(57)【要約】【課題】正確な充電状態を把握することができるレドックスフロー電池システム及びその制御方法を提供する。さらに、このレドックスフロー電池システムを用いた発電システム、及びその制御方法を提供する。【解決手段】正極電解液又は負極電解液の少なくとも一方の電解液を検査対象電解液とし、この検査対象電解液の充電状態と相関関係のある物性値を測定手段２０１で測定する。この測定結果と予め求めた検査対象電解液の充電状態と前記物性値との相関関係とを用いて充電状態演算手段２０３により検査対象電解液の充電状態を演算する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池セルに正極電解液及び負極電解液を循環供給させて充放電を行うレドックスフロー電池システムであって、
前記正極電解液又は前記負極電解液の少なくとも一方の電解液を検査対象電解液とし、該検査対象電解液の充電状態と相関関係を有する物性値を測定する測定手段と、
予め求めた前記検査対象電解液の充電状態と前記物性値との相関関係を記憶する記憶手段と、
前記測定手段による測定結果と、前記記憶手段に記憶された相関関係とを用いて検査対象電解液の充電状態を求める充電状態演算手段と、
前記充電状態演算手段による結果に基づいて充電又は放電を制御する充放電制御手段とを備えるレドックスフロー電池システム。
【請求項２】
前記物性値が前記検査対象電解液の温度である請求項１に記載のレドックスフロー電池システム。
【請求項３】
前記物性値が前記検査対象電解液の色彩に相関する光学的物性値である請求項１に記載のレドックスフロー電池システム。
【請求項４】
前記物性値が前記検査対象電解液の電気伝導度である請求項１に記載のレドックスフロー電池システム。
【請求項５】
前記物性値が前記検査対象電解液の比重である請求項１に記載のレドックスフロー電池システム。
【請求項６】
前記物性値が前記検査対象電解液の粘度である請求項１に記載のレドックスフロー電池システム。
【請求項７】
前記物性値が前記検査対象電解液の流量である請求項１に記載のレドックスフロー電池システム。
【請求項８】
前記物性値が前記検査対象電解液の流速である請求項１に記載のレドックスフロー電池システム。
【請求項９】
前記物性値がさらに温度である請求項３から８のいずれか一項に記載のレドックスフロー電池システム。
【請求項１０】
前記測定手段が電池セルへ電解液を導入する導入部に配置される請求項１から９のいずれか一項に記載のレドックスフロー電池システム。
【請求項１１】
再生可能エネルギーを用いて発電する発電手段と、
該発電手段による発電量を計測する発電量計測手段と、
前記発電手段に併設される二次電池システムとを備える発電システムであって、
前記二次電池システムが請求項１から１０のいずれか一項に記載のレドックスフロー電池システムであり、
前記充放電制御手段は、さらに前記発電量計測手段の計測結果を利用して前記レドックスフロー電池システムの充電又は放電を制御する発電システム。
【請求項１２】
電池セルに正極電解液及び負極電解液を循環供給させて充放電を行うレドックスフロー電池システムの制御方法であって、
前記正極電解液又は前記負極電解液の少なくとも一方の電解液を検査対象電解液とし、該検査対象電解液の充電状態と相関関係を有する物性値を測定する測定ステップと、
前記測定ステップによる測定結果と、予め求めた前記検査対象電解液の充電状態と物性値との相関関係とを用いて検査対象電解液の充電状態を求める充電状態演算ステップと、
充電状態演算ステップによるに演算結果に基づいて充電又は放電を制御する充放電制御ステップとを備えるレドックスフロー電池システムの制御方法。
【請求項１３】
前記物性値が前記検査対象電解液の温度、色彩に相関する光学的物性値、電気伝導度、比重、粘度、流量、及び流速の少なくとも一つである請求項１２に記載のレドックスフロー電池システムの制御方法。
【請求項１４】
再生可能エネルギーを用いて発電するステップと、
その発電電力を計測するステップと、
二次電池システムの充電状態を検出するステップと、
前記発電電力の計測結果と充電状態の検出結果とを利用して二次電池システムの充放電を制御するステップとを備える発電システムの制御方法であって、
前記二次電池システムは、電池セルに正極電解液及び負極電解液を循環供給させて充放電を行うレドックスフロー電池システムであり、
前記充電状態を検出するステップは、
前記正極電解液又は負極電解液の少なくとも一方の電解液を検査対象電解液とし、該検査対象電解液の充電状態と相関関係を有する物性値を測定するステップと、
