特開 2022-143641 レドックスフロー電池システム及びレドックスフロー電池システムの運転方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022143641

(43)【公開日】2022-10-03

(54)【発明の名称】レドックスフロー電池システム及びレドックスフロー電池システムの運転方法

(51)【国際特許分類】

   H01M 8/18 20060101AFI20220926BHJP

   H01M 8/04537 20160101ALI20220926BHJP

   H01M 8/04313 20160101ALI20220926BHJP

   H01M 8/04858 20160101ALI20220926BHJP

【ＦＩ】

H01M8/18

H01M8/04537

H01M8/04313

H01M8/04858

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021044267

(22)【出願日】2021-03-18

(71)【出願人】

【識別番号】512160210

【氏名又は名称】ＬＥシステム株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】000195971

【氏名又は名称】西松建設株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100095407

【弁理士】

【氏名又は名称】木村 満

(74)【代理人】

【識別番号】100183955

【弁理士】

【氏名又は名称】齋藤 悟郎

(74)【代理人】

【識別番号】100169753

【弁理士】

【氏名又は名称】竹内 幸子

(74)【代理人】

【識別番号】100180334

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 洋美

(74)【代理人】

【識別番号】100177149

【弁理士】

【氏名又は名称】佐藤 浩義

(72)【発明者】

【氏名】伊坂 久

(72)【発明者】

【氏名】杉田 武

(72)【発明者】

【氏名】鶴田 大毅

(72)【発明者】

【氏名】永山 智之

【テーマコード（参考）】

5H126

5H127

【Ｆターム（参考）】

5H126BB10

5H126RR01

5H127AA10

5H127AB27

5H127AC01

5H127BA01

5H127BA21

5H127BA28

5H127BA57

5H127BB03

5H127BB06

5H127BB13

5H127BB37

5H127DB54

5H127DC42

(57)【要約】

【課題】安定した運転を実現できるレドックスフロー電池システム及びレドックスフロー電池システムの運転方法を提供する。
【解決手段】レドックスフロー電池システム１０は、電池セル１００と循環部３００と開放電圧測定部５００と制御部６００とを備える。電池セル１００は、正極１０５ａを配置される正極室１１０ａと、負極１０５ｃを配置される負極室１１０ｃと、正極室１１０ａと負極室１１０ｃを隔てる隔膜１２０とを有する。循環部３００は、正極室１１０ａに正極電解液ＰＬを循環させ、負極室１１０ｃに負極電解液ＮＬを循環させる。開放電圧測定部５００は電池セル１００の開放電圧を測定する。制御部６００は、正極電解液ＰＬと負極電解液ＮＬの充電深度に応じて、開放電圧測定部５００により測定された開放電圧の移動平均値を求め、求められた開放電圧の移動平均値に基づいて正極電解液ＰＬと負極電解液ＮＬの充放電を制御する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

正極を配置される正極室と、負極を配置される負極室と、前記正極室と前記負極室を隔てる隔膜とを有する電池セルと、
前記正極室に正極電解液を循環させ、前記負極室に負極電解液を循環させる循環部と、
前記電池セルの開放電圧を測定する開放電圧測定部と、
前記正極電解液と前記負極電解液の充電深度に応じて、前記開放電圧測定部により測定された前記開放電圧の移動平均値を求め、求められた前記開放電圧の移動平均値に基づいて、前記正極電解液と前記負極電解液の充放電を制御する制御部と、を備える、
レドックスフロー電池システム。

【請求項2】

前記制御部は、所定の第１期間における前記開放電圧の移動平均値と、前記所定の第１期間よりも短い所定の第２期間における前記開放電圧の移動平均値とを求め、
前記正極電解液と前記負極電解液の充電深度が所定の範囲内である場合、前記制御部は、前記所定の第１期間における前記開放電圧の移動平均値に基づいて、前記正極電解液と前記負極電解液の充放電を制御し、
前記正極電解液と前記負極電解液の充電深度が前記所定の範囲よりも小さい場合と前記正極電解液と前記負極電解液の充電深度が前記所定の範囲よりもよりも大きい場合、前記制御部は、前記所定の第２期間における前記開放電圧の移動平均値に基づいて、前記正極電解液と前記負極電解液の充放電を制御する、
請求項１に記載のレドックスフロー電池システム。

【請求項3】

前記制御部は、前記所定の第１期間よりも長い所定の第３期間における前記開放電圧の移動平均値を求め、前記所定の第３期間における前記開放電圧の移動平均値と、前記所定の第１期間における前記開放電圧の移動平均値との差に基づいて、前記正極電解液と前記負極電解液の充放電を制御する、
請求項２に記載のレドックスフロー電池システム。

【請求項4】

前記制御部は、所定の第１期間における前記開放電圧の移動平均値と、前記所定の第１期間よりも長い所定の第３期間における前記開放電圧の移動平均値とを求め、前記所定の第３期間における前記開放電圧の移動平均値と、前記所定の第１期間における前記開放電圧の移動平均値との差に基づいて、前記正極電解液と前記負極電解液の充放電を制御する、
請求項１に記載のレドックスフロー電池システム。

【請求項5】

前記制御部は、前記正極電解液と前記負極電解液の流量を制御することにより、前記正極電解液と前記負極電解液の充放電を制御する、
請求項１から４のいずれか１項に記載のレドックスフロー電池システム。

【請求項6】

前記制御部は、前記電池セルに接続する再生可能エネルギー発電所の発電量を取得して、前記発電量の移動平均値を求め、求められた前記発電量の移動平均値に基づいて、前記正極電解液と前記負極電解液の充放電を制御する、
請求項１から５のいずれか１項に記載のレドックスフロー電池システム。

【請求項7】

電池セルの開放電圧を測定する測定工程と、
測定された前記開放電圧から、前記電池セルの正極室に供給される正極電解液と前記電池セルの負極室に供給される負極電解液の充電深度に応じて、前記開放電圧の移動平均値を求める算出工程と、
求められた前記開放電圧の移動平均値に基づいて、前記正極電解液と前記負極電解液の充放電を制御する、制御工程と、を含む、
レドックスフロー電池システムの運転方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、レドックスフロー電池システム及びレドックスフロー電池システムの運転方法に関する。

