特開 2023-103633 レドックスフロー電池システム

(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】P2023103633

(43)【公開日】2023-07-27

(54)【発明の名称】レドックスフロー電池システム

(51)【国際特許分類】

   H01M 8/18 20060101AFI20230720BHJP

   H01M 8/04 20160101ALI20230720BHJP

   H01M 8/0438 20160101ALI20230720BHJP

   H01M 8/04537 20160101ALI20230720BHJP

   H01M 8/04858 20160101ALI20230720BHJP

   H01M 8/2455 20160101ALI20230720BHJP

【ＦＩ】

H01M8/18

H01M8/04 J

H01M8/0438

H01M8/04537

H01M8/04858

H01M8/2455

【審査請求】未請求

【請求項の数】25

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022004263

(22)【出願日】2022-01-14

(71)【出願人】

【識別番号】000222174

【氏名又は名称】東洋エンジニアリング株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100123788

【弁理士】

【氏名又は名称】宮崎 昭夫

(74)【代理人】

【識別番号】100127454

【弁理士】

【氏名又は名称】緒方 雅昭

(72)【発明者】

【氏名】中尾 公人

【テーマコード（参考）】

5H126

5H127

【Ｆターム（参考）】

5H126AA10

5H126BB10

5H126RR01

5H127AA10

5H127AB16

5H127AC15

5H127BA01

5H127BA20

5H127BA28

5H127BA43

5H127BA57

5H127BA59

5H127BB03

5H127BB12

5H127BB23

5H127BB37

5H127BB39

5H127DB02

5H127DB22

5H127DB53

5H127DC42

(57)【要約】

【課題】高出力と高効率を両立するレドックスフロー電池システムを提供する。
【解決手段】レドックスフロー電池システム１００は、積層された複数の電池セル６０をそれぞれが有し、複数の電池セル６０の少なくとも一部が、互いに流体的に直列に接続されている、第１および第２のセルスタック４，５と、第１および第２のセルスタック４，５に正極流体を直列に流通させる正極側流体流通機構１０と、第１および第２のセルスタック４，５に負極流体を直列に流通させる負極側流体流通機構２０とを有している。正極側流体流通機構１０および負極側流体流通機構２０のそれぞれは、第１および第２のセルスタック４，５間に設けられ、充電時に第１のセルスタック４から流出した流体を第２のセルスタック５に圧送し、放電時に第２のセルスタック５から流出した流体を第１のセルスタック４に圧送する補助ポンプ１６，２６を有している。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

積層された複数の電池セルをそれぞれが有し、正極活物質および負極活物質の酸化還元反応を利用して充放電を行う第１および第２のセルスタックであって、前記各電池セルが、前記正極活物質を含む正極流体が供給される正極セルと、前記負極活物質を含む負極流体が供給される負極セルとを有し、前記複数の電池セルの少なくとも一部は、互いに流体的に直列に接続されている、第１および第２のセルスタックと、
前記第１および第２のセルスタックに前記正極流体を直列に流通させる正極側流体流通機構と、
前記第１および第２のセルスタックに前記負極流体を直列に流通させる負極側流体流通機構と、を有し、
前記正極側流体流通機構および前記負極側流体流通機構のそれぞれが、前記第１および第２のセルスタック間に設けられ、充電時に前記第１のセルスタックから流出した前記流体を前記第２のセルスタックに圧送し、放電時に前記第２のセルスタックから流出した前記流体を前記第１のセルスタックに圧送する補助ポンプを有する、レドックスフロー電池システム。

【請求項2】

前記正極側流体流通機構および前記負極側流体流通機構のそれぞれが、前記補助ポンプに対応して前記第１および第２のセルスタック間に設けられ、前記各セルスタックから流出した前記流体を一時的に貯留するバッファタンクを有する、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】

前記正極活物質および前記負極活物質の酸化還元反応を利用して充放電を行う別の電池であって、前記正極流体が供給される正極セルと、前記負極流体が供給される負極セルとを有する別の電池セルと、
前記別の電池セルと前記正極側流体流通機構の前記バッファタンクとの間で前記正極流体を循環させる正極側流体循環機構と、
前記別の電池セルと前記負極側流体流通機構の前記バッファタンクとの間で前記負極流体を循環させる負極側流体循環機構と、を有する、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】

前記正極側流体流通機構の前記補助ポンプは、前記正極流体を循環させる前記正極側流体循環機構の循環ポンプとして機能し、前記負極側流体流通機構の前記補助ポンプは、前記負極流体を循環させる前記負極側流体循環機構の循環ポンプとして機能する、請求項３に記載のレドックスフロー電池システム。

【請求項5】

前記正極側流体流通機構および前記負極側流体流通機構のそれぞれが、前記各セルスタックから流出した前記流体を冷却する熱交換器を有する、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】

前記各セルスタックは、流体的に並列に接続された複数のセルグループに分割され、前記各セルグループを構成する前記複数の電池セルは、互いに流体的に直列に接続されている、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】

前記正極側流体流通機構が、充電状態が相対的に低い前記正極流体を貯留する第１の正極側タンクと、充電状態が相対的に高い前記正極流体を貯留する第２の正極側タンクと、前記第１の正極側タンクに対応して設けられ、充電時に前記第１の正極側タンク内の前記正極流体を前記第１のセルスタックに送出する第１の正極側ポンプと、前記第２の正極側タンクに対応して設けられ、放電時に前記第２の正極側タンク内の前記正極流体を前記第２のセルスタックに送出する第２の正極側ポンプと、を有し、
前記負極側流体流通機構が、充電状態が相対的に低い前記負極流体を貯留する第１の負極側タンクと、充電状態が相対的に高い前記負極流体を貯留する第２の負極側タンクと、前記第１の負極側タンクに対応して設けられ、充電時に前記第１の負極側タンク内の前記負極流体を前記第１のセルスタックに送出する第１の負極側ポンプと、前記第２の負極側タンクに対応して設けられ、放電時に前記第２の負極側タンク内の前記負極流体を前記第２のセルスタックに送出する第２の負極側ポンプと、を有する、請求項１から６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8】

前記第１および第２のセルスタックを含むセルスタック部と電力系統との間に設けられた電力変換器と、
前記正極側流体流通機構と前記負極側流体流通機構と前記電力変換器とを制御して、前記セルスタック部の充放電を制御する制御装置と、を有する、請求項７に記載のレドックスフロー電池システム。

【請求項9】

充電時に前記第２のセルスタックに流入する前記正極流体の流量を測定する第１の正極側流量計と、
充電時に前記第２のセルスタックに流入する前記負極流体の流量を測定する第１の負極側流量計と、
充電時に前記第２のセルスタックに流入する前記正極流体と前記負極流体との電位差を測定する第１の電位差測定装置と、
放電時に前記第１のセルスタックに流入する前記正極流体の流量を測定する第２の正極側流量計と、
放電時に前記第１のセルスタックに流入する前記負極流体の流量を測定する第２の負極側流量計と、
放電時に前記第１のセルスタックに流入する前記正極流体と前記負極流体との電位差を測定する第２の電位差測定装置と、を有し、
前記制御装置は、前記第１の正極側流量計、前記第１の負極側流量計、および、前記第１の電位差測定装置の測定値に基づいて、前記セルスタック部への充電量を調整し、前記第２の正極側流量計、前記第２の負極側流量計、および、前記第２の電位差測定装置の測定値に基づいて、前記セルスタック部からの放電量を調整する、請求項８に記載のレドックスフロー電池システム。

【請求項10】

前記制御装置は、充電時、前記第１の電位差測定装置の測定値に基づいて算出した、前記第２のセルスタックに流入する前記各流体の充電状態と、前記第１の正極側流量計および前記第１の負極側流量計の測定値とに基づいて、前記電力変換器を制御して前記セルスタック部への充電電流を調整するとともに、前記正極流通機構および前記負極側流体流通機構を制御して前記各流体の流量を調整し、それにより、前記第２のセルスタックから流出する前記各流体の充電状態が目標値以上になるように前記セルスタック部への充電量を調整する、請求項９に記載のレドックスフロー電池システム。

【請求項11】

前記制御装置は、放電時、前記第２の電位差測定装置の測定値に基づいて算出した、前記第１のセルスタックに流入する前記各流体の充電状態と、前記第２の正極側流量計および前記第２の負極側流量計の測定値とに基づいて、前記電力変換器を制御して前記セルスタック部からの放電電流を調整するとともに、前記正極流通機構および前記負極側流体流通機構を制御して前記各流体の流量を調整し、それにより、前記第１のセルスタックから流出する前記各流体の充電状態が目標値以下になるように前記セルスタック部からの放電量を調整する、請求項９または１０に記載のレドックスフロー電池システム。

【請求項12】

充電時に前記第２のセルスタックから流出する前記正極流体の流量を測定する第３の正極側流量計と、
充電時に前記第２のセルスタックから流出する前記負極流体の流量を測定する第３の負極側流量計と、
充電時に前記第２のセルスタックから流出する前記正極流体と前記負極流体との電位差を測定する第３の電位差測定装置と、
放電時に前記第１のセルスタックから流出する前記正極流体の流量を測定する第４の正極側流量計と、
放電時に前記第１のセルスタックから流出する前記負極流体の流量を測定する第４の負極側流量計と、
放電時に前記第１のセルスタックから流出する前記正極流体と前記負極流体との電位差を測定する第４の電位差測定装置と、を有し、
前記制御装置は、前記第１および第３の正極側流量計、前記第１および第３の負極側流量計、および、前記第１および第３の電位差測定装置の測定値に基づいて、前記セルスタック部への充電量を調整し、前記第２および第４の正極側流量計、前記第２および第４の負極側流量計、および、前記第２および第４の電位差測定装置の測定値に基づいて、前記セルスタック部からの放電量を調整する、請求項９にレドックスフロー電池システム。

