特許 6316400 レドックスフロー電池

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6316400

(24)【登録日】2018年4月6日

(45)【発行日】2018年4月25日

(54)【発明の名称】レドックスフロー電池

(51)【国際特許分類】

   H01M 8/18 20060101AFI20180416BHJP

   H01M 8/04 20160101ALI20180416BHJP

   H01M 8/04858 20160101ALI20180416BHJP

   H01M 8/2455 20160101ALI20180416BHJP

【ＦＩ】

   H01M8/18

   H01M8/04 Z

   H01M8/04858

   H01M8/2455

【請求項の数】5

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2016-257292(P2016-257292)

(22)【出願日】2016年12月29日

(65)【公開番号】特開2017-191768(P2017-191768A)

(43)【公開日】2017年10月19日

【審査請求日】2016年12月29日

(31)【優先権主張番号】10-2016-0046433

(32)【優先日】2016年4月15日

(33)【優先権主張国】KR

(73)【特許権者】

【識別番号】517003945

【氏名又は名称】スタンダード エナジー 株式会社

【氏名又は名称原語表記】ＳｔａｎｄａｒｄＥｎｅｒｇｙ Ｃｏ．， Ｌｔｄ．

(74)【代理人】

【識別番号】100121728

【弁理士】

【氏名又は名称】井関 勝守

(74)【代理人】

【識別番号】100165803

【弁理士】

【氏名又は名称】金子 修平

(72)【発明者】

【氏名】ジョ ボムヒ

(72)【発明者】

【氏名】キム ブギ

(72)【発明者】

【氏名】キム ギヒョン

(72)【発明者】

【氏名】チォェ ダムダム

(72)【発明者】

【氏名】キム ウォンテ

(72)【発明者】

【氏名】イ スジョン

(72)【発明者】

【氏名】キム ダヨン

【審査官】 佐藤 知絵

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１７−１３４９３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平５−３２６００７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１５／１６３３６７（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｍ ８／１８

Ｈ０１Ｍ ８／０４

Ｈ０１Ｍ ８／０４８５８

Ｈ０１Ｍ ８／２４５５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電解液をタンクに貯蔵し、その電解液をセルの内部へ循環させるレドックスフロー電池であって、
膜状に形成され、両面からそれぞれ伝達される電解液の間をイオンが通過する分離膜、
前記分離膜の両面に積層され、正極電解液と負極電解液がそれぞれ通過する流路を有する流路フレーム、及び
前記流路フレームの外側面に積層され電荷が通過する分離板を含むセルが複数積層され、両側の最外郭セルの外側面及び前記セルとセルとの間に積層され、導電性材質で形成され、３つ以上備えられる集電板をさらに含み、
正極電解液が一側の固定フレームに流入して流路フレームを通って流出する第１循環流路が設けられ、負極電解液が他側の固定フレームに流入して流路フレームを通って流出する第２循環流路が設けられ、
前記セルに充電電源を供給する充電回路部、
前記セルから外部負荷に放電電源を供給する放電回路部、
前記セルと前記充電回路部及び放電回路部との電気的接続をスイッチングするスイッチング部並びに
充電に使用されるセルと放電に使用されるセルを区分して前記スイッチング部を制御する制御部をさらに含み、
前記スイッチング部は、
前記セル同士の電気的接続を直列接続、並列接続または直並列混合接続に選択的にスイッチングすることができるように、多数のスイッチを備えたことを特徴とする、レドックスフロー電池。

【請求項2】

前記制御部は、
充電回路に接続されたセルと放電回路に接続されたセルとが互いに異なるように、前記スイッチング部を制御す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。

【請求項3】

前記レドックスフロー電池は充電と放電を同時に行うことを特徴とする、請求項２に記載のレドックスフロー電池。

【請求項4】

前記制御部は、
前記充電回路部を介して供給される充電電源に基づいて、前記スイッチング部を制御す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。

【請求項5】

前記制御部は、
前記放電回路部を介して外部負荷に供給すべき放電電源に基づいて、前記スイッチング部を制御す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。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、レドックスフロー電池に係り、さらに詳しくは、多数のセルが積層されたレドックスフロー電池に３つ以上の伝導性端子を備え、スイッチング制御して充電電圧と放電電圧とを可変させられるレドックスフロー電池に関する。

