JP2006313691A - Redox flow battery system - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a redox flow battery system capable of restraining deterioration of cells due to temperature rise by restraining temperature rise inside the cells, during a state of standby stopping circulation of electrolyte solution. <P>SOLUTION: A stop-time load 2, consuming electric energy remaining in the electrolyte solution in the cell 10 during a state of stopping circulation of the electrolyte solution, is connected to a redox flow battery main body 1 carrying out charge/discharge by supplying the cell with the electrolyte solution. A switching part 3 for controlling supply and stop of electric energy from the battery main body 1 to the stop-time load 2 is arranged between the battery main body 1 and the stop-time load 2. When the circulation of the electrolyte is stopped, a switching part 3 is closed, the battery main body 1 is electrically connect to the stop-time load 2, electric energy of an activator remaining in the battery main body 1 is consumed at the stop-time load 2, and the battery main body1 is restrained from self-discharge. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、負荷平準化や瞬低・停電対策などに利用されるレドックスフロー電池システムに関するものである。特に、電解液の循環を停止している期間において、セル内部の温度上昇を抑制することができるレドックスフロー電池システムに関する。   The present invention relates to a redox flow battery system used for load leveling, countermeasures for instantaneous voltage drop and power failure, and the like. In particular, the present invention relates to a redox flow battery system capable of suppressing a temperature rise inside a cell during a period in which circulation of an electrolytic solution is stopped.

従来、負荷平準化用途や瞬低・停電対策用途などに、レドックスフロー電池を利用することが提案されている。レドックスフロー電池は、図7に示すようにセル100に電解液を循環供給して充放電を行う構成の電池である。セル100は、イオン交換隔膜101により分離された正極セル102と負極セル103とを具え、各極セル102,103はそれぞれ、正極電極104、負極電極105を内蔵している。また、各極セル102,103にはそれぞれ、タンク106,107に貯留される正極電解液、負極電解液が循環供給される。このようなレドックスフロー電池のうち、特に、電解液としてバナジウムイオンを含む溶液を利用するバナジウムレドックスフロー電池は、1.起電力が高く、2.エネルギー密度が大きく、3.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を混合しても、充電により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。   Conventionally, it has been proposed to use a redox flow battery for load leveling applications, voltage sag and power failure countermeasure applications. As shown in FIG. 7, the redox flow battery is a battery configured to charge and discharge by circulatingly supplying an electrolytic solution to the cell 100. The cell 100 includes a positive electrode cell 102 and a negative electrode cell 103 separated by an ion exchange diaphragm 101. Each of the electrode cells 102 and 103 includes a positive electrode 104 and a negative electrode 105, respectively. Further, the positive electrode electrolyte and the negative electrode electrolyte stored in the tanks 106 and 107 are circulated and supplied to the electrode cells 102 and 103, respectively. Among such redox flow batteries, in particular, a vanadium redox flow battery that uses a solution containing vanadium ions as an electrolytic solution is: 1. high electromotive force, 2. high energy density, 3. electrolyte is a single element Since it is a system, it has many advantages that it can be regenerated by charging even if the positive electrode electrolyte and the negative electrode electrolyte are mixed.

上記レドックスフロー電池は、通常、放電―充電―待機を繰り返す運転が行われている。バナジウムレドックスフロー電池の運転条件として、特許文献1では、バナジウムの析出などにより電池容量や電圧効率などが低下することを防止するべく、充放電を行う際、電解液の温度を10〜45℃程度にすることを開示している。   The redox flow battery is normally operated to repeat discharge-charge-standby. As an operating condition of the vanadium redox flow battery, in Patent Document 1, the temperature of the electrolytic solution is about 10 to 45 ° C. when charging / discharging in order to prevent the battery capacity and voltage efficiency from being lowered due to the deposition of vanadium. Is disclosed.

一方、特許文献2には、リン酸型燃料電池を用いた燃料電池発電プラントにおいて、発電操作から停止操作に移行する際、電池本体に窒素を供給して、水素ガスや圧縮空気を追い出す窒素パージを行うことが記載されている。   On the other hand, in Patent Document 2, in a fuel cell power plant using a phosphoric acid fuel cell, when shifting from a power generation operation to a stop operation, nitrogen is supplied to the battery body to purge out hydrogen gas and compressed air. It is described to do.

特開2003-157882号公報JP2003-157882 特開平11-67254号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-67254

レドックスフロー電池では、電解液の温度が電池容量や電圧効率などの特性に影響を及ぼすため、充放電中において電解液の温度管理が重要である。しかし、本発明者が検討した結果、充放電時だけでなく、電力系統に対する通常の充放電を行っていないとき、具体的には、電解液の循環を停止させているときにも、セル内部の温度が上昇して、セルの構成部材の劣化を促進させる恐れがあるとの知見を得た。例えば、充電後待機状態に移行するべく、電解液の循環を停止すると、セル内部には、満充電状態の活物質が残留する。この状態で電解液の循環を停止し続けると、これらセルに残存する活物質が自己放電を起こし、この自己放電に伴う反応熱により、セル内部の温度を上昇させてしまう。   In a redox flow battery, since the temperature of the electrolyte affects characteristics such as battery capacity and voltage efficiency, it is important to manage the temperature of the electrolyte during charging and discharging. However, as a result of investigation by the present inventor, not only during charging / discharging but also when normal charging / discharging for the power system is not performed, specifically, when the circulation of the electrolyte is stopped, the inside of the cell As a result, it was found that there is a possibility that the temperature of the cell may increase and the deterioration of the constituent members of the cell may be promoted. For example, when the circulation of the electrolyte is stopped in order to shift to a standby state after charging, a fully charged active material remains inside the cell. If the circulation of the electrolytic solution is continuously stopped in this state, the active material remaining in these cells undergoes self-discharge, and the temperature inside the cells increases due to reaction heat accompanying this self-discharge.

そこで、本発明の主目的は、電解液の循環を停止させている期間において、セル内部の温度上昇をより効果的に抑制することができるレドックスフロー電池システムを提供することにある。   Therefore, a main object of the present invention is to provide a redox flow battery system that can more effectively suppress the temperature rise inside the cell during the period in which the circulation of the electrolyte is stopped.

本発明者は、電解液の循環を停止した後のセル内部の温度推移を調べてみた。図5は、従来のレドックスフロー電池システムにおいて、電解液の循環を停止した後のセル内部の温度推移を示すグラフである。このグラフにおいて横軸は、電解液の循環を停止させた時からの経過時間(秒)を示し、縦軸は、セル内部の温度(℃)を示す。図5のグラフに示すように、電解液の循環を停止してからすぐは、温度が低下しているが、最下温度に達してから約8時間の間は、温度の上昇が続き、ピークでは、最下温度から約16℃程度上昇しており、その後徐々に温度が低下しているが、比較的高温の状態が継続される。   The present inventor examined the temperature transition inside the cell after the circulation of the electrolyte was stopped. FIG. 5 is a graph showing the temperature transition inside the cell after the circulation of the electrolyte is stopped in the conventional redox flow battery system. In this graph, the horizontal axis indicates the elapsed time (seconds) from when the circulation of the electrolytic solution is stopped, and the vertical axis indicates the temperature (° C.) inside the cell. As shown in the graph of Fig. 5, the temperature decreases immediately after the circulation of the electrolyte is stopped, but for about 8 hours after reaching the lowest temperature, the temperature continues to increase and peaks. In this case, the temperature rises by about 16 ° C. from the lowest temperature, and then gradually decreases, but a relatively high temperature state continues.

そこで、本発明者は、電解液の循環を停止させた後、燃料電池において行われているようにセル内部に窒素ガスといった不活性ガスを充填させて、活物質を除去することを試みた。しかし、セルの電極として、汎用されているカーボンフェルト製電極を利用する場合、電極に電解液が染み込んでいるため、窒素パージでは、電解液中の活物質を十分に除去できず、温度上昇の抑制効果を十分に得ることができなかった。図6は、従来のレドックスフロー電池システムにおいて、電解液の循環を停止した後、セルを窒素パージした場合のセル内部の温度推移を示すグラフである。このグラフの横軸は、電解液の循環を停止させた後、窒素パージを行った時からの経過時間(秒)を示し、縦軸は、セル内部の温度(℃)を示す。図6のグラフに示すように、電解液の循環を停止して窒素パージを行ってからすぐは、温度が低下しているが、最下温度に達した後温度が上昇していき、ピークでは、最下温度から約13℃程度上昇している。従って、窒素パージを行わない場合よりも窒素パージを行った場合の方が温度上昇の抑制効果が得られるものの、その効果が約3℃程度と小さい。   Therefore, the present inventor tried to remove the active material by stopping the circulation of the electrolytic solution and then filling the inside of the cell with an inert gas such as nitrogen gas as is done in the fuel cell. However, when using a commonly used carbon felt electrode as the cell electrode, the electrolyte is infiltrated into the electrode, so the nitrogen purge cannot sufficiently remove the active material in the electrolyte and the temperature rises. A sufficient suppression effect could not be obtained. FIG. 6 is a graph showing the temperature transition inside the cell when the cell is purged with nitrogen after the electrolyte circulation is stopped in the conventional redox flow battery system. The horizontal axis of this graph represents the elapsed time (seconds) from when the nitrogen purge was performed after the circulation of the electrolyte was stopped, and the vertical axis represents the temperature (° C.) inside the cell. As shown in the graph of FIG. 6, the temperature decreases immediately after the electrolyte circulation is stopped and the nitrogen purge is performed, but after reaching the lowest temperature, the temperature increases, and at the peak The temperature has risen by about 13 ° C from the lowest temperature. Therefore, although the effect of suppressing the temperature rise is obtained when the nitrogen purge is performed than when the nitrogen purge is not performed, the effect is as small as about 3 ° C.