【請求項13】

前記制御装置は、充電時、前記第１の電位差測定装置の測定値に基づいて算出した、前記第２のセルスタックに流入する前記各流体の充電状態と、前記第１の正極側流量計および前記第１の負極側流量計の測定値と、前記第３の電位差測定装置の測定値に基づいて算出した、前記第２のセルスタックから流出する前記各流体の充電状態と、前記第３の正極側流量計および前記第３の負極側流量計の測定値とに基づいて、前記電力変換器を制御して前記セルスタック部への充電電流を調整するとともに、前記正極流通機構および前記負極側流体流通機構を制御して前記各流体の流量を調整し、それにより、前記第２のセルスタックから流出する前記各流体の充電状態が目標値以上になるように前記セルスタック部への充電量を調整する、請求項１２に記載のレドックスフロー電池システム。

【請求項14】

前記制御装置は、前記充電量の調整を行っても、前記第２のセルスタックから流出する前記各流体の充電状態が前記目標値以上にならない場合またはならないと予測される場合に、前記補助ポンプから吐出された前記各流体の少なくとも一部を前記第１のセルスタックの上流側に還流させる、請求項１３に記載のレドックスフロー電池システム。

【請求項15】

前記制御装置は、放電時、前記第２の電位差測定装置の測定値に基づいて算出した、前記第１のセルスタックに流入する前記各流体の充電状態と、前記第２の正極側流量計および前記第２の負極側流量計の測定値と、前記第４の電位差測定装置の測定値に基づいて算出した、前記第１のセルスタックから流出する前記各流体の充電状態と、前記第４の正極側流量計および前記第４の負極側流量計の測定値とに基づいて、前記電力変換器を制御して前記セルスタック部からの放電電流を調整するとともに、前記正極流通機構および前記負極側流体流通機構を制御して前記各流体の流量を調整し、それにより、前記第１のセルスタックから流出する前記各流体の充電状態が目標値以下になるように前記セルスタック部からの放電量を調整する、請求項１２から１４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16】

前記制御装置は、前記放電量の調整を行っても、前記第１のセルスタックから流出する前記各流体の充電状態が前記目標値以下にならない場合またはならないと予測される場合に、前記補助ポンプから吐出された前記各流体の少なくとも一部を前記第２のセルスタックの上流側に還流させる、請求項１５に記載のレドックスフロー電池システム。

【請求項17】

充電時に前記第２のセルスタックに流入する前記正極流体と前記第２のセルスタックから流出する前記正極流体との電位差を測定する第５の電位差測定装置と、
充電時に前記第２のセルスタックに流入する前記負極流体と前記第２のセルスタックから流出する前記負極流体との電位差を測定する第６の電位差測定装置と、
放電時に前記第１のセルスタックに流入する前記正極流体と前記第１のセルスタックから流出する前記正極流体との電位差を測定する第７の電位差測定装置と、
放電時に前記第１のセルスタックに流入する前記負極流体と前記第１のセルスタックから流出する前記負極流体との電位差を測定する第８の電位差測定装置と、を有し、
前記制御装置は、前記第１から第４の正極側流量計、前記第１から第４の負極側流量計、および、前記第１から第８の電位差測定装置の測定値に基づいて、前記セルスタック部を流通する前記流体間の充電状態のバランスを調整する、請求項９から１６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18】

前記制御装置は、充電時、前記第５の電位差測定装置の測定値と前記第６の電位差測定装置の測定値との差を算出し、該算出した差と、前記第１および第３の正極側流量計、前記第１および第３の負極側流量計、および、前記第１および第３の電位差測定装置の測定値とに基づいて、前記バランスを調整する必要があるか否かを判断する、請求項１７に記載のレドックスフロー電池システム。

【請求項19】

前記制御装置は、放電時、前記第７の電位差測定装置の測定値と前記第８の電位差測定装置の測定値との差を算出し、該算出した差と、前記第２および第４の正極側流量計、前記第２および第４の負極側流量計、および、前記第２および第４の電位差測定装置の測定値とに基づいて、前記バランスを調整する必要があるか否かを判断する、請求項１７または１８に記載のレドックスフロー電池システム。

【請求項20】

前記正極流体中の前記正極活物質を還元することで前記正極流体を再生する再生装置を有し、
前記制御装置は、前記バランスを調整する必要があると判断すると、充電時、前記正極側流体流通機構の前記補助ポンプから吐出された前記正極流体の少なくとも一部を前記再生装置に供給して再生させる、請求項１８または１９に記載のレドックスフロー電池システム。

【請求項21】

前記再生した正極流体は、前記正極側流体流通機構の前記補助ポンプの上流側に還流し、該補助ポンプに対応して設けられたバッファタンクに貯留される、請求項２０に記載のレドックスフロー電池システム。

【請求項22】

前記正極活物質および水素ガスの酸化還元反応を利用して充放電を行う別の電池セルをであって、前記正極流体が供給される正極セルと、前記水素ガスが供給される負極セルとを有する別の電池セルを有し、
前記制御装置は、前記バランスを調整する必要があると判断すると、放電時、前記第２の正極側ポンプから吐出された前記正極流体の少なくとも一部を前記別の電池セルに供給し、水素ガスとの還元反応により再生させる、請求項１８から２１に記載のレドックスフロー電池システム。

【請求項23】

前記再生した正極流体は、前記第２のセルスタックをバイパスし、前記正極側流体流通機構の前記補助ポンプに対応して設けられたバッファタンクに貯留される、請求項２２に記載のレドックスフロー電池システム。

【請求項24】

充電時に前記第２のセルスタックから流出する前記負極流体から水素ガスを分離して回収する水素回収装置を有し、
前記制御装置は、前記バランスを調整する必要があると判断すると、放電時、前記水素回収装置で回収された水素ガスを前記別の電池セルに供給する、請求項２２または２３に記載のレドックスフロー電池システム。

【請求項25】

前記第１の正極側タンクと前記第１の負極側タンクとを流体的に接続する流体移送配管を有し、
前記制御装置は、前記正極側流体流通機構内の前記正極流体の総液量と前記負極側流体流通機構内の前記負極流体の総液量との差に応じて、前記流体移送配管を通じて前記タンク間で前記正極流体または前記負極流体を移送させる、請求項８から２４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。

【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システムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、電力貯蔵用の二次電池として、電解液に含まれる活物質の酸化還元反応を利用して充放電を行う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、大容量化が容易、長寿命、電池の充電状態が正確に監視可能であるなどの特徴を有している。このような特徴から、近年では、特に発電量の変動が大きい再生可能エネルギーの出力安定化や電力負荷平準化の用途としてレドックスフロー電池は大きな注目を集めている。

【0003】

一般に、レドックスフロー電池は、所定の電圧を得るために、複数の電池セルが積層されたセルスタックから構成されている。このようなレドックスフロー電池には、電解液を通じて電流損失（シャントカレントロス）が生じるという課題がある。このシャントカレントロスを低減してエネルギー効率を向上させる方法として、特許文献１には、セルスタックを構成する複数の電池セルを流体的に直列に接続する方法が記載されている。この方法では、電解液が複数の電池セルを直列に流れることで、電解液による短絡を隣接する電池セル間のみに限定してシャントカレントロスを最小限に抑えることが期待される。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0004】

【特許文献1】米国特許第６４７５６６１号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、特許文献１に記載の方法では、電解液がセルスタックを通過する際の圧力損失が過大になり、電解液をセルスタックに供給するために必要なポンプの吐出圧力が大きくなる。そのため、レドックスフロー電池の高出力化の要求に対して電池セルの積層数を増やそうとすると、必要なポンプの吐出圧力がさらに増大してしまう。このことは、セルスタックから外部への電解液の漏れや正負極間での電解液の漏れが生じる可能性がある点でも好ましくない。

【0006】

そこで、本発明の目的は、高出力と高効率を両立するレドックスフロー電池システムを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上述した目的を達成するために、本発明のレドックスフロー電池システムは、積層された複数の電池セルをそれぞれが有し、正極活物質および負極活物質の酸化還元反応を利用して充放電を行う第１および第２のセルスタックであって、各電池セルが、正極活物質を含む正極流体が供給される正極セルと、負極活物質を含む負極流体が供給される負極セルとを有し、複数の電池セルの少なくとも一部は、互いに流体的に直列に接続されている、第１および第２のセルスタックと、第１および第２のセルスタックに正極流体を直列に流通させる正極側流体流通機構と、第１および第２のセルスタックに負極流体を直列に流通させる負極側流体流通機構と、を有し、正極側流体流通機構および負極側流体流通機構のそれぞれが、第１および第２のセルスタック間に設けられ、充電時に第１のセルスタックから流出した流体を第２のセルスタックに圧送し、放電時に第２のセルスタックから流出した流体を第１のセルスタックに圧送する補助ポンプを有している。

【0008】

このようなレドックスフロー電池システムによれば、高出力化の要求に応じてセルスタックの数を増やすことに伴い、電解液（活物質を含む流体）がセルスタックを通過するために必要な圧力が増加したとしても、その一部を補助ポンプに負担させることができる。その結果、実際にセルスタックに供給される電解液の圧力が過度に上昇することを抑制することができる。

【発明の効果】

【0009】

以上、本発明によれば、高出力と高効率を両立するレドックスフロー電池システムを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】第１の実施形態に係るレドックスフロー電池システムの概略構成図である。