【背景技術】

【0002】

最近、エネルギー貯蔵システム（ＥＳＳ：Energystorage system）の開発が盛んに行われている中、充放電が可能な二次電池（Secondary battery）が有力な技術として脚光を浴びている。

【0003】

エネルギー貯蔵システムは、火力、水力、原子力、太陽光、風力、潮力及び熱電併給などにより生産された電力を貯蔵した後に、電力が必要な装置または系統に電源を供給するシステムである。そのために、エネルギー貯蔵システムは、ＬｉＢ電池、ＮａＳ電池、フロー電池（ＦＢ：FlowBattery）、スーパーキャパシタなどの二次電池を用いるバッテリーを利用した貯蔵方式と、非バッテリー貯蔵方式とに大別される。

【0004】

中でも、フロー電池の内部には、電気活性物質を含んでいる電解液があり、当該電解液が電気化学反応器を介して流れながら化学エネルギーが電気エネルギーに変換される（ここで、「電気活性物質」とは、電解液に含まれており、電極反応に参加できる或いは電極に吸収できる物質をいう。）。

【0005】

より詳細に説明すると、フロー電池は、メンブレンの両側に正極電解液（Electrolyte）と負極電解液が循環しながらイオン交換が行われ、この過程で電子の移動が発生して充放電が行われる。このようなフロー電池は、既存の二次電池に比べて寿命が長く、ｋＷ〜ＭＷ級の中大型システムに製作できるので、エネルギー貯蔵システムに最適なものと知られている。

【0006】

フロー電池は、電解液を交換することにより迅速に再充電することができ（まるで内燃機関の作動のためにガソリンをタンクに満たすようなこと）、回収された既存の電解液は、再充電した後で再利用することができる。

【0007】

フロー電池は、その構造を自由に変形することができ、長い作動寿命、速い反応時間、及び有害物質を排出しないという利点を有する。

【0008】

一部のフロー電池は、前述の利点に加えて、充電状態の測定が簡単であり、メンテナンスコストが低く、超過充電／超過放電に抵抗力を有する。

【0009】

エネルギー貯蔵システム（ＥＳＳ：Energystorage system）で二次電池の容量を増やすために、反応物質が内部に循環するレドックスフロー電池（Redox-Flow battery）が脚光を浴びている。

【0010】

レドックスフロー電池とは、還元（reduction）と酸化（oxidation）と流れ（flow）との単語を合成したもので、電解液をタンクに貯蔵し、その電解液をセルと呼ばれる部分へポンプによって送液して充電／放電する電池のことを意味する。

【0011】

多数のセルが積層されてスタックを構成するレドックスフロー電池の構造において、従来は、両端にのみ伝導性端子が備えられており、充電及び放電エネルギーの電気密度が時間に応じて可変的なシステムに接続する際に充電及び放電効率が低下するという問題点がある。

【0012】

特許文献１には、充電電圧を適応的に可変させるバッテリー充電装置及びそのバッテリー充電制御方法が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0013】

【特許文献1】韓国登録特許第１０−１２４１５３２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0014】

そこで、本発明は、前述した問題点を解決するために案出されたもので、その目的は、多数のセルが積層されたレドックスフロー電池に３つ以上の伝導性端子を備え、スイッチング制御して充電電圧及び放電電圧を可変させることができるレドックスフロー電池を提供することにある。

【0015】

本発明の実施形態の目的は上述した目的に制限されず、上述していない他の目的は以下の記載から本発明の属する技術分野において通常の知識を有する者に明らかに理解されるものである。

