【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は、レドックスフロー電池の運用方法に関するものである。 特に、運転待機時に自己放電などにより生じるエネルギー損失や電解液の劣化を抑制することができるレドックスフロー電池の運転方法に関するものである。 【０００２】 【従来の技術】図3はレドックスフロー電池の動作原理を示す説明図である。 この電池は、イオンが通過できる隔膜103で正極セル100Aと負極セル100Bとに分離されたセル100を具える。 正極セル100Aと負極セル100Bの各々には正極電極104と負極電極105とを内蔵している。 正極セル100Aには、正極用電解液を供給及び排出する正極用タンク101が導管106、107を介して接続されている。 同様に負極セル100Bには、負極用電解液を供給及び排出する負極用タンク102が導管109、110を介して接続されている。 各電解液は、バナジウムイオンなどの価数が変化するイオンの水溶液を用い、ポンプ108、111で循環させ、正極電極104及び負極電極105におけるイオンの価数変化反応に伴って充放電を行う。 バナジウムイオンを含む電解液を用いた場合、セル内で充放電時に生じる反応は次のとおりである。 【０００３】 正極：V ⁴⁺ →V ⁵⁺ ＋e ^- （充電） V ⁴⁺ ←V ⁵⁺ ＋e ^- （放電） 負極：V ³⁺ ＋e ^- →V ²⁺ （充電） V ³⁺ ＋e ^- ←V ²⁺ （放電） 【０００４】図4は、上記の電池に用いるセルスタックの概略構成図である。 通常、上記の電池には、複数のセルが積層されたセルスタック200と呼ばれる構成が利用される。 各セルは、隔膜103の両側にカーボンフェルト製の正極電極104および負極電極105を具える。 そして、
正極電極104と負極電極105の各々の外側には、セルフレーム210が配置される。 【０００５】セルフレーム210は、プラスチック製のフレーム枠212と、その内側に固定されるプラスチックカーボン製の双極板211とを具える。 フレーム枠212には、
マニホールドと呼ばれる複数の孔が形成されている。 １
枚のセルフレームには、例えば下辺に４つ、上辺に４つの合計８つのマニホールドが設けられ、下辺の２つが正極電解液供給用、残り２つが負極電解液供給用、上辺の２つが正極電解液排出用、残り２つが負極電解液排出用となっている。 マニホールドは、多数のセルを積層することで電解液の流路を構成し、図3における導管106、10
7、109、110へとつながっている。 【０００６】通常、負荷平準化を目的としたレドックスフロー電池システムは、図5（A）に示すように、電解液タンク101（102）の液面よりも上にセルスタック200を設置し、運転時、ポンプ108（111）を動作してタンク内の電解液をセルスタック内に供給して循環させている。
そして、運転待機時、図5（B）に示すように、ポンプ10
8（111）を停止し、セルスタック内の電解液はタンク10
1（102）に落ちる構造としている。 【０００７】 【発明が解決しようとする課題】しかし、実際には、セル内の電解液がタンク内に落ちるにはかなりの時間がかかる。 これは、電極の親水性が高く、電解液の粘度も高いためである。 その結果、電解液の循環停止中、充電状態の電解液がセル内に残っていると、シャント電流や隔膜を介した自己放電等によりエネルギー損失を生じる。
さらに、シャント電流や自己放電により発生する熱がセル内にこもり、セルや電解液の劣化の原因にもなる。 【０００８】従って、本発明の主目的は、運転待機時に自己放電などにより生じるエネルギー損失や電解液の劣化を抑制することができるレドックスフロー電池の運転方法を提供することにある。 【０００９】 【課題を解決するための手段】本発明は、運転待機時、
セル内に停留する電解液のみを用いて放電させておくことで上記の目的を達成する。 【００１０】すなわち、本発明レドックスフロー電池の運転方法は、運転時、電解液を貯留するタンクよりセルスタック内のセルに電解液を供給して充放電を行い、運転待機時、電解液の流通を止めた状態でセル内の電解液のみでインバータより放電させておくことを特徴とする。 【００１１】従来、セル内に残存する充電状態の電解液の持つエネルギーは、セル内での自己放電によって消費され、その熱によりセル及び電解液の劣化が生じるおそれがあった。 本発明ではインバータにより放電を行なうことにより、この残存エネルギーをレドックスフロー電池につながる電気系統に返す等して効率的に使用できる。 