【背景技術】

【0002】

大容量の蓄電池として、レドックスフロー電池が知られている。レドックスフロー電池は、正極と負極との間にイオン交換膜を設けた電池セルに、正極電解液と負極電解液とを循環させて充放電を行う。酸化還元反応により価数が変化する金属を含有する溶液が、正極電解液と負極電解液として使用され、活物質としてバナジウムを含有する電解液が広く使用されている。

【0003】

レドックスフロー電池の運転では、安定した運転を実現するために、電解液の充電深度（充電状態：ＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）ともいう）を把握して、充放電を制御している。例えば、特許文献１では、電解液の充電率測定に用いる補助セルから得られる開路電圧に基づいて、電池の充電の停止及び放電の停止の少なくとも一方を行っている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００３－３１７７８８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１では、補助セルの開路電圧の測定値（すなわち瞬時開路電圧）から電解液の充電深度を把握している。補助セルの開路電圧の測定では、補助セルにおける電解液の通過ルート、電解液中の活物質の価数のバラツキ、電解液中に発生する気泡等により、測定値にバラツキが生じ、また、異常な値が測定されることもある。したがって、特許文献１の運転方法では、レドックスフロー電池を十分に安定した状態で運転できない虞がある。

【0006】

本開示は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、安定した運転を実現できる、レドックスフロー電池システム及びレドックスフロー電池システムの運転方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記目的を達成するため、本開示の第１の観点に係るレドックスフロー電池システムは、
正極を配置される正極室と、負極を配置される負極室と、前記正極室と前記負極室を隔てる隔膜とを有する電池セルと、
前記正極室に正極電解液を循環させ、前記負極室に負極電解液を循環させる循環部と、
前記電池セルの開放電圧を測定する開放電圧測定部と、
前記正極電解液と前記負極電解液の充電深度に応じて、前記開放電圧測定部により測定された前記開放電圧の移動平均値を求め、求められた前記開放電圧の移動平均値に基づいて、前記正極電解液と前記負極電解液の充放電を制御する制御部と、を備える。

【0008】

本開示の第２の観点に係るレドックスフロー電池システムの運転方法は、
電池セルの開放電圧を測定する測定工程と、
測定された前記開放電圧から、前記電池セルの正極室に供給される正極電解液と前記電池セルの負極室に供給される負極電解液の充電深度に応じて、前記開放電圧の移動平均値を求める算出工程と、
求められた前記開放電圧の移動平均値に基づいて、前記正極電解液と前記負極電解液の充放電を制御する、制御工程と、を含む。

【発明の効果】

【0009】

本開示によれば、正極電解液と負極電解液の充電深度に応じて求められた、開放電圧の移動平均値に基づいて、正極電解液と負極電解液の充放電を制御するので、安定した運転を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】実施形態１に係るレドックスフロー電池システムの模式図である。

【図2】実施形態１に係る電解液の充電深度と開放電圧との関係を示す図である。

【図3】実施形態１に係る制御部を示すブロック図である。

【図4】実施形態１に係る開放電圧の測定値と開放電圧の移動平均値とを示す図である。

【図5】実施形態１に係る制御部のハードウェアの構成を示す図である。

【図6】実施形態１に係るレドックスフロー電池システムの運転方法を示すフローチャートである。

【図7】実施形態２に係る、ソーラ発電量とレドックスフロー電池システムからの充放電電力と充放電制御後のソーラ発電出力との関係の一例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、実施形態に係るレドックスフロー電池システムについて、図面を参照して説明する。

【0012】

＜実施形態１＞
図１～図６を参照して、本実施形態に係るレドックスフロー電池システム１０を説明する。

【0013】

レドックスフロー電池システム１０は、図１に示すように、電池セル１００と、電池セル１００に正極電解液ＰＬと負極電解液ＮＬを循環させる循環部３００と、を備える。レドックスフロー電池システム１０は、電池セル１００の開放電圧（ＯＣＶ：Ｏｐｅｎ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｖｏｌｔａｇｅ）を測定する開放電圧測定部５００と、正極電解液ＰＬと負極電解液ＮＬの充放電を制御する制御部６００と、を更に備える。本実施形態では、正極電解液ＰＬと負極電解液ＮＬの活物質として、バナジウムイオンを用いたレドックスフロー電池を例として説明する。また、正極電解液ＰＬと負極電解液ＮＬとを総称して、電解液とも記載する。

【0014】

レドックスフロー電池システム１０は、制御部６００の電力変換器６１０を介して、発電所と負荷との間に接続される。発電所は、例えば、太陽光発電所、風力発電所等の再生可能エネルギー発電所である。負荷は、電力系統、電力需要家である。レドックスフロー電池システム１０は、発電所から供給された電力を充電する。また、レドックスフロー電池システム１０は、充電された電力を負荷に供給する。

【0015】

まず、レドックスフロー電池システム１０の電池セル１００の具体的構成を説明する。電池セル１００は、正極１０５ａと、正極室１１０ａと、負極１０５ｃと、負極室１１０ｃと、隔膜１２０とを有する。

【0016】

電池セル１００の正極１０５ａには、例えば、カーボン繊維電極が使用される。正極１０５ａは、電池セル１００の正極室１１０ａに配置される。電池セル１００の正極室１１０ａは、正極１０５ａを配置され、隔膜１２０により負極室１１０ｃと隔てられる。正極電解液ＰＬが正極室１１０ａを循環する。充電時には、正極電解液ＰＬ中の４価バナジウムイオンが５価バナジウムイオンに酸化される。放電時には、正極電解液ＰＬ中の５価バナジウムイオンが４価バナジウムイオンに還元される。

【0017】

電池セル１００の負極１０５ｃには、例えば、カーボン繊維電極が使用される。負極１０５ｃは、電池セル１００の負極室１１０ｃに配置される。電池セル１００の負極室１１０ｃは、負極１０５ｃを配置され、隔膜１２０により正極室１１０ａと隔てられる。負極電解液ＮＬが負極室１１０ｃを循環する。充電時には、負極電解液ＮＬ中の３価バナジウムイオンが２価バナジウムイオンに還元される。放電時には、負極電解液ＮＬ中の２価バナジウムイオンが３価バナジウムイオンに酸化される。