【課題を解決するための手段】

【0016】

上記の目的を達成するための本発明の一実施形態に係るレドックスフロー電池は、電解液をタンクに貯蔵し、その電解液をセルの内部へ循環させるレドックスフロー電池であって、膜状に形成され、両面からそれぞれ伝達される電解液の間をイオンが通過する分離膜、前記分離膜の両面に積層され、正極電解液と負極電解液がそれぞれ通過する流路を有する流路フレーム及び前記流路フレームの外側面に積層され電荷が通過する分離板を含んでなるセルが１つまたは複数積層され、両側の最外郭セルの外側面及び前記セルとセルとの間に積層され、導電性材質で形成され、３つ以上備えられる集電板をさらに含み、正極電解液が一側の固定フレームに流入して流路フレームを通って固定フレームから流出する第１循環流路が設けられ、負極電解液が他側の固定フレームに流入して流路フレームを通って固定フレームから流出する第２循環流路が設けられ、前記セルに充電電源を供給する充電回路部、前記セルから外部負荷に放電電源を供給する放電回路部、前記セルと前記充電回路部との電気的接続及び前記セルと放電回路部との電気的接続をスイッチングするスイッチング部、並びに充電に使用されるセルと放電に使用されるセルを区分して前記スイッチング部を制御する制御部をさらに含むことを特徴とする。

【0017】

また、前記スイッチング部は、前記セル同士の電気的接続を直列接続、並列接続または直並列混合接続に選択的にスイッチングすることができるように、多数のスイッチを備えたことを特徴とする。

【0018】

また、前記制御部は、充電回路に接続されたセルと放電回路に接続されたセルとが互いに異なるように、前記スイッチング部を制御することを特徴とする。

【0019】

また、前記レドックスフロー電池は充電と放電を同時に行うことができることを特徴とする。

【0020】

また、前記制御部は、前記充電回路部を介して供給される充電電源に基づいて、前記スイッチング部を制御することを特徴とする。

【0021】

また、前記制御部は、前記放電回路部を介して外部負荷に供給すべき放電電源に基づいて、前記スイッチング部を制御することを特徴とする。

【発明の効果】

【0022】

本発明の一実施形態に係るレドックスフロー電池によれば、集電板のうち３つ以上の集電板に外部回路接続端子をそれぞれ形成し、充電と放電を可変させられるという効果がある。

【0023】

また、本発明は、セル間の接続として直列接続または直並列混合接続を使用することにより、ユーザーの必要に応じた電力を供給することができるという効果がある。

【0024】

また、本発明は、充電回路に接続されたセルと放電回路に接続されたセルが互いに異なるようにスイッチングすることにより、回路を安定化させることができるという効果がある。

【0025】

また、本発明は、充電されるセルと放電されるセルとの電気的接続を調節して充電と放電を同時に行うことができるが、充電電圧と放電電圧を同一または異なる制御ができるという効果がある。

【0026】

また、本発明は、充電電圧に応じて、充電に使用すべき直列接続セルの数を調整することができるため、充電効率を高めることができるという効果がある。

【0027】

また、本発明は、ユーザーの目的に応じて所望の出力を設定（可変）して使用することができるという効果がある。

【0028】

さらに、本発明は、セルが電解液を共有するため、充電と放電を同時に行うことができるとともに、充電電圧と放電電圧を互いに異なるようにスイッチングすることができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【0029】

【図1】本発明の一実施形態に係るレドックスフロー電池の概念図である。

【図2】本発明の一実施形態に係るレドックスフロー電池の正極電解液と負極電解液が循環する流路を示す概念図である。

【図3】本発明の一実施形態に係るレドックスフロー電池のセルの構成要素に対する例を示す概念図である。

【図4】図３に含浸部材を追加して組み立てる例を示す組立図である。

【図5】本発明の一実施形態に係るレドックスフロー電池の最外郭セルを固定フレームに組み立てる例を示す組立図である。

【図6】本発明の一実施形態に係るレドックスフロー電池の回路図である。

【図7】本発明の一実施形態に係るレドックスフロー電池のセル間の電気的接続を直列接続、並列接続または直並列混合接続にすることができるように多数のスイッチを備えた例を示す回路図である。

【図8】本発明の一実施形態に係るレドックスフロー電池の一部のセルのみ充電する例を示す回路図である。

【図9】本発明の一実施形態に係るレドックスフロー電池の一部のセルのみ放電する例を示す回路図である。

【図10】本発明の一実施形態に係るレドックスフロー電池の一部のセルは充電回路に接続して充電し、他の一部のセルは放電回路に接続して放電する例を示す回路図である。

【発明を実施するための形態】

【0030】

本発明は、様々な変更を加えることができ、様々な実施形態を有することができるところ、特定の実施形態を図面に例示し、詳細に説明する。しかし、これは本発明を特定の実施形態について限定しようとするものではなく、本発明の思想及び技術範囲に含まれるあらゆる変更、均等物及び代替物を含むものと理解されるべきである。

