JP2006147376A - レドックスフロー電池 - Google Patents

Abstract

【課題】正極電解液と負極電解液との圧力差が所定の範囲内となるように各循環用ポンプを駆動制御できるレドックスフロー電池を提供し、レドックスフロー電池の信頼性の向上を図る。
【解決手段】正極電解液及び負極電解液が供給される電池セル1と、電解液を貯留する正極タンク21及び負極タンク22と、電解液を電池セルとタンクとの間で循環する正極電解液循環路3及び負極電解液循環路4と、各電解液循環路の途中に設ける正極側循環用ポンプ51及び負極側循環用ポンプ52と、各循環路を流れる電解液の圧力を測定する圧力センサ61,62と、圧力センサからの信号により正極電解液と負極電解液との圧力差を演算し、この圧力差に応じて各循環用ポンプの回転数を制御する制御装置7とを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、セルに正極電解液及び負極電解液を供給して充放電を行うレドックスフロー電池に関するものである。

レドックスフロー電池は、従来、負荷平準化や瞬低対策などとして利用されている。レドックスフロー電池は例えば特許文献１に示すように、正極および負極を備えるセルと、正極タンクと負極タンクと、それぞれの電解液をセルとタンクとの間で循環させる電解液循環ポンプを備える。

レドックスフロー電池の動作原理を図３に基づいて説明する。この電池は、イオン交換膜からなる隔膜101で正極セル100Aと負極セル100Bとに分離されたセル100を備える。正極セル100A、負極セル100Bにはそれぞれ正極電極102と負極電極103とを内蔵している。

正極セル100Aには、正極電解液を貯留する正極タンク104Aが電解液の循環路となる導管106Aを介して接続されている。正極タンク104Aから正極電解液が正極電極102に供給され、正極電極102から排出されて、正極タンク104Aに戻るようになっている。

負極セル100Bには、負極電解液を貯留する負極タンク104Bが電解液の循環路となる導管106Bを介して接続されている。負極セル100Bから、負極電解液が負極電極103に供給され、負極電極103から排出されて負極タンク104Bに戻るようになっている。

導管106A、導管106Bの途中には、循環用ポンプ105A、105Bが設けられており、タンクからセルに電解液を送ることにより、電解液を循環させるようになっている。

各極電解液にはバナジウムイオンなど原子価が変化するイオンの水溶液を用い、ポンプ105A、105Bで電解液を循環させながら、正極電極102、負極電極103におけるイオンの価数変化反応に伴って充放電を行う。例えば、バナジウムイオンを含む電解液を用いた場合、セル内で充放電時に生じる反応は次の通りである。

正極：V⁴⁺→V⁵⁺＋e^-（充電） V⁴⁺←V⁵⁺＋e^-（放電）
負極：V³⁺＋e^-→V²⁺（充電） V³⁺＋e^-←V²⁺（放電）

特開2003-123807号公報

従来のレドックスフロー電池は、セル内の電極として、カーボンフェルト製のものを用いている。そして、従来のレドックスフロー電池では、充放電動作を繰り返すうちに、電解液中にアンモニウム−バナジウム化合物などの不純物が析出することがある。このような不純物が析出した場合、セル内のカーボン電極に目詰まりが生じたり、電解液流路が詰まるなどの異常が発生する場合がある。また、一方の循環用ポンプが故障して停止してしまう場合もある。

ところで、従来のレドックスフロー電池では、正極と負極の循環用ポンプは、ポンプ運転のためのモータ回転数を所定の回転数となるように予め設定している。従って、従来の両極の循環用ポンプは、正極と負極の電解液の圧力差に関係なく、設定されたモータ回転数で駆動されていた。

そのため、セル内で異常が発生したり、一方のポンプが停止してしまうと、正極電解液と負極電解液とに異常な圧力差が生じ、この圧力差により隔膜が損傷するなどして、セルが損傷し、充放電に支障をきたす虞がある。

従って、本発明は、正極電解液と負極電解液との圧力差が所定の範囲内となるように各循環用ポンプを駆動制御できるレドックスフロー電池を提供することにより、レドックスフロー電池の信頼性の向上を図ることを目的とする。