また、セル内の電解液のみを用いて放電を行うことで、セル内に停留する電解液を放電液とし、シャント電流や隔膜を介した自己放電を防止して、それに伴う発生熱が要因となるセルや電解液の劣化も抑制する。 【００１２】ここで、セルスタックをタンクの電解液液面よりも下に設置することが好ましい。 タンク内の電解液面より下にセルスタックを設置した場合、充電後の待機時、電解液を循環し続けるとか、リザーバタンクを設けてセル内の電解液を待避させる等、エネルギー損失や設備の増設等を伴うシステム構成が必要となる。 本発明では、このような問題を生じることなくシステムを運行させることができる。 また、セルスタックをタンクの電解液液面よりも上に設置しなければ電解液循環の実揚程が小さくなるため、ポンプ循環による電力損失も低減できる。 【００１３】タンクとセルスタックの間における電解液の混合を止めてインバータより放電を行うことが好ましい。 待機時、タンク内の充電液とセル内の放電液が接触しているため、その箇所を中心に自己放電が生じ、エネルギー損失要素の一つとなる。 しかし、両電解液の混合を防止することで、このエネルギー損失を防止できる。
タンク内の充電液とセル内の放電液との混合を防止するには、タンクとセルスタックとをつなぐ配管の途中に開閉バルブを設けることが好適である。 【００１４】また、運転待機後に運転を再開する際、タンク内の電解液と同じ充電深度にセル内の電解液を充電してから、電解液を循環させることが望ましい。 充電して待機後、従来通り電解液を循環して放電をはじめると、セル内の放電液とタンク内の充電液がセル内で混合して自己放電を生じ、セル内で熱が発生してセルや電解液の劣化の可能性があり、若干のエネルギー損失も伴う。 放電後、運転を再開する際にセル内に停留した放電液の充電深度をタンク内の電解液の充電深度と合わせることで、発熱に伴うセルや電解液の劣化やエネルギー損失を抑制することができる。 なお、充電深度が高いとは、バナジウム系電解液の場合、正極では「（5価のVイオン濃度）/（4価＋5価のVイオン濃度）」の比率が大きく、負極では「（2価のVイオン濃度）/（2価＋3価のVイオン濃度）」の比率が大きい状態を言う。 【００１５】さらに、セルスタックを複数個のサブスタックで構成し、そのうちの少なくとも一つのサブスタックをフロート充電に用い、他のサブスタックで電解液の流通を止めた状態にてセル内の電解液のみでインバータより放電することが好ましい。 本発明運転方法を採った場合、待機時におけるセル内の電解液は、通常、完全放電状態であり、停電時などにすぐにセルスタックから放電して対応することができない。 しかし、複数個のサブスタックを用い、その一部をフロート充電しておくことで、フロート充電されているセルスタックから直ちに放電することができ、瞬停などにも支障なく対応できる。
なお、フロート充電とは、充電装置にレドックスフロー電池と負荷とを並列に接続し、電池に常に一定の電圧を加えて充電状態にしておき、停電時や負荷変動時に無瞬断または短時間の停電で電池より負荷へ電力を供給する方式である。 【００１６】 【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明する。 図１は本発明運転方法の説明図で、（A）は電解液循環時、（B）は電解液の循環停止時を示している。 【００１７】この電池システムは、セルスタック1と、
電解液を貯留するタンク2と、タンク2内の電解液をセルスタック1に供給するポンプ3とを具える。 ここでは単一の電解液タンク2しか示していないが、実際には正極電解液と負極電解液の各々にタンクが存在する。 セルスタック1の構成は図3、4で示したものと同様である。 【００１８】本例では、セルスタック1をタンク内電解液面より下に設置し、タンク2とセルスタック1とをつなぐ配管において、ポンプ3とセルスタック1との間に開閉バルブ4を設けている。 また、セルスタック1はインバータ5に接続され、さらにインバータ5は図示しない電気系統に接続されて、インバータ5を介してセルスタック1から充放電できるように構成されている。 【００１９】ここで、通常の充放電運転を行う際、バルブ4を開き、ポンプ3を作動させて電解液を循環させ、セルスタック1内のセルに電解液を供給する。 【００２０】一方、充放電以外の待機状態の際、ポンプ