【0031】

ある構成要素が他の構成要素に「連結されて」いる或いは「接続されて」いると言及された場合、該他の構成要素に直接連結または接続されていることもあるが、その間に別の構成要素が介在することもあると理解されるべきである。

【0032】

一方、ある構成要素が他の構成要素に「直接連結されて」いる或いは「直接接続されて」いると言及された場合には、その間に別の構成要素が介在しないものと理解されるべきである。

【0033】

本明細書で使用される用語は、単に特定の実施形態を説明するために使用されたもので、本発明を限定するものではない。単数の表現は、文脈上明白に異なる意味ではない限り、複数の表現を含む。本明細書において、「含む」または「有する」などの用語は、明細書上に記載された特徴、数字、工程、動作、構成要素、部品またはこれらの組み合わせが存在することを指定しようとするもので、一つまたはそれ以上の他の特徴や数字、工程、動作、構成要素、部品またはこれらの組み合わせの存在または付加の可能性を予め排除しないものと理解されるべきである。

【0034】

別途定義しない限り、技術的用語や科学的用語を含め、ここで使われるすべての用語は本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者によって一般的に理解されるものと同じ意味を持っている。一般的に使われる辞書に定義されている用語は、関連技術の文脈上で持つ意味と一致する意味を持つものと解釈されなければならず、本明細書で明らかに定義しない限り、理想的な意味または過度に形式的な意味に解釈されない。

【0035】

以下、添付の図面に基づいて本発明をさらに詳述する。これに先立って、本明細書及び請求の範囲に用いられた用語や単語は、通常的かつ辞典的な意味に限定して解釈されてはならず、発明者は、その自身の発明を最善の方法で説明するために、用語の概念を適宜定義することができるという原則に則って、本発明の技術的思想に符合する意味と概念で解釈されなければならない。また、使用される技術用語及び科学用語において他の定義がなければ、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者が通常的に理解している意味を持ち、下記の説明及び添付の図面において、本発明の要旨を不明確にするおそれのある公知の機能及び構成についての説明は省略する。以下に紹介される図面は、当業者に本発明の思想が十分伝達できるようにするために例として提供されるものである。よって、本発明は、以下に提示される図面に限定されず、他の形態にも具体化できる。また、明細書全般にわたって、同一の参照符号は同一の構成要素を示す。図面における同一の構成要素は出来る限り何処でも同一の符号で示していることに留意すべきである。 図１は本発明の一実施形態に係るレドックスフロー電池の概念図、図２は本発明の一実施形態に係るレドックスフロー電池の正極電解液と負極電解液が循環する流路を示す概念図、図３は本発明の一実施形態に係るレドックスフロー電池のセルの構成要素に対する例を示す概念図、図４は図３に含浸部材を追加して組み立てる例を示す組立図、図５は本発明の一実施形態に係るレドックスフロー電池の最外郭セルを固定フレームに組み立てる例を示す組立図、図６は本発明の一実施形態に係るレドックスフロー電池の回路図、図７は本発明の一実施形態に係るレドックスフロー電池のセル間の電気的接続を直列接続、並列接続または直並列混合接続にすることができるように多数のスイッチを備えた例を示す回路図、図８は本発明の一実施形態に係るレドックスフロー電池の一部のセルのみ充電する例を示す回路図、図９は本発明の一実施形態に係るレドックスフロー電池の一部のセルのみ放電する例を示す回路図、図１０は本発明の一実施形態に係るレドックスフロー電池の一部のセルは充電回路に接続して充電し、他の一部のセルは放電回路に接続して放電する例を示す回路図である。 図１〜図６に示すように、本発明の一実施形態に係るレドックスフロー電池は、電解液をタンクに貯蔵し、その電解液をセルの内部へ循環させるレドックスフロー電池（図１参照）において、分離膜１１０、流路フレーム１２０ａ、１２０ｂ、及び分離板１３０ａ、１３０ｂからなるセル１００（図３参照）が１つまたは複数積層され、両側の最外郭セル１００の外側面及びセル１００とセル１００との間に積層され、導電性材質で形成され、３つ以上備えられる集電板２００ａ、２００ｂ、２００ｃをさらに含み、正極電解液が一側の固定フレーム３００ａに流入して流路フレーム１２０ａを通って固定フレーム３００ａから流出する第１循環流路が設けられ、負極電解液が他側の固定フレーム３００ｂに流入して流路フレーム１２０ｂを通って固定フレーム３００ｂから流出する第２循環流路が設けられ、図６に示すように、充電回路部４００、放電回路部５００、スイッチング部６００及び制御部９００をさらに含む。

