(57)【要約】【課題】車両等の移動媒体に搭載するのに適したフロー電池を提供する。【解決手段】フロー電池１は、移動媒体に搭載される。フロー電池１における循環系１０の少なくとも一部は、外形を形成する外側部２０と、外側部２０の内側に設けられるとともに電解液が貯留又は流通する内側部３０とからなる二重構造をなしている。そして、内側部３０は循環系１０内における内圧に応じてその容積が変化可能に構成されている。【選択図】図３
2020009558.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池セル（５０）と、該電池セルに供給される電解液を循環させる循環系（１０）とを有し、移動媒体（１００）に搭載されるように構成されたフロー電池（１）であって、
上記循環系の少なくとも一部は、外形を形成する外側部（２０）と、該外側部の内側に設けられるとともに上記電解液を貯留又は流通する内側部（３０）とからなる二重構造を有しており、
上記内側部は循環系の内圧に応じて容積可変に構成されている、フロー電池。
【請求項２】
上記循環系には上記電解液を貯留するタンク（１１）が備えられており、
該タンクは、上記二重構造を有するとともに、上記内側部として上記タンクの内圧に応じて容積可変に構成された内袋（３１）を有する、請求項１に記載のフロー電池。
【請求項３】
上記循環系には上記電解液を流通させる配管（１２）が備えられており、該配管は上記二重構造を有するとともに、上記内側部として上記配管の内圧に応じて容積が変化可能な内管（３２）を有する、請求項１又は２に記載のフロー電池。
【請求項４】
上記内側部は、上記電解液の排出に伴ってその容積が縮小し、上記電解液の供給に伴ってその容積が増大するように構成されている、請求項１〜３のいずれか一項に記載のフロー電池。
【請求項５】
上記循環系における内圧を制御する内圧制御部（４０）を有する、請求項１〜４のいずれか一項に記載のフロー電池。
【請求項６】
上記内圧制御部は、上記移動媒体が停止中に作動するように構成されている、請求項５に記載のフロー電池。
【請求項７】
上記循環系における内圧を検出する内圧検出部（４３）と、該内圧検出部の検出結果と予め設定された基準値とを比較する比較部（４４）と、該比較部の比較結果を出力する出力部（４５）とを備える、請求項１〜６のいずれか一項に記載のフロー電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フロー電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
大型の定置用電源の二次電池として、タンクに蓄えた電解液をポンプにより電池セルに循環供給して充放電させるフロー電池が用いられている。例えば、特許文献１には、タンク内の気相部に外気と連動して膨張・収縮する呼吸袋を備えたフロー電池が開示されている。かかる構成では、タンク内が外気よりも負圧状態のときには呼吸袋に外気を流入させて呼吸袋を膨張させることにより、タンクの電解液を外気に触れさせることなくタンク内の負圧を解消している。一方、タンク内が外気よりも高圧状態のときには、呼吸袋を収縮させることにより、タンク内の気化した電解液を外部に放出することなくタンク内を外気と同等の圧力にしている。これらにより、タンク内の圧力変動を抑制している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３６４２７３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に開示の構成では、タンク内の圧力変動を抑制するためには、呼吸袋をタンクの気相部に設けることが必要となる。そして、かかるフロー電池を四輪車や二輪車を含む車両の電源として搭載すると、タンクを横置きする必要があることから、車両の振動によって気相部を有するタンク内の電解液が波打って騒音が発生して車両の静音性を低下させるとともに、電解液に多数の気泡が発生して充放電不良を招く。さらに、車両の加速時、減速時及び方向転換時には電解液が慣性によって一方に移動して車両の重心移動が生じるため、ドライバビリティを低下させる。また、メンテナンスや解体の際には、タンク内が気体のみになり圧力変動が最大になることを考慮する必要もある。また車両の運転等による温度上昇に伴ってタンクの内圧が過剰に高くなると、電解液の交換時に供給口を開く際に電解液が飛散する恐れがある。一方、温度低下に伴ってタンクの内圧が低下すると電解液の交換時に外気がタンク内に取り込まれて異物が混入する恐れがある。以上のように、フロー電池を車両に搭載するには改善の余地がある。
【０００５】
本発明は、かかる背景に鑑みてなされたもので、車両等の移動媒体に搭載するのに適したフロー電池を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様は、電池セル（５０）と、該電池セルに供給される電解液を循環させる循環系（１０）とを有し、移動媒体（１００）に搭載されるように構成されたフロー電池（１）であって、