そこで、本発明は、通常の充放電を行わない電解液の循環停止中においてセル内部の温度上昇をより効果的に抑えるべく、セル内部に残留してセルの温度上昇を生じさせる原因となる活物質の電気エネルギーを消費するための停止時用負荷を通常の放電対象となる外部負荷とは別に具えることを規定する。即ち、本発明レドックスフロー電池システムは、セルに電解液を循環供給して充放電を行うレドックスフロー電池本体と、この電池本体に接続され、電解液の循環停止中においてセル内の電解液に残存する活物質の電気エネルギーを消費する停止時用負荷と、上記電池本体と停止時用負荷との間に配置され、電池本体から停止時用負荷への電気エネルギーの供給及び停止を制御にする開閉部とを具えることを特徴とする。以下、本発明をより詳しく説明する。   In view of this, the present invention provides an activity that remains inside the cell and causes a rise in the temperature of the cell in order to more effectively suppress the rise in the temperature inside the cell while stopping the circulation of the electrolyte without performing normal charge and discharge. It provides that the load for stopping to consume the electric energy of the substance is provided separately from the external load to be discharged normally. That is, the redox flow battery system of the present invention includes a redox flow battery body that circulates and supplies an electrolyte solution to a cell to charge and discharge, and is connected to the battery body and remains in the electrolyte solution in the cell while the circulation of the electrolyte solution is stopped. A stop load that consumes the electrical energy of the active material to be operated, and an open / close control between the battery body and the stop load for controlling the supply and stop of the electrical energy from the battery body to the stop load It is characterized by comprising a part. Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

レドックスフロー電池は、通常、イオンが通過可能な隔膜(イオン交換隔膜)により正極セルと負極セルとに分離されたセルを具える。これら正極セル及び負極セルはそれぞれ、正極電極、負極電極を内蔵している。セルの形成には、一般的には、一面に正極電極、他面に負極電極が配置される双極板と、その外周に設けられるフレーム枠とを具えるセルフレームが用いられる。フレーム枠には、各電極にそれぞれ電解液を供給するためのマニホールド、電解液を排出するためのマニホールドを具える。そして、セルフレームの一面側が正極セル、他面側が負極セルとして利用される。各極セルにはそれぞれ、タンクに貯留される正極電解液、負極電解液が供給及び排出される。また、一つのセルフレームの正極電極と別のセルフレームの負極電極との間に隔膜を配置するというようにセルフレームを多数積層した積層体(セルスタック)で利用されることが多い。このようなセルにおいて本発明では、電解液の循環を停止しても電解液をセル内に貯留することが可能な構成とする。例えば、セルフレームとして、フレーム枠の上辺側に電解液の供給用マニホールド、排出用マニホールドを具えるものを利用したり、セルの設置位置がタンクに貯留される電解液の液面よりも低くなるようにセルを配置するが挙げられる。公知の構成のセルやセルスタックを利用してもよい。   A redox flow battery usually includes a cell separated into a positive electrode cell and a negative electrode cell by a diaphragm (ion exchange diaphragm) through which ions can pass. Each of the positive electrode cell and the negative electrode cell incorporates a positive electrode and a negative electrode. In forming cells, a cell frame is generally used that includes a bipolar plate having a positive electrode on one surface and a negative electrode on the other surface, and a frame frame provided on the outer periphery thereof. The frame frame includes a manifold for supplying an electrolytic solution to each electrode and a manifold for discharging the electrolytic solution. The one surface side of the cell frame is used as a positive electrode cell, and the other surface side is used as a negative electrode cell. Each electrode cell is supplied and discharged with a positive electrode electrolyte and a negative electrode electrolyte stored in a tank. Further, it is often used in a laminate (cell stack) in which a large number of cell frames are laminated such that a diaphragm is disposed between the positive electrode of one cell frame and the negative electrode of another cell frame. In such a cell, the present invention is configured such that the electrolytic solution can be stored in the cell even when the circulation of the electrolytic solution is stopped. For example, a cell frame having an electrolyte solution supply manifold and a discharge manifold on the upper side of the frame frame is used, or the cell installation position is lower than the electrolyte solution level stored in the tank. Arrange the cells as follows. You may utilize the cell and cell stack of a well-known structure.

レドックスフロー電池システムの代表的な構成は、上記セルを具える電池本体と、セルに供給される又はセルから排出される電解液を貯留するタンクと、セルとタンクとの間を連結する電解液の輸送路と、セルに電解液を循環するために輸送路に設けられるポンプとを具える構成が挙げられる。また、電池が充電を行う際に電池に電力を供給する発電設備や、電池が放電を行う際に電池の放電対象となる外部負荷といった電力系統と電池本体との間には、直交流変換器を具える。本発明システムは、このような構成のシステムを利用する。また、本発明システムにおいて利用する電解液は、バナジウムイオン溶液が好適である。   A typical configuration of the redox flow battery system includes a battery main body including the cell, a tank for storing an electrolyte supplied to or discharged from the cell, and an electrolyte connecting between the cells. And a pump provided in the transport path for circulating the electrolyte in the cell. Also, there is a cross-flow converter between a power system such as a power generation facility that supplies power to the battery when the battery is charged, and an external load that is a discharge target of the battery when the battery is discharged. With The system of the present invention uses a system having such a configuration. Moreover, a vanadium ion solution is suitable for the electrolytic solution used in the system of the present invention.

レドックスフロー電池システムでは、電力系統に対して充放電を行う際、ポンプにより電解液がセルに循環され、電力系統に対して充放電を行わない待機状態の場合、ポンプの駆動を停止して、電解液の循環を停止することが行われている。このようなレドックスフロー電池システムにおいて、本発明では、電力系統に対して充放電を行わない電解液の循環停止中において、セル内部の電解液に残存する活物質の電気エネルギーを消費するべく停止時用負荷を具え、セルに残存してセルの温度上昇に寄与するような余分な電気エネルギーを停止時用負荷に供給する。具体的には、電池本体に停止時用負荷を接続させておき、電解液の循環停止中において、セルの電極に染み込んだ電解液中に残留する活物質の電気エネルギーを停止時用負荷に供給して消費させる。本発明システムは、停止時用負荷を具えることで電解液の循環停止中において、セル内の電解液中に残存する活物質の電気エネルギーを効果的に消費して電池本体が自己放電を起こすことを低減して自己放電による発熱を防止し、セル内部の温度上昇を抑制する。このような停止時用負荷は、電気エネルギーを消費できるものであればよく、電気抵抗部材を利用することが挙げられる。電気抵抗部材の抵抗値の大きさは、消費する電気エネルギーの大きさに応じて適宜選択するとよい。   In the redox flow battery system, when charging / discharging the power system, the electrolyte is circulated through the cell by the pump, and in the standby state where charging / discharging is not performed on the power system, the driving of the pump is stopped, The circulation of the electrolyte is stopped. In such a redox flow battery system, according to the present invention, when the circulation of the electrolytic solution that does not charge / discharge the power system is stopped, the electric energy of the active material remaining in the electrolytic solution inside the cell is stopped during consumption. An extra electrical energy that remains in the cell and contributes to an increase in the temperature of the cell is supplied to the stop load. Specifically, a stop load is connected to the battery body, and when the electrolyte circulation is stopped, the electric energy of the active material remaining in the electrolyte soaked in the cell electrode is supplied to the stop load. To consume. The system according to the present invention is provided with a load at the time of stopping, so that when the circulation of the electrolytic solution is stopped, the electric energy of the active material remaining in the electrolytic solution in the cell is effectively consumed to cause the battery body to self-discharge. This prevents the heat generated by self-discharge and suppresses the temperature rise inside the cell. Such a stop-time load may be any load that can consume electric energy, and includes using an electric resistance member. The magnitude of the resistance value of the electric resistance member may be appropriately selected according to the magnitude of electric energy consumed.