【0036】

本発明の一実施形態に係るレドックスフロー電池の流路は、図２に示すように、正極電解液は正極電解液流路を介して循環し、負極電解液は負極電解液流路を介して循環する。すなわち、正極電解液と負極電解液とは互いに混ぜられず、正極電解液は正極電解液流路を介してのみ循環し、負極電解液は負極電解液流路を介してのみ循環する。

【0037】

次に、これについて、図３の結合構造からなる単一セルの右側（図３では下側）に示される分離板１３０ａを正極側と仮定し、セルの左側（図３では上側）に示される分離板１３０ｂを負極側と仮定して説明する。

【0038】

正極電解液が正極電解液流路（図２の下部流路）から正極側流路フレーム１２０ａの流入側流路を介して正極側流路フレーム１２０ａの内部に流入し、その後、正極側流路フレーム１２０ａの内部に流入した正極電解液は、正極側流路フレーム１２０ａの流出側流路を介して正極電解液流路（図２の上部流路）から流出する。ここで、流入側流路と流出側流路が、図３では一側コーナーと他側コーナーに設けられる。 負極電解液が負極電解液流路（図２の下部流路）から負極側流路フレーム１２０ｂの流入側流路を介して負極側流路フレーム１２０ｂの内部に流入し、その後、負極側流路フレーム１２０ｂの内部に流入した負極電解液は、負極側流路フレーム１２０ｂの流出側流路を介して負極電解液流路（図２の上部流路）から流出する。ここで、流入側流路と流出側流路が、図３では一側コーナーと他側コーナーに設けられる。

【0039】

図３では、正極側流路フレーム１２０ａの流出側流路及び流入側流路が負極側流路フレーム１２０ｂの流出側流路及び流入側流路と向き合わないようにずらして設けられているが、本発明は、これに限定されるものではなく、分離膜１１０によって正極電解液と負極電解液とが混ざらないので、様々な流路の形成が可能である。

【0040】

このように、正極電解液は正極電解液流路に沿って循環し、負極電解液は負極電解液流路に沿って循環し、正極側流路フレーム１２０ａの内部に流入した正極電解液と負極側流路フレーム１２０ｂの内部に流入した負極電解液は酸化及び還元反応によって充放電が起こる。

【0041】

一側から分離板１３０ａ、流路フレーム１２０ａ、分離膜１１０、流路フレーム１２０ｂ、分離板１３０ｂの順に積層されて一つのセルを構成することができる。このようなセルが１つまたは多数積層され、セルとセルとの間に集電板２００ｃを備えた区間が少なくとも１区間であり、両端部に集電板２００ａ、２００ｂが積層されて一つのモジュラーセルが構成できる。このようなモジュラーセルが多数接続されてスタックを構成することができる。

【0042】

分離膜１１０は、膜状に形成され、両面からそれぞれ伝達される電解液の間をイオンが通過する。

【0043】

分離膜１１０は、メンブレンとも呼ばれ、分離膜１１０の一側に正極電解液（Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ）が循環し、分離膜１１０の他側に負極電解液が循環しながら、正極電解液と負極電解液との間でイオン交換が行われる。この際、分離膜１１０はイオンの通過が可能である。すなわち、中央に分離膜１１０を設けることにより、正極電解液と負極電解液とが混ぜられないながらイオン交換が可能である。

【0044】

このような過程で発生した電子は、後述する集電板２００ａ、２００ｂ、２００ｃを介して移動しながら充放電が行われる。このようなフロー電池は、既存の二次電池に比べて寿命が長く、ｋＷ〜ＭＷ級の中大型システムに製作することができるため、エネルギー貯蔵システムに最適なものと知られている。