【0018】

電池セル１００の隔膜１２０はイオン交換膜である。隔膜１２０は、正極室１１０ａと負極室１１０ｃを隔てて、所定のイオンを透過させる。

【0019】

電池セル１００は、複数の電池セル１００が積層されたセルスタックの形態で用いられる。セルスタックは、例えば、双極板を設けられたセルフレームと正極１０５ａと隔膜１２０と負極１０５ｃとを積層して構成される。正極１０５ａが双極板の一方の面側に配置され、負極１０５ｃが双極板の他方の面側に配置されることにより、隣接するセルフレームの間に電池セル１００が形成される。正極電解液ＰＬと負極電解液ＮＬは、セルフレームの枠体、正極１０５ａを支持する枠体、負極１０５ｃを支持する枠体等に形成されたマニホールドを介して、循環する。なお、電池セル１００の構成は、適宜、公知の構成を利用できる。

【0020】

レドックスフロー電池システム１０の循環部３００は、図１に示すように、正極循環部３００ａと負極循環部３００ｃとを有する。循環部３００の正極循環部３００ａは、正極電解液ＰＬを、電池セル１００の正極室１１０ａに循環させる。また、正極循環部３００ａは、正極電解液ＰＬを、後述する開放電圧測定部５００のモニターセル５１０に循環させる。循環部３００の負極循環部３００ｃは、負極電解液ＮＬを、電池セル１００の負極室１１０ｃに循環させる。また、負極循環部３００ｃは、負極電解液ＮＬをモニターセル５１０に循環させる。正極電解液ＰＬと負極電解液ＮＬの流量は、制御部６００により制御される。

【0021】

循環部３００の正極循環部３００ａは、正極電解液貯留槽３１０ａと、正極ポンプ３２０ａと、正極供給管３２２ａと、供給分岐管３２４ａと、第１正極回収管３２６ａと、第２正極回収管３２８ａとを有する。正極循環部３００ａの正極電解液貯留槽３１０ａは、正極電解液ＰＬを貯留する。正極電解液貯留槽３１０ａは、正極ポンプ３２０ａと第１正極回収管３２６ａと第２正極回収管３２８ａに接続している。

【0022】

正極循環部３００ａの正極ポンプ３２０ａは、正極電解液ＰＬを循環させるポンプである。正極ポンプ３２０ａは、正極電解液貯留槽３１０ａと正極供給管３２２ａに接続している。正極ポンプ３２０ａは、制御部６００により制御されて、電池セル１００の正極室１１０ａとモニターセル５１０の正極室を循環する正極電解液ＰＬの流量を制御する。

【0023】

正極循環部３００ａの正極供給管３２２ａは、正極ポンプ３２０ａと電池セル１００の正極室１１０ａに接続し、正極室１１０ａに正極電解液ＰＬを供給する。正極循環部３００ａの供給分岐管３２４ａは、正極供給管３２２ａから分岐して、モニターセル５１０の正極室に正極電解液ＰＬを供給する。

【0024】

正極循環部３００ａの第１正極回収管３２６ａは、電池セル１００の正極室１１０ａと正極電解液貯留槽３１０ａに接続する。第１正極回収管３２６ａは、正極室１１０ａに供給された正極電解液ＰＬを、正極室１１０ａから正極電解液貯留槽３１０ａに戻す。

【0025】

正極循環部３００ａの第２正極回収管３２８ａは、モニターセル５１０の正極室と正極電解液貯留槽３１０ａに接続する。第２正極回収管３２８ａは、モニターセル５１０の正極室に供給された正極電解液ＰＬを、モニターセル５１０の正極室から正極電解液貯留槽３１０ａに戻す。

【0026】

循環部３００の負極循環部３００ｃは、負極電解液貯留槽３１０ｃと、負極ポンプ３２０ｃと、負極供給管３２２ｃと、供給分岐管３２４ｃと、第１負極回収管３２６ｃと、第２負極回収管３２８ｃとを有する。負極循環部３００ｃの負極電解液貯留槽３１０ｃは、負極電解液ＮＬを貯留する。負極電解液貯留槽３１０ｃは、負極ポンプ３２０ｃと第１負極回収管３２６ｃと第２負極回収管３２８ｃに接続している。

【0027】

負極循環部３００ｃの負極ポンプ３２０ｃは、負極電解液ＮＬを循環させるポンプである。負極ポンプ３２０ｃは、制御部６００により制御されて、電池セル１００の負極室１１０ｃとモニターセル５１０の負極室を循環する正極電解液ＰＬの流量を制御する。

【0028】

負極循環部３００ｃの負極供給管３２２ｃは、負極ポンプ３２０ｃに接続して、電池セル１００の負極室１１０ｃに負極電解液ＮＬを供給する。負極循環部３００ｃの供給分岐管３２４ｃは、負極供給管３２２ｃから分岐して、モニターセル５１０の負極室に負極電解液ＮＬを供給する。

【0029】

負極循環部３００ｃの第１負極回収管３２６ｃは、負極室１１０ｃに供給された負極電解液ＮＬを、負極室１１０ｃから負極電解液貯留槽３１０ｃに戻す。負極循環部３００ｃの第２負極回収管３２８ｃは、モニターセル５１０の負極室に供給された負極電解液ＮＬを、モニターセル５１０の負極室から負極電解液貯留槽３１０ｃに戻す。

【0030】

レドックスフロー電池システム１０の開放電圧測定部５００は、電解液の蓄電状態を示す開放電圧を測定する。開放電圧測定部５００は、図１に示すように、モニターセル５１０と測定部５２０とを有する。

【0031】

モニターセル５１０は、電池セル１００と同様の構成を有し、充放電に寄与しない単一のレドックスフロー電池セルである。モニターセル５１０の正極室には、電池セル１００の正極室１１０ａと同様に、正極電解液貯留槽３１０ａに貯留されている正極電解液ＰＬが供給される。また、モニターセル５１０の負極室には、電池セル１００の負極室１１０ｃと同様に、負極電解液貯留槽３１０ｃに貯留されている負極電解液ＮＬが供給される。