上記停止時用負荷は、電解液の循環停止中のみ電池本体と電気的に接続されて電気エネルギーが供給されるように、本発明システムには、電池本体と停止時用負荷との間に開閉部を具える。この開閉部は、電解液の循環が停止されるとONされて、電池本体と停止時用負荷とが電気的に接続され、電池本体から電気エネルギーが停止時用負荷に供給され、電解液の循環を開始する前に、開閉部をOFFにすることで、電池本体と停止時用負荷とが電気的に分離され、電池本体から電気エネルギーが停止時用負荷に供給されないようにできる。   The system according to the present invention is opened and closed between the battery body and the load for stoppage so that the stop load is electrically connected to the battery body and supplied with electric energy only while the electrolyte circulation is stopped. Have a department. The opening / closing part is turned on when the circulation of the electrolyte is stopped, the battery body and the load for stop are electrically connected, and electric energy is supplied from the battery body to the load for stop, so that the electrolyte By turning off the opening / closing part before starting the circulation, the battery main body and the stop load are electrically separated, and electric energy can be prevented from being supplied from the battery main body to the stop load.

このような開閉部は、作業者が手作業により開閉動作を操作する構成としてもよいが、開閉部自体が自動的に開閉を行う構成のものを利用してもよい。このような開閉部として、例えば、電磁石により開閉を行うコンタクタが挙げられる。また、開閉部が自動的に開閉動作を行うのに必要な電気エネルギーは、電力系統から得られるようにしてもよいが、電池本体から得られるように構成してもよい。開閉部の開閉動作に必要な電力を電池本体から得る構成とすれば、例えば、発電設備の異常(停電など)、直交流変換器やポンプなどの装置などの事故(故障など)といった事情により、電解液の循環が停止した場合であっても、開閉部は、開閉動作を行うことができる。開閉部の開閉動作に必要な電力を電力系統から得る構成とする場合は、上記異常や事故などが生じても開閉部が開閉動作を行うことができるように、別途電源を設けておくことが好ましい。更に、制御部を具えておき、制御部により、開閉部の開閉状態を制御する構成としてもよい。このとき、制御部は、電解液の循環が停止された際、開閉部をONにするように開閉部にON命令を出し、電解液の循環が行われる際、開閉部をOFFにするように開閉部にOFF命令を出すように構成しておく。この制御部の駆動に必要な電気エネルギーも、電力系統や別途設けた電源から得るようにしてもよいし、電池本体から得られるようにしておいてもよい。   Such an opening / closing unit may be configured such that the operator manually operates the opening / closing operation, but a configuration in which the opening / closing unit itself automatically opens and closes may be used. An example of such an opening / closing part is a contactor that opens and closes with an electromagnet. In addition, the electric energy necessary for the opening / closing section to automatically perform the opening / closing operation may be obtained from the power system, or may be configured to be obtained from the battery body. If the power required for the opening / closing operation of the switching unit is obtained from the battery body, for example, due to circumstances such as abnormalities in power generation equipment (such as power failure), accidents such as devices such as cross flow converters and pumps (failures), Even when the circulation of the electrolytic solution is stopped, the opening / closing part can perform an opening / closing operation. When the power required for the opening / closing operation of the opening / closing part is obtained from the power system, a separate power source may be provided so that the opening / closing part can perform the opening / closing operation even if the above abnormality or accident occurs. preferable. Furthermore, it is good also as a structure which provides a control part and controls the opening / closing state of an opening / closing part by a control part. At this time, when the circulation of the electrolytic solution is stopped, the control unit issues an ON command to the opening / closing unit to turn on the opening / closing unit, and turns off the opening / closing unit when the electrolytic solution is circulated. It is configured to issue an OFF command to the opening / closing part. The electric energy necessary for driving the control unit may be obtained from the power system or a separately provided power source, or may be obtained from the battery body.

更に、本発明システムには、電解液が循環されているか停止されているかを検出する検出部を具えていてもよい。検出部は、電解液の循環に関与するポンプなどの装置から種々のデータを検知する検知部と、このデータに基づき循環・停止を判定する判定部とを具える構成が挙げられる。データとしては、例えば、ポンプの運転・停止を制御する信号やポンプの輸送圧力、電解液の流量などが挙げられる。具体的には、例えば、ポンプの圧力により電解液の循環・停止を検出する場合、ポンプ圧力を測定する圧力測定部(検知部)と、圧力測定部の測定結果により電解液が循環されているか否かを判定する判定部とを具える構成が挙げられる。上記制御部を具える場合、判定部は、上記制御部に具える判定手段を利用してもよい。そして、圧力測定部の測定結果が制御部に伝送されるようにしておき、制御部の判定手段は、測定結果により電解液が循環されているか否かを判定するように構成しておくとよい。より具体的には、例えば、予め制御部に設定値を入力しておき、判定手段は、設定値と測定圧力との大小関係を比較し、測定圧力が設定値を超える場合、ポンプが駆動されている、即ち、電解液が循環されていると判定し、測定圧力が設定値以下の場合、ポンプが停止している、即ち、電解液が循環されていないと判定するように構成しておく。そして、制御部の命令手段は、この判定結果に基づき上記開閉部にON命令・OFF命令を出すように構成するとよい。圧力測定部は、電解液の輸送路においてポンプとセルとの間に配置するとよい。   Furthermore, the system of the present invention may include a detection unit that detects whether the electrolytic solution is circulated or stopped. The detection unit may include a detection unit that detects various data from a device such as a pump that is involved in the circulation of the electrolyte, and a determination unit that determines circulation / stop based on the data. Examples of the data include a signal for controlling operation / stop of the pump, a transport pressure of the pump, and a flow rate of the electrolyte. Specifically, for example, when the circulation / stop of the electrolytic solution is detected by the pressure of the pump, whether the electrolytic solution is circulated by the pressure measurement unit (detection unit) that measures the pump pressure and the measurement result of the pressure measurement unit. The structure provided with the determination part which determines whether or not is mentioned. When the control unit is provided, the determination unit may use a determination unit provided in the control unit. Then, the measurement result of the pressure measurement unit may be transmitted to the control unit, and the determination unit of the control unit may be configured to determine whether or not the electrolytic solution is circulated based on the measurement result. . More specifically, for example, a set value is input to the control unit in advance, and the determination unit compares the magnitude relationship between the set value and the measured pressure. If the measured pressure exceeds the set value, the pump is driven. That is, it is determined that the electrolytic solution is circulated, and when the measured pressure is equal to or lower than the set value, the pump is stopped, that is, it is determined that the electrolytic solution is not circulated. . The command means of the control unit may be configured to issue an ON command / OFF command to the opening / closing unit based on the determination result. The pressure measuring unit may be disposed between the pump and the cell in the electrolyte transport path.

電解液の流量により電解液の循環・停止を検出する場合、検知部として流量を測定する流量測定部を具えておく。そして、上記と同様に制御部の判定手段は、測定流量が設定値を超える場合、電解液が循環されていると判定し、測定流量が設定値以下の場合、電解液が循環されていないと判定するように構成しておく。流量測定部は、電解液の輸送路(タンクの出口から入り口までの間)において任意の箇所に配置するとよい。   When the circulation / stop of the electrolytic solution is detected based on the flow rate of the electrolytic solution, a flow rate measuring unit that measures the flow rate is provided as a detection unit. Then, similarly to the above, the determination means of the control unit determines that the electrolytic solution is being circulated when the measured flow rate exceeds the set value, and if the measured flow rate is less than the set value, the electrolytic solution is not circulated. It is configured to determine. The flow rate measurement unit may be arranged at an arbitrary location in the electrolyte transport path (between the outlet and the entrance of the tank).

ポンプの運転・停止は、ポンプに設けられたコンタクタの開閉により行われるものやインバータ制御により行われるものがある。前者の場合、コンタクタの接点信号、後者の場合、インバータの接点信号のON/OFFを検知部により検知し、判定部は、このON/OFFにより電解液の循環・停止を判定するように構成してもよい。このとき、判定部は、接点信号がONのとき、ポンプ(インバータ)が駆動されている、即ち、電解液が循環されていると判定し、接点信号がOFFのとき、ポンプ(インバータ)が停止している、即ち、電解液が循環されていないと判定するように構成しておく。この判定部も制御部に具える判定手段を利用してもよい。これら圧力測定部などの検出部の駆動に必要な電気エネルギーも電池本体から得られるようにしておいてもよい。   The operation / stop of the pump may be performed by opening / closing a contactor provided in the pump or by inverter control. In the former case, the contactor contact signal is detected, and in the latter case, the ON / OFF state of the inverter contact signal is detected by the detection unit, and the determination unit is configured to determine whether the electrolyte is circulating or stopped by this ON / OFF. May be. At this time, the determination unit determines that the pump (inverter) is driven when the contact signal is ON, that is, the electrolyte is circulating, and the pump (inverter) stops when the contact signal is OFF. In other words, it is determined that the electrolytic solution is not circulated. This determination unit may also use determination means provided in the control unit. The electric energy necessary for driving the detection unit such as the pressure measurement unit may also be obtained from the battery body.