【図2】第１の実施形態に係るレドックスフロー電池の概略構成図である。

【図3】第１の実施形態に係るレドックスフロー電池を構成するセルスタック、およびそのセルスタックを構成するセルグループの概略構成図である。

【図4】３つの共用タンクを用いた場合の電解液の貯留動作を示す模式図である。

【図5】第２の実施形態に係るレドックスフロー電池の概略構成図である。

【図6】第３の実施形態に係るレドックスフロー電池の概略構成図である。

【図7】第４の実施形態に係るレドックスフロー電池の概略構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。以下の各実施形態に共通の構成については、図面に同じ符号を付して重複する説明は適宜省略する。また、各実施形態に示す特徴的な構成は、互いに矛盾しない限り、他の実施形態にも適用可能である。以下の各実施形態では、レドックスフロー電池のセルスタック部が２つのセルスタックを有する場合を例示するが、これは本発明を制限するものではなく、セルスタック部を構成するセルスタックの数は３つ以上であってもよい。

【0012】

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係るレドックスフロー電池システムの概略構成図である。

【0013】

レドックスフロー電池（ＲＦＢ）システム１００は、レドックスフロー電池１と、レドックスフロー電池１と電力系統２００との間に設けられた電力変換器２とを有している。

【0014】

レドックスフロー電池１は、セルスタック部３と、正極側流体流通機構１０と、負極側流体流通機構２０とを有している。セルスタック部３は、正極活物質および負極活物質の酸化還元反応を利用して充放電を行うものであり、２つのセルスタック、すなわち、第１のセルスタック４と第２のセルスタック５を有している。正極側流体流通機構１０は、正極活物質を含む正極電解液を２つのセルスタック４，５に直列に流通させる機能を有し、負極側流体流通機構２０は、負極活物質を含む負極電解液を２つのセルスタック４，５に直列に流通させる機能を有している。したがって、２つのセルスタック４，５は、正極電解液および負極電解液がそれぞれ２つのセルスタック４，５を直列に流れるように互いに流体的に接続されている。一方、２つのセルスタック４，５の電気的な接続は、直列であっても並列であってもよい。電力変換器２は、電力系統２００からの交流電力を直流電力に変換してセルスタック部３に供給するとともに、セルスタック部３からの直流電力を交流電力に変換して電力系統２００に供給する機能を有している。

【0015】

また、ＲＦＢシステム１００は、レドックスフロー電池１の各流体流通機構１０，２０と、電力変換器２とを制御して、レドックスフロー電池１の充放電を制御する制御装置６を有している。

【0016】

図２は、本実施形態のレドックスフロー電池の概略構成図である。図３（ａ）は、本実施形態のレドックスフロー電池を構成するセルスタックの概略構成図であり、図３（ｂ）は、そのセルスタックを構成するセルグループの概略構成図である。まず、本実施形態のレドックスフロー電池の構成を説明する前に、図３を参照して、セルスタックの構成について説明する。なお、第１のセルスタックと第２のセルスタックは構造的には同一であるため、以下の第１のセルスタックの説明は、特に断らない限り、第２のセルスタックにも該当する。

【0017】

第１のセルスタック（以下、単に「セルスタック」ともいう）４は、それぞれが積層された複数の電池セル６０からなる複数のセルグループ７に分割されている。図３（ａ）には、４つのセルグループ７が示されているが、セルスタック４を構成するセルグループ７の数はこれに限定されるものではない。同様に、図３（ｂ）には、５つの電池セル６０が示されているが、セルグループ７を構成する電池セル６０の数はこれに限定されるものではない。

【0018】

各電池セル６０は、正極電極６１を収容し、正極活物質を含む正極電解液が供給される正極セル６２と、負極電極６３を収容し、負極活物質を含む負極電解液が供給される負極セル６４と、正極セル６２と負極セル６４とを分離する隔膜６５とを有している。正極セル６２では、充電動作時に還元状態の正極活物質が酸化状態に変化する酸化反応が起こり、放電動作時に酸化状態の正極活物質が還元状態に変化する還元反応が起こる。換言すると、正極セル６２では、充電動作により正極電解液の充電状態が上昇し、放電動作により正極電解液の充電状態が低下する。一方、負極セル６４では、充電動作時に酸化状態の負極活物質が還元状態に変化する還元反応が起こり、放電動作時に還元状態の負極活物質が酸化状態に変化する酸化反応が起こる。換言すると、負極セル６４では、充電動作により負極電解液の充電状態が上昇し、放電動作により負極電解液の充電状態が低下する。

【0019】

なお、電解液としては、液相中に粒状の正極活物質を懸濁・分散させて形成されたスラリーや、液状になった活物質そのものなど、活物質を含むあらゆる流体を用いることができる。したがって、ここでいう電解液は、活物質の溶液に限定されるものではない。

【0020】

また、充電状態（ＳＯＣ）とは、充電の程度（深度）を示す指標であり、電解液中の酸化状態の活物質の量と還元状態の活物質の量に依存する。ＳＯＣについては様々な観点からの定義が可能であるが、例えば、このような活物質の量を用いて電解液のＳＯＣを表すこともできる。この場合、正極電解液のＳＯＣは、電解液中の酸化状態の活物質濃度と還元状態の活物質濃度の和に対する酸化状態の活物質濃度の割合として表すことができる。また、負極電解液のＳＯＣは、電解液中の酸化状態の活物質濃度と還元状態の活物質濃度の和に対する還元状態の活物質濃度の割合として表すことができる。正極電解液のＳＯＣは、充電動作（酸化反応）が進行して還元状態の正極活物質が減少し酸化状態の正極活物質が増加するほど高くなり、放電動作（還元反応）が進行して酸化状態の正極活物質が減少し還元状態の正極活物質が増加するほど低くなる。一方、負極電解液のＳＯＣは、充電動作（還元反応）が進行して酸化状態の負極活物質が減少し還元状態の負極活物質が増加するほど高くなり、放電動作（酸化反応）が進行して還元状態の負極活物質が減少し酸化状態の負極活物質が増加するほど低くなる。

【0021】

セルスタック４を構成する複数のセルグループ７は、互いに流体的に並列に接続されているのに対し、各セルグループ７を構成する複数の電池セル６０は、互いに流体的に直列に接続されている。したがって、セルスタック４に流入した正極電解液は、各セルグループ７内を直列に流れることで、充電時にはＳＯＣが相対的に高くなった状態でセルスタック４から流出し、放電時にはＳＯＣが相対的に低くなった状態でセルスタック４から流出する。また、セルスタック４に流入した負極電解液は、各セルグループ７内を直列に流れることで、充電時にはＳＯＣが相対的に高くなった状態でセルスタック４から流出し、放電時にはＳＯＣが相対的に低くなった状態でセルスタック４から流出する。なお、ここでいう「流体的に並列」とは、各電解液が複数の要素（電池セル、セルグループ、またはセルスタック）を並列に流れることを意味し、「流体的に直列」とは、各電解液が複数の要素に直列に流れることを意味する。

【0022】

次に、図２を参照して、本実施形態のレドックスフロー電池の構成、特に、正極側流体流通機構および負極側流体流通機構の構成について説明する。

【0023】

レドックスフロー電池１は、正極側流体流通機構１０として、第１の正極側タンク１１と、第１の正極側ポンプ１２と、第２の正極側タンク１３と、第２の正極側ポンプ１４と、正極側バッファタンク１５と、正極側補助ポンプ１６とを有している。

【0024】

第１の正極側タンク１１は、ＳＯＣが相対的に低い正極電解液、すなわち、酸化状態の正極活物質に比べて還元状態の正極活物質が相対的に多い正極電解液を貯留し、第１の正極側流通配管Ｌ１１を介して第１のセルスタック４に接続されている。第１の正極側ポンプ１２は、第１の正極側タンク１１に対応して設けられ、充電時に第１の正極側タンク１１内の正極電解液を第１のセルスタック４に向けて送出する機能を有している。第１の正極側流通配管Ｌ１１は、三方逆止弁（図示せず）を介して２つに分岐し、一方が第１の正極側タンク１１の上部に接続され、他方が第１の正極側ポンプ１２の吐出側に接続されている。これにより、第１の正極側流通配管Ｌ１１内を流れる正極電解液の向きを充電時と放電時で切り替えることができる。なお、三方逆止弁の代わりに、第１の正極側流通配管Ｌ１１の２つの分岐配管にそれぞれ開閉弁が設けられていてもよい。

【0025】

第２の正極側タンク１３は、ＳＯＣが相対的に高い正極電解液、すなわち、還元状態の正極活物質に比べて酸化状態の正極活物質が相対的に多い正極電解液を貯留し、第２の正極側流通配管Ｌ１２を介して第２のセルスタック５に接続されている。第２の正極側ポンプ１４は、第２の正極側タンク１３に対応して設けられ、放電時に第２の正極側タンク１３内の正極電解液を第２のセルスタック５に向けて送出する機能を有している。第２の正極側流通配管Ｌ１２は、三方逆止弁（図示せず）を介して２つに分岐し、一方が第２の正極側タンク１３の上部に接続され、他方が第２の正極側ポンプ１４の吐出側に接続されている。これにより、第２の正極側流通配管Ｌ１２内を流れる正極電解液の向きを充電時と放電時で切り替えることができる。なお、三方逆止弁の代わりに、第２の正極側流通配管Ｌ１２の２つの分岐配管にそれぞれ開閉弁が設けられていてもよい。