【0045】

流路フレーム１２０ａ、１２０ｂは、分離膜１１０の両面に積層され、正極電解液と負極電解液がそれぞれ通過する流路を有する。

【0046】

流路フレーム１２０ａ、１２０ｂは、内側に空間が、外側に流路がそれぞれ設けられており、正極側に一つ、負極側に１つがそれぞれ積層される。

【0047】

流路フレーム１２０ａ、１２０ｂの流路は、電解液が流入する流入側流路、及び電解液が流出する流出側流路から構成される。

【0048】

すなわち、流路フレーム１２０ａ、１２０ｂを介して流入した電解液は当該流路フレーム１２０ａ、１２０ｂから流出する。

【0049】

言い換えれば、正極側に積層された流路フレーム１２０ａの流入側流路を介して正極電解液が流入し、流路フレーム１２０ａの流出側流路を介して正極電解液が流出する。また、負極側に積層された流路フレーム１２０ｂの流入側流路を介して負極電解液が流入し、流路フレーム１２０ｂの流出側流路を介して負極電解液が流出する。

【0050】

分離板１３０ａ、１３０ｂは、流路のフレーム１２０ａ、１２０ｂの外側面に積層され、電荷が通過する。

【0051】

分離板１３０ａ、１３０ｂは正極側に１つ、負極側に１つがそれぞれ積層される。

【0052】

分離膜１１０、流路フレーム１２０ａ、１２０ｂ及び分離板１３０ａ、１３０ｂが一定の領域の空間を形成し、定められた流路以外の他所へ電解液が抜けないようにする。

【0053】

この際、分離板１３０ａ、１３０ｂは電子の通過が可能である。すなわち、定められた流路を除いた他所に電解液が抜けないようにしながら電子の移動が可能である。

【0054】

つまり、分離膜１１０、流路フレーム１２０ａ、１２０ｂ及び分離板１３０ａ、１３０ｂが形成された空間に流入した電解液における、イオンは分離膜１１０を通過し、電子は分離板１３０ａ、１３０ｂを通過して後述の集電板２００ａ、２００ｂを介して移動する。

【0055】

また、分離膜１１０、流路フレーム１２０ａ、１２０及び分離板１３０ａ、１３０ｂが積層されながら形成された空間に含浸部材１６０をさらに備える（図４参照）ことができる。含浸部材は、分離膜１１０、流路フレーム１２０ａ、１２０ｂ及び分離板１３０ａ、１３０ｂが積層しながら形成された空間に位置することができる。

【0056】

集電板２００ａ、２００ｂ、２００ｃは、両側の最外郭セル１００の外側面及びセル１００とセル１００との間に積層され、導電性材質で形成され、３つ以上備えられる。

【0057】

集電板２００ａ、２００ｂ、２００ｃは、一側の最外郭セルの正極側に１つ、他側の最外郭セルの負極側に一つずつ集電板２００ａ、２００ｂがそれぞれ積層され、セルとセルとの間に集電板２００ｃを備えた区間が少なくとも一つ存在する。すなわち、セルとセルとの間に備えられた集電板２００ｃは少なくとも一つ存在する。しかし、このようにすべてのセルとセルとの間に集電板を備えた場合だけでなく、２つ以上のセルごとに集電板を備え、且つ集電板と集電板との間に位置した複数のセルは、分離板を介して互いに接続されるようにすることができる。

【0058】

集電板２００ａ、２００ｂ、２００ｃは導電性材質で形成される。それぞれの集電板２００ａ、２００ｂ、２００ｃを電気的に接続することができる。

【0059】

充電回路部４００はセル１００に充電電源を供給する。

【0060】

充電回路部４００は、セル１００に充電電源を供給する役目をするもので、外部電源の供給を受けてセル１００を充電させる。

【0061】

放電回路部５００はセル１００から外部負荷へ放電電源を供給する。

【0062】

放電回路部５００は、セル１００から供給された電源を外部負荷へ供給する役目をするもので、セル１００から発生した電源を外部負荷に印加（放電）する。

【0063】

スイッチング部６００は、セル１００と充電回路部４００及び放電回路部５００との電気的接続をスイッチングする。

【0064】

スイッチング部６００は、集電板２００ａ、２００ｂ、２００ｃの接続端子と充電回路部４００及び放電回路部５００との電気的接続をスイッチングする。

【0065】

つまり、スイッチング部６００は、セル１００の全部または一部が充電、放電または充放電されるようにスイッチングする。

【0066】

制御部９００は、充電に使用されるセル１００と放電に使用されるセル１００を区分してスイッチング部６００を制御することができる。

【0067】

制御部９００は、本発明の一実施形態に係るレドックスフロー電池の充電、放電または充放電されるようにスイッチング部６００を制御する。

【0068】

図７に示すように、本発明の一実施形態に係るレドックスフロー電池のスイッチング部６００は、セル１００間の電気的接続を直列接続、並列接続または直並列混合接続に選択的にスイッチングすることができるよう、多数のスイッチを備えたことを特徴とする。