このように検出部や制御部を具えるシステムとすることで、電解液の循環が停止されると自動的に開閉部がONとなり、セル内の電解液に残存する電気エネルギーを停止時用負荷に供給し、電解液の循環が開始されると自動的に開閉部がOFFとなって、停止時用負荷への電気エネルギーの供給を停止することができる。   By using a system that includes a detection unit and a control unit in this way, when the circulation of the electrolyte is stopped, the open / close unit automatically turns on, and the electrical energy remaining in the electrolyte in the cell When the circulation of the electrolyte is started, the opening / closing part is automatically turned OFF, and the supply of electric energy to the stop load can be stopped.

開閉部がONの間、セル内部に残存する活物質の電気エネルギーは、停止時用負荷に供給されて消費され、この消費に伴い、セルの電圧は0Vに向かって低下していき、セル内部の温度上昇も抑制される。このとき、上記開閉部や検出部などの電源を電池本体とする場合などでは、停止時用負荷に電気エネルギーを供給している間、セル内部の温度上昇を十分に抑制すると同時に、開閉部や検出部などが正常に動作できる程度の電力(電圧)を電池本体に残存させておくことが望まれる。従って、このような場合、電池本体に必要な電力が確保できるシステムとしておく。即ち、停止時用負荷によってセル内部に残存する活物質の電気エネルギーの消費が十分に行われ、かつセルの電力が開閉部などの駆動に必要な電力が確保されていることが確認できるシステムとしておく。   While the switch is ON, the electrical energy of the active material remaining inside the cell is supplied to the load for stopping and consumed, and with this consumption, the cell voltage decreases toward 0V, The temperature rise is also suppressed. At this time, in the case where the power source of the open / close unit and the detection unit is a battery body, the temperature rise inside the cell is sufficiently suppressed while the electric energy is supplied to the stop load, and the open / close unit and It is desirable to leave power (voltage) in the battery body so that the detection unit or the like can operate normally. Therefore, in such a case, a system that can secure power necessary for the battery main body is provided. That is, as a system that can be confirmed that the electric energy of the active material remaining inside the cell is sufficiently consumed by the load at the time of stop and that the power of the cell is secured to drive the open / close unit etc. deep.

例えば、電池本体が停止時用負荷に電気エネルギーを供給している際の時間を検出するタイマ部を具え、停止時用負荷に放電する時間を設定しておき、所定時間となったら、開閉部をOFFにして停止時用負荷への電気エネルギーの供給を停止することが挙げられる。このとき、停止時用負荷に放電中、タイマ部により放電時間を検出して検出結果を制御部に伝送し、所定時間となったら、制御部は、開閉部をOFFにするようにしてもよい。このようなタイマ部は、制御部と別個に具えてもよいし、制御部としてタイマ部を内蔵するものを利用してもよい。また、タイマ部は、停止時用負荷に放電を行っている際のみ駆動させ、それ以外のときは停止させてもよいし、常時作動させておき、停止時用負荷への電気エネルギーの供給が行われているときのみ検出結果が制御部に送られるように構成してもよい。なお、前者の場合、タイマ部の動作制御も制御部が行うようにしてもよい。停止時用負荷の消費電力は、選択した抵抗値により決められるため、タイマ部により放電時間を測定することで、セルに残る電力を把握することができる。このようにタイマ部を用いることで、停止時用負荷は、電気エネルギーの消費を十分に行うことができ、かつ開閉部を正常に動作させることができる。   For example, it has a timer unit that detects the time when the battery body supplies electric energy to the stop load, sets the time to discharge to the stop load, and when the predetermined time is reached, the opening / closing unit To stop the supply of electrical energy to the load for stoppage. At this time, while discharging to the stop load, the timer unit detects the discharge time and transmits the detection result to the control unit. When the predetermined time is reached, the control unit may turn off the opening / closing unit. . Such a timer unit may be provided separately from the control unit, or may be one that incorporates a timer unit as the control unit. Further, the timer unit may be driven only when discharging to the stop load, and may be stopped at other times, or it may be always operated to supply electric energy to the stop load. The detection result may be sent to the control unit only when it is being performed. In the former case, the control unit may also control the operation of the timer unit. Since the power consumption of the stop load is determined by the selected resistance value, the power remaining in the cell can be grasped by measuring the discharge time by the timer unit. By using the timer unit in this way, the stop load can sufficiently consume electric energy, and can operate the opening / closing unit normally.

或いは、電池本体が停止時用負荷に電気エネルギーを供給している際のセル電圧を測定する電圧測定部を具え、必要なセル電圧(設定電圧)を予め設定しておき、セル電圧が設定値となったら、開閉部をOFFにして停止時用負荷への電気エネルギーの供給を停止することが挙げられる。このとき、停止時用負荷に放電中、電圧測定部によりセル電圧を検出して、検出結果を制御部に伝送し、測定電圧が所定の電圧(設定値)となったら、制御部は、開閉部をOFFにするようにしてもよい。電圧測定部は、停止時用負荷に放電を行っている際のみ駆動させ、それ以外のときは停止させてもよいし、常時作動させておき、停止時用負荷への電気エネルギーの供給が行われているときのみ検出結果が制御部に送られるように構成してもよい。なお、前者の場合、電圧測定部の動作制御も制御部が行うようにしてもよい。セル電圧は、セルに残る電力を端的に示すものであり、セル電圧を測定することで、開閉部などが正常に動作可能な電圧を満たすか否かを簡単に把握することができる。また、セル電圧を測定することで、セル内部の活物質の消費状況を検出することも可能である。例えば、セル電圧が設定値以下であれば、活物質の消費が十分に行われていると判断できる。このように電圧測定部を用いることで、停止時用負荷は、電気エネルギーの消費を十分に行うことができ、かつ開閉部を正常に動作させることができる。   Alternatively, it has a voltage measurement unit that measures the cell voltage when the battery body supplies electric energy to the stop load, and sets the required cell voltage (set voltage) in advance. Then, the supply of electric energy to the stop load is stopped by turning off the opening / closing part. At this time, the cell voltage is detected by the voltage measurement unit during discharge to the stop load, the detection result is transmitted to the control unit, and when the measured voltage reaches a predetermined voltage (set value), the control unit The part may be turned off. The voltage measurement unit may be driven only when discharging to the stop load, and may be stopped at other times, or it may be always operated to supply electric energy to the stop load. Alternatively, the detection result may be sent to the control unit only when the information is transmitted. In the former case, the control unit may also control the operation of the voltage measurement unit. The cell voltage simply indicates the power remaining in the cell. By measuring the cell voltage, it is possible to easily grasp whether or not the open / close unit or the like satisfies a normally operable voltage. It is also possible to detect the consumption state of the active material inside the cell by measuring the cell voltage. For example, if the cell voltage is equal to or lower than the set value, it can be determined that the active material is sufficiently consumed. By using the voltage measuring unit in this manner, the stop load can sufficiently consume electric energy, and the opening / closing unit can be operated normally.

その他、タイマ部により放電時間を検出しておき、所定の時間ごとにセル電圧を検出し、制御部の判定手段により、検出したセル電圧が設定値になっているか否かを調べるようにしてよい。また、タイマ部と電圧測定部との双方を具えておき、放電時間による電力エネルギーの供給停止と、セル電圧による電力エネルギーの供給停止との双方を行うようにしてもよい。このようにタイマ部や電圧測定部を具えて制御部にて制御するシステムとすることで、電解液の循環が停止されると自動的に開閉部がONとなり、停止時用負荷への放電が開始されると共に、セルに残存する電力が所定の値より小さくなった際、自動的に開閉部がOFFとなり停止時用負荷への放電を停止させることができる。従って、このシステムでは、セルの自己放電による温度上昇を抑制すると共に、所望の電力を確実にセルに残存させることができる。また、タイマ部や電圧測定部の駆動に必要な電気エネルギーも電池本体から得られるようにしておいてもよい。このとき、セルに残存させる電力は、開閉部や検出部だけでなく、これら電圧測定部などの駆動も可能な程度となるように設定しておく。   In addition, the discharge time may be detected by the timer unit, the cell voltage may be detected every predetermined time, and the determination unit of the control unit may check whether or not the detected cell voltage is a set value. . Further, both the timer unit and the voltage measurement unit may be provided, and both the supply of power energy due to the discharge time and the stop of supply of power energy due to the cell voltage may be performed. In this way, by providing a system that includes a timer unit and a voltage measurement unit and that is controlled by the control unit, when the circulation of the electrolyte is stopped, the opening / closing unit is automatically turned ON, and the discharge to the load for stoppage is performed. At the same time, when the power remaining in the cell becomes smaller than a predetermined value, the opening / closing section is automatically turned OFF, and the discharge to the stop load can be stopped. Therefore, in this system, the temperature rise due to the self-discharge of the cell can be suppressed, and desired power can be reliably left in the cell. Moreover, the electric energy necessary for driving the timer unit and the voltage measuring unit may be obtained from the battery body. At this time, the power remaining in the cell is set so that not only the switching unit and the detection unit but also the voltage measurement unit can be driven.