本発明のレドックスフロー電池は、正極電解液及び負極電解液が供給される電池セルと、電解液を貯留する正極タンク及び負極タンクと、電解液を電池セルとタンクとの間で循環する正極電解液循環路及び負極電解液循環路と、各電解液循環路の途中に設ける正極側循環用ポンプ及び負極側循環用ポンプとを備える。さらに、本発明のレドックスフロー電池は、各循環路を流れる電解液の圧力を検知する圧力センサと、圧力センサからの信号により正極電解液と負極電解液との圧力差を演算し、この圧力差に応じて各循環用ポンプのモータ回転数を制御する制御装置とを備える。

電池セルは、隔膜を介して正極セルと負極セルとを備える。電解液としては、起電力が高く、エネルギー密度が大きく、電解液が単一元素系であるため正極電解液と負極電解液とが混合しても充電によって再生することができるといった多くの利点を有しているバナジウムイオン溶液が好適である。

正極タンクには、正極電解液が貯留され、負極タンクには、負極電解液が貯留される。

正極電解液循環路は、往路循環路と復路循環路とからなり、往路循環路と復路循環路とが電池セルの正極セルと正極タンクとの間に接続されている。正極電解液循環路は、往路循環路を介して正極タンクから正極セルに正極電解液を供給し、復路循環路を介して正極セルから正極タンクに正極電解液を戻すように構成されている。

負極電解液循環路も、往路循環路と復路循環路とからなり、往路循環路と復路循環路とが電池セルの負極セルと負極タンクとの間に接続されている。負極電解液循環路は、往路循環路を介して負極タンクから負極セルに負極電解液を供給し、復路循環路を介して負極セルから負極タンクに負極電解液を戻すように構成されている。

各循環路は、電解液が接触しても短絡などの事故が生じないように絶縁材料にて形成されたパイプなどを利用するとよい。

正極側循環用ポンプは、正極電解液循環路における往路循環路の途中に設けられている。正極側循環用ポンプにより、正極タンク内の正極電解液を強制的に正極セルに供給して、正極電解液を正極タンクから正極セル、そして正極タンクへと循環させるようになっている。

負極側循環用ポンプも、負極電解液循環路における往路循環路の途中に設けられている。負極側循環用ポンプにより、負極タンク内の負極電解液を強制的に負極セルに供給して、負極電解液を負極タンクから負極セル、そして負極タンクへと循環させるようになっている。

圧力センサは、正極電解液の圧力a(Pa)と負極電解液の圧力b(Pa)を検知する。圧力センサは、正極側循環用ポンプと正極セルとの間の正極電解液循環路に１つと、負極側循環用ポンプと負極セルとの間の負極電解液循環路に１つ設けることが好ましい。各圧力センサで検知した電解液の圧力は信号にして制御装置に入力される。

制御装置は、前記したように、圧力センサからの信号により正極電解液と負極電解液との圧力差を演算し、この圧力差に応じて各循環用ポンプのモータ回転数を制御するようになっている。制御装置としてはコンピュータが挙げられる。制御装置は、記憶部と、設定登録部と、演算部と、判定部と、制御部とを備える。

記憶部は、正極側の圧力センサからの信号と負極側の圧力センサからの信号を記憶する。

設定登録部は、圧力センサで検知された負極電解液の圧力と正極電解液の圧力との圧力差cについて、ポンプのモータ回転数の調整が不要な許容値となる第一範囲(α≦c≦β)とモータ回転数の調整が必要な第一範囲から外れた範囲とを設定登録する。第一範囲から外れた範囲としては、第二範囲（X＜c＜α、β＜c＜Y）を設定することが好ましい。

