制部540調整蝶型閥40~43之閥體之開放 程度以調整流通於熱交換器10、11及旁通流路30、31的電解液之流量。除流量控制部540對蝶型閥40~43之控制順序以外，其他構成和實施形態1同樣。以下之說明中針對控制順序進行說明。
(控制順序)
依據圖4所示流程圖說明基於控制機構50對流量可變機構(蝶型閥)40~43之控制順序。步驟S11~步驟S12和實施形態1之步驟S01~S02相同。
於步驟S12，在電解液溫度TL(℃)滿足設定溫度範圍x1(℃)以上x2(℃)以下時，叫出事先記憶的参照資料，判斷参照資料中在電解液溫度TL時之旁通流路(熱交換器)之開放量，與現狀之旁通流路30、31(熱交換器10、11)之開放量是否一致(步驟S13)。
事先求出和電解液溫度TL相應的旁通流路(熱交換器)之開放量之相關資料，以該相關資料作為参照資料使用。例如小於下限值x1時將旁通流路30、31中之蝶型閥42、43之閥體之開放量設為100%(全開)，將熱交換器10、11側中之蝶型閥40、41之閥體之開放量設為0%(全閉)，大於上限值x2時將旁通流路30、31之蝶型閥42、43之上述開放量設為0%(全閉)，將熱交換器10、11側之蝶型閥40、41之上述開放量設為100%(全開)。接著，在上述設定溫度範圍內設定和溫度對應之上述開放量。亦即，溫度越接近下限值x1越增多旁通 流路30、31之蝶型閥42、43之上述開放量，越減少熱交換器10、11側之蝶型閥40、41之上述開放量。另一方面，溫度越接近上限值x2越減少旁通流路30、31之蝶型閥42、43之上述開放量，越增多熱交換器10、11側之蝶型閥40、41之上述流路之開放量。
步驟S13之判斷結果與由参照資料求出的開放量一致時，將蝶型閥40~43之閥體維持現狀，結束控制。另一方面，上述判斷結果不一致時，對蝶型閥40~43之閥體之開放程度進行控制以使旁通流路30、31之開放量符合参照資料之開放量，調整流通於熱交換器10、11及旁通流路30、31的電解液之流量(步驟S14)。接著，將蝶型閥40~43之閥體維持於該狀態，結束控制。
步驟S12中未滿足設定溫度範圍時，和實施形態1之步驟03同樣，判斷電解液溫度TL是否小於下限值x1(步驟S15)。。滿足該條件時，判斷旁通流路30、31中之蝶型閥42、43之閥體是否為全開之狀態(步驟S16)。旁通流路30、31之蝶型閥42、43之閥體為全開之狀態時，將蝶型閥40~43之閥體維持現狀，結束控制。另一方面，旁通流路30、31之蝶型閥42、43之閥體未全開時，將旁通流路30、31之蝶型閥42、43之閥體設為全開(步驟S17)。接著，將熱交換器10、11側之蝶型閥40、41之閥體設為全閉(步驟S18)。該步驟S17與步驟S18可以同時進行。之後，將蝶型閥40~43維持於該狀態，結束控制。
步驟S15未滿足規定之條件時，亦即，電解液溫度TL大於上限值x2時，判斷熱交換器10、11側之蝶型閥40、41之閥體是否為全開之狀態(步驟S19)。熱交換器10、11側之蝶型閥40、41之閥體為全開之狀態時，將蝶型閥40~43維持現狀，結束控制。另一方面，熱交換器10、11側之蝶型閥40、41之閥體未全開時，將熱交換器10、11側之蝶型閥40、41之閥體設為全開(步驟S20)。接著，將旁通流路30、31之蝶型閥42、43之閥體設為全閉(步驟S21)。該步驟S20與步驟S21係和步驟S17，S18同樣可以同時進行。之後，蝶型閥40~43維持於該狀態，結束控制。
步驟S11~S21係和實施形態1同樣，設置計時器，依每一特定時間重複進行，當然，亦可以不結束控制而連續地重複進行。
〔作用效果〕
依據實施形態2的RF電池1，將蝶型閥40~43之閥體之開放程度調整成為和電解液之溫度對應之開放程度，而對流通於熱交換器10、11及旁通流路30、31的電解液之流量進行調整，因此可以良好精確度進行電解液之溫度調整。
〔實施形態3〕