前記物性値の測定結果と、予め求めた前記検査対象電解液の充電状態と物性値との相関関係とを用いて検査対象電解液の充電状態を演算するステップとを含む発電システムの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池セルに正極電解液及び負極電解液を循環供給させて充放電を行うレドックスフロー電池システム及びその制御方法に関する。特に、運転状態に拘らず充電状態を把握可能なレドックスフロー電池システム及びその制御方法に関する。さらに、本発明は、このレドックスフロー電池システムを用いた発電システム、及びその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、負荷平準化用途や瞬低・停電対策用途等に、レドックスフロー電池システムが利用されている。このレドックスフロー電池システムは、セル（電池セル）に電池反応を起こす電解液を循環供給させて充放電を行う二次電池システムであり、例えば、電解液としてバナジウムイオンを含む電解液を用いたバナジウム系レドックスフロー電池システムが知られている。図３は、バナジウム系レドックスフロー電池システムの動作原理を説明する説明図である。
【０００３】
セル１００は、イオン交換膜（隔膜）１０１により分離された正極セル１０２と負極セル１０３を備え、正極セル１０２は正極電極１０４を備え、負極セル１０３は負極電極１０５を備えている。各セルは、複数のセルを積層させたセルスタックと称される構成が用いられる場合が通常である。各セル１０２、１０３にはそれぞれ、タンク１０６、１０７に貯留される正極電解液、負極電解液が導入部１０８、１０９を介して供給される。各極セル１０２、１０３から排出された正極電解液、負極電解液はそれぞれ、排出部１１０、１１１を介してタンク１０６、１０７に戻される。導入部１０８、１０９にはそれぞれ、ポンプ１１２、１１３が配置され、そのポンプ１１２、１１３を用いて、上述のように、タンク→導入部→セル→排出部→タンクという経路で電解液の循環が行われる。また、セル１００は、交流／直流変換器（ＡＣ／ＤＣ）を介して発電所や需要家などの外部電力系統に接続され、発電所などを充電電力源として充電を行い、需要家などを放電対象として放電を行う。
【０００４】
その他、レドックスフロー電池システムでは、セルの電圧を測定するための電圧計、充放電時の電流値を測定するための電流計、電解液の輸送圧力を測定するための圧力計、電解液の温度を測定するための温度計等の計測機器、これらの計測機器の測定結果によりシステムの状態を把握し、電圧や電流、圧力、温度等が所定値となるように制御したり、メンテナンスを行ったりしている。
【０００５】
このようなレドックスフロー電池システムにおいては、従来、予め定められた充放電を行っている際の電圧（通電電圧）の上限値及び下限値によって、充電の停止や放電の停止を行っており、いずれの停止も通電電圧によって決められている。また、従来、セル内の電解液の充電状態は、開放電圧によって把握することが行われている。しかし、この方法には、以下の問題があった。
【０００６】
（１）通電電圧により充電や放電の停止を決めると、充電状態にばらつきが生じることがある。運転条件は、電池の劣化程度によって電池抵抗が異なることや、温度などの環境等によって変動するものであり、例えば、一般に温度が高いほど充放電がよく行える。そのため、通電電圧により充電の停止や放電の停止を決めると、運転条件によって充電停止時の充電状態や放電停止時の充電状態がばらつく、即ち、出力容量（ｋＷｈ）がばらつく恐れがある。
【０００７】
（２）従来のレドックスフロー電池システムでは、充電状態を常時把握することが困難である。開放電圧を測定するためには、通電を停止する必要がある。したがって、従来のように開放電圧により充電状態を常時把握しようとすると、通電を停止し続けることになり、現実的でない。また、電解液の充電状態を把握して充放電の際の電圧や電流量を適宜変更させないと、十分に充放電できない恐れがある。そのため、充電状態を常時把握できることが望まれている。
【０００８】
このような課題を解決する技術として、外部電力系統との間で充放電を行うメインセルとは別に、モニタセルを備えるものがある。これは、モニタセルにて開放電圧を検出し、この検出結果を利用して充放電の停止や切り替えを行うものである。特許文献1には、交流／直流変換器に接続されない補助セルにて開放電圧を測定し、この開放電圧に基づいて主セルの充放電の停止や切り替え等を決定することで、主セルの出力容量の安定化を図るようにしたレドックスフロー電池システムが記載されている。
【０００９】
ところで、再生可能エネルギーを利用した発電のうち、太陽光発電や風力発電については、メガソーラーやウインドファームの設置による大量導入が期待されている。しかしながら、発電量が気象条件に依存することから安定した出力を確保することが困難であるという問題や、需給量の平滑化に十分に対処できないという問題がある。このため、再生可能エネルギーによる発電においては、出力安定化のために、レドックスフロー電池システム等の二次電池システムを併設した発電システムとすることで、出力の安定化や需給量の平滑化を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【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】