なお、第一範囲(α≦c≦β)は、レドックスフロー電池の運転中において、電池性能低下の心配のない圧力差の範囲であるので、ポンプのモータ回転数の調整が不要となる。

第二範囲（X＜c＜α、β＜c＜Y）は、電池性能の低下につながる圧力差の範囲であるので、この範囲では循環用ポンプのモータ回転数の増減制御を行う。本発明は、演算した圧力差がこの第二範囲である場合には、制御装置により、負極側のポンプのモータまたは正極側のポンプのモータの回転数を調整して、圧力差が第一範囲になるように電解液の圧力が調整されるようになっている。

設定登録部は、レドックスフロー電池を運転する際の基準となる正極電解液の基準圧力a₀(Pa)と負極電解液の基準圧力b₀(Pa)とを設定しておいて、これら基準圧力に基づいて、第一範囲(α≦c≦β)を設定登録することが好ましい。通常、レドックスフロー電池は、運転条件を設定する際に、正極電解液と負極電解液の基準圧力を設定する。本発明は、負極電解液の基準圧力b₀と正極電解液の基準圧力a₀の差c₀を求め、この差c₀の前後に所定の範囲を設定して、第一範囲(α≦c≦β)を設定する。

さらに、圧力差cは、圧力センサにより検知した負極側の圧力b(Pa)から正極側の圧力a(Pa)を引いた値（c=b-a）とすることが好ましい。このように、圧力差cを負極側の圧力b(Pa)から正極側の圧力a(Pa)を引いた値（c=b-a）とする場合には、負極側の基準圧力b₀(Pa)を正極側の基準圧力a₀(Pa)より高く設定しておく。このように圧力を設定することにより、正極から負極への液移りを減らすことができるし、セル内過充電劣化も起こりにくくできるからである。なお、正極側の基準圧力a₀(Pa)を負極側の基準圧力b₀(Pa)よりも高くしておいて圧力差cを求めるようにしてもよい。

さらに、設定登録部は、第二範囲を外れた異常圧力差（c≦X、Y≦c）を設定登録することが好ましい。この異常圧力差は、全ての循環用ポンプを停止させる判断基準となる。

また、設定登録部では、正極電解液および負極電解液のそれぞれについて、レドックスフロー電池の運転を停止させるための異常圧力値Z(Pa)を設定登録することが好ましい。この異常圧力値Zとは、レドックスフロー電池を運転させる際に、運転に支障をきたす虞のある電解液の圧力をいう。例えば正極電解液または負極電解液の検知圧力が0.25MPaを超えた場合は異常圧力値となる。

演算部には、正極側の圧力センサからの信号と負極側の圧力センサからの信号が入力される。そして、演算部は、圧力センサで検知した圧力a(Pa),b(Pa)に基づいて、負極電解液と正極電解液との圧力差（c=b-a）を演算する。

判定部は、設定登録部で異常圧力値Z(Pa)が設定されている場合には、演算部で演算された圧力差が第一範囲内にあるか否かを判定する前に、正極電解液及び負極電解液の圧力が、異常圧力値Z(Pa)であるか否かを判定する。

判定部は、正極電解液または負極電解液のいずれかの圧力が、異常圧力値Z(Pa)であると判定した場合には、この判定結果を制御部に出力する。判定部は、正極電解液および負極電解液の圧力が、異常圧力値Z(Pa)ではないと判定した場合には、演算部で演算された圧力差が第一範囲内にあるか否かを判定する。

なお、設定登録部において、第二範囲（X＜c＜α、β＜c＜Y）および第二範囲を外れた異常圧力差（c≦X、Y≦c）が設定されている場合には、判定部は、この圧力差が第一範囲(α≦c≦β)内にあるか否かの判定をする前に、圧力差が異常圧力差（c≦X、Y≦c）となっているか否かを判定する。判定部は、異常圧力差（c≦X、Y≦c）であると判定した場合には、その判定結果を制御部に出力する。判定部は、異常圧力差（c≦X、Y≦c）ではないと判定した場合には、圧力差が第一範囲内にあるか否かを判定する。

さらに、設定登録部において第二範囲（X＜c＜α、β＜c＜Y）が設定され、判定部において圧力差が第一範囲から外れていると判定された場合には、判定部は、圧力差が第二範囲のX＜c＜αの範囲かβ＜c＜Yの範囲にあるのかを判定する。また、判定部は、圧力差が第一範囲内にあると判定した場合には、その判定結果を制御部に出力する。