本発明システムでは、停止時用負荷が電気エネルギーを消費することで発熱し、この熱により電池本体が暖められる恐れがある。そこで、本発明システムには、更に、停止時用負荷を冷却する冷却ファンを具えていてもよい。そして、この冷却ファンは、電池本体に接続させておき、冷却ファンの駆動に必要な電気エネルギーも電池本体から得られるようにしておいてもよい。このとき、上記セルに残存させる電力は、開閉部や検出部だけでなく、冷却ファンの駆動も可能な程度となるように設定しておく。また、この冷却ファンも制御部に接続させておき、冷却ファンの始動・停止も制御部により自動的に行われる構成としてもよい。例えば、制御部は、停止時用負荷への放電命令と共に、駆動開始命令を冷却ファンに送り、停止時用負荷への放電停止命令と共に、駆動停止命令を冷却ファンに送るようにしてもよい。冷却ファンの作動期間は、停止時用負荷への放電期間と一致させなくてもよく、例えば、停止時用負荷への放電を開始してから一定時間経過後に冷却ファンを始動させ、停止時用負荷への放電を停止してから一定時間経過後に冷却ファンを停止させるようにしてもよい。このとき、タイマ部にて停止時用負荷への放電時間を検出しておき、制御部は、一定時間経過後に適宜命令を冷却ファンに出すように構成しておくとよい。   In the system of the present invention, the stop load consumes electric energy to generate heat, and this heat may heat the battery body. Therefore, the system of the present invention may further include a cooling fan that cools the stop load. The cooling fan may be connected to the battery body so that electrical energy necessary for driving the cooling fan can be obtained from the battery body. At this time, the electric power remaining in the cell is set so that not only the opening / closing unit and the detection unit but also the cooling fan can be driven. Further, the cooling fan may be connected to the control unit, and the cooling fan may be automatically started and stopped by the control unit. For example, the control unit may send a drive start command to the cooling fan together with a discharge command to the stop load, and send a drive stop command to the cooling fan together with a discharge stop command to the stop load. The operation period of the cooling fan does not have to coincide with the discharge period to the stop load.For example, the cooling fan is started after a certain period of time has elapsed since the start of discharge to the stop load. The cooling fan may be stopped after a lapse of a certain time after stopping the discharge to the load. At this time, it is preferable that the timer unit detects the discharge time to the stop load, and the control unit is configured to issue a command to the cooling fan as appropriate after a predetermined time has elapsed.

上記構成を具える本発明システムは、所定の手順を入力した制御部を具えておき、制御部により、自動的に停止時用負荷への放電を行い、セル内部の温度上昇を抑制するようにしてもよい。制御手順は、例えば、以下の手順が挙げられる。まず、制御部は、電力系統に対する充放電(通常の充放電)動作が行われているか否か、即ち、電解液がセルに循環されているか停止されているかを検出するべく、検知部(例えば、圧力測定部)に検出命令を出し、検知部は、特定のデータ(例えば、圧力)を検出して、その検出結果を制御部に送る。制御部の判定手段は、検出結果により、電解液が循環されているか否かを判定する。電解液が循環されている場合、制御部は、開閉部をOFFのままにさせておく。電解液の循環が停止されている場合、制御部は、開閉部をONするように命令を出し、停止時用負荷への放電を開始させる。このとき、直交流変換器に接続された外部負荷への放電は停止されている。タイマ部や電圧測定部を具えるシステムの場合、制御部は、開閉部のON命令と同時に、タイマ部や電圧測定部に始動命令を出し、検出結果が制御部に送られるようにしてもよいし、タイマ部や電圧測定部を常時作動させておき、検出結果のみが制御部に送られるようにしてもよい。このとき、停止時用負荷への放電時間やセルの残存電力(例えば、電圧)を予め設定して制御部に入力しておき、所定の放電時間や設定電圧に達した際、制御部は、開閉部にOFF命令を出すようにしておいてもよいし、所定の時間ごとに電圧測定部から測定されたセル電圧を取得するようにしておき、測定電圧が設定電圧に達した際、制御部は、開閉部にOFF命令を出すようにしてもよい。制御部は、開閉部をOFFさせることで、停止時用負荷への電力供給を停止する。また、制御部は、OFF命令と同時にタイマ部や電圧測定部の検出を停止する命令を出すようにしておく。このとき、タイマ部や電圧測定部の駆動を停止する場合は、これらの停止命令を出すようにしておく。冷却ファンを具えるシステムの場合、制御部は、開閉部のON命令と同時に、冷却ファンの始動命令を出し、開閉部のOFF命令と同時に、冷却ファンの停止命令を出すようにしてもよいし、開閉部のON命令・OFF命令から一定時間経過後、冷却ファンに始動命令や停止命令を出すようにしてもよい。このとき、タイマ部により経過時間を検出するとよい。上記制御手順を行う制御部としては、圧力測定部などの検知部、タイマ部、電圧測定部などからの検出結果を取得する取得手段、各種の判定を行う判定手段、設定値などを記憶しておく記憶手段、各種命令を出す命令手段などを具えたものを利用するとよい。例えば、制御部として、汎用されているコンピュータ、シーケンサー、マイクロコンピューターなどを利用してもよい。   The system of the present invention having the above-described configuration includes a control unit that inputs a predetermined procedure, and the control unit automatically discharges the load for stoppage to suppress the temperature rise inside the cell. May be. Examples of the control procedure include the following procedures. First, the control unit detects whether or not charging / discharging (normal charging / discharging) operation for the power system is being performed, i.e., whether the electrolyte is circulating in the cell or stopped. , A pressure measurement unit), and the detection unit detects specific data (for example, pressure) and sends the detection result to the control unit. The determination unit of the control unit determines whether or not the electrolytic solution is circulated based on the detection result. When the electrolytic solution is circulated, the control unit keeps the open / close unit OFF. When the circulation of the electrolytic solution is stopped, the control unit issues a command to turn on the opening / closing unit, and starts discharging to the load for stopping. At this time, the discharge to the external load connected to the crossflow converter is stopped. In the case of a system including a timer unit and a voltage measuring unit, the control unit may issue a start command to the timer unit and the voltage measuring unit simultaneously with an ON command for the opening / closing unit so that the detection result is sent to the control unit. Then, the timer unit and the voltage measuring unit may be always operated, and only the detection result may be sent to the control unit. At this time, the discharge time to the load for stoppage and the remaining power of the cell (for example, voltage) are preset and input to the control unit, and when the predetermined discharge time and set voltage are reached, the control unit An OFF command may be issued to the opening / closing unit, or a cell voltage measured from the voltage measuring unit is obtained every predetermined time, and when the measured voltage reaches the set voltage, the control unit May issue an OFF command to the opening / closing section. The control unit stops power supply to the stop load by turning off the opening / closing unit. Further, the control unit issues a command for stopping detection of the timer unit and the voltage measuring unit simultaneously with the OFF command. At this time, when the driving of the timer unit and the voltage measuring unit is stopped, these stop commands are issued. In the case of a system including a cooling fan, the control unit may issue a cooling fan start command simultaneously with the opening / closing unit ON command and a cooling fan stop command simultaneously with the opening / closing unit OFF command. Alternatively, a start command or a stop command may be issued to the cooling fan after a predetermined time has elapsed since the ON / OFF command of the opening / closing unit. At this time, the elapsed time may be detected by the timer unit. As a control unit that performs the above control procedure, a detection unit such as a pressure measurement unit, a timer unit, an acquisition unit that acquires detection results from a voltage measurement unit, a determination unit that performs various determinations, a setting value, and the like are stored. It is preferable to use a storage means for storing, an instruction means for issuing various instructions, and the like. For example, a general-purpose computer, sequencer, microcomputer, or the like may be used as the control unit.

本発明レドックスフロー電池システムは、電解液の循環が停止されている期間において、満充電状態の活物質がセル内に残存することを低減し、これら活物質の残存による自己放電を効果的に低減する。そのため、本発明システムは、直交流変換器に接続される発電設備や外部負荷といった電力系統を対象とする通常の充放電を行っていない待機中において、セル内部の温度上昇を効果的に抑制することができ、自己放電による温度上昇に起因するセルの構成部材の劣化を低減する。   The redox flow battery system of the present invention reduces the remaining of a fully charged active material in the cell during the period in which the circulation of the electrolyte is stopped, and effectively reduces self-discharge due to the remaining of the active material. To do. For this reason, the system of the present invention effectively suppresses the temperature rise inside the cell during standby without performing normal charging / discharging for power systems such as power generation equipment and external loads connected to the crossflow converter. It is possible to reduce the deterioration of the constituent members of the cell due to the temperature increase due to self-discharge.