【００１１】
上述のように、モニタセルを備えるレドックスフロー電池システムでは、運転を停止することなく開放電圧を測定することで電解液の充電状態を正確に把握できる。しかし、電解液の充電状態を測定するためには、充放電に寄与しないモニタセルが必要な上、測定電極をモニタセルの正極側と負極側に一つずつ（一対）設けなければならない。よって、何らかの原因により少なくとも一方の測定電極に不具合が生じた場合は、電解液の充電状態を測定することができない。また、システムの設計上、モニタセルを含む構成をとれない場合も想定される。したがって、モニタセルによる充電状態の測定に不具合が生じたときの補助のため、又は、モニタセルを用いないレドックスフロー電池システムを実現するため、開放電圧の測定以外の手段を用いた充電状態の把握手段が求められてきた。
【００１２】
さらに、レドックスフロー電池を備える発電システムにおいても、再生可能エネルギーを用いた発電手段の出力変動に適切に対応するため、レドックスフロー電池システムの正確な充電状態を常時把握することが必要である。しかし、モニタセルを備えるレドックスフロー電池システムを備える発電システムでは、上記と同様の問題が起こりうる。
【００１３】
本発明は、このような事情に鑑みてなされ、モニタセル以外の手段で正確に充電状態を把握できるレドックスフロー電池システム及びその制御方法を提供することを目的の一つとする。また、本発明は、このレドックスフロー電池システムを用いることで、出力の安定化や需給の平滑化を行う発電システムを提供すること、およびこの発電システムの制御方法を提供することを別の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、正極電解液又は負極電解液の少なくとも一方の電解液を検査対象電解液とし、検査対象電解液の充電状態と相関関係を有する物性値を利用して充電状態を把握することで、上記の目的を達成する。
【００１５】
本発明のレドックスフロー電池システムは、電池セルに正極電解液及び負極電解液を循環供給させて充放電を行うレドックスフロー電池システムであって、測定手段と、記憶手段と、充電状態演算手段と、充放電制御手段とを備える。測定手段は、正極電解液又は負極電解液の少なくとも一方の電解液を検査対象電解液とし、検査対象電解液の充電状態と相関関係を有する物性値を測定する。記憶手段は、予め求めた検査対象電解液の充電状態と物性値との相関関係を記憶する。充電状態演算手段は、測定手段による測定結果と、記憶手段に記憶された相関関係とを用いて検査対象電解液の充電状態を求める。充放電制御手段は、充電状態演算手段による演算結果に基づいて充電又は放電を制御する。物性値の具体例としては、温度、色彩に相関する光学的物性値、電気伝導度、比重、粘度、流量、及び流速の少なくとも一つが挙げられる。
【００１６】
本発明のシステムによれば、検査対象電解液の充電状態と相関関係を有する物性値の測定結果を利用するので、運転状態によらず正確な充電状態を測定把握することができる。また、この物性値の測定は、例えば市販の各種測定機器を利用することで、システムの充放電を停止することなく簡便に行える。さらに、少なくとも一方の電解液の物性値を測定すればシステムの充電状態を把握することができ、開放電圧を測定する必要もないので、充放電に寄与しないモニタセルを不要とすることができる。モニタセルを設けない場合、セルスタックの構成をモニタセルを備える場合と同様の大きさ（セル数）とするのであれば、すべてのセルを実際の充放電に使用できるメインセルとすることができる。したがって、同一のセル数であっても、モニタセルを備える場合と比べて高出力のレドックスフロー電池システムとすることができる。
【００１７】
本発明のレドックスフロー電池システムにおいて、測定手段は電池セルへ電解液を導入する導入部に配置されることが好ましい。この構成によれば、充放電前の電解液の物性値を測定することとなるので、より正確に充電状態を決定することが可能となる。この結果、より確実に過充電等を防止することができ、過充電に伴うセルの損傷を抑制することができる。また、同様の観点から、測定手段は、導入部の中でも電池セル近傍に配置されることがより好ましい。
【００１８】