次に、制御部における循環用ポンプの制御について説明する。設定登録部で異常圧力値Z(Pa)が設定されている場合、判定部において、正極電解液または負極電解液の圧力が、異常圧力値Z(Pa)であると判定された場合には、制御部は、全ての循環用ポンプの運転を停止するように制御する。

設定登録部において、第二範囲（X＜c＜α、β＜c＜Y）および異常圧力差（c≦X、Y≦c）が設定されている場合、第一範囲(α≦c≦β)内にあるか否かの判定をする前に、圧力差が異常圧力差（c≦X、Y≦c）となっているか否かが判定部で判定され、圧力差が異常圧力差（c≦X、Y≦c）であると判定された場合には、制御部は、全ての循環用ポンプの運転を停止するように制御する。

判定部において、圧力差が異常圧力差（c≦X、Y≦c）ではないと判定され、圧力差が第一範囲内にあるか否かが判定されて、圧力差が第一範囲内にあると判定された場合には、レドックスフロー電池は正常運転がされているとして、制御部は、循環用ポンプのモータ回転数の調整は行わないように制御する。

判定部において圧力差が第一範囲から外れていると判定された場合には、第二範囲（X＜c＜α、β＜c＜Y）のうち、圧力差が、X＜c＜αの範囲にあるか、β＜c＜Yの範囲にあるかが判定部で判定される。そして、圧力差が、X＜c＜αの範囲にある場合には、制御部は、負極側循環用ポンプのモータ回転数を上昇させるか、または、正極側循環用ポンプのモータ回転数を下降させるかの制御を行うか、これらの回転数制御を同時に行うように制御する。

圧力差が、β＜c＜Yの範囲にある場合には、制御部は、負極側循環用ポンプのモータ回転数を下げるか、または、正極側循環用ポンプのモータ回転数を上げるかの制御を行うか、これらの回転数制御を同時に行うように制御する。

第二範囲でのポンプのモータ回転数の増減制御は、回転数を下げる場合の回転数と、回転数を上げる場合の回転数を予め設定しておき、設定した回転数でモータを駆動させるように制御する。このとき、両極の電解液の圧力を随時検知して圧力差を演算しながら、圧力差が第一範囲内に入るまで、設定した回転数でモータを駆動させるように制御することができる。また、所定の時間だけその回転数でモータを回転させ、再度電解液の圧力を検知して、圧力差を演算し、圧力差がどの範囲にあるかを判定して、その判定に基づいてモータの駆動制御を行う動作を繰り返すように制御することもできる。

なお、記憶部に圧力差ごとのモータ回転数の増減量を予め記憶させておき、演算部で演算された圧力差に対応したモータ回転数の増減量を記憶部から引出して、引出されたモータ回転数でポンプのモータを駆動させるようにしてもよい。

上記構成を備える本発明のレドックスフロー電池は、正極電解液の圧力と負極電解液の圧力との差を正常値の範囲内に制御できるので、レドックスフロー電池の信頼度を向上させることができる。

また、正極及び負極の電解液圧力が異常となった場合も検知できるので、レドックスフロー電池の損傷を未然に防ぐことができる。

以下、本発明の実施の形態を説明する。

図１は、レドックスフロー電池の概略構成図である。このレドックスフロー電池は、正極セル11と負極セル12を備える電池セル1と、正極セル11に供給/排出される正極電解液を貯留する正極タンク21と、負極セル12に供給/排出される負極電解液を貯留する負極タンク22とを備える。

電池セル1は、レドックスフロー電池用セルを複数積層させた積層体構造である。本例では、電池セル1の基本的構成は、図３に示すセル100と同様であり、イオン交換膜(隔膜)により正極セルと負極セルとに分離され、正極セルに正極電極、負極セルに負極電極を内蔵し、各電極にそれぞれ正極電解液、負極電解液が供給される。本例では、正極電解液にV⁵⁺を含む溶液、負極電解液にV²⁺を含む溶液を用いている。