於實施形態3，係依據測定感測器之測定結果，如實 施形態1般在熱交換器10、11與旁通流路30、31之間進行電解液之流通切換以外，藉由控制機構50之冷卻控制部541控制冷卻機構20、21之動作。本形態中，和實施形態1同樣，使用風扇20、21作為冷卻機構，使用蝶型閥40~43作為流量可變機構，使用液溫感測器51、52作為測定感測器。
(冷卻控制部)
冷卻控制部541對風扇20、21之動作控制，如上述般係依據液溫感測器51、52之測定結果進行。換言之，上述動作之控制，係和流量控制部540對蝶型閥閥40~43之控制連動進行。具體言之為，電解液不流通於旁通流路30、31而流通於熱交換器10、11時，藉由冷卻控制部541驅動風扇20、21。另一方面，電解液不流通於熱交換器10、11而流通於旁通流路30、31時，係藉由冷卻控制部541停止風扇20、21。冷卻控制部541之上述動作之控制，可以和流量控制部540之上述控制同時進行，或於流量控制部540之上述控制前後進行。該冷卻控制部541例如可以具備電路，該電路將和液溫感測器51、52之結果對應之指令輸出至風扇20、21之驅動部(馬達)。
〔作用效果〕
依據實施形態3的RF電池1，可以和電解液向旁通流路30、31之流通連動地停止風扇20、21。如此則，使 電解液流通於旁通流路30、31來抑制電解液之冷卻時，可以停止冷卻機構20、21，因此有助於省電力化。
〔實施形態4〕
實施形態4，係依據測定感測器之測定結果，如實施形態1般在熱交換器10、11與旁通流路30、31之間進行電解液之流通切換以外，藉由控制機構50之泵控制部542可以控制泵112、113之輸出。本形態中，和實施形態1同樣使用風扇20、21作為冷卻機構，使用蝶型閥40~43作為流量可變機構，使用液溫感測器51、52作為測定感測器。
(泵控制部)
泵控制部542對泵112、113之輸出之控制，如上述般係依據液溫感測器51、52之測定結果進行。換言之，上述輸出之控制，係和流量控制部540對蝶型閥40~43之控制連動地進行。具體言之為，比起電解液不流通於熱交換器10、11而流通於旁通流路30、31時，在電解液不流通於旁通流路30、31而流通於熱交換器10、11時更增大泵112、113之輸出。另一方面，比起電解液不流通於旁通流路30、31而流通於熱交換器10、11時，在電解液不流通於熱交換器10、11而流通於旁通流路30、31時係更縮小泵控制部542對泵112、113之輸出。泵控制部542之上述輸出之控制，可以和流量控制部540之上述控制同 時或在其後進行。泵控制部542例如可以具備電路，該電路可以將和液溫感測器51、52之測定結果對應之指令輸出至泵112、113之馬達。
〔作用效果〕
依據實施形態4的RF電池1，藉由使電解液不流通於熱交換器10、11而流通於旁通流路30、31，如此則和電解液全部流通於熱交換器10、11時比較，可以縮小泵112、113之輸出。又，和電解液朝旁通流路之流通連動地可以縮小泵之輸出，因此泵112、113之輸出容易最佳化成為必要最低限，因此有助於省電力化。實施形態4的RF電池1中，更進一步依據測定感測器之測定結果，如實施形態3般進行冷卻機構20、21之輸出控制，則可以更進一步省電力化。
〔變形例1〕
測定感測器，如上述說明可以使用測定外氣溫的氣溫感測器53。此時，事先依據外氣溫與電解液之溫度的相關關係求出相關資料作為参照資料使用。接著，依據氣溫感測器53求出的外氣溫之測定結果，藉由流量控制部540調整蝶型閥(流量可變機構)40~43，控制流向熱交換器10、11及旁通流路30、31之流量。具體言之為，將外氣溫之測定結果與参照資料比對，進行蝶型閥40~43之開閉，以使電解液僅流通於熱交換器10、11及旁通流路 30、31之任一方。或者，進行蝶型閥40~43中之閥體之開放程度之調整以使任意流量之電解液流通於各個流路。
〔變形例2〕