【0026】

正極側バッファタンク１５とこれに対応する正極側補助ポンプ１６は、第３の正極側流通配管Ｌ１３を介して第１のセルスタック４に接続され、第４の正極側流通配管Ｌ１４を介して第２のセルスタック５に接続されている。具体的には、第３の正極側流通配管Ｌ１３は、三方逆止弁（図示せず）を介して２つに分岐し、一方が正極側バッファタンク１５の上部に接続され、他方が三方切替弁Ｖ１１を介して正極側補助ポンプ１６の吐出側に接続されている。第４の正極側流通配管Ｌ１４も、三方逆止弁（図示せず）を介して２つに分岐し、一方が正極側バッファタンク１５の上部に接続され、他方が三方切替弁Ｖ１１を介して正極側補助ポンプ１６に接続されている。なお、三方逆止弁の代わりに、第３の正極側流通配管Ｌ１３の２つの分岐配管と第４の正極側流通配管Ｌ１４の２つの分岐配管にそれぞれ開閉弁が設けられていてもよい。三方切替弁Ｖ１１は、制御装置６により制御され、正極電解液の吐出先を第１のセルスタック４と第２のセルスタック５で切り替えることができる。

【0027】

これにより、充電時には、正極側バッファタンク１５は、第１のセルスタック４から流出した正極電解液を一時的に貯留し、正極側補助ポンプ１６は、その正極電解液を第２のセルスタック５に圧送することができる。また、放電時には、正極側バッファタンク１５は、第２のセルスタック５から流出した正極電解液を一時的に貯留し、正極側補助ポンプ１６は、その正極電解液を第１のセルスタック４に圧送することができる。

【0028】

また、レドックスフロー電池１は、負極側流体流通機構２０として、第１の負極側タンク２１と、第１の負極側ポンプ２２と、第２の負極側タンク２３と、第２の負極側ポンプ２４と、負極側バッファタンク２５と、負極側補助ポンプ２６とを有している。

【0029】

第１の負極側タンク２１は、ＳＯＣが相対的に低い負極電解液、すなわち、還元状態の負極活物質に比べて酸化状態の負極活物質が相対的に多い負極電解液を貯留し、第１の負極側流通配管Ｌ２１を介して第１のセルスタック４に接続されている。第１の負極側ポンプ２２は、第１の負極側タンク２１に対応して設けられ、充電時に第１の負極側タンク２１内の負極電解液を第１のセルスタック４に向けて送出する機能を有している。第１の負極側流通配管Ｌ２１は、三方逆止弁（図示せず）を介して２つに分岐し、一方が第１の負極側タンク２１の上部に接続され、他方が第１の負極側ポンプ２２の吐出側に接続されている。これにより、第１の負極側流通配管Ｌ２１内を流れる負極電解液の向きを充電時と放電時で切り替えることができる。なお、三方逆止弁の代わりに、第１の負極側流通配管Ｌ２１の２つの分岐配管にそれぞれ開閉弁が設けられていてもよい。

【0030】

第２の負極側タンク２３は、ＳＯＣが相対的に高い負極電解液、すなわち、酸化状態の負極活物質に比べて還元状態の負極活物質が相対的に多い負極電解液を貯留し、第２の負極側流通配管Ｌ２２を介して第２のセルスタック５に接続されている。第２の負極側ポンプ２４は、第２の負極側タンク２３に対応して設けられ、放電時に第２の負極側タンク２３内の負極電解液を第２のセルスタック５に向けて送出する機能を有している。第２の負極側流通配管Ｌ２２は、三方逆止弁（図示せず）を介して２つに分岐し、一方が第２の負極側タンク２３の上部に接続され、他方が第２の負極側ポンプ２４の吐出側に接続されている。これにより、第２の負極側流通配管Ｌ２２内を流れる負極電解液の向きを充電時と放電時で切り替えることができる。なお、三方逆止弁の代わりに、第２の負極側流通配管Ｌ２２の２つの分岐配管にそれぞれ開閉弁が設けられていてもよい。

【0031】

負極側バッファタンク２５とこれに対応する負極側補助ポンプ２６は、第３の負極側流通配管Ｌ２３を介して第１のセルスタック４に接続され、第４の負極側流通配管Ｌ２４を介して第２のセルスタック５に接続されている。具体的には、第３の負極側流通配管Ｌ２３は、三方逆止弁（図示せず）を介して２つに分岐し、一方が負極側バッファタンク２５の上部に接続され、他方が三方切替弁Ｖ２１を介して負極側補助ポンプ２６の吐出側に接続されている。第４の負極側流通配管Ｌ２４も、三方逆止弁（図示せず）を介して２つに分岐し、一方が負極側バッファタンク２５の上部に接続され、他方が三方切替弁Ｖ２１を介して負極側補助ポンプ２６に接続されている。なお、三方逆止弁の代わりに、第３の負極側流通配管Ｌ２３の２つの分岐配管と第４の負極側流通配管Ｌ２４の２つの分岐配管にそれぞれ開閉弁が設けられていてもよい。三方切替弁Ｖ２１は、制御装置６により制御され、負極電解液の吐出先を第１のセルスタック４と第２のセルスタック５で切り替えることができる。

【0032】

これにより、充電時には、負極側バッファタンク２５は、第１のセルスタック４から流出した負極電解液を一時的に貯留し、負極側補助ポンプ２６は、その負極電解液を第２のセルスタック５に圧送することができる。また、放電時には、負極側バッファタンク２５は、第２のセルスタック５から流出した負極電解液を一時的に貯留し、負極側補助ポンプ２６は、その負極電解液を第１のセルスタック４に圧送することができる。

【0033】

レドックスフロー電池１の充放電は、電力変換器２を介して各セルスタック４，５の電池セル６０に充放電電流が流れることで行われる。それに応じて、制御装置６により各流体流通機構１０，２０が制御され、電解液の流れる向きが制御される。具体的には、充電時には、第１の正極側ポンプ１２と第１の負極側ポンプ２２が作動し、それにより、第１の正極側タンク１１と第１の負極側タンク２１からそれぞれ第１のセルスタック４に向けて電解液が送出される。そして、三方切替弁Ｖ１１，Ｖ２１が切り替えられることで、補助ポンプ１６，２６による電解液の吐出先がそれぞれ第２のセルスタック５に切り替えられる。また、放電時には、第２の正極側ポンプ１４と第２の負極側ポンプ２４が作動し、それにより、第２の正極側タンク１３と第２の負極側タンク２３からそれぞれ第２のセルスタック５に向けて電解液が送出される。そして、三方切替弁Ｖ１１，Ｖ２１が切り替えられることで、補助ポンプ１６，２６による電解液の吐出先がそれぞれ第１のセルスタック４に切り替えられる。

【0034】

したがって、充電時には、第１の正極側タンク１１内の正極電解液と第１の負極側タンク２１内の負極電解液がそれぞれ第１のセルスタック４に供給される。第１のセルスタック４の正極セル６２内では、正極電解液のＳＯＣが上昇する酸化反応が連続的に進行し、負極セル６４内では、負極電解液のＳＯＣが上昇する還元反応が連続的に進行する。こうして、第１のセルスタック４での充電動作を経てＳＯＣが相対的に高くなった正極電解液は、正極側バッファタンク１５に一時的に貯留された後、正極側補助ポンプ１６の作動により、第２のセルスタック５に供給される。また、第１のセルスタック４での充電動作を経てＳＯＣが相対的に高くなった負極電解液は、負極側バッファタンク２５に一時的に貯留された後、負極側補助ポンプ２６の作動により、同じく第２のセルスタック５に供給される。そして、第２のセルスタック５では、第１のセルスタック４と同様に、正極電解液の酸化反応と負極電解液の還元反応がそれぞれ連続的に進行する。こうして、第２のセルスタック５での充電動作を経てＳＯＣがさらに相対的に高くなった正極電解液は、第２の正極側タンク１３に貯留され、第２のセルスタック５での充電動作を経てＳＯＣがさらに相対的に高くなった負極電解液は、第２の負極側タンク２３に貯留される。

【0035】

一方、放電時には、第２の正極側タンク１３内の正極電解液と第２の負極側タンク２３内の負極電解液がそれぞれ第２のセルスタック５供給される。第２のセルスタック５の正極セル６２内では、正極電解液のＳＯＣが低下する還元反応が連続的に進行し、負極セル６４内では、負極電解液のＳＯＣが低下する酸化反応が連続的に進行する。こうして、第２のセルスタック５での放電動作を経てＳＯＣが相対的に低くなった正極電解液は、正極側バッファタンク１５に一時的に貯留された後、正極側補助ポンプ１６の作動により、第１のセルスタック４に供給される。また、第２のセルスタック５での放電動作を経てＳＯＣが相対的に低くなった負極電解液は、負極側バッファタンク２５に一時的に貯留された後、負極側補助ポンプ２６の作動により、同じく第１のセルスタック４に供給される。そして、第１のセルスタック４では、第２のセルスタック５と同様に、正極電解液の還元反応と負極電解液の酸化反応がそれぞれ連続的に進行する。こうして、第１のセルスタック４での放電動作を経てＳＯＣがさらに相対的に低くなった正極電解液は、第１の正極側タンク１１に貯留され、第２のセルスタック５での放電動作を経てＳＯＣがさらに相対的に低くなった負極電解液は、第１の負極側タンク２１に貯留される。

【0036】

本実施形態によれば、各セルスタック４，５を構成する複数の電池セル６０の一部、具体的には、セルグループ７内の複数の電池セル６０は、互いに流体的に直列に接続されている。これにより、各セルスタック４，５の全ての電池セル６０が流体的に並列に接続される場合に比べて、シャントカレントロスを低減してエネルギー効率を向上させることができる。また、こうした流路構成により、レドックスフロー電池１の運転をより定常状態に近づけることができる。そのため、ＳＯＣの典型的な使用範囲が２０～８０％であると考えられるところ、それよりも広範囲（例えば、５～９５％）のＳＯＣにわたって充放電を行うことが可能になり、電解液の有効利用率を高めることができる。