以下、本発明の実施の形態を説明する。図1は、本発明レドックスフロー電池システムを示す概略構成図、図2は、本発明レドックスフロー電池システムに利用した電池本体の概略構成図である。このシステムは、セル10を有する電池本体1と、セル10に供給/排出される電解液を貯留するタンク11,12と、セル10とタンク11,12とを連結する電解液の輸送路13,14と、各輸送路13,14に配置されてタンク11,12からそれぞれ正極電解液、負極電解液をセル10に循環させるためのポンプ15,16とを具える。電池本体1には、直交流変換器20が接続され、直交流変換器20を介して、電池が充電する際に電池に電力を供給する発電設備、電池が放電する際に電池が電力を供給する外部負荷といった電力系統30が接続される。ここまでの構成は、従来のレドックスフロー電池システムと同様であり、本発明システムの特徴とするところは、セル10に対して電解液の循環を停止させている際、セル10内の電解液に残存する活物質の電気エネルギーを消費する停止時用負荷2と、停止時用負荷2への電気エネルギーの供給及び停止を制御する開閉部3とを具えることにある。   Embodiments of the present invention will be described below. FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a redox flow battery system of the present invention, and FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a battery body used in the redox flow battery system of the present invention. This system includes a battery main body 1 having a cell 10, tanks 11 and 12 for storing an electrolyte supplied / discharged to the cell 10, and an electrolyte transport path 13, which connects the cell 10 and the tanks 11 and 12. 14 and pumps 15 and 16 for circulating the positive electrode electrolyte and the negative electrode electrolyte from the tanks 11 and 12 to the cell 10 respectively. A cross flow converter 20 is connected to the battery body 1, and through the cross flow converter 20, a power generation facility that supplies power to the battery when the battery is charged, and the battery supplies power when the battery is discharged A power system 30 such as an external load is connected. The configuration so far is the same as that of the conventional redox flow battery system, and the feature of the system of the present invention is that when the circulation of the electrolyte is stopped with respect to the cell 10, the electrolyte in the cell 10 is The object is to include a stop load 2 that consumes the electric energy of the remaining active material, and an open / close unit 3 that controls the supply and stop of the electrical energy to the stop load 2.

電池本体1は、図2に示すように複数のレドックスフロー電池用のセルを積層した積層体(セルスタック)構造とした。各セルは、イオンが通過できるイオン交換隔膜10iの両側にカーボンフェルト製の正極電極10p及び負極電極10nを具える。正極電極10p及び負極電極10nの各々の外側には、セルフレーム10sが配置される。セルフレーム10sは、プラスチックカーボン製の双極板10cと、その外周に形成されるフレーム枠10fとを具える。フレーム枠10fには、電極10p,10nに電解液を供給する給液用マニホールド10sp,10snと、電極10p,10nからの電解液を外部に排出する排液用マニホールド10dp,10dnとが複数形成されている。給液用マニホールド10sp,10snは、電極10p,10nの下方に、排液用マニホールド10dp,10dnは、電極10p,10nの上方に設けており、電解液は、図2の矢印で示すように電極10p,10nの下方から上方に向かって流通される。これらマニホールド10sp,10sn,10dp,10dnは、多数のセルを積層することで電解液の流路を構成し、図1における導管13,14へと接続される。フレーム枠10fにおいてマニホールド10sp,10sn,10dp,10dnと双極板10cとの間には、電解液を流通するスリット10gがそれぞれ設けられている。各電極10p,10nには、それぞれタンク11,12(図1)から輸送路13,14(図1)を介して正極電解液、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+を含む溶液を用いた。また、このセルスタックは、電解液の循環を停止しても電解液をセルに貯留することができるように、電池本体1の位置がタンクに貯留される電解液の液面よりも低くなるように、電池本体1及びタンクを配置した。 The battery body 1 has a laminated body (cell stack) structure in which a plurality of redox flow battery cells are laminated as shown in FIG. Each cell includes a positive electrode 10p and a negative electrode 10n made of carbon felt on both sides of an ion exchange diaphragm 10i through which ions can pass. A cell frame 10s is disposed outside each of the positive electrode 10p and the negative electrode 10n. The cell frame 10s includes a plastic carbon bipolar plate 10c and a frame frame 10f formed on the outer periphery thereof. A plurality of supply manifolds 10sp and 10sn for supplying an electrolyte to the electrodes 10p and 10n and drain manifolds 10dp and 10dn for discharging the electrolyte from the electrodes 10p and 10n to the outside are formed in the frame 10f. ing. The supply manifolds 10sp and 10sn are provided below the electrodes 10p and 10n, and the drain manifolds 10dp and 10dn are provided above the electrodes 10p and 10n. It is distributed from the bottom to the top of 10p and 10n. These manifolds 10sp, 10sn, 10dp, and 10dn constitute a flow path for the electrolyte by stacking a large number of cells, and are connected to the conduits 13 and 14 in FIG. In the frame 10f, between the manifolds 10sp, 10sn, 10dp, 10dn and the bipolar plate 10c, slits 10g through which the electrolytic solution flows are respectively provided. The positive electrode electrolyte and the negative electrode electrolyte are supplied to the electrodes 10p and 10n from the tanks 11 and 12 (FIG. 1) through the transport paths 13 and 14 (FIG. 1), respectively. In this example, a positive electrode electrolyte solution containing V 5+ and a negative electrode electrolyte solution containing V 2+ were used. In addition, the cell stack is arranged such that the position of the battery body 1 is lower than the level of the electrolyte stored in the tank so that the electrolyte can be stored in the cell even when the circulation of the electrolyte is stopped. The battery body 1 and the tank were arranged.

停止時用負荷2は、市販の電気抵抗部材であり、電池本体1に直列に接続させている。開閉部3は、電磁石により開閉動作を行うコンタクタであり、停止時用負荷2と電池本体1との間に電池本体1と直列に接続される。本例において開閉部3の開閉動作に必要な電力は、電池本体1から供給される構成とした。   The stop load 2 is a commercially available electric resistance member and is connected to the battery body 1 in series. The opening / closing part 3 is a contactor that performs an opening / closing operation by an electromagnet, and is connected in series with the battery body 1 between the stop load 2 and the battery body 1. In this example, the power required for the opening / closing operation of the opening / closing unit 3 is supplied from the battery body 1.

その他、本例に示すシステムでは、図1に示すように開閉部3の開閉動作を自動的に制御する制御部4、ポンプ15,16の輸送圧力を検出する圧力測定部5、セルの電圧を検出する電圧測定部6を具える。制御部4は、停止時用負荷2への放電が開始されてから停止されるまでの間の時間を測定するタイマ部7を内蔵している。圧力測定部5は、輸送路13,14においてポンプ15,16と電池本体1との間に配置した。電圧測定部6及びタイマ部7は、常時作動させている。また、本例に示すシステムでは、停止時用負荷2に通電されている際の発熱により、電池本体10などが加熱されることを防止するべく、停止時用負荷2を冷却する冷却ファン8を具える。この冷却ファン8は、停止時用負荷2に並列に配置した。   In addition, in the system shown in this example, as shown in FIG. 1, the control unit 4 that automatically controls the opening and closing operation of the opening and closing unit 3, the pressure measuring unit 5 that detects the transport pressure of the pumps 15 and 16, the cell voltage A voltage measuring unit 6 for detection is provided. The control unit 4 includes a timer unit 7 that measures the time from when discharge to the stop load 2 is started to when it is stopped. The pressure measurement unit 5 was disposed between the pumps 15 and 16 and the battery body 1 in the transport paths 13 and 14. The voltage measuring unit 6 and the timer unit 7 are always operated. In the system shown in this example, the cooling fan 8 that cools the stop load 2 is installed to prevent the battery body 10 and the like from being heated by heat generated when the stop load 2 is energized. Prepare. The cooling fan 8 was arranged in parallel with the stop load 2.