上記循環系の少なくとも一部は、外形を形成する外側部（２０）と、該外側部の内側に設けられるとともに上記電解液を貯留又は流通する内側部（３０）とからなる二重構造を有しており、
上記内側部は循環系の内圧に応じて容積可変に構成されている、フロー電池にある。
【発明の効果】
【０００７】
上記フロー電池においては、内側部の容積はフロー電池の循環系内における内圧に応じて変化可能となっているため、タンクや配管を含む循環系に気相が発生しにくくなっている。その結果、循環系内で電解液の波打ちに起因する騒音の発生が防止されるとともに、電解液の泡立ちに起因する充放電不良も防止される。さらに、車両等の移動媒体の加速時、減速時及び方向転換時においても電解液が移動しにくいため、車両等の移動媒体の重心移動が抑制され、ドライバビリティの低下が防止される。さらに、循環系の内圧が変動しにくいため、電解液交換時の給液口からの飛散や循環系内への外気流入に起因する異物の混入が防止される。また、循環系の外形は外側部により形成されているため、循環系自体の形状が維持されやすくなっており、車両等の移動媒体の揺れや振動の影響を受けにくくなっている。
【０００８】
以上のごとく、本発明によれば、車両等の移動媒体に搭載するのに適したフロー電池を提供することができる。
【０００９】
なお、特許請求の範囲及び課題を解決する手段に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであり、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施形態１における、フロー電池が搭載された車両の構成を示す概念図。
【図２】実施形態１における、フロー電池が搭載された車両を示す概念図。
【図３】実施形態１における、循環系の一部の構成を示す概念図。
【図４】実施形態２における、循環系の一部の構成を示す概念図。
【図５】実施形態３における、（ａ）厚さ方向から見た循環系の一部の構成を示す概念図、（ｂ）長手方向から見た循環系の一部の構成を示す概念図。
【図６】実施形態３における、（ａ）厚さ方向から見た循環系の一部の構成を示す他の概念図、（ｂ）長手方向から見た循環系の一部の構成を示す他の概念図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
（実施形態１）
上記フロー電池の実施形態について、図１〜図３を用いて説明する。
本実施形態のフロー電池１は、移動媒体に搭載される。
フロー電池１における循環系１０の少なくとも一部は、外形を形成する外側部２０と、外側部２０の内側に設けられるとともに電解液が貯留又は流通する内側部３０とからなる二重構造をなしている。
そして、内側部３０は循環系１０内における内圧に応じてその容積が変化可能に構成されている。
【００１２】
以下、本実施形態のフロー電池１の構成について詳述する。
本実施形態のフロー電池１は、図１に示すように、移動媒体としての車両１００に搭載されている。フロー電池１はいわゆるレドックスフロー電池であって、電池セル５０と、電池セル５０に電解液を循環供給させる循環系１０を備える。電池セル５０には図示しない陽極及び陰極が膜を隔てて配置されており、循環系１０により各電極に供給された電解液により得られる化学エネルギーを電気エネルギーとして取り出すことができるように構成されている。なお、車両１００には、バッテリー及び電気二重層コンデンサ（Electric double-layer capacitor、EDLC）７０、トラクションモータシステム（e-Axle）７１が搭載されている。
【００１３】
図１に示すように、循環系１０は、タンク１１及び配管１２を含む。タンク１１は、２つ搭載されており、一方には電池セル５０の陽極に供給される電解液が貯留され、他方には電池セル５０の陰極に供給される電解液が貯留されている。配管１２は各タンク１１と電池セル５０とを接続して電解液を流通させる流路を形成している。
【００１４】
図１に示すように、本実施形態のフロー電池１には、内圧制御部４０としてのポンプ４１が設けられている。ポンプ４１は配管１２に設けられて、配管１２における電解液の流通状態を調整して、循環系１０の内圧を制御するように構成されている。また、ポンプ４１はバイパス流路１３により車両１００に備えられた供給口１４及び排出口１５に接続されている。電解液の補充・交換時には、バイパス流路１３を介して供給口１４、排出口１５を介してタンク１１内の電解液の補充・交換が可能となっている。そして、電解液の補充・交換時には、内側部３０としての内袋３１は、電解液の排出に伴ってその容積が縮小し、電解液の供給に伴ってその容積が増大することとなる。内圧制御部４０としてのポンプ４１は、車両１００の停止中に作動するようにすることができる。
【００１５】