【0037】

加えて、本実施形態では、第１のセルスタック４と第２のセルスタック５との間に補助ポンプ１６，２６が設けられている。これにより、高出力化の要求に応じて２つのセルスタック４，５が設けられたことに伴い、各電解液が２つのセルスタック４，５を直列に通過するために必要な圧力が増加したとしても、その一部を補助ポンプ１６，２６に負担させることができる。その結果、充電時には、第１の正極側ポンプ１２と第１の負極側ポンプ２２の吐出圧力がそれぞれ過度に上昇することを抑制することができ、放電時には、第２の正極側ポンプ１４と第２の負極側ポンプ２４の吐出圧力がそれぞれ過度に上昇することを抑制することができる。こうして、高出力と高効率を両立するＲＦＢシステム１００を実現することができる。

【0038】

ポンプ１２，１４，２２，２４，１６，２６の性能が許せば、各セルスタック４，５を構成する全ての電池セル６０が互いに流体的に直列に接続されていてもよい。ただし、このような構成は、電解液がセルスタック４，５を通過する際の圧力損失が必然的に大きくなり、より大きなポンプ動力が必要となるため、コスト面で好ましくない。したがって、必要なポンプ動力の増大を極力抑制しながらシャントカレントロスの低減が可能になる点で、本実施形態のように、セルグループ７内でのみ複数の電池セル６０が互いに流体的に直列に接続されていることが好ましい。

【0039】

正極側バッファタンク１５は必ずしも設けられている必要はなく、正極側補助ポンプ１６の吸込側には、三方切替弁を介して第３および第４の正極側流通配管Ｌ１３，Ｌ１４が接続されていてもよい。同様に、負極側バッファタンク２５は必ずしも設けられている必要はなく、負極側補助ポンプ２６の吸込側には、三方切替弁を介して第３および第４の負極側流通配管Ｌ２３，Ｌ２４が接続されていてもよい。ただし、安定的に運転を継続するという観点からは、本実施形態のように、各セルスタック４，５から流出した電解液をバッファタンク１５，２５に一時的に貯留した後、補助ポンプ１６，２６で送り出すことが好ましい。

【0040】

本実施形態では、２つのセルスタック４，５での放電動作を経てＳＯＣが最も低くなった電解液は、それぞれ専用のタンク１１，２１に貯留され、２つのセルスタック４，５での充電動作を経てＳＯＣが最も高くなった電解液も、それぞれ専用のタンク１３，２３に貯留される。そのため、各タンク１１，１３，２１，２３の容積が必然的に大きくなる。バッファタンク１５，２５が設けられていることは、こうした大型の専用タンクの代わりに、より小型の複数の共用タンクを使用することを可能にし、それにより、タンク配置の自由度を高めてレドックスフロー電池１の設置面積の低減が期待できる点でも好ましい。

【0041】

以下、図４を参照して、複数の共用タンクによる電解液の貯留動作について説明する。図４は、３つの共用タンクを用いた場合の電解液の貯留動作を示す模式図であり、レドックスフロー電池の充電が状態Ｉから状態ＶＩＩへと進むにつれて共用タンク内の電解液が変化する様子を示している。なお、以下の説明は、当然ながら、正極電解液と負極電解液のいずれにも該当し、放電時の電解液の貯留動作にも該当する。また、以下の説明を含め、これ以降、２つのセルスタック４，５での充電動作を経てＳＯＣが最も高くなった状態を「高ＳＯＣ」といい、２つのセルスタック４，５での放電動作を経てＳＯＣが最も低くなった状態を「低ＳＯＣ」という場合があり、２つのセルスタック４，５のうち１つのセルスタックでの充電動作または放電動作を経た後のＳＯＣが中間の状態を「中間ＳＯＣ」という場合がある。

【0042】

全ての共用タンクに低ＳＯＣの電解液が貯留された状態で充電は開始され（状態Ｉ）、右側の共用タンクから第１のセルスタックに低ＳＯＣの電解液が供給される。充電が進むと、第１のセルスタックでの充電動作を経た中間ＳＯＣの電解液が一時的にバッファタンクに貯留されることで、右側の共用タンクが空になる（状態ＩＩ）。右側の共用タンクが空になると、中央の共用タンクから低ＳＯＣの電解液が供給され始め、空になった右側の共用タンクには、バッファタンクから第２のセルスタックを経た高ＳＯＣの電解液が貯留される（状態ＩＩＩ）。さらに、充電が進むと、右側の共用タンクに高ＳＯＣの電解液が貯留され続ける一方、中央の共用タンクが空になり、左側の共用タンクからの低ＳＯＣの電解液の供給が開始される（状態ＩＶ）。そして、右側の共用タンクが高ＳＯＣの電解液で満たされると、中央の共用タンクに高ＳＯＣの電解液が貯留される（状態Ｖ）。その後、左側の共用タンクが空になると（状態ＶＩ）、中央の共用タンクが高ＳＯＣの電解液が満たされた後、左側の共用タンクに高ＳＯＣの電解液が貯留される。最終的に、左側の共用タンクが高ＳＯＣの電解液で満たれると（状態ＶＩＩ）、充電は終了する。こうして、低ＳＯＣの電解液と高ＳＯＣの電解液を貯留するために、それぞれの共用タンクが共用される。

【0043】

一般に、レドックスフロー電池では、電池反応に伴う発熱によって電解液の温度が上昇すると、電解液が劣化して電池性能の低下を招いたり、電池セルの構成要素（セルフレームや双極板など）が熱によるダメージを受けたりするおそれがある。このような温度上昇は、本実施形態のようにセルグループ７内の複数の電池セル６０を電解液が直列に流れる構成で顕著になる可能性がある。これは、本実施形態のような構成では、セルスタック内の全ての電池セルを電解液が並列に流れる構成に比べて、反応量に対する電解液の流量が相対的に小さくなるためである。このため、正極側流体流通機構１０の各流通配管Ｌ１１～Ｌ１４には、図示したように、各セルスタック４，５から流出する正極電解液を冷却する熱交換器Ｈ１～Ｈ４が設けられていることが好ましい。同様に、負極側流体流通機構２０の各流通配管Ｌ２１～Ｌ２４には、図示したように、各セルスタック４，５から流出する負極電解液を冷却する熱交換器Ｈ５～Ｈ８が設けられていることが好ましい。

【0044】

（第２の実施形態）
図５は、本発明の第２の実施形態に係るレドックスフロー電池の概略構成図である。本実施形態は、レドックスフロー電池の充放電を制御するためにその運転状態を把握するための測定機器が新たに設けられている点で第１の実施形態と異なっている。また、本実施形態は、正極側流体流通機構および負極側流体流通機構のそれぞれに電解液の流れを切り替えるための配管が追加されている点でも、第１の実施形態と異なっている。以下、そうした相違点を中心に説明する。

【0045】

レドックスフロー電池１の運転開始から定常運転に達するまでの間、あるいは運転中に運転条件を変更してから再び定常運転に達するまでの間には、未反応の活物質を多く含む電解液がセルスタック４，５から流出することがある。その場合、充電時には、高ＳＯＣの電解液用のタンク１３，２３に、所望のＳＯＣ（例えば、８０～９５％）よりも低いＳＯＣの電解液が貯留されることになる。同様に、放電時には、低ＳＯＣの電解液用のタンク１１，２１に、所望のＳＯＣ（例えば、５～２０％）よりも高いＳＯＣの電解液が貯留されることになる。このようなＳＯＣの異なる電解液の混合は、充放電効率の観点から好ましくない。そこで、本実施形態では、制御装置６が、レドックスフロー電池１の運転状態に応じて充放電量を調整することでセルスタック４，５から流出する電解液のＳＯＣを調整するＳＯＣ制御を実行する。そのために、レドックスフロー電池１は、その運転状態を把握するためのいくつかの測定機器を備えている。

【0046】

具体的には、レドックスフロー電池１は、第４の正極側流通配管Ｌ１４に設けられた第１の正極側流量計３１と、第４の負極側流通配管Ｌ２４に設けられた第１の負極側流量計４１と、第４の正極側流通配管Ｌ１４と第４の負極側流通配管Ｌ２４との間に設けられた第１の電位差測定装置５１とを有している。

【0047】

第１の正極側流量計３１は、充電時に第２のセルスタック５に流入する正極電解液の流量を測定する機能を有し、第１の負極側流量計４１は、充電時に第２のセルスタック５に流入する負極電解液の流量を測定する機能を有している。第１の電位差測定装置５１は、電池セル６０と同様に構成され、充電時に第４の正極側流通配管Ｌ１４から抜き出された正極電解液と第４の負極側流通配管Ｌ２４から抜き出された負極電解液とが供給されるモニタセルを有している。第１の電位差測定装置５１は、そのモニタセルの開放電圧を計測することで、充電時に第２のセルスタック５に流入する正極電解液と負極電解液との電位差を測定する機能を有している。なお、第１の電位差測定装置５１のモニタセルとして、第２のセルスタック５内の一部の電池セル６０を用いてもよく、その場合、一部の電池セル６０は、他の電池セル６０とは電気的に分離されて充放電には寄与しない。また、第１の電位差測定装置５１は、モニタセルを有するものに限定されず、他の公知の技術を用いて上記電位差を測定するようになっていてもよい。

【0048】

また、レドックスフロー電池１は、第３の正極側流通配管Ｌ１３に設けられた第２の正極側流量計３２と、第３の負極側流通配管Ｌ２３に設けられた第２の負極側流量計４２と、第３の正極側流通配管Ｌ１３と第３の負極側流通配管Ｌ２３との間に設けられた第２の電位差測定装置５２とを有している。