【0032】

測定部５２０は、モニターセル５１０における正極電解液ＰＬと負極電解液ＮＬの電位差（すなわち開放電圧）を測定する電圧計である。モニターセル５１０の正極室と負極室のそれぞれに、電池セル１００に流れる正極室１１０ａと負極室１１０ｃのそれぞれと同様に、正極電解液ＰＬと負極電解液ＮＬのそれぞれが供給されるので、モニターセル５１０の開放電圧を測定することにより、電池セル１００の開放電圧を測定できる。本実施形態では、測定部５２０は正極電解液ＰＬと負極電解液ＮＬの供給側で開放電圧を測定している。また、測定部５２０は１秒間隔（測定間隔Δｔ０＝１ｓｅｃ）で開放電圧を測定している。

【0033】

電解液（正極電解液ＰＬと負極電解液ＮＬ）の充電深度とモニターセル５１０の開放電圧との間には、相関関係があり、モニターセル５１０の開放電圧から電解液の充電深度を得ることができる。例えば、電解液の充電深度とモニターセル５１０の開放電圧との間には、図２に示すような関係がある。また、電解液の充電深度（ＳＯＣ）は、簡易的に、モニターセル５１０の開放電圧（ＯＣＶ）により下記の式（１）で表される。ここで、Ｆはファラデー定数を、Ｒは気体定数を、Ｔは絶対温度を、ＯＣＶｅは酸化物と還元物との濃度が等しい状態での開放電圧を表す。

【0034】

【数1】

【0035】

レドックスフロー電池システム１０の制御部６００は、正極電解液ＰＬと負極電解液ＮＬの充電深度に応じて、開放電圧の移動平均値を求める。制御部６００は、求められた開放電圧の移動平均値に基づいて、正極電解液ＰＬと負極電解液ＮＬの充放電を制御する。制御部６００は、図３に示すように、取得部６２０と、記憶部６３０と、設定部６４０と、算出部６５０と、判定部６６０と、流量制御部６７０と、充放電制御部６８０とを有する。

【0036】

制御部６００の取得部６２０は、開放電圧測定部５００の測定部５２０が測定した開放電圧の測定値を取得する。取得部６２０は、取得した開放電圧の測定値を表す信号を記憶部６３０と算出部６５０に送信する。
制御部６００の記憶部６３０は、プログラム、データ、開放電圧の測定値等を記憶する。

【0037】

制御部６００の設定部６４０は、算出部６５０が開放電圧の移動平均値を求める条件を設定する。具体的には、設定部６４０は、開放電圧の移動平均値を求める間隔Δｔ１と期間Ｓ（Ｓ＝ｎ×Δｔ１：ｎは２以上の自然数）とを設定する。

【0038】

本実施形態では、開放電圧の移動平均値を求める間隔Δｔ１を１秒とする（Δｔ１＝１ｓｅｃ）。また、電解液の充電深度が所定の範囲内である場合、設定部６４０は、開放電圧の移動平均値を求める期間Ｓを所定の第１期間Ｓ１＝６０秒に設定する（Ｓ１＝６０×Δｔ１、ｎ＝６０）。電解液の充電深度の所定の範囲は、開放電圧と電解液の充電深度との相関関係が比例関係と見なせる範囲であることが好ましい。本実施形態では、電解液の充電深度の所定の範囲を、電解液の充電深度が１０％以上９０％以下とする。

【0039】

さらに、電解液の充電深度が所定の範囲よりも小さい場合（電解液の充電深度が１０％未満である場合）と電解液の充電深度が所定の範囲よりも大きい場合（電解液の充電深度が９０％よりも大きい場合）、設定部６４０は、開放電圧の移動平均値を求める期間Ｓを、所定の第１期間Ｓ１よりも短い所定の第２期間Ｓ２＝５秒に設定する（Ｓ２＝５×Δｔ１、ｎ＝５）。本実施形態では、開放電圧と電解液の充電深度の相関関係において電解液の充電深度が急激に変化する、電解液の充電深度が所定の範囲よりも小さい場合と所定の範囲よりも大きい場合に、設定部６４０が開放電圧の移動平均値を求める期間Ｓを短くするので、制御部６００は、電解液の充電深度の変化に迅速に対応でき、レドックスフロー電池システム１０の安定した運転が実現できる。
設定部６４０は、設定した条件を表す信号を算出部６５０に送信する。

【0040】

制御部６００の算出部６５０は、設定部６４０により設定された条件に基づいて、取得部６２０により取得された開放電圧の測定値から、時刻ｔにおける開放電圧の移動平均値ＯＣＶ（ｔ）を求める。具体的には、時刻ｔにおける開放電圧の移動平均値ＯＣＶ（ｔ）は下記の式（２）により、時刻ｔ＋Δｔ１における開放電圧の移動平均値ＯＣＶ（ｔ＋Δｔ１）は下記の式（３）により求められる。ここで、ＯＣＶ_ｎ＋１～ＯＣＶ_１は開放電圧の測定値である。

【0041】

【数2】

【数3】

【0042】

図４は、開放電圧の測定値と第１期間Ｓ１での開放電圧の移動平均値ＯＣＶ（ｔ）とを示す。図４に示すように、開放電圧の移動平均値ＯＣＶ（ｔ）を求めることにより、開放電圧の測定値のバラツキを補正できる。

【0043】

さらに、算出部６５０は、開放電圧の移動平均値ＯＣＶ（ｔ）に基づいて、時刻ｔにおける電解液の充電深度ＳＯＣ（ｔ）を求める。時刻ｔにおける電解液の充電深度ＳＯＣ（ｔ）は、例えば、式（１）から求められる。また、時刻ｔにおける電解液の充電深度ＳＯＣ（ｔ）は、図２に示すような、電解液の充電深度と開放電圧との相関関係から求められてもよい。電解液の充電深度と開放電圧との相関関係は、実験により予め得られることができる。本実施形態では、電解液の充電深度ＳＯＣ（ｔ）がバラツキのない開放電圧の移動平均値ＯＣＶ（ｔ）から求められるので、電解液の充電深度を正確に把握できる。
算出部６５０は、求められた電解液の充電深度ＳＯＣ（ｔ）を表す信号を、設定部６４０と判定部６６０とに送信する。