正極セル11と正極タンク21とは、正極電解液循環路3で連結されており、正極電解液循環路3は、往路循環路31と復路循環路32とを備える。正極電解液循環路3は、往路循環路31を介して正極タンク21から正極セル11に正極電解液を供給し、復路循環路32を介して正極セル11から正極タンク21に正極電解液を戻すように構成されている。

負極セル12と負極タンク22とは、負極電解液循環路4で連結されており、負極電解液循環路4は、往路循環路41と復路循環路42とを備える。負極電解液循環路4も、往路循環路41を介して負極タンク22から負極セル12に負極電解液を供給し、復路循環路42を介して負極セル12から負極タンク22に負極電解液を戻すように構成されている。

正極電解液循環路3における往路循環路31の途中には、正極側循環用ポンプ51が設けられている。正極側循環用ポンプ51により、正極タンク21内の正極電解液を強制的に正極セル11に供給して、正極電解液を正極タンク21から正極セル11、そして正極タンク21へと循環させる。

負極電解液循環路4における往路循環路41の途中に負極側循環用ポンプ52が、設けられている。負極側循環用ポンプ52により、負極タンク22内の負極電解液を強制的に負極セル12に供給して、負極電解液を負極タンク22から負極セル12、そして負極タンク22へと循環させるようになっている。

正極側循環用ポンプ51と正極セル11との間の正極電解液循環路3には、正極側圧力センサ61が設けられ、負極側循環用ポンプ52と負極セル12との間の負極電解液循環路4には、負極側圧力センサ62が設けられている。

正極側圧力センサ61は、正極電解液の圧力a(Pa)を検知し、負極側圧力センサ62は、負極電解液の圧力b(Pa)を検知する。これら圧力センサで検知した電解液の圧力は信号にして制御装置7に入力される。

本実施形態では、正極側循環用ポンプ51と負極側循環用ポンプ52はコンピュータからなる制御装置7により駆動制御されている。各ポンプはモータを備え、そのモータの回転数を制御装置7で制御することにより、ポンプの排出量を制御している。制御装置は、図示していないが、記憶部と、設定登録部と、演算部と、判定部と、制御部とを備える。

さらに、制御装置7は、圧力センサからの信号に基づいて正極電解液と負極電解液との圧力差を演算し、この圧力差に応じて各循環用ポンプのモータ回転数を制御するようにもなっている。

記憶部は、正極側圧力センサ61からの信号と負極側圧力センサ62からの信号を記憶するようになっている。

設定登録部には、まず、レドックスフロー電池を運転する際の基準となる正極電解液の基準圧力と負極電解液の基準圧力とが設定登録される。設定登録部には、これら基準圧力に基づいて設定された各圧力センサで検知された負極電解液の圧力と正極電解液の圧力との圧力差cがレドックスフロー電池の運転中に電池性能の低下につながる圧力差とならない圧力差の許容値(α≦c≦β)が設定登録される。この許容値(α≦c≦β)を第一範囲とする。本実施形態では、圧力差cは、圧力センサにより検知した負極側の圧力b(Pa)から正極側の圧力a(Pa)を引いた値（c=b-a）としている。

さらに、設定登録部には、圧力差cが異常圧力差であるかの判定基準となる規定圧力X(Pa),Y(Pa)が設定登録され、これら規定圧力X(Pa),Y(Pa)に基づいて、圧力差cが第一範囲(α≦c≦β)から外れた所定の範囲（X＜c＜α、β＜c＜Y）と、この範囲を外れた異常圧力差（c≦X、Y≦c）が設定登録される。また、設定登録部には、レドックスフロー電池の運転を停止させるための正極電解液および負極電解液の異常圧力値Z(Pa)が設定登録される。異常圧力値Z(Pa)は、例えば0.25MPa以上とする。

演算部には、正極側圧力センサからの信号と負極側圧力センサからの信号が入力される。そして、演算部は、圧力センサで検知した圧力a(Pa),b(Pa)に基づいて、負極電解液と正極電解液との圧力差（c=b-a）を演算する。圧力差（c=b-a）の演算は任意の時間間隔毎に行うようにしている。