【0049】

第２の正極側流量計３２は、放電時に第１のセルスタック４に流入する正極電解液の流量を測定する機能を有し、第２の負極側流量計４２は、充電時に第１のセルスタック４に流入する負極電解液の流量を測定する機能を有している。第２の電位差測定装置５２は、電池セル６０と同様に構成され、放電時に第３の正極側流通配管Ｌ１３から抜き出された正極電解液と第３の負極側流通配管Ｌ２３から抜き出された負極電解液とが供給されるモニタセルを有している。第２の電位差測定装置５２は、そのモニタセルの開放電圧を計測することで、放電時に第１のセルスタック４に流入する正極電解液と負極電解液との電位差を測定する機能を有している。なお、第２の電位差測定装置５２のモニタセルとして、第１のセルスタック５内の一部の電池セル６０を用いてもよく、その場合、一部の電池セル６０は、他の電池セル６０とは電気的に分離されて充放電には寄与しない。また、第２の電位差測定装置５２は、モニタセルを有するものに限定されず、他の公知の技術を用いて上記電位差を測定するようになっていてもよい。

【0050】

充電時には、制御装置６は、第１の正極側流量計３１、第１の負極側流量計４１、および、第１の電位差測定装置５１の測定値に基づいて、セルスタック部３への充電量、すなわち、セルスタック４，５への充電電流と各電解液の流量とを調整する。具体的には、制御装置６は、まず、第１の電位差測定装置５１の測定値に基づいて、第２のセルスタック５に流入する各電解液のＳＯＣを算出する。このときの電解液のＳＯＣは、例えば、正極電解液と負極電解液との電位差とＳＯＣとの相関関係を予め取得しておき、その相関関係に基づいて算出することができる。そして、制御装置６は、第２のセルスタック５に流入する各電解液のＳＯＣ（算出値）および流量（測定値）に基づいて、第２のセルスタック５から流出する各電解液のＳＯＣが目標値（例えば、８０～９５％）以上になるように、電力変換器２を制御するとともに、各流体流通機構１０，２０、すなわち、ポンプ１２，１４，２２，２４，１６，２６を制御する。こうして、レドックスフロー電池１の運転状態に応じて、セルスタック４，５への充電電流と各電解液の流量とが調整され、それにより、第２のセルスタック５から流出する各電解液のＳＯＣが所望の値になるように調整される。

【0051】

一方、放電時には、制御装置６は、第２の正極側流量計３２、第２の負極側流量計４２、および、第２の電位差測定装置５２の測定値に基づいて、セルスタック部３からの放電量、すなわち、セルスタック４，５からの放電電流と各電解液の流量とを調整する。具体的には、制御装置６は、まず、第２の電位差測定装置５２の測定値に基づいて、第１のセルスタック４に流入する各電解液のＳＯＣを算出する。このときの電解液のＳＯＣは、例えば、上述したのと同様の方法で算出することができる。そして、制御装置６は、第１のセルスタック４に流入する各電解液のＳＯＣ（算出値）および流量（測定値）に基づいて、第１のセルスタック４から流出する各電解液のＳＯＣが目標値（例えば、５～２０％）以下になるように、電力変換器２を制御するとともに、各流体流通機構１０，２０、すなわち、ポンプ１２，１４，２２，２４，１６，２６を制御する。こうして、レドックスフロー電池１の運転状態に応じて、セルスタック４，５からの放電電流と各電解液の流量とが調整され、それにより、第１のセルスタック４から流出する各電解液のＳＯＣが所望の値になるように調整される。

【0052】

制御装置６による電解液のＳＯＣ制御は、上述したフィードフォワード的な制御（第１のＳＯＣ制御）に限定されず、後述するように、フィードバック的な制御を組み合わせた制御（第２のＳＯＣ制御）であってもよい。そのために、レドックスフロー電池１は、さらにいくつかの測定機器を備えている。

【0053】

具体的には、レドックスフロー電池１は、第２の正極側流通配管Ｌ１２に設けられた第３の正極側流量計３３と、第２の負極側流通配管Ｌ２２に設けられた第３の負極側流量計４３と、第２の正極側流通配管Ｌ１２と第２の負極側流通配管Ｌ２２との間に設けられた第３の電位差測定装置５３とを有している。

【0054】

第３の正極側流量計３３は、充電時に第２のセルスタック５から流出する正極電解液の流量を測定する機能を有し、第３の負極側流量計４３は、充電時に第２のセルスタック５から流出する負極電解液の流量を測定する機能を有している。第３の電位差測定装置５３は、電池セル６０と同様に構成され、充電時に第２の正極側流通配管Ｌ１２から抜き出された正極電解液と第２の負極側流通配管Ｌ２２から抜き出された負極電解液とが供給されるモニタセルを有している。第３の電位差測定装置５３は、そのモニタセルの開放電圧を計測することで、充電時に第２のセルスタック５から流出する正極電解液と負極電解液との電位差を測定する機能を有している。なお、第３の電位差測定装置５３のモニタセルとして、第２のセルスタック５内の一部の電池セル６０を用いてもよく、その場合、一部の電池セル６０は、他の電池セル６０とは電気的に分離されて充放電には寄与しない。また、第３の電位差測定装置５３は、モニタセルを有するものに限定されず、他の公知の技術を用いて上記電位差を測定するようになっていてもよい。

【0055】

また、レドックスフロー電池１は、第１の正極側流通配管Ｌ１１に設けられた第４の正極側流量計３４と、第１の負極側流通配管Ｌ２１に設けられた第４の負極側流量計４４と、第１の正極側流通配管Ｌ１１と第１の負極側流通配管Ｌ２１との間に設けられた第４の電位差測定装置５４とを有している。

【0056】

第４の正極側流量計３４は、放電時に第１のセルスタック４から流出する正極電解液の流量を測定する機能を有し、第４の負極側流量計４４は、充電時に第１のセルスタック４から流出する負極電解液の流量を測定する機能を有している。第４の電位差測定装置５４は、電池セル６０と同様に構成され、放電時に第１の正極側流通配管Ｌ１１から抜き出された正極電解液と第１の負極側流通配管Ｌ２１から抜き出された負極電解液とが供給されるモニタセルを有している。第４の電位差測定装置５４は、そのモニタセルの開放電圧を計測することで、放電時に第１のセルスタック４から流出する正極電解液と負極電解液との電位差を測定する機能を有している。なお、第４の電位差測定装置５４のモニタセルとして、第１のセルスタック４内の一部の電池セル６０を用いてもよく、その場合、一部の電池セル６０は、他の電池セル６０とは電気的に分離されて充放電には寄与しない。また、第４の電位差測定装置５４は、モニタセルを有するものに限定されず、他の公知の技術を用いて上記電位差を測定するようになっていてもよい。

【0057】

フィードフォワード的な制御とフィードバック的な制御とを組み合わせた第２のＳＯＣ制御は、充電時と放電時でそれぞれ以下のように行われる。

【0058】

充電時には、制御装置６は、第１および第３の正極側流量計３１，３３、第１および第３の負極側流量計４１，４３、および、第１および第３の電位差測定装置５１，５３の測定値に基づいて、セルスタック部３への充電量、すなわち、セルスタック４，５への充電電流と各電解液の流量とを調整する。具体的には、制御装置６は、まず、第１の電位差測定装置５１の測定値に基づいて、第２のセルスタック５に流入する各電解液のＳＯＣを算出し、第３の電位差測定装置５３の測定値に基づいて、第２のセルスタック５から流出する各電解液のＳＯＣを算出する。このときの電解液のＳＯＣは、例えば、上述したのと同様の方法で算出することができる。そして、制御装置６は、第２のセルスタック５に流入する各電解液のＳＯＣ（算出値）および流量（測定値）と、第２のセルスタック５から流出する各電解液のＳＯＣ（算出値）および流量（測定値）とに基づいて、第２のセルスタック５から流出する各電解液のＳＯＣが目標値（例えば、８０～９５％）以上になるように、電力変換器２を制御するとともに、各流体流通機構１０，２０、すなわち、ポンプ１２，１４，２２，２４，１６，２６を制御する。こうして、レドックスフロー電池１の運転状態に応じて、セルスタック４，５への充電電流と各電解液の流量とが調整され、それにより、第２のセルスタック５から流出する各電解液のＳＯＣが所望の値になるように調整される。

【0059】

一方、放電時には、制御装置６は、第２および第４の正極側流量計３２，３４、第２および第４の負極側流量計４２，４４、および、第２および第４の電位差測定装置５２，５４の測定値に基づいて、セルスタック部３からの放電量、すなわち、セルスタック４，５からの放電電流と各電解液の流量とを調整する。具体的には、制御装置６は、まず、第２の電位差測定装置５２の測定値に基づいて、第１のセルスタック４に流入する各電解液のＳＯＣを算出し、第４の電位差測定装置５４の測定値に基づいて、第１のセルスタック４から流出する各電解液のＳＯＣを算出する。このときの電解液のＳＯＣは、例えば、上述したのと同様の方法で算出することができる。そして、制御装置６は、第１のセルスタック４に流入する各電解液のＳＯＣ（算出値）および流量（測定値）と、第１のセルスタック４から流出する各電解液のＳＯＣ（算出値）および流量（測定値）とに基づいて、第１のセルスタック４から流出する各電解液のＳＯＣが目標値（例えば、５～２０％）以下になるように、電力変換器２を制御するとともに、各流体流通機構１０，２０、すなわち、ポンプ１２，１４，２２，２４，１６，２６を制御する。こうして、レドックスフロー電池１の運転状態に応じて、セルスタック４，５からの放電電流と各電解液の流量とが調整され、それにより、第１のセルスタック４から流出する各電解液のＳＯＣが所望の値になるように調整される。