【0044】

制御部６００の判定部６６０は、時刻ｔにおける電解液の充電深度ＳＯＣ（ｔ）から、電解液の蓄電状態を判定する。例えば、電解液の充電深度ＳＯＣ（ｔ）が所定の範囲内（１０％以上９０％以下）である場合、判定部６６０は電解液の蓄電状態を通常状態と判定する。また、電解液の充電深度ＳＯＣ（ｔ）が所定の範囲よりも小さい場合（１０％未満）、判定部６６０は電解液の蓄電状態を高放電状態と判定する。電解液の充電深度ＳＯＣ（ｔ）が例えば５％以下である場合、判定部６６０は電解液の蓄電状態を放電末期状態と判定する。一方、電解液の充電深度ＳＯＣ（ｔ）が所定の範囲よりも大きい場合（９０％より大きい）、判定部６６０は電解液の蓄電状態を高充電状態と判定する。さらに、電解液の充電深度ＳＯＣ（ｔ）が例えば９５％以上である場合、判定部６６０は電解液の蓄電状態を充電末期状態と判定する。
判定部６６０は、電解液の蓄電状態を表す信号を、流量制御部６７０と充放電制御部６８０に送信する。

【0045】

制御部６００の流量制御部６７０は、電解液の蓄電状態に基づいて、正極循環部３００ａの正極ポンプ３２０ａと負極循環部３００ｃの負極ポンプ３２０ｃの流量を制御する。電解液の蓄電状態が通常状態と判定された場合、流量制御部６７０は、正極ポンプ３２０ａと負極ポンプ３２０ｃの流量を、所定の第１流量に制御する。また、電解液の蓄電状態が高放電状態と高充電状態のいずれかに判定された場合、流量制御部６７０は正極ポンプ３２０ａと負極ポンプ３２０ｃの流量を第１流量よりも大きい第２流量に制御する。さらに、電解液の蓄電状態が放電末期状態と充電末期状態のいずれかに判定された場合、流量制御部６７０は正極ポンプ３２０ａと負極ポンプ３２０ｃの流量を第２流量よりも更に大きい第３流量に制御する。これらの正極ポンプ３２０ａと負極ポンプ３２０ｃの流量の制御により、電解液への過充電と電解液からの過放電とを抑制できる。

【0046】

制御部６００の充放電制御部６８０は、レドックスフロー電池システム１０（すなわち、レドックスフロー電池システム１０の電解液）と、発電所と負荷との電力の充放電を制御する。例えば、電解液の蓄電状態が放電末期状態と判定された場合、充放電制御部６８０は、レドックスフロー電池システム１０と負荷との接続を切断する。また、電解液の蓄電状態が充電末期状態と判定された場合、充放電制御部６８０は、レドックスフロー電池システム１０と発電所との接続を切断する。これらの制御により、電解液への過充電と電解液からの過放電とを抑制できる。

【0047】

図５は、制御部６００のハードウェアの構成を示す。制御部６００は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）６０２と、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）６０４と、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）６０６と、入出力インターフェース６０８と、電力変換器６１０とから構成される。ＣＰＵ６０２はＲＯＭ６０４に記憶されているプログラムを実行する。ＲＯＭ６０４は、プログラム、データ、信号等を記憶している。ＲＡＭ６０６はデータを記憶する。入出力インターフェース６０８は各部の間の信号を入出力する。電力変換器６１０は、交流直流変換器、レドックスフロー電池システム１０と負荷とを接続するスイッチ、レドックスフロー電池システム１０と発電所とを接続するスイッチ等を含む。制御部６００の機能は、ＣＰＵ６０２のプログラムの実行と電力変換器６１０の機能により、実現される。

【0048】

次に、レドックスフロー電池システム１０の運転方法を説明する。図６は、レドックスフロー電池システム１０の運転方法を示すフローチャートである。レドックスフロー電池システム１０の運転方法は、電池セル１００の開放電圧を測定する測定工程（ステップＳ１００）と、測定された開放電圧から開放電圧の移動平均値を求める算出工程（ステップＳ２００）と、求められた開放電圧の移動平均値に基づいて電解液の充放電を制御する制御工程（Ｓステップ３００）と、を含む。ここでは、初期状態として、電解液の蓄電状態が通常状態（すなわち、充電深度ＳＯＣが所定の範囲内にある）であり、レドックスフロー電池システム１０が発電所と負荷に接続されている場合について説明する。

【0049】

ステップＳ１００では、開放電圧測定部５００の測定部５２０が開放電圧測定部５００のモニターセル５１０の開放電圧を測定することにより、電解液の蓄電状態を示す電池セル１００の開放電圧を測定する。本実施形態では、開放電圧の測定は、１秒間隔（測定間隔Δｔ１＝１ｓｅｃ）で実施されている。

【0050】

ステップＳ２００は、開放電圧の測定値を取得する工程（ステップＳ２１０）と、開放電圧の測定値から時刻ｔにおける開放電圧の移動平均値ＯＣＶ（ｔ）を求める工程（ステップＳ２２０）と、求められた開放電圧の移動平均値ＯＣＶ（ｔ）から時刻ｔにおける電解液の充電深度ＳＯＣ（ｔ）を求める工程（ステップＳ２３０）と、を含む。

【0051】

ステップＳ２１０では、制御部６００の取得部６２０が測定部５２０から開放電圧の測定値を取得する。そして、取得部６２０は、開放電圧の測定値を表す信号を、制御部６００の記憶部６３０と算出部６５０に送信する。