本実施形態では図１に示すように、循環系１０の一部としてのタンク１１が外側部２０と内側部３０とからなる二重構造を有している。タンク１１は、図２に示すように、車両のベースフロアに横置きされている。そして、図３（ａ）、図３（ｂ）に示すように、タンク１１は外側部２０としてのハードケース２１を備え、ハードケース２１の内側には内側部３０としての内袋３１を備えている。ハードケース２１はタンク１１の外形を形成し所定の形状に維持されている。内袋３１は配管１２に接続され電解液が貯留される。内袋３１は樹脂製であって、例えば、図３（ａ）、図３（ｂ）に示すように、循環系１０の内圧に応じて容積可変となっている。本実施形態では循環系１０の内圧が高くなるときには、図３（ａ）に示すように、内袋３１は膨張してその容積が大きくなり、循環系１０の内圧が低くなるときには、図３（ｂ）に示すように、内袋３１は収縮してその容積が小さくなる。内側部３０は、電解液の排出に伴ってその容積が縮小し、電解液の供給に伴ってその容積が増大するように構成されている。
【００１６】
次に、本実施形態のフロー電池１における作用効果について、詳述する。
本実施形態のフロー電池１によれば、内側部３０の容積はフロー電池１の循環系１０内における内圧に応じて変化可能となっているため、タンク１１や配管１２を含む循環系１０に気相が発生しにくくなっている。その結果、循環系１０内で電解液の波打ちに起因する騒音の発生が防止されるとともに、電解液の泡立ちに起因する充放電不良も防止される。さらに、移動媒体としての車両１００の加速時、減速時及び方向転換時においても電解液が移動しにくいため、車両１００の重心移動が抑制され、ドライバビリティの低下が防止される。さらに、循環系１０の内圧が変動しにくいため、電解液交換時の供給口１４や排出口１５からの飛散や循環系１０内への外気流入に伴う異物の混入が防止される。また、循環系１０としてのタンク１１の外形は外側部２０により形成されているため、循環系１０自体の形状が維持されやすくなっており、車両１００の揺れや振動の影響を受けにくくなっている。
【００１７】
また、本実施形態では、循環系１０には電解液を貯留するタンク１１が備えられており、タンク１１は、外側部２０と内側部３０とからなる二重構造を有するとともに、内側部３０としてタンク１１の内圧に応じて容積可変に構成された内袋３１を有する。これにより、タンク１１に気相が発生することが一層抑制され、タンク１１内での電解液の波打ちや泡立ちが一層防止されるとともに、電解液の移動に伴う車両１００の重心移動も一層抑制され、ドライバビリティの低下がさらに防止される。
【００１８】
また、本実施形態では、内側部３０は、電解液の排出に伴ってその容積が縮小し、電解液の供給に伴ってその容積が増大するように構成されている。これにより、電解液の補充や交換に起因して循環系１０内に気相が発生することが抑制される。
【００１９】
また、本実施形態では、循環系１０における内圧を制御する内圧制御部４０としてポンプ４１を有する。当該ポンプ４１により、循環系１０内の圧力を負圧にして循環系１０内に気相が発生することが抑制される。なお、内圧制御部４０としてポンプ４１に替えて、循環系１０の温度を制御する温度制御部を備えていてもよい。この場合は、循環系１０の内圧が高い場合には、当該温度制御部によって循環系１０を冷却することにより、循環系１０の内圧を低下させて循環系１０内の気相容積を低減することができる。これにより、タンク１１内での電解液の波打ちや泡立ちが防止されるとともに、電解液の移動に伴う車両１００の重心移動も抑制され、ドライバビリティの低下が防止される。
【００２０】
また、本実施形態では、内圧制御部４０としてのポンプ４１は、車両１００の停止中に作動するように構成されている。これにより、車両走行時に電解液が外部に飛散することを抑制できる。
【００２１】
なお、本実施形態ではフロー電池１が搭載される移動媒体として、四輪の車両１００としたが、これに替えて、バイクなどの二輪車であってもよいし、列車や船舶であってよい。
【００２２】
以上のごとく、本実施形態によれば、車両１００等の移動媒体に搭載するのに適したフロー電池１を提供することができる。
【００２３】
（実施形態２）
実施形態１のフロー電池１では、図３（ａ）、図３（ｂ）に示すようにタンク１１を二重構造としたが、これに替えて又はこれとともに、図４（ａ）、図４（ｂ）に示す本実施形態のように配管１２が外側部２０としての外管２２と、外管２２の内側に設けられる内側部３０としての内管３２とからなる二重構造としてもよい。本実施形態では、外管２２が配管１２の外形を形成しており、内管３２は柔軟性の高い材料から形成されている。これにより、図４（ａ）、図４（ｂ）に示すように、内管３２は循環系１０の内圧に応じて容積可変に構成されている。そして、本実施形態では循環系１０の内圧が高くなるときには、図４（ａ）に示すように、内管３２は膨張してその容積が大きくなり、循環系１０の内圧が低くなるときには、図４（ｂ）に示すように、内管３２は収縮してその容積が小さくなる。その他の構成要素は実施形態１の場合と同様であり、本実施形態においても実施形態１の場合と同一の符号を用いてその説明を省略する。
【００２４】