【0060】

なお、上述した２つのＳＯＣ制御では、必ずしも調整代を大きく確保できるわけではないため、場合によっては、レドックスフロー電池１の運転状態の変化に対応できず、所望のＳＯＣ制御が困難になることも考えられる。そのような場合を想定して、２つのセルスタック４，５のうち１つのセルスタックでの充電動作または放電動作を経た中間ＳＯＣの電解液の少なくとも一部を、そのセルスタックの上流側に還流させるようになっていてもよい。すなわち、正極側流体流通機構１０が、図示したように、第４の正極側流通配管Ｌ１４と第１の正極側流通配管Ｌ１１とを接続する第１の正極側還流配管Ｌ１５と、第３の正極側流通配管Ｌ１３と第２の正極側流通配管Ｌ１２とを接続する第２の正極側還流配管Ｌ１６とを有していてもよい。また、負極側流体流通機構２０が、第４の負極側流通配管Ｌ２４と第１の負極側流通配管Ｌ２１とを接続する第１の負極側還流配管Ｌ２５と、第３の負極側流通配管Ｌ２３と第２の負極側流通配管Ｌ２２とを接続する第２の負極側還流配管Ｌ２６とを有していてもよい。

【0061】

第１の正極側還流配管Ｌ１５は、三方切替弁Ｖ１２を介して第４の正極側流通配管Ｌ１４に接続され、充電時に正極側補助ポンプ１６から吐出された正極電解液を第１の正極側流通配管Ｌ１１に還流させる機能を有している。第２の正極側還流配管Ｌ１６は、三方切替弁Ｖ１３を介して第３の正極側流通配管Ｌ１３に接続され、放電時に正極側補助ポンプ１６から吐出された正極電解液を第２の正極側流通配管Ｌ１２に還流させる機能を有している。第１の負極側還流配管Ｌ２５は、三方切替弁Ｖ２２を介して第４の負極側流通配管Ｌ２４に接続され、充電時に負極側補助ポンプ２６から吐出された負極電解液を第１の負極側流通配管Ｌ２１に還流させる機能を有している。第２の負極側還流配管Ｌ２６は、三方切替弁Ｖ２３を介して第３の負極側流通配管Ｌ２３に接続され、放電時に負極側補助ポンプ２６から吐出された負極電解液を第２の負極側流通配管Ｌ２２に還流させる機能を有している。

【0062】

電解液の還流動作は、第２のＳＯＣ制御の実行中に行われることが好ましい。それを行うか否かは、２つのセルスタック４，５での充電動作または放電動作を経た電解液のＳＯＣ（算出値）が目標値と比較され、そのＳＯＣが目標値に達するか否か、あるいは、目標値に達することが予測されるか否かに基づいて判断される。

【0063】

すなわち、充電時には、充電量の調整を行っても、第２のセルスタック５から流出する各電解液のＳＯＣ（算出値）が目標値（例えば、８０～９５％）以上にならない場合、あるいは、目標値にならないことが予測される場合に、各電解液の還流動作が実行される。具体的には、三方切替弁Ｖ１２が切り替えられることで、第４の正極側流通配管Ｌ１４を流れる正極電解液の少なくとも一部が、第１の正極側還流配管Ｌ１５を介して第１のセルスタック４の上流側に還流する。また、三方切替弁Ｖ２２が切り替えられることで、第４の負極側流通配管Ｌ２４を流れる負極電解液の少なくとも一部が、第１の負極側還流配管Ｌ２５を介して第１のセルスタック４の上流側に還流する。

【0064】

一方、放電時には、放電量の調整を行っても、第１のセルスタック４から流出する各電解液のＳＯＣ（算出値）が目標値（例えば、５～２０％）以下にならない場合、あるいは、目標値にならないことが予測される場合に、各電解液の還流動作が実行される。具体的には、三方切替弁Ｖ１３が切り替えられることで、第３の正極側流通配管Ｌ１３を流れる正極電解液の少なくとも一部が、第２の正極側還流配管Ｌ１６を介して第２のセルスタック５の上流側に還流する。また、三方切替弁Ｖ２３が切り替えられることで、第３の負極側流通配管Ｌ１３を流れる負極電解液の少なくとも一部が、第２の負極側還流配管Ｌ２６を介して第２のセルスタック５の上流側に還流する。

【0065】

（第３の実施形態）
図６は、本発明の第３の実施形態に係るレドックスフロー電池の概略構成図である。本実施形態は、レドックスフロー電池の運転状態を把握するためのさらなる測定機器と、その運転状態を改善するための機構が新たに設けられている点で第２の実施形態と異なっている。以下、そうした相違点を中心に説明する。なお、図６では、便宜上、図５に示す還流配管の図示を省略している。

【0066】

ところで、レドックスフロー電池では、特にＳＯＣが高い状態での充電時に、負極電極において水素ガスが発生する副反応が起こることがある。このような水素ガスの発生は、正極電解液のＳＯＣと負極電解液のＳＯＣとのバランスの崩れを引き起こし、ひいては電池容量の低下を引き起こすおそれがある。そのため、レドックスフロー電池の運転中には、正極電解液と負極電解液との間でＳＯＣのバランスが崩れているか否かを監視することが好ましく、バランスが崩れている場合には、それを適宜調整することが好ましい。なお、正極電解液のＳＯＣと負極電解液のＳＯＣのバランスを調整することは、各セルスタック４，５を流通する正極電解液と負極電解液との間でＳＯＣのバランスが取れていることを前提とする第２の実施形態のＳＯＣ制御を適切に実行するためにも好ましい。

【0067】

そこで、レドックスフロー電池１は、電解液間でＳＯＣのバランスが崩れているか否かを監視するために、４つの電位差測定装置５５～５８をさらに有している。すなわち、レドックスフロー電池１は、第２の正極側流通配管Ｌ１２に設けられた第５の電位差測定装置５５と、第２の負極側流通配管Ｌ２２に設けられた第６の電位差測定装置５６と、第１の正極側流通配管Ｌ１１に設けられた第７の電位差測定装置５７と、第１の負極側流通配管Ｌ２１に設けられた第８の電位差測定装置５８とを有している。そして、制御装置６は、これらの測定値に加え、第１から第４の正極側流量計３１～３４、第１から第４の負極側流量計４１～４４、および第１から第４の電位差測定装置５１～５４の測定値に基づいて、電解液間でＳＯＣのバランスが崩れているか否かを判定する。

【0068】

第５の電位差測定装置５５は、電池セル６０と同様に構成され、充電時に第４の正極側流通配管Ｌ１４から抜き出された正極電解液と第２の正極側流通配管Ｌ１２を流れる正極電解液とが供給されるモニタセルを有している。第５の電位差測定装置５５は、そのモニタセルの開放電圧を計測することで、充電時に第２のセルスタック５に流入する正極電解液と第２のセルスタック５から流出する正極電解液との電位差を測定する機能を有している。第６の電位差測定装置５６は、電池セル６０と同様に構成され、充電時に第４の負極側流通配管Ｌ２４から抜き出された負極電解液と第２の負極側流通配管Ｌ２２を流れる負極電解液とが供給されるモニタセルを有している。第６の電位差測定装置５６は、そのモニタセルの開放電圧を計測することで、充電時に第２のセルスタック５に流入する負極電解液と第２のセルスタック５から流出する負極電解液との電位差を測定する機能を有している。なお、第５の電位差測定装置５５と第６の電位差測定装置５６は、それぞれモニタセルを有するものに限定されず、他の公知の技術を用いて上記電位差を測定するようになっていてもよい。

【0069】

第７の電位差測定装置５７は、電池セル６０と同様に構成され、放電時に第３の正極側流通配管Ｌ１３から抜き出された正極電解液と第１の正極側流通配管Ｌ１１を流れる正極電解液とが供給されるモニタセルを有している。第７の電位差測定装置５７は、そのモニタセルの開放電圧を計測することで、放電時に第１のセルスタック４に流入する正極電解液と第１のセルスタック４から流出する正極電解液との電位差を測定する機能を有している。第８の電位差測定装置５８は、電池セル６０と同様に構成され、放電時に第３の負極側流通配管Ｌ２３から抜き出された負極電解液と第１の負極側流通配管Ｌ２１を流れる負極電解液とが供給されるモニタセルを有している。第８の電位差測定装置５８は、そのモニタセルの開放電圧を計測することで、放電時に第１のセルスタック４に流入する負極電解液と第１のセルスタック４から流出する負極電解液との電位差を測定する機能を有している。なお、第７の電位差測定装置５７と第８の電位差測定装置５８は、それぞれモニタセルを有するものに限定されず、他の公知の技術を用いて上記電位差を測定するようになっていてもよい。

【0070】

正極電解液と負極電解液との間でＳＯＣのバランスが取れていれば、各セルスタック４，５を通過する前後での正極電解液のＳＯＣ差と負極電解液のＳＯＣ差とは同じはずである。一方で、上述したように、正極電解液と負極電解液との電位差とＳＯＣとの間には相関関係があることが知られているが、各電解液の電位（水素電位を基準とした電位）とＳＯＣとの間にもそれぞれ相関関係があることが知られている。また、正極電解液のＳＯＣに対する電位の変化と、負極電解液のＳＯＣに対する電位の変化は、正負の符号を除いて実質的に同じであることも知られている。したがって、正極電解液と負極電解液との間でＳＯＣのバランスが取れていれば、各セルスタック４，５を通過する前後での正極電解液の電位差と負極電解液の電位差とは、正負の符号を除いて実質的に同じはずである。この考え方に基づけば、各セルスタック４，５を通過する前後での正極電解液の電位差と負極電解液の電位差との絶対値の差を見ることで、正極電解液と負極電解液との間でＳＯＣのバランスが崩れているか否かを判断することができる。ただし、実際には、レドックスフロー電池１の運転中に正負極間で電解液の移動（クロスオーバー）が生じることがあるため、その判断には、レドックスフロー電池１の運転状態を示す他の指標も考慮する必要がある。