【0052】

ステップＳ２２０では、制御部６００の算出部６５０が、制御部６００の設定部６４０により設定された条件に基づいて、開放電圧の測定値から、時刻ｔにおける開放電圧の移動平均値ＯＣＶ（ｔ）を求める。本実施形態では、初期状態として、電解液の蓄電状態が通常状態（充電深度ＳＯＣが所定の範囲内）であるので、設定部６４０は、開放電圧の移動平均値を求める期間Ｓを第１期間Ｓ１に設定している（Ｓ１＝６０×Δｔ１、Δｔ１＝１ｓｅｃ）。したがって、算出部６５０は、第１期間Ｓ１の条件で、時刻ｔにおける開放電圧の移動平均値ＯＣＶ（ｔ）を求める。開放電圧の移動平均値ＯＣＶ（ｔ）を求めることにより、開放電圧の測定値のバラツキを補正できる。

【0053】

ステップＳ２３０では、算出部６５０が、開放電圧の移動平均値ＯＣＶ（ｔ）に基づいて、時刻ｔにおける電解液の充電深度ＳＯＣ（ｔ）を求める。例えば、電解液の充電深度ＳＯＣ（ｔ）は、電解液の充電深度と開放電圧との相関関係から求められる。本実施形態では、電解液の充電深度ＳＯＣ（ｔ）がバラツキのない開放電圧の移動平均値ＯＣＶ（ｔ）から求められるので、電解液の充電深度を正確に把握できる。
算出部６５０は、求められた電解液の充電深度ＳＯＣ（ｔ）を表す信号を、設定部６４０と判定部６６０とに送信する。

【0054】

なお、設定部６４０は、電解液の充電深度ＳＯＣ（ｔ）を表す信号に基づいて、開放電圧の移動平均値を求める期間Ｓを設定する。すなわち、受信した電解液の充電深度ＳＯＣ（ｔ）が所定の範囲内である場合、設定部６４０は、次に開放電圧の移動平均値ＯＣＶ（ｔ）を求める条件として、開放電圧の移動平均値ＯＣＶ（ｔ）を求める期間Ｓを第１期間Ｓ１に設定する。また、電解液の充電深度ＳＯＣ（ｔ）が所定の範囲よりも小さい場合と受信した電解液の充電深度ＳＯＣ（ｔ）が所定の範囲よりも大きい場合、例えば、設定部６４０は開放電圧の移動平均値ＯＣＶ（ｔ）を求める期間Ｓを第２期間Ｓ２（Ｓ２＝５×Δｔ１、Δｔ１＝１ｓｅｃ）に設定する。電解液の充電深度が所定の範囲よりも小さい場合と所定の範囲よりも大きい場合に、設定部６４０が開放電圧の移動平均値を求める期間Ｓを短くするので、制御部６００は、電解液の充電深度の変化に迅速に対応でき、レドックスフロー電池システム１０の安定した運転が実現できる。

【0055】

ステップＳ３００は、電解液の蓄電状態を判定する工程（ステップＳ３１０）と、電解液の流量と、発電所と負荷との充放電とを制御する工程（ステップＳ３２０）とを含む。

【0056】

ステップＳ３１０では、制御部６００の判定部６６０が、開放電圧の移動平均値ＯＣＶ（ｔ）に基づいて求められた電解液の充電深度ＳＯＣ（ｔ）から、電解液の蓄電状態を判定する。本実施形態では、判定部６６０は、上述のように、電解液の蓄電状態を、通常状態（ＳＯＣ（ｔ）：１０％以上９０％以下）と、高放電状態（ＳＯＣ（ｔ）：１０％未満）と、放電末期状態（ＳＯＣ（ｔ）：５％以下）と、高充電状態（ＳＯＣ（ｔ）：９０％よりも大きい）と、充電末期状態（ＳＯＣ（ｔ）：９５％以上）のいずれかに判定する。判定部６６０は、電解液の蓄電状態を表す信号を、制御部６００の流量制御部６７０と充放電制御部６８０に送信する。

【0057】

ステップＳ３２０では、制御部６００の流量制御部６７０が、電解液の蓄電状態に基づいて、正極ポンプ３２０ａと負極ポンプ３２０ｃの流量を制御する。また、制御部６００の充放電制御部６８０が、電解液の蓄電状態に基づいて、レドックスフロー電池システム１０と、発電所と負荷との充放電を制御する。

【0058】

具体的には、電解液の蓄電状態が通常状態である場合、流量制御部６７０は正極ポンプ３２０ａと負極ポンプ３２０ｃの流量を所定の第１流量に制御し、接続制御部６８０は、レドックスフロー電池システム１０と、発電所と負荷との運転状態を維持する。電解液の蓄電状態が高放電状態と高充電状態のいずれかである場合、流量制御部６７０は正極ポンプ３２０ａと負極ポンプ３２０ｃの流量を第１流量よりも大きい第２流量に制御し、充放電制御部６８０は、レドックスフロー電池システム１０と、発電所と負荷との運転状態を維持する。また、電解液の蓄電状態が放電末期状態である場合、流量制御部６７０は正極ポンプ３２０ａと負極ポンプ３２０ｃの流量を第２流量よりも更に大きい第３流量に制御し、充放電制御部６８０はレドックスフロー電池システム１０と負荷との接続を切断する。さらに、電解液の蓄電状態が充電末期状態である場合、流量制御部６７０は正極ポンプ３２０ａと負極ポンプ３２０ｃの流量を第２流量よりも大きい第３流量に制御し、充放電制御部６８０はレドックスフロー電池システム１０と発電所との接続を切断する。これらの制御により、電解液への過充電と電解液からの過放電とを抑制できる。

【0059】

ステップＳ３２０の後、制御部６００に運転停止指示が入力されない場合（ステップＳ３２２：ＮＯ）、レドックスフロー電池システム１０の運転はステップＳ１００に戻る。制御部６００に運転停止指示が入力された場合（ステップＳ３２２：ＹＥＳ）、レドックスフロー電池システム１０の運転は終了する。

【0060】

以上のように、開放電圧の移動平均値を求めることにより、開放電圧の測定値のバラツキを補正でき、電解液の充電深度を正確に把握できる。制御部６００が電解液の充電深度に応じて開放電圧の移動平均値を求め、求められた開放電圧の移動平均値に基づいて電解液の充放電を制御するので、電解液の充電深度の変化に迅速に対応でき、レドックスフロー電池システム１０の安定した運転が実現できる。