冷卻機構如上述說明可以設為水冷式。此時，冷卻機構可以具備：收納熱交換器的容器；對容器內之熱交換器進行冷卻的冷卻水；及將冷卻水供給(循環)至容器內的供給(循環)機構。可以是依據液溫感測器(測定感測器)51、52之測定結果，和實施形態3同樣，在熱交換器10、11與旁通流路30、31之間對電解液之流通進行切換，另外對冷卻機構之動作進行控制。具體言之為，液溫感測器51、52之測定結果小於上述下限值x1(℃)時，藉由流量控制部540使電解液不流通於熱交換器10、11而流通於旁通流路30、31。可以與其連動地，減慢供給(循環)至上述容器內的冷卻水之流速，或停止供給(循環)本身。
〔變形例3〕
和測定感測器測定的電解液之溫度相關連的物理量，除上述液溫及外氣溫以外，可以是電解液之黏度、電解液之壓力、電解液之流速、電解液之流量等。亦即，測定感測器可以使用黏度計、壓力感測器、流速計、流量計等。彼等物理量依電解液之充電狀態(SOC)與電解液之溫度而變化。因此，變形例3中，除上述測定感測器以外，可 以具備求出上述充電狀態用之監控片。上述充電狀態可以藉由監控片之開放電壓等加以把握。此時，事先求出各個感測器求出的物理量、和監控片之開放電壓對應之充電狀態、及電解液之溫度等三者之關係，作為参照資料使用。接著，依據各個感測器之測定結果與充電狀態，藉由流量控制部調整流量可變機構，對熱交換器及旁通流路之各流量進行控制。
〔變形例4〕
RF電池亦可以具備將電解液加溫至所要溫度的加熱器。加熱器之設置位置例如可於槽內。在測定感測器之測定結果小於上述下限值x1(℃)時，加熱器增大輸出調整電解液之溫度以使成為該設定溫度範圍內(x1(℃)≦TL≦x2(℃))。如此則，藉由旁通流路與加熱器可以更進一步抑制電解液之過度冷卻，即使產生過度冷卻時亦可以快速使電解液回復適當溫度。
〔變形例5〕
上述實施形態1~4或變形例1~4的RF電池中說明具備電池堆的形態，該電池堆係將具備複數個電池片的副電池堆複數個積層而成，但RF電池可以是單一電池片之電池，亦可以在一組給排板之間具備複數個電池片積層而成的電池堆的形態。
〔產業上之可利用性〕
本發明一態樣的電解液循環型電池，針對太陽光發電、風力發電等新能源之發電，適用於以追求發電輸出之變動穩定化、發電電力之多餘時之蓄電及負載平準化等為目的之用途。又，本發明一態樣的電解液循環型電池亦適用於，和一般的發電所被並設，以追求瞬間降低‧停電對策或負載平準化為目的的大容量的蓄電池。

Claims (6)

  1. 一種電解液循環型電池，係具備電池片、貯存電解液的槽、及使上述電解液循環於上述電池片的循環路；該電解液循環型電池具備：熱交換器，於上述循環路之中途冷卻上述電解液；上流側排出路，於上述循環路內連結上述電池片與上述熱交換器；下流側排出路，於上述循環路內連結上述槽與上述熱交換器；旁通流路，連結上流側排出路與上述下流側排出路，而使上述熱交換器旁通；及流量可變機構，將流通於上述熱交換器的上述電解液之流量及流通於上述旁通流路的上述電解液之流量設為可變。
  2. 如申請專利範圍第1項之電解液循環型電池，其中具備：測定感測器，測定和上述電解液之溫度相關連的物理量；及流量控制部，依據上述測定感測器之測定結果，控制上述流量可變機構所致之向上述熱交換器及上述旁通流路之流量。
  3. 如申請專利範圍第2項之電解液循環型電池，其中上述測定感測器具備以下之至少一方：液溫感測器，測定上述電解液之溫度；及氣溫感測器，測定外氣溫。
  4. 如申請專利範圍第2項之電解液循環型電池，其中具備：冷卻機構，冷卻上述熱交換器；及冷卻控制部，依據上述測定感測器之測定結果，控制上述冷卻機構之動作。
  5. 如申請專利範圍第2項之電解液循環型電池，其中具備：泵，使上述電解液循環；及泵控制部，依據上述測定感測器之測定結果，控制上述泵之輸出。
  6. 如申請專利範圍第1至5項中任一項之電解液循環型電池，其中上述流量可變機構具備閥，其設於上述旁通流路，進行流路之開閉。
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