【0069】

たとえば、一つ以上のセル１００集合体をモジュラーセルとし、一つ以上のモジュラーセル集合体をスタックとする場合、モジュラーセルのセル１００とセル１００とは直列、並列または直並列混合構造で接続することができ、スタックのモジュラーセルとモジュラーセルは直列、並列または直並列混合構造で接続することができ、このようなスタックを少なくとも１つ直列、並列または直並列混合構造で接続することができる。

【0070】

図７は６つのセル１００が集まって一つのモジュラーセルを構成した例である。図７の例を挙げてセル１００同士の電気的接続を説明する。

【0071】

図７の全てのセル１００が電気的に直列に接続されるようにスイッチングを行うと、一つのモジュラーセルの電圧を最大に引き上げることができる。すなわち、負荷で要求する電圧が高い場合、必要とする電圧に合わせるために、セル１００同士が直列に接続されるようにスイッチングを行うことができる。

【0072】

図７の全てのセル１００が電気的に並列接続されるようにスイッチングを行うと、一つのモジュラーセルで生成される電流の量を最大に引き上げることができる。すなわち、負荷で要求する電流が高い場合、必要とする電流に合わせるために、セル１００が並列に接続されるようにスイッチングを行うことができる。

【0073】

したがって、負荷で要求する電圧と電流の値に応じて、セル１００同士の電気的接続が直並列接続となるようにスイッチングを行うことができる。たとえば、２つのセルが直列接続された電圧を負荷で必要とするならば、２つのセルずつ直列に接続し、このように直列接続された２つのセルを並列に接続することができる。

【0074】

図８〜図１０に示すように、本発明の一実施形態に係るレドックスフロー電池の制御部９００は、充電回路に接続されたセルと放電回路に接続されたセルとが互いに異なるようにスイッチング部６００を制御することを特徴とすることができる。

【0075】

図８は、本発明の一実施形態に係るレドックスフロー電池の一部のセルのみ充電する例を示す回路図であって、左から４つのセルのみ充電する例を示す。

【0076】

すなわち、全体のセルを充電するのではなく、一部のセルのみ選択的に充電することが可能である。例えば、充電回路部４００を介して印加された電圧の充電効率を最も高めることができる直列接続セルの数が４つである場合、図８に示すように回路を構成することができる。

【0077】

この際、充電に使用されるセルは４つであるが、電解液を共有しているレドックスフロー電池は充電が可能である。ここで、直列接続されたセルの数を増やすことは、むしろ充電ができないおそれがあるので、止揚することが好ましい。

【0078】

言い換えれば、レドックスフロー電池は、一つのセルを充電することができる電圧のみ印加されても、電解液の共有により一つのセルを充電回路部４００に接続して全体的な充電が可能である。これは、全体セルの充電に使用できない低電圧が充電回路部４００から印加されるとしても、一部のセルを充電回路部４００に接続して充電することができる。すなわち、一部のセルで充電された電解液は循環しながらレドックスフロー電池を充電させるため、充電効率を高めることができる。

【0079】

図９は、本発明の一実施形態に係るレドックスフロー電池の一部のセルのみ放電する例を示す回路図であって、左側からの２番目のセルから左側からの５番目のセルまで４つのセルを放電する例を示す。

【0080】

すなわち、全体のセルを放電するのではなく、一部のセルのみ選択的に放電することが可能である。例えば、放電回路部５００を介して負荷で要求する電圧に応じて直列接続されたセルの数が４つである場合、図９の如く回路を構成することができる。