【0061】

さらに、電解液の充電深度を正確に把握できるので、再生可能エネルギー発電所における発電出力の変動が平準化できる。電解液の充電深度を正確に把握できるので、電解液容量を増やす場合に最適な容量を容易に見積もることができ、また、災害時には負荷の優先度に応じた電力の配分を容易に制御できる。

【0062】

＜実施形態２＞
実施形態１では、開放電圧の移動平均値に基づいて電解液の充放電を制御しているが、開放電圧の移動平均値と再生可能エネルギー発電所の発電量の移動平均値に基づいて、電解液の充放電を制御してもよい。本実施形態のレドックスフロー電池システム１０の電池セル１００と循環部３００と開放電圧測定部５００の構成は、実施形態１と同様であるので、ここでは、レドックスフロー電池システム１０の制御部６００について、説明する。
本実施形態の制御部６００は、実施形態１の制御部６００と同様に、取得部６２０と、記憶部６３０と、設定部６４０と、算出部６５０と、判定部６６０と、流量制御部６７０と、充放電制御部６８０とを有する。

【0063】

本実施形態の取得部６２０は、実施形態１の取得部６２０と同様に、開放電圧測定部５００の測定部５２０が測定した開放電圧の測定値を取得する。また、本実施形態の取得部６２０は、再生可能エネルギー発電所から発電量を取得する。本実施形態の取得部６２０は、取得した開放電圧の測定値を表す信号と取得した発電量を表す信号を、記憶部６３０と算出部６５０に送信する。
本実施形態の記憶部６３０は、実施形態１の記憶部６３０と同様に、プログラム、データ、開放電圧の測定値等を記憶する。

【0064】

本実施形態の設定部６４０は、算出部６５０が開放電圧の移動平均値と発電量の移動平均値を求める条件を設定する。本実施形態では、実施形態１と同様に、移動平均値を求める間隔Δｔ１を１秒とする（Δｔ１＝１ｓｅｃ）。また、電解液の充電深度が所定の範囲内である場合、本実施形態の設定部６４０は、移動平均値を求める期間Ｓを所定の第１期間Ｓ１＝６０秒に設定する。電解液の充電深度が所定の範囲よりも小さい場合と電解液の充電深度が所定の範囲よりも大きい場合、本実施形態の設定部６４０は、移動平均値を求める期間Ｓを、所定の第１期間Ｓ１よりも短い所定の第２期間Ｓ２＝５秒に設定する（Ｓ２＝５×Δｔ１、ｎ＝５）。本実施形態の設定部６４０は、設定した条件を表す信号を算出部６５０に送信する。

【0065】

本実施形態の算出部６５０は、設定部６４０により設定された条件に基づいて、開放電圧の測定値から、時刻ｔにおける開放電圧の移動平均値ＯＣＶ（ｔ）と時刻ｔにおける電解液の充電深度ＳＯＣ（ｔ）を求める。開放電圧の移動平均値ＯＣＶ（ｔ）と電解液の充電深度ＳＯＣ（ｔ）は、実施形態１と同様に求められる。本実施形態の算出部６５０は、求められた電解液の充電深度ＳＯＣ（ｔ）を表す信号を、設定部６４０と判定部６６０とに送信する。

【0066】

さらに、本実施形態の算出部６５０は、設定部６４０により設定された条件に基づいて、取得された発電量から時刻ｔにおける発電量の移動平均値ＲＥＰ（ｔ）求め、取得された発電量と求められた発電量の移動平均値ＲＥＰ（ｔ）との差Δｐを求める。時刻ｔにおける発電量の移動平均値ＲＥＰ（ｔ）は、開放電圧の移動平均値ＯＣＶ（ｔ）と同様に求められる。本実施形態の算出部６５０は、求められた差Δｐを表す信号を充放電制御部６８０に送信する。

【0067】

本実施形態の判定部６６０は、実施形態１の判定部６６０と同様に、時刻ｔにおける電解液の充電深度ＳＯＣ（ｔ）に基づいて、電解液の蓄電状態を判定する。また、本実施形態の判定部６６０は、電解液の蓄電状態を表す信号を、流量制御部６７０と充放電制御部６８０に送信する。

【0068】

本実施形態の流量制御部６７０は、実施形態１の流量制御部６７０と同様に、電解液の蓄電状態に基づいて、正極循環部３００ａの正極ポンプ３２０ａと負極循環部３００ｃの負極ポンプ３２０ｃの流量を制御する。正極ポンプ３２０ａと負極ポンプ３２０ｃの流量の制御は、実施形態１の制御と同様である。

【0069】

本実施形態の充放電制御部６８０は、実施形態１の充放電制御部６８０と同様に、レドックスフロー電池システム１０と、発電所と負荷との電力の充放電を制御する。電力の充放電の制御は、実施形態１の制御と同様である。

【0070】

さらに、本実施形態の充放電制御部６８０は、求められた発電量の移動平均値ＲＥＰ（ｔ）に基づいて、電解液の充放電を制御する。具体的には、発電量と発電量の移動平均値ＲＥＰ（ｔ）との差Δｐが正である場合（すなわち、発電量が発電量の移動平均値ＲＥＰ（ｔ）よりも大きい場合）、本実施形態の充放電制御部６８０は発電所の発電量のうちの差Δｐ分を電解液へ充電する。一方、発電量と発電量の移動平均値ＲＥＰ（ｔ）との差Δｐが負である場合（すなわち、発電量が発電量の移動平均値ＲＥＰ（ｔ）よりも小さい場合）、本実施形態の充放電制御部６８０は差Δｐ分を電解液から放電する。また、発電量と発電量の移動平均値ＲＥＰ（ｔ）との差Δｐがゼロである場合、本実施形態の充放電制御部６８０は充電も放電もしない。これにより、自然に左右される再生可能エネルギー発電の瞬時出力変動を吸収できる。図７は、ソーラ発電量と、レドックスフロー電池システム１０からの充放電電力と、充放電制御後のソーラ発電出力との関係（ソーラ発電量の変動吸収結果）の一例を示す。図７では、ソーラ発電量の移動平均値ＲＥＰ（ｔ）を仮に３ｋＷに設定している。図７に示すように、発電量の移動平均値ＲＥＰ（ｔ）に基づいて、レドックスフロー電池システム１０（レドックスフロー電池システム１０の電解液）の充放電を制御することにより、再生可能エネルギー発電所の発電変動をリアルタイムで平準化できる。