制御部4は、圧力測定部5の始動・停止の制御、圧力測定部5からの検出結果の取得、この検出結果から電解液が循環されているか否かの判定、電圧測定部6からの検出結果の取得、タイマ部7からの検出結果の取得、判定結果や検出結果に基づく開閉部3の開閉動作の制御、冷却ファン8の始動・停止の制御などといった種々の処理を行う。具体的な処理は、後述の制御手順の説明にて行う。このような制御部4として本例では、検出結果などを取得する取得手段、各種判定を行う判定手段、設定値などを記憶する記憶手段、各種の命令を行う命令手段、各種比較を行う比較手段などを具える市販のコンピュータを利用した。また、本例において制御部4,圧力測定部5,電圧測定部6,タイマ部7,冷却ファン8に必要な電力は、電池本体1から供給される構成とした。   The control unit 4 controls the start / stop of the pressure measurement unit 5, obtains the detection result from the pressure measurement unit 5, determines whether the electrolyte is circulated from the detection result, and detects from the voltage measurement unit 6. Various processes such as acquisition of the result, acquisition of the detection result from the timer unit 7, control of the opening / closing operation of the opening / closing unit 3 based on the determination result and the detection result, and control of starting / stopping the cooling fan 8 are performed. Specific processing is performed in the description of the control procedure described later. In this example, such a control unit 4 includes an acquisition unit that acquires detection results and the like, a determination unit that performs various determinations, a storage unit that stores setting values, a command unit that performs various commands, and a comparison unit that performs various comparisons. A commercially available computer equipped with the above was used. In this example, the power required for the control unit 4, the pressure measurement unit 5, the voltage measurement unit 6, the timer unit 7, and the cooling fan 8 is supplied from the battery body 1.

上記システムにおいて電力系統30に対して充放電を行う場合、各電解液は、タンク11,12に接続された正極電解液用の輸送路13、負極電解液用の輸送路14を介してセル10に供給される。そして、セル10で電池反応が行われた後、各電解液は、セル10から排出されてそれぞれ輸送路13,14を経てタンク11,12に戻される。電力系統30に対する充放電中は、このような電解液の循環が繰り返し行われる。   When charging / discharging the power system 30 in the above system, each electrolytic solution is supplied to the cell 10 via the transport path 13 for the positive electrolyte connected to the tanks 11 and 12 and the transport path 14 for the negative electrolyte. To be supplied. Then, after the battery reaction is performed in the cell 10, each electrolytic solution is discharged from the cell 10 and returned to the tanks 11 and 12 through the transport paths 13 and 14, respectively. During charging / discharging of the electric power system 30, such electrolyte circulation is repeated.

一方、電力系統30に対して充放電を停止する待機中、即ち、電池本体1が外部負荷に対して電力供給を行わない状態のとき、電解液の循環を停止する。このとき、本発明システムでは、開閉部3が閉じて電池本体1に停止時用負荷2が電気的に接続された状態となる。従って、電解液の循環を停止後、セル10内に残存する余分な活物質の電気エネルギーを停止時用負荷2にて消費することができる。即ち、本発明システムは、電解液が循環されている通常運転時、電力系統30に対して通常の放電を行い、電解液が循環されていない待機時、停止時用負荷2に対して放電を行う。この構成により、本発明システムは、待機中において、セル10内に残存する活物質が自己放電して発熱し、セル内部の温度を上昇させることを緩和する。従って、本発明システムは、温度上昇によるセルの構成部材などの劣化を抑制することができる。   On the other hand, when the battery system 1 is on standby to stop charging / discharging, that is, when the battery body 1 is not supplying power to the external load, the circulation of the electrolyte is stopped. At this time, in the system of the present invention, the opening / closing part 3 is closed and the battery load 1 is electrically connected to the stop load 2. Therefore, after the circulation of the electrolytic solution is stopped, the electric energy of the excess active material remaining in the cell 10 can be consumed by the stop load 2. That is, the system of the present invention performs normal discharge to the power system 30 during normal operation in which the electrolyte is circulated, and discharges to the stop load 2 during standby when the electrolyte is not circulated. Do. With this configuration, the system of the present invention mitigates the fact that the active material remaining in the cell 10 self-discharges and generates heat during standby, thereby increasing the temperature inside the cell. Therefore, the system of the present invention can suppress the deterioration of the constituent members of the cell due to the temperature rise.

上記構成を具えるレドックスフロー電池システムにおいて、待機中におけるセル内部の温度制御手順を具体的に説明する。図3は、本発明レドックスフロー電池システムにおいて、電解液の循環停止中におけるセルの温度制御手順を示すフローチャートである。まず、制御部は、命令手段により圧力測定部に始動命令を出して始動させ、セルに電解液が循環されているか否かを判定するべく、取得手段によりポンプの輸送圧力を取得する(ステップS1)。制御部の判定手段は、取得した圧力が設定値Xを超えるか否かを判定する(ステップS2)。ポンプの圧力が設定値Xを超える場合、ポンプが駆動して電解液の循環を行っていることになる。即ち、電力系統に対して充電又は放電を行っていることになる。従って、待機中ではないので、停止時用負荷への電力供給を行わない。一方、ポンプの圧力が設定値X以下である場合、ポンプが駆動しておらず電解液の循環を行っていない、即ち、電力系統に対して充電又は放電を行わない待機中となる。そこで、停止時用負荷に対する放電処理を開始する。まず、制御部は、命令手段により開閉部にON命令を出してONにさせ(ステップS3)、セルに残存する電解液中の余分な活物質の電気エネルギーが停止時用負荷にて消費されるようにする。   In the redox flow battery system having the above configuration, a temperature control procedure inside the cell during standby will be specifically described. FIG. 3 is a flowchart showing the temperature control procedure of the cell while the electrolyte circulation is stopped in the redox flow battery system of the present invention. First, the control unit issues a start command to the pressure measuring unit by the command unit to start it, and acquires the transport pressure of the pump by the acquisition unit to determine whether or not the electrolyte is circulated in the cell (step S1). ). The determination unit of the control unit determines whether or not the acquired pressure exceeds the set value X (step S2). When the pump pressure exceeds the set value X, the pump is driven to circulate the electrolyte. That is, the power system is charged or discharged. Therefore, power is not supplied to the stop load because it is not on standby. On the other hand, when the pressure of the pump is equal to or lower than the set value X, the pump is not driven and the electrolytic solution is not circulated, that is, the electric power system is not charged or discharged. Therefore, the discharge process for the stop load is started. First, the control unit issues an ON command to the opening / closing unit by command means to turn it on (step S3), and the electric energy of the surplus active material in the electrolyte remaining in the cell is consumed by the load for stoppage. Like that.

また、制御部は、開閉部がONされたら、同時に冷却ファンに始動命令を命令手段より出して始動させる。更に、制御部の取得手段は、タイマ部により開閉部がONされてからの時間を検出して、検出結果を取得できるようにしておく。本例では、開閉部をONにしてからt時間経過したら、制御部は、命令手段により開閉部をOFFにする構成とした。即ち、本例では、セルが所定の電力(設定電圧)になったら停止時用負荷への放電が停止される。このように所定時間のみ開閉部をONにして、停止時用負荷の放電を行うことで、セルには、開閉部や制御部などの駆動に必要な電力が確保できるようにした。加えて、制御部の取得手段は、電圧測定部によりセル電圧を検出して、検出結果を取得できるようにしておく。セル電圧を測定することで、セルに残存される電力を容易に把握することができる。開閉部がONされた後、制御部の判定手段は、タイマ部の検出結果から、開閉部をONにしてからt時間が経過したか否かを判定する(ステップS4)。t時間経過している場合、制御部は、開放部をOFFにする(ステップS5)。この構成により、セルは、所定の電力が確保され、開閉部や制御部などを正常に駆動させることができる。一方、t時間経過していない場合、制御部の取得手段は、電圧測定部からセル電圧を取得する(ステップS6)。   Further, when the opening / closing unit is turned on, the control unit simultaneously starts the cooling fan by issuing a start command from the command means. Furthermore, the acquisition unit of the control unit detects the time after the opening / closing unit is turned on by the timer unit, and can acquire the detection result. In this example, the control unit is configured to turn off the opening / closing unit by command means when t time elapses after the opening / closing unit is turned on. That is, in this example, when the cell reaches a predetermined power (set voltage), the discharge to the stop load is stopped. In this way, by turning on the opening / closing part only for a predetermined time and discharging the load for stopping, it is possible to secure electric power necessary for driving the opening / closing part and the control part in the cell. In addition, the acquisition unit of the control unit detects the cell voltage by the voltage measurement unit so that the detection result can be acquired. By measuring the cell voltage, the power remaining in the cell can be easily grasped. After the opening / closing part is turned on, the determination means of the control part determines from the detection result of the timer part whether t time has elapsed since the opening / closing part was turned on (step S4). When the time t has elapsed, the control unit turns off the opening unit (step S5). With this configuration, the cell has a predetermined power and can normally drive the opening / closing unit and the control unit. On the other hand, when the time t has not elapsed, the acquisition unit of the control unit acquires the cell voltage from the voltage measurement unit (step S6).