【0081】

この際、放電に使用されるセルは４つであるが、電解液を共有しているレドックスフロー電池は全体的な放電が可能である。ここで、直列に接続されたセルの数を変化することは、負荷端において電気的問題（低電圧または過電圧）になるおそれがあるので、止揚することが好ましい。

【0082】

図１０に示すように、本発明の一実施形態に係るレドックスフロー電池は充電と放電を同時に行うことを特徴とすることができる。

【0083】

図１０は、本発明の一実施形態に係るレドックスフロー電池の一部のセルは充電回路に接続して充電し、他の一部のセルは放電回路に接続して放電する例を示す回路図であって、左側端の一つのセルは充電し、左側からの４番目のセルから左側からの６番目のセルまで３つのセルは放電する例を示す。

【0084】

すなわち、一部のセルを充電するとともに、充電するセルを除いた他のセルのうちの一部のセルは放電することができる。

【0085】

言い換えれば、充電と放電を同時に行うことができる。

【0086】

また、充電電圧と放電電圧が互いに異なるようにスイッチングを行うことも可能である。

【0087】

これは、電解液を共有しない二次電池ではセル間の充電状態（ＳＯＣ、State Of Charge）の不均衡によりバッテリーの寿命を短縮することであるため、現実的には不可能である。

【0088】

しかし、本発明は、電解液を共有するため、充電と放電を同時に行うことができるのはもちろんのこと、充電電圧と放電電圧が互いに異なるようにスイッチングを行うこともできる。

【0089】

本発明の一実施形態に係るレドックスフロー電池の制御部９００は、充電回路部４００を介して供給される充電電源に基づいて、スイッチング部６００を制御することを特徴とすることができる。

【0090】

たとえば、インバータを介して入ってくる直流電圧（充電電源）に基づいて、集電板２００ａ、２００ｂ、２００ｃの接続端子と充電回路部４００との電気的接続及び集電板２００の接続端子と放電回路部５００との電気的接続をスイッチングすることができる。

【0091】

たとえば、インバータを介して入ってくる直流電圧で充電効率を高めることができる、直列に接続されたセルの数が４つである場合、図８の如くスイッチングをして充電することができる。この際、直列に接続されたセル全部（図８の場合、６つ）を充電回路に接続することは、むしろ充電効率を低下させ、ひどい場合には充電自体が行われないこともある。

【0092】

本発明の一実施形態に係るレドックスフロー電池の制御部９００は、放電回路部５００を介して外部負荷に供給すべき放電電源に基づいて、スイッチング部６００を制御することを特徴とすることができる。

【0093】

ユーザーの所望する出力に応じて直列に接続されたセルの数が４つである場合、図９の如くスイッチングをして放電することができる。これは、充電に対する可変的適用が可能な図８の例と同じ原理で、ユーザーの目的に応じて所望の出力を設定（可変）して使用することができる。

【0094】

さらに、インバータを介して入ってくる直流電圧で充電効率を高めることができる、直列に接続されたセルの数が１つであり、且つ、ユーザーの所望する出力に応じて直列に接続されたセルの数が４つである場合、図１０の如くスイッチングをして充電及び放電を同時に行うことができる。

【0095】

たとえば、常に充電と放電を同時に行わなければならない場合、出力専用セル、出力と充電を可変させることができるセル、充電専用セルなどに区分して、出力専用セルは出力のみを担当し、充電専用セルは充電のみを担当するようにすることも可能である。

【0096】

この際、出力と充電を可変させることができるセルは、インバータを介して入ってくる直流電圧で充電効率を高めることができる、直列接続されたセルの数に応じて、充電専用セルと直列に接続することが可能であり、負荷側で出力専用セルよりも高い出力を要求する場合には出力専用セルと直列に接続することが可能である。

【0097】

本発明は、前述した実施形態に限定されず、適用範囲が多様であるのはもちろんのこと、請求の範囲で請求する本発明の要旨を逸脱することなく、様々な変形実施が可能であるのは勿論のことである。

【符号の説明】

【0098】

１００ セル
１１０ 分離膜
１２０ａ、１２０ｂ 流路フレーム
１３０ａ、１３０ｂ 分離板
１６０ 含浸部材
２００ａ、２００ｂ、２００ｃ 集電板
３００ 固定フレーム
４００ 充電回路部
５００ 放電回路部
６００ スイッチング部
９００ 制御部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】