判定部は、まず、正極電解液および負極電解液の圧力が、異常圧力値Z(Pa)であるか否かを判定する。具体的には、規定異常圧力Z₀(Pa)を0.25MPaとして設定し、この規定異常圧力Z₀(Pa)を基準に判断する。次に、判定部は、正極電解液または負極電解液のいずれかの圧力が、異常圧力値Z(Pa)であると判定した場合には、この判定結果を制御部に出力する。

判定部は、正極電解液および負極電解液の圧力が、異常圧力値Z(Pa)ではないと判定した場合には、圧力差が異常圧力差（c≦X、Y≦c）となっているか否かを判定する。判定部は、異常圧力差（c≦X、Y≦c）であると判定した場合には、その判定結果を制御部に出力する。判定部は、異常圧力差（c≦X、Y≦c）ではないと判定した場合には、演算部で演算された圧力差が第一範囲内にあるか否かを判定する。

判定部は、圧力差が第一範囲内にあると判定した場合には、その判定結果を制御部に出力する。判定部は、圧力差が第一範囲から外れていると判定した場合には、圧力差が第二範囲のどの範囲にあるのかを判定する。

制御部は、判定部において、正極電解液または負極電解液の圧力が、異常圧力値Z(Pa)であると判定された場合には、全ての循環用ポンプの運転を停止するように制御する。制御部は、判定部において、圧力差が異常圧力差（c≦X、Y≦c）であると判定された場合には、全ての循環用ポンプの運転を停止するように制御する。制御部は、判定部において、圧力差が第一範囲内にあると判定された場合には、レドックスフロー電池は正常運転がされているとして、循環用ポンプのモータ回転数の調整は行わないように制御する。

制御部は、判定部において、圧力差が、X＜c＜αの範囲にあると判定された場合には、負極側循環用ポンプのモータ回転数を上げるとともに、正極側循環用ポンプのモータ回転数を下げる制御を行う。制御部は、判定部において、圧力差が、β＜c＜Yの範囲にあると判定された場合には、負極側循環用ポンプのモータ回転数を下げるとともに、正極側循環用ポンプのモータ回転数を上げる制御を行う。

本実施形態での循環用ポンプのモータ回転数の増減制御は、記憶部に圧力差ごとの各ポンプのモータ回転数の増減量を予め記憶させておく。そして、第二範囲における圧力差の場合には、演算部で演算された圧力差に対応したモータ回転数の増減量を記憶部から引出して、引出されたモータ回転数で所定の時間だけポンプのモータを駆動させる。

本実施形態では、第二範囲でのモータ駆動を所定時間行った後、再度電解液の圧力を検知して、圧力差を演算し、圧力差がどの範囲にあるかを判定して、その判定に基づいてモータの駆動制御を行う動作を繰り返すように制御する。

本実施形態に係る上記構成を備えるレドックスフロー電池において、両極の電解液の圧力の調整を行うための電解液循環用ポンプの駆動制御手順を図２に示すフローチャートに基づいて具体的に説明する。本例に示す制御手順は、以下の手順で行うように制御装置7に制御プログラムを入力しておく。

まず、制御装置は、所定の時間Tが経過したか否かを判定する(ステップS1)。所定の時間Tとは、判定を行うサイクルの間隔である。ポンプのモータ回転数制御による電解液圧力の調整が反映されるまでには時間を要することから、本実施形態では、圧力差の判定を繰り返す際の判定を行う適宜な間隔として所定時間Tを設定している。

従って、所定時間Tが経過するまでは、このステップS1の判定動作を繰り返す。所定時間が経過した時は、制御装置は、設定登録部の正極電解液と負極電解液の基準圧力を呼び出とともに(ステップS2)、規定異常圧力Z₀(Pa)を呼び出し(ステップS3)、記憶部に記憶されている両極の電解液の検知圧力a(Pa),b(Pa)を呼び出す(ステップS4)。