本実施形態では、配管１２を上記二重構造とすることにより、タンク１１を含む循環系１０内に気相が生じることを抑制できる。これにより、本実施形態においても実施形態１の場合と同等の作用効果を奏する。
【００２５】
（実施形態３）
本実施形態においても、実施形態１の構成に加えて、図５、図６に示すように、タンク１１の外側部２０としてのケース２３を備え、ケース２３の内側に内側部３０としての内袋３１を備える。ケース２３は、内袋３１よりも剛性が高いが、弾性変形可能に構成されている。ケース２３の両側壁には係合突起２４が設けられている。ケース２３の両側にはそれぞれ棒状の軸部材６０が配設されている。軸部材６０の一端はモータ６１に接続されており、軸部材６０はモータ６１により軸部材６０の長手方向Ｙに往復移動可能となっている。そして、ケース２３の係合突起２４と軸部材６０はリンク６３を介して接続されている。リンク６３と係合突起２４はピン６４により係合されて該ピン６４を中心に回転可能となっている。同様にリンク６３と軸部材６０はピン６５により係合されて該ピン６５を中心に回転可能となっている。そして、モータ６１は内圧制御部４０としてのモータ駆動制御部４２により駆動制御されている。
【００２６】
さらに、図５（ａ）に示すように、内圧検出部４３、比較部４４、出力部４５を備える。内圧検出部４３は、循環系１０における内圧を検出する。比較部４４は、内圧検出部の検出結果と予め設定された基準値とを比較する。当該基準値は大気圧とすることができるが、フロー電池１の構成、電解液の種類、車両１００の運転条件等に応じて、適宜変更してもよい。出力部４５は、比較部４４の比較結果を出力する。本実施形態では、出力部４５は比較結果をモータ駆動制御部４２に出力し、モータ駆動制御部４２は当該比較結果に基づいて、モータ６１の駆動制御を行う。
【００２７】
内圧検出部４３によって検出された循環系１０の内圧が、比較部４４により基準値よりも低いことを示す比較結果が示された場合は、当該比較結果がモータ駆動制御部４２に出力され、図５（ａ）に示すように、モータ駆動制御部４２により、モータ６１が駆動されて、軸部材６０を長手方向Ｙの一方側Ｙ１に移動させる。これにより、リンク６３を介してタンク１１のケース２３は長手方向Ｙに直交する幅方向Ｘの外方に向けて引っ張られることとなる。その結果、図５（ｂ）に示すように、タンク１１の内袋３３は、幅方向Ｘの外方に広がって幅Ｗ１は大きくなるが、ケース２３により厚さ方向Ｚにおいて内方に押されて高さＨ１は小さくなる。その結果、内袋３３の容積は小さくなって、循環系１０の内圧は上昇して基準値に近づくこととなる。
【００２８】
一方、内圧検出部４３によって検出された循環系１０の内圧が、比較部４４により基準値よりも高いことを示す比較結果が示された場合は、当該比較結果がモータ駆動制御部４２に出力され、図６（ａ）に示すように、モータ駆動制御部４２により、モータ６１が駆動されて、軸部材６０を長手方向Ｙの他方側Ｙ２に移動させる。これにより、リンク６３を介してタンク１１のケース２３は幅方向Ｘの内方に向けて押されることとなる。その結果、図６（ｂ）に示すように、タンク１１の内袋３３は、幅方向Ｘの内方に押されて幅Ｗ２は小さくなるが、ケース２３により厚さ方向Ｚにおいて外方に広がり高さＨ２は大きくなる。その結果、内袋３３の容積は大きくなって、循環系１０の内圧は低下して基準値に近づくこととなる。
【００２９】
本実施形態におけるその他の構成要素は実施形態１の場合と同様であり、本実施形態においても実施形態１の場合と同一の符号を用いてその説明を省略する。そして、本実施形態によれば、内側部３０としての内袋３３は内圧制御部４０としてのモータ駆動制御部４２によりその容積が可変となっているため、実施形態１の場合と同等の作用効果を奏する。
【００３０】
なお、本実施形態では、出力部４５は比較結果をモータ駆動制御部４２に出力し、モータ駆動制御部４２は当該比較結果に基づいて、モータ６１の駆動制御を行うようにしたが、これに替えて、又はこれとともに、出力部４５は比較結果を所定の表示部に表示して、使用者に比較結果を報知したり、供給口１４や排出口１５が開かないようにロックしたりしてもよい。
【００３１】
本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の実施形態に適用することが可能である。例えば、実施形態３における軸部材６０、モータ６１、リンク６３の構成を実施形態２の配管１２に適用してもよい。
【符号の説明】
【００３２】
１  フロー電池
１０  循環系
１１  タンク
２０  外側部
３０  内側部
３１、３３  内袋
４０  内圧制御部
４２  モータ駆動制御部
４３  内圧検出部
４４  比較部
４５  出力部
５０  電池セル
【図１】
2020009558.tif 000003
【図２】
2020009558.tif 000004
【図３】
2020009558.tif 000005
【図４】
2020009558.tif 000006
【図５】
2020009558.tif 000007
【図６】
2020009558.tif 000008