【0071】

本実施形態では、充放電制御部６８０が、発電量の移動平均値に基づいて電解液の充放電を制御すると共に、流量制御部６７０が開放電圧の移動平均値に基づいて正極ポンプ３２０ａと負極ポンプ３２０ｃの流量を制御する。再生可能エネルギー発電所の発電量の移動平均値は、再生可能エネルギー発電所における短期又は長期の発電量の傾向を表すので、レドックスフロー電池システム１０は、再生可能エネルギー発電所の発電変動をリアルタイムで平準化できる。さらに、実施形態１と同様に、電解液への過充電と電解液からの過放電とを抑制すると共に、電解液の充電深度の変化に迅速に対応でき、レドックスフロー電池システム１０の安定した運転を実現できる。

【0072】

＜変形例＞
以上、実施形態を説明したが、本開示は、本開示の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

【0073】

例えば、正極電解液ＰＬと負極電解液ＮＬの活物質はバナジウムイオンに限られない。正極電解液ＰＬと負極電解液ＮＬの活物質は、それぞれ、鉄イオンとクロムイオンであってもよい。

【0074】

実施形態１では、設定部６４０は、電解液の充電深度が所定の範囲内である場合、開放電圧の移動平均値を求める期間Ｓを所定の第１期間Ｓ１に設定し、電解液の充電深度が所定の範囲外である場合、開放電圧の移動平均値を求める期間Ｓを、所定の第１期間Ｓ１よりも短い所定の第２期間Ｓ２に設定している。設定部６４０は、開放電圧の移動平均値を求める期間Ｓを所定の第１期間Ｓ１よりも長い第３期間Ｓ３（例えば、Ｓ３＝１２０×Δｔ１、ｎ＝１２０）に設定してもよい。

【0075】

例えば、設定部６４０は、電解液の充電深度が所定の範囲内である場合、開放電圧の移動平均値を求める期間Ｓを所定の第１期間Ｓ１と第３期間Ｓ３とに設定する。算出部６５０は、第１期間Ｓ１での開放電圧の移動平均値と第３期間Ｓ３での開放電圧の移動平均値とを求め、さらに、第１期間Ｓ１での電解液の充電深度と第３期間Ｓ３での電解液の充電深度とを求める。判定部６６０は、第１期間Ｓ１での電解液の充電深度と第３期間Ｓ３での電解液の充電深度との差が所定の範囲内である場合、電解液の蓄電状態は安定状態と判定する。電解液の蓄電状態が安定状態と判定された場合、流量制御部６７０は、正極ポンプ３２０ａと負極ポンプ３２０ｃの流量を、所定の第１流量よりも小さい第３流量に制御する。これにより、レドックスフロー電池システム１０を省電力で運転できる。

【0076】

電池セル１００の開放電圧の測定間隔（Δｔ０）と開放電圧の移動平均値を求める間隔（Δｔ１）と開放電圧の移動平均値を求める期間Ｓ（Ｓ１～Ｓ３）は、任意である。

【0077】

実施形態１と実施形態２では、判定部６４０は、開放電圧の移動平均値ＯＣＶ（ｔ）に基づいて求められた電解液の充電深度ＳＯＣ（ｔ）から、電解液の蓄電状態を判定している。判定部６４０は、電解液の充電深度ＳＯＣ（ｔ）を介さず、開放電圧の移動平均値ＯＣＶ（ｔ）から電解液の蓄電状態を直接判定してもよい。電解液の充電深度と電池セル１００の開放電圧との間には相関関係があるので、判定部６４０は、予め得た相関関係に基づいて、開放電圧の移動平均値ＯＣＶ（ｔ）から電解液の蓄電状態を判定してもよい。この場合、算出部６５０は電解液の充電深度ＳＯＣ（ｔ）を求めなくともよい。また、設定部６４０は、求められた開放電圧の移動平均値ＯＣＶ（ｔ）に基づいて、移動平均値を求める条件を設定する。

【0078】

実施形態２では、開放電圧の移動平均値ＯＣＶ（ｔ）と発電量の移動平均値ＲＥＰ（ｔ）が求められる。開放電圧の移動平均値ＯＣＶ（ｔ）と発電量の移動平均値ＲＥＰ（ｔ）を求める期間Ｓは等しいことが好ましい。

【0079】

制御部６００は、例えば、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ－Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）、制御回路等の専用ハードウェアを備えてもよい。この場合、処理のそれぞれを、個別のハードウェアにより実行してもよい。また、処理のそれぞれをまとめて、単一のハードウェアにより実行してもよい。処理の一部を専用ハードウェアにより実行し、処理の他の一部をソフトウェア又はファームウェアにより実行してもよい。

【符号の説明】

【0080】

１０ レドックスフロー電池システム、１００ 電池セル、１０５ａ 正極、１０５ｃ 負極、１１０ａ 正極室、１１０ｃ 負極室、１２０ 隔膜、３００ 循環部、３００ａ 正極循環部、３００ｃ 負極循環部、３１０ａ 正極電解液貯留槽、３２０ａ 正極ポンプ、３２２ａ 正極供給管、３２４ａ 供給分岐管、３２６ａ 第１正極回収管、３２８ａ 第２正極回収管、３１０ｃ 負極電解液貯留槽、３２０ｃ 負極ポンプ、３２２ｃ 負極供給管、３２４ｃ 供給分岐管、３２６ｃ 第１負極回収管、３２８ｃ 第２負極回収管、５００ 開放電圧測定部、５１０ モニターセル、５２０ 測定部、６００ 制御部、６０２ ＣＰＵ、６０４ ＲＯＭ、６０６ ＲＡＭ、６０８ 入出力インターフェース、６１０ 電力変換器、６２０ 取得部、６３０ 記憶部、６４０ 設定部、６５０ 算出部、６６０ 判定部、６７０ 流量制御部、６８０ 充放電制御部、ＰＬ 正極電解液、ＮＬ 負極電解液

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】