なお、ステップS2を行うにあたり、所望の電解液圧力を基準圧力として設定し、制御装置に入力しておく。設定基準圧力は、本例に示すレドックスフロー電池の場合、例えば0.18MPaとする。なお、図２のフローチャートでは省略しているが、この設定基準圧力に基づいて、圧力差の許容値を設定するための規定圧力α(Pa),β(Pa)を設定し、これら規定圧力α(Pa),β(Pa)を設定登録部に登録しておく。

また、ステップS4を行うにあたり、圧力センサにより検知された正極電解液と負極電解液の圧力は、電気信号として制御装置の記憶部に入力され、制御装置の記憶部は、入力された電気信号を圧力a(Pa),b(Pa)に読み替えて保存しておく。

両極電解液の検知圧力a(Pa),b(Pa)と規定異常圧力Z₀(Pa)とを比較し、大小関係を判定する(ステップS5)。

正極電解液または負極電解液のいずれかの圧力が、規定異常圧力Z₀(Pa)以上の場合、制御装置は、循環用ポンプを停止するように判定した後、ポンプ停止命令をポンプのモータに出力し(ステップS6)、制御を終える。一方、正極電解液または負極電解液の圧力が、規定異常圧力Z₀(Pa)未満の場合には、制御装置は、演算部において負極電解液の検知圧力と正極電解液の検知圧力の差（c=b-a）を演算する(ステップS7)。

次に、制御装置は、異常圧力差の判定基準となる規定圧力X(Pa),Y(Pa)を設定登録部から呼び出し(ステップS8)、圧力差cがX＜c＜Yの範囲にあるか否かの判定をする(ステップS9)。圧力差cがX＜c＜Yの範囲にない場合、制御装置は、循環用ポンプを停止するように判定した後、ポンプ停止命令をポンプのモータに出力し(ステップS10)、制御を終える。

一方、圧力差cがX＜c＜Yの範囲にある場合、制御装置は、設定登録部から規定圧力α(Pa),β(Pa)を呼び出し(ステップS11)、圧力差cがα≦c≦βの範囲にあるか否かの判定をする(ステップS12)。

圧力差cがα≦c≦βの範囲にある場合、制御装置は、循環用ポンプのモータ回転数の調整は不要と判定する(ステップS13)。一方、圧力差cがα≦c≦βの範囲にない場合、制御装置は、圧力差cがc＜αであるか否かの判定をする(ステップS14)。

圧力差cがc＜αである場合、制御装置は、負極側循環用ポンプのモータ回転数を上げ、図２のフローでは記載を省略しているが、正極側循環用ポンプのモータ回転数を下げると判定する(ステップS15)。次に、制御装置は、保存されている圧力差ごとに作成されたポンプのモータ回転数の関係値データから、演算された圧力差cに対応した関係値データを呼び出す(ステップS16)。そして、制御装置は、負極側循環用ポンプのモータ回転数を上げ、正極側循環用ポンプのモータ回転数を下げる命令をモータに出力する(ステップS17)。

圧力差cがc＜αでない場合、制御装置は、負極側循環用ポンプのモータ回転数を下げ、図２のフローでは記載を省略しているが、正極側循環用ポンプのモータ回転数を上げると判定する(ステップS18)。次に、制御装置は、保存されている圧力差ごとに作成されたポンプのモータ回転数の関係値データから、演算された圧力差cに対応した関係値データを呼び出す(ステップS19)。そして、制御装置は、負極側循環用ポンプのモータ回転数を下げ、正極側循環用ポンプのモータ回転数を上げる命令をモータに出力する(ステップS20)。

なお、上記したステップS15とステップS18の判定では、圧力差cがc＜αのときは、負極側循環用ポンプのモータ回転数を上げ、正極側循環用ポンプのモータ回転数を下げ、圧力差cがc＜αでないときは、逆の動作を行うようにしたが、次のようにポンプを制御するようにしてもよい。