【0071】

このため、電解液間でＳＯＣのバランスが崩れているか否かは、上述したように、第５から第８の電位差測定装置５５～５８の測定値に加え、第１から第４の正極側流量計３１～３４、第１から第４の負極側流量計４１～４４、および第１から第４の電位差測定装置５１～５４の測定値に基づいて判断される。具体的には、充電時には、まず、第５の電位差測定装置５５の測定値と第６の電位差測定装置５６の測定値との差（すなわち、第２のセルスタック５を通過する前後での正極電解液の電位差と負極電解液の電位差との差）が算出される。そして、算出された差と、第１および第３の正極側流量計３１，３３、第１および第３の負極側流量計４１，４３、および、第１および第３の電位差測定装置５１，５３の測定値とに基づいて、電解液間でＳＯＣのバランスが崩れているか否かが判定され、それにより、そのバランスを調整する必要があるか否かが判断される。一方、放電時には、まず、第７の電位差測定装置５７の測定値と第８の電位差測定装置５８の測定値との差（すなわち、第２のセルスタック５を通過する前後での正極電解液の電位差と負極電解液の電位差との差）が算出される。そして、算出された差と、第２および第４の正極側流量計３２，３４、第２および第４の負極側流量計４２，４４、および、第２および第４の電位差測定装置５２，５４の測定値とに基づいて、電解液間でＳＯＣのバランスが崩れているか否かが判定され、それにより、そのバランスを調整する必要があるか否かが判断される。

【0072】

こうして、制御装置６により電極液間のＳＯＣのバランスを調整する必要があると判断されると、必要に応じて充電時または放電時に、上述したように、ＳＯＣのバランスを調整するための処理が実行されることが好ましい。そのために、レドックスフロー電池１は、再生装置７１と、燃料電池セルユニット７２とを有している。

【0073】

再生装置７１は、充電時にＳＯＣのバランス調整を行うものであり、正極電解液中の正極活物質を還元することで電解液を再生する機能を有している。再生装置７１は、上流側では、三方切替弁Ｖ１４を介して第４の正極側流通配管Ｌ１４に接続され、下流側では正極側バッファタンク１５に接続されている。制御装置６により電極液間のＳＯＣのバランスを調整する必要があると判断されると、充電時に、三方切替弁Ｖ１４が切り替えられ、正極側補助ポンプ１６から吐出された正極電解液の少なくとも一部が再生装置７１に供給される。再生装置７１では、正極電解液中の正極活物質が還元されることで正極電解液が再生され、再生された正極電解液は、正極側バッファタンク１５に還流されて貯留される。なお、再生装置７１は、上述した機能を有する限り、公知の任意の構成を有していてよい。

【0074】

燃料電池セルユニット７２は、放電時にＳＯＣのバランス調整を行うものであり、正極活物質および水素ガスの酸化還元反応を利用して充放電を行う電池セル（別の電池セル）を有している。詳細は図示しないが、燃料電池セルユニット７２の電池セルは、正極電極を収容し、正極活物質を含む正極電解液が供給される正極セルと、負極電極を収容し、水素ガスが供給される負極セルと、正極セルと負極セルとを分離する隔膜とを有している。正極セルでは、酸化状態の正極活物質が還元状態に変化する還元反応が起こり、負極セルでは、水素ガスが水素イオンと電子に解離する酸化反応が起こる。正極セルには、三方切替弁Ｖ１５を介して第２の正極側流通配管Ｌ１２から正極電解液が供給される一方、負極セルには、第２の負極側流通配管Ｌ２２に設けられた水素回収装置７３から水素ガスが供給される。水素回収装置７３は、充電時に第２のセルスタック５から流出する負極電解液から水素ガスを分離して回収するものであり、負極電解液から水素ガスを分離する気液分離部７４と、気液分離部７４で分離された水素ガスを回収して貯蔵する水素貯蔵部７５とを有している。水素貯蔵部７５は、水素ガスを貯蔵し、必要に応じて燃料電池セルユニット７２に供給できるようになっている限り、公知の任意の構成を有していてよい。

【0075】

制御装置６により電極液間のＳＯＣのバランスを調整する必要があると判断されると、三方切替弁Ｖ１５が切り替えられ、第２の正極側ポンプ１４から吐出された正極電解液の少なくとも一部が燃料電池セルユニット７０に供給される。燃料電池セルユニット７０では、水素回収装置７３の水素貯槽部７５ガスから供給された水素ガスとの還元反応を通じて正極電解液が再生される。再生された正極電解液は、第２のセルスタック５をバイパスして第４の正極側流通配管Ｌ１４に合流し、正極側バッファタンク１５に貯留される。このような燃料電池セルユニット７０によるＳＯＣのバランス調整は、再生装置７１によるものとは異なり、稼働のための電力を必要としない点で有利である。水素回収装置７３の代わりに、別の水素ガス供給源が設けられていてもよいが、上述した副反応により発生する水素ガスを回収することができ、それにより、正極電解液と負極電解液との間でＳＯＣのバランスが崩れることも抑制することができる点で、水素回収装置７３が設けられていることが好ましい。

【0076】

なお、上述したように、レドックスフロー電池１の運転中にはクロスオーバーが生じることがあるため、運転が長期間にわたると、正極電解液と負極電解液との液量差が大きくなり、電池容量の低下を引き起こすおそれがある。このような液量差を是正するために、第１の正極側１１タンクと第１の負極側タンク２１は流体的に接続されていることが好ましい。すなわち、第１の正極側１１タンクと第１の負極側タンク２１は、流体移送配管Ｌ１を介して接続されていることが好ましい。流体移送配管Ｌ１は、一方で三方切替弁Ｖ１６を介して第１の正極側流通配管Ｌ１１に接続され、他方で三方切替弁Ｖ２４を介して第１の負極側流通配管Ｌ２１に接続されている。制御装置６は、必要に応じて、正極側流体流通機構１０内の正極電解液の総液量と負極側流体流通機構２０内の負極電解液の総液量との差を監視し、その差が所定値以上になった場合に、タンク１１，２１間で電解液を移送させる。具体的には、三方切替弁Ｖ１６，Ｖ２４が切り替えられ、第１の正極側ポンプ１２の作動により、第１の正極側１１タンク内の正極電解液が第１の負極側タンク２１に移送されるか、あるいは、第１の負極側ポンプ２２の作動により、第１の負極側タンク２１内の負極電解液が第１の正極側１１タンクに移送される。

【0077】

（第４の実施形態）
図７は、本発明の第４の実施形態に係るレドックスフロー電池の概略構成図である。本実施形態は、第１および第２のセルスタックに加え、別のセルスタックが設けられている点で第１の実施形態と異なっている。以下、そうした相違点を中心に説明する。

【0078】

上述した実施形態によれば、レドックスフロー電池１を定常的に運転することが好ましく、それにより、より広範囲のＳＯＣにわたって充放電を行うことが可能になる。その反面、充放電の切り替えに比較的時間を要するため、例えば、再生可能エネルギーの短周期の出力変動に対応することは困難である。こうした課題に対応するために、本実施形態のレドックスフロー電池１は、第１および第２のセルスタック４，５とは電気的に独立した第３のセルスタック８を有している。

【0079】

第３のセルスタック８は、第１および第２のセルスタック４，５と同様に、正極活物質および負極活物質の酸化還元反応を利用して充放電を行うものであり、積層された複数の電池セル（別の電池セル）を有している。これら複数の電池セルの流体的な接続は、直列であっても並列であってもよく、あるいは、電池セル６０と同様に、直列と並列の組み合わせであってもよい。第３のセルスタック８は、正極側往路配管Ｌ３１を介して正極側補助ポンプ１６の吐出側に接続され、正極側復路配管Ｌ３２を介して正極側バッファタンク１５の上部に接続されている。これにより、第３のセルスタック８と正極側バッファタンク１５との間で正極電解液を循環させる正極側流体循環機構が構成され、したがって、正極側補助ポンプ１６は、そのような正極側流体循環機構の循環ポンプとしても機能する。また、第３のセルスタック８は、負極側往路配管Ｌ４１を介して負極側補助ポンプ２６の吐出側に接続され、負極側復路配管Ｌ４２を介して負極側バッファタンク２５の上部に接続されている。これにより、第３のセルスタック８と負極側バッファタンク２５との間で負極電解液を循環させる負極側流体循環機構が構成され、したがって、負極側補助ポンプ２６は、そのような負極側流体循環機構の循環ポンプとしても機能する。

【0080】

このような構成により、本実施形態では、第１および第２のセルスタック４，５の充放電とは独立して、第３のセルスタック８の充放電を行うことができる。加えて、上述した流体循環機構により、第３のセルスタック８の充放電の切り替えを短時間で行うこともできる。その結果、第１および第２のセルスタック４，５により定常的な運転を行いながら、第３のセルスタック８により、例えば、再生可能エネルギーの短周期の出力変動に対応することもできる。

【符号の説明】

【0081】

１００ レドックスフロー電池（ＲＦＢ）システム
１ レドックスフロー電池
２ 電力変換器
３ セルスタック部
４ 第１のセルスタック
５ 第２のセルスタック
６ 制御装置
７ セルグループ
８ 第３のセルスタック（別の電池セル）
１０ 正極側流体流通機構
１１，１３ 正極側タンク
１２，１４ 正極側ポンプ
１５ 正極側バッファタンク
１６ 正極側補助ポンプ
２０ 負極側流体流通機構
２１，２３ 負極側タンク
２２，２４ 負極側ポンプ
２５ 負極側バッファタンク
２６ 負極側補助ポンプ
３１～３４，４１～４４ 流量計
５１～５８ 電位差測定装置
６０ 電池セル
６２ 正極セル
６４ 負極セル
７１ 再生装置
７２ 燃料電池セルユニット（別の電池セル）
７３ 水素回収装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】