ここで、セルに残存させておきたい電力を予め決めておき、その電力に対応したセル電圧(設定電圧)Yを設定して、制御部の記憶手段に予め入力しておく。そして、制御部は、予め記憶手段に保存されている設定電圧Yを呼び出し、比較手段により測定されたセル電圧(測定電圧)と設定電圧Yとの大小関係を比較する(ステップS7)。測定電圧が設定電圧Y以下の場合、このまま停止時用負荷への放電を続けると、セルが所望の電力を確保できなくなるため、制御部の命令手段は、開閉部にOFF命令を出してOFFにし(ステップS7)、停止時用負荷への放電を停止する。同時に制御部の命令手段は、冷却ファンに停止命令を出して停止させる。また、制御部の命令手段は、取得手段にセル電圧の取得、経過時間の取得を停止する命令を出す。一方、測定電圧が設定電圧Yより大きい場合、セル内の電解液中に余分な活物質が残存された状態であるため、このまま停止時用負荷への放電を続けるべく、制御部は、開閉部をONにしたままにする(ステップS8)。その後、制御部は、ステップS4からの手順を繰り返し、セル電圧を取得して開閉部のON/OFFを制御する。   Here, the power to be left in the cell is determined in advance, and the cell voltage (set voltage) Y corresponding to the power is set and input in advance to the storage means of the control unit. Then, the control unit calls the set voltage Y stored in advance in the storage unit, and compares the magnitude relationship between the cell voltage (measured voltage) measured by the comparison unit and the set voltage Y (step S7). If the measured voltage is less than or equal to the set voltage Y and the discharge to the stop load continues, the cell cannot secure the desired power, so the command means of the control unit issues an OFF command to the open / close unit and turns it off. (Step S7), the discharge to the stop load is stopped. At the same time, the command means of the control unit issues a stop command to the cooling fan to stop it. Further, the command means of the control unit issues a command to stop obtaining the cell voltage and the elapsed time to the obtaining means. On the other hand, when the measured voltage is larger than the set voltage Y, the active part remains in the electrolyte solution in the cell. Is kept ON (step S8). Thereafter, the control unit repeats the procedure from step S4, acquires the cell voltage, and controls ON / OFF of the open / close unit.

(試験例)
図1に示すような本発明レドックスフロー電池システムを複数形成し、上記制御手順に従って、満充電状態で電解液の循環を停止させた際、停止時用負荷に放電を行う操作を行い、電解液の循環を停止した後のセル内部の温度推移を調べた。その結果を図4のグラフに示す。このグラフにおいて横軸は、電解液の循環を停止させた時からの経過時間(時間)を示し、縦軸は、セル内部の温度(℃)を示す。図4のグラフに示すように、本発明システムでは、電解液の循環を停止させてすぐに電解液の温度が低下し、最下温度に達した後、温度が上昇するが、ピークでも最下温度から約7℃程度上昇に留まっている。また、最高温度に達した後は、温度が低下していっていき、室温程度となっている。従って、本発明システムは、従来のレドックスフロー電池システムよりも、電解液の循環停止中におけるセルの劣化を効果的に抑制できると考えられる。 (Test example)
A plurality of the redox flow battery systems of the present invention as shown in FIG. 1 are formed, and when the circulation of the electrolyte is stopped in the fully charged state according to the above control procedure, an operation is performed to discharge to the load for stoppage. The temperature transition inside the cell after the circulation of the cell was stopped was examined. The results are shown in the graph of FIG. In this graph, the horizontal axis indicates the elapsed time (hours) from when the circulation of the electrolytic solution is stopped, and the vertical axis indicates the temperature (° C.) inside the cell. As shown in the graph of FIG. 4, in the system of the present invention, the temperature of the electrolytic solution decreases immediately after stopping the circulation of the electrolytic solution, and the temperature rises after reaching the lowest temperature. It has risen about 7 ℃ from the temperature. Moreover, after reaching the maximum temperature, the temperature decreases and reaches about room temperature. Therefore, it is considered that the system of the present invention can more effectively suppress the deterioration of the cell during the circulation stop of the electrolyte than the conventional redox flow battery system.

本発明レドックスフロー電池システムは、負荷平準化用途や瞬低・停電用途において好適に利用することができる。   The redox flow battery system of the present invention can be suitably used in load leveling applications and voltage sag / blackout applications.

本発明レドックスフロー電池システムを示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows this invention redox flow battery system. 本発明レドックスフロー電池システムに利用した電池本体の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the battery main body utilized for this invention redox flow battery system. 本発明レドックスフロー電池システムにおいて、電解液の循環を停止させている待機中にセルの温度を制御する制御手順を示すフローチャートである。In the redox flow battery system of this invention, it is a flowchart which shows the control procedure which controls the temperature of a cell during the standby which has stopped the circulation of electrolyte solution. 本発明レドックスフロー電池システムにおいて、電解液の循環を停止した後のセル内部の温度推移を示すグラフである。In this invention redox flow battery system, it is a graph which shows the temperature transition inside a cell after stopping the circulation of electrolyte solution. 従来のレドックスフロー電池システムにおいて、電解液の循環を停止した後のセル内部の温度推移を示すグラフである。In the conventional redox flow battery system, it is a graph which shows the temperature transition inside a cell after stopping the circulation of electrolyte solution. 従来のレドックスフロー電池システムにおいて、電解液の循環を停止した後窒素パージをした場合のセル内部の温度推移を示すグラフである。In the conventional redox flow battery system, it is a graph which shows the temperature transition inside a cell at the time of carrying out nitrogen purge after stopping the circulation of electrolyte solution. レドックスフロー電池の概略構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows schematic structure of a redox flow battery.

符号の説明Explanation of symbols

1 電池本体 2 停止時用負荷 3 開閉部 4 制御部 5 圧力測定部
6 電圧測定部 7 タイマ部 8 冷却ファン
10 セル 10c 双極板 10dn,10dp 排液用マニホールド 10f フレーム枠
10g スリット 10i イオン交換膜 10n 負極電極 10p 正極電極
10s セルフレーム 10sn,10sp 給液用マニホールド
11,12 タンク 13,14 輸送路 15,16 ポンプ
20 直交流変換器 30 電力系統
100 セル 101 イオン交換隔膜 102 正極セル 103 負極セル
104 正極電極 105 負極電極 106,107 タンク 1 Battery body 2 Load for stopping 3 Opening / closing part 4 Control part 5 Pressure measurement part
6 Voltage measurement unit 7 Timer unit 8 Cooling fan
10 cell 10c bipolar plate 10dn, 10dp drainage manifold 10f frame frame
10g slit 10i ion exchange membrane 10n negative electrode 10p positive electrode
10s Cell frame 10sn, 10sp Manifold for liquid supply
11,12 Tank 13,14 Transport 15,15 Pump
20 Cross-flow converter 30 Power system
100 cells 101 ion-exchange membrane 102 positive electrode cell 103 negative electrode cell
104 Positive electrode 105 Negative electrode 106,107 Tank

Claims (6)

セルに電解液を循環供給して充放電を行うレドックスフロー電池本体と、
前記電池本体に接続され、電解液の循環停止中においてセル内の電解液に残存する活物質の電気エネルギーを消費する停止時用負荷と、
前記電池本体と停止時用負荷との間に配置され、電池本体から停止時用負荷への電気エネルギーの供給及び停止を制御する開閉部とを具えることを特徴とするレドックスフロー電池システム。 A redox flow battery body that circulates and supplies electrolyte to the cell to charge and discharge;
A load for stoppage that is connected to the battery body and consumes electric energy of the active material remaining in the electrolyte solution in the cell during circulation stop of the electrolyte solution,
A redox flow battery system, comprising: an open / close unit that is disposed between the battery main body and the stop load and controls supply and stop of electric energy from the battery main body to the stop load. 更に、電解液が循環されているか停止されているかを検出する検出部を具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システム。   2. The redox flow battery system according to claim 1, further comprising a detection unit that detects whether the electrolytic solution is circulated or stopped. 更に、電池本体が停止時用負荷に電気エネルギーを供給している際の時間を検出するタイマ部を具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システム。   2. The redox flow battery system according to claim 1, further comprising a timer unit that detects a time when the battery body supplies electric energy to the stop load. 更に、電池本体が停止時用負荷に電気エネルギーを供給している際のセル電圧を検出する電圧測定部を具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システム。   2. The redox flow battery system according to claim 1, further comprising a voltage measuring unit that detects a cell voltage when the battery main body supplies electric energy to the stop load. 更に、停止時用負荷を冷却する冷却ファンを具え、この冷却ファンは、電池本体に接続されて、電池本体から電気エネルギーが供給され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システム。   2. The redox flow battery system according to claim 1, further comprising a cooling fan that cools the load for stoppage, the cooling fan being connected to the battery body and being supplied with electric energy from the battery body. . 開閉部は、電磁石により開閉を行うコンタクタであり、電池本体から電気エネルギーが供給されて開閉を行う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システム。   2. The redox flow battery system according to claim 1, wherein the opening / closing part is a contactor that is opened and closed by an electromagnet, and is opened and closed when electric energy is supplied from the battery body.
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