即ち、制御装置により、両極の電解液の検知圧力a(Pa),b(Pa)と、それぞれの電解液に対応した基準圧力との差を求め、圧力差が小さい方の電解液のポンプを優先的に駆動させて、ポンプ流量を制御することにより圧力差cを調整する。このように制御するのは、一方の電解液の検知圧力と基準圧力との差が大き過ぎる場合、圧力差の大きい電解液に何らかの異常がある虞があり、正常な方を上げ下げした方が安全性の面から好ましいからである。

ステップS13とステップS17とステップS20の後は、ステップS1に戻って同じ制御を繰り返す。

以上の循環用ポンプの駆動制御を行うことにより、正極電解液の圧力と負極電解液の圧力の差が許容値の範囲内に入るように両極の電解液の圧力が調整される。

本発明は、負荷平準化や瞬低対策などとして利用されているレドックスフロー電池の運転に利用することが好適である。

本発明の実施形態に係るレドックスフロー電池の概略構成図である。 本発明の実施形態に係る本発明レドックスフロー電池の運転方法の制御手順を示すフローチャートである。 レドックスフロー電池の動作原理の説明図である。

符号の説明

1 電池セル
11 正極セル
12 負極セル
3 正極電解液循環路
31 往路循環路
32 復路循環路
4 負極電解液循環路
41 往路循環路
42 復路循環路
21 正極タンク
22 負極タンク
51 正極側循環用ポンプ
52 負極側循環用ポンプ
61 正極側圧力センサ
62 負極側圧力センサ
7 制御装置
100 セル 100A 正極セル 100B 負極セル
101 隔膜 102 正極電極 103 負極電極
104A 正極タンク 104B 負極タンク
105A,105B ポンプ 106A,106B 導管

Claims (6)

1. 正極電解液及び負極電解液が供給される電池セルと、
   正極電解液を貯留する正極タンク及び負極電解液を貯留する負極タンクと、
   電解液を電池セルとタンクとの間で循環する正極電解液循環路及び負極電解液循環路と、
   各電解液循環路の途中に設ける正極側循環用ポンプ及び負極側循環用ポンプと、
   各循環路を流れる電解液の圧力を測定する圧力センサと、
   圧力センサからの信号により正極電解液と負極電解液との圧力差を演算し、この圧力差に応じて各循環用ポンプの回転数を制御する制御装置とを備えることを特徴するレドックスフロー電池。
2. 制御装置は、
   正極側の圧力センサからの信号と負極側の圧力センサからの信号を記憶する記憶部と、
   圧力差の許容値（第一範囲）を設定して登録する設定登録部と、
   任意の時間間隔毎に正極側の圧力センサからの信号と負極側の圧力センサからの信号により圧力差を演算する演算部と、
   圧力差が第一範囲内にあるか否かを判定する判定部と、
   圧力差が第一範囲内を外れた場合に、圧力差が第一範囲内の値となるように、少なくとも一方の循環用ポンプのモータ回転数を増減制御する制御部とを備えることを特徴とする請求項１に記載のレドックスフロー電池。
3. 制御装置の設定登録部は、正極電解液の基準圧力と、負極電解液の基準圧力を任意に設定することにより、圧力差の許容値を設定するようにしていることを特徴とする請求項１または請求項２の何れかに記載のレドックスフロー電池。
4. 制御装置の設定登録部は、圧力差を、圧力センサにより検知した負極側の圧力から正極側の圧力を引いた値として、圧力差の許容値を設定していることを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載のレドックスフロー電池。
5. 制御装置の制御部は、演算した圧力差が、圧力差の許容値の範囲（第一範囲）から外れ、かつ、任意の第二範囲内である場合には、圧力差が第一範囲内になるように、循環用ポンプのモータ回転数を制御し、演算した圧力差が第二範囲を外れた場合には、全ての循環用ポンプの運転を停止するように制御することを特徴とする請求項１から請求項４の何れかに記載のレドックスフロー電池。
6. 制御装置の制御部は、圧力センサにより検知する正極側又は負極側の電解液圧力のいずれか一方が、任意の圧力より大きくなった場合に、全ての循環用ポンプの運転を停止するように制御することを特徴とする請求項１から請求項５の何れかに記載のレドックスフロー電池。

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