3を止めて電解液の循環を停止する。 例えば、充電運転を行った後にポンプ3を停止すると、セルスタック1内には充電深度の高い充電液が満たされた状態となる。 【００２１】そして、セル内の電解液のみによりインバータ5を用いて放電し、セル内のエネルギーを放出する。 この放電は完全に行うことが好ましい。 このような運転方法により、自己放電に伴う熱がセル内にこもり、
セルや電解液が劣化するのを防ぐことができる。 放電後、セル内には充電深度の低い放電液が充填され、タンク2内には充電深度の高い充電液が貯留されていることになるが、放電液が拡散により充電液と混合し、エネルギー損失する速度は非常に小さい。 ポンプ停止時、配管のバルブ4を閉じておけば、この充電液と放電液の拡散を確実に防止でき、エネルギー損失を抑制することができる。 【００２２】上記の運転方法を採用した場合、運転再開時には、セル内で停留している放電液とタンク2から流入してくる充電液とが混合することによりエネルギー損失につながり、セルに悪影響を及ぼすことが考えられる。 そこで、セルスタック1を電解液の循環を止めたまま充電してセル内の電解液の充電深度とタンク内の電解液の充電深度を合わせてからポンプを運転させる方が望ましい。 両電解液の充電深度を合わせることは、充電停止直前時のセル状態（充電電流値、セル電圧）に合わせた充電を再度行う等により確認することができる。 充電深度の揃った電解液同士であれば混合されてもエネルギー損失につながるおそれがない。 【００２３】また、図2のように、セルスタックを複数のサブスタック1A,1Bで構成し、そのうちの少なくとも一つのサブスタック1Aをフロート充電に用い、他のサブスタック1Bで電解液の流通を止めた状態にてセル内の電解液のみでインバータより放電することが好ましい。 【００２４】ここで用いるサブスタックも図3、4で説明したセルスタックと同様の構成である。 本例では、電解液タンクからセルスタックにつながる配管を途中で二つに分岐し、一方をフロート充電用サブスタック1Aに、他方を待機時放電用のサブスタック1Bにつなげる。 電解液を循環するポンプ3は、この配管の分岐個所と電解液タンクとの間に設ける。 また、分岐個所と待機時放電用のサブスタック1Bとの間に開閉バルブ4を設ける。 開閉バルブ4を経た後、さらに配管は分岐されて各待機時放電用サブスタック1Bにつながる。 【００２５】例えば、通常の充電運転を行う場合、開閉バルブ4を開いてすべてのサブスタック1A,1Bに電解液を循環させ、全サブスタック1A,1Bを充電する。 これに対して待機時は、バルブ4を閉じてフロート充電用サブスタック1Aにのみ電解液を循環させてフロート充電し、常時放電可能な状態を準備しておく。 一方、待機時放電用のサブスタック1Bは電解液が流れないようにし、インバータを介して放電しておく。 このように運転することで、電気系統の停電時でもすぐにフロート充電用サブスタック1Aより放電することが可能である。 また、フロート充電用サブスタック1Aのみで自己放電が生じ、他のサブスタック1Bでは自己放電や発熱の問題はないため、電池システム全体としてはエネルギー損失や劣化を大幅に抑制できる。 【００２６】 【発明の効果】以上説明したように、本発明運転方法によれば、電解液の循環停止時、セルスタック内のエネルギーをインバータを介して放電しておくことで、自己放電に伴うエネルギー損失や、自己放電による発熱に伴うセルや電解液の劣化を防止することができる。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明運転方法の説明図で、（A）は電解液循環時、（B）は電解液の循環停止時を示す。 【図２】複数のサブスタックを用いた本発明運転方法の説明図である。 【図３】レドックスフロー電池の動作原理を示す説明図である。 【図４】セルスタックの構成を示す説明図である。 【図５】従来の運転方法の説明図で、（A）は電解液循環時、（B）は電解液の循環停止時を示す。 【符号の説明】 1 セルスタック1A フロート充電用サブスタック1B 待機時放電用サブスタック2 電解液タンク3 ポンプ4 開閉バルブ5 インバータ100 セル100A 正極セル100B 負極セル101 正極用タンク102 負極用タンク103 隔膜104 正極電極105 負極電極106、107 導管108、111 ポンプ109、110 導管200 セルスタック210 セルフレーム211 双極板212 フレーム枠

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 徳田 信幸 大阪府大阪市北区中之島３丁目３番22号 関西電力株式会社内Ｆターム(参考） 5H026 AA10 HH06 RR01