本発明のレドックスフロー電池システムの制御方法は、電池セルに正極電解液及び負極電解液を循環供給して充放電を行うレドックスフロー電池システムの制御方法であって、測定ステップと、充電状態演算ステップと、充放電制御ステップとを備える。測定ステップは、正極電解液又は負極電解液の少なくとも一方の電解液を検査対象電解液とし、この検査対象電解液の充電状態と相関関係を有する物性値を測定する。充電状態演算ステップでは、測定ステップによる測定結果と、予め求めた検査対象電解液の充電状態と物性値との相関関係とを用いて検査対象電解液の充電状態を求める。充放電制御ステップでは、充電状態演算ステップで求めた演算結果に基づいて充電又は放電を制御する。物性値の具体例としては、上記と同様のものが利用できる。
【００１９】
本発明のレドックスフロー電池システムの制御方法によれば、システムの運転状態によらず正確な充電状態を把握することができる。これにより、例えば、検査対象電解液の物性値が、過充電が予測される所定値に到達する以前に電池の運転を停止させる、過放電にならないように運転を停止させる、及び、非常用バックアップとして最低充電量が規定されている場合に、この充電量を超えて放電してしまうといったことをより確実に防ぐことができる。
【００２０】
本発明の発電システムは、発電手段と、発電量計測手段と、二次電池システムとを備える。発電手段は、再生可能エネルギーを用いて発電する。発電量計測手段は、発電手段による発電量を計測する。二次電池システムは、本発明のレドックスフロー電池システムである。そして、このレドックスフロー電池システムが備える充放電制御手段は、発電量計測手段の計測結果と、レドックスフロー電池の充電状態とを利用して、レドックスフロー電池システムの充電又は放電を制御する。この発電システムにおける物性値の具体例も、レドックスフロー電池において説明した物性値と同様のものが挙げられる。
【００２１】
本発明のレドックスフロー電池システムを備える発電システムによれば、レドックスフロー電池の充電状態を正確に把握できるので、出力安定化や需給平滑化を適切に行うことができる。また、レドックスフロー電池システムがモニタセルを備えない場合は、単位面積あたりに設置できるメインセルの数を増やすことができるので、モニタセルを備える場合よりも小型な発電システム又は高出力な発電システムとすることができる。
【００２２】
本発明の発電システムの制御方法は、再生可能エネルギーを用いて発電するステップと、その発電電力を計測するステップと、二次電池システムの充電状態を検出するステップと、発電電力の計測結果と二次電池システムの充電状態の検出結果とを利用して二次電池システムの充放電を制御するステップとを備える。二次電池システムは、電池セルに正極電解液及び負極電解液を循環供給して充放電を行うレドックスフロー電池システムである。二次電池システムの充電状態を検出するステップは、以下の物性値測定ステップと充電状態演算ステップとを備える。
物性値測定ステップ：正極電解液又は負極電解液の少なくとも一方の電解液を検査対象電解液とし、検査対象電解液の充電状態と相関関係を有する物性値を測定する。
充電状態演算ステップ：物性値の測定結果と、予め求めた検査対象電解液の充電状態と物性値との相関関係とを用いて検査対象電解液の充電状態を演算する。
この発電システムの制御方法における物性値の具体例も、レドックスフロー電池において説明した物性値と同様のものが挙げられる。
【００２３】
この制御方法によれば、レドックスフロー電池システムの正確な充電状態をその運転状態によることなく知ることができるので、発電手段の様々な発電状況に応じて、より適切に発電システムの制御を行うことができる。これにより、出力安定化や需給平滑化を、より適切に行うことができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明のレドックスフロー電池システム及びその制御方法によれば、モニタセルを用いなくとも、常時、レドックスフロー電池システムの正確な充電状態を把握することができ、過充電や過放電を確実に防止できる。また、本発明の発電システム及びその制御方法によれば、レドックスフロー電池の充電状態を正確に把握できるので、出力安定化や需給平滑化を適切に行うことができる発電システム、及び、この発電システムの最適な運転制御方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】実施形態１に係る本発明のレドックスフロー電池システムの概略図である。
【図２】実施形態２に係る本発明の発電システムの概略図である。
【図３】従来のレドックスフロー電池システムの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
【００２７】
（実施形態１）
＜レドックスフロー電池システム＞
本発明のレドックスフロー電池システムを、図１を用いて説明する。このシステムの基本的な構成は、先に説明した図３の従来のレドックスフロー電池システムと同様に、セル１００と、タンク１０６、１０７と、導入部１０８、１０９と、排出部１１０、１１１と、ポンプ１１２、１１３とを備える。セル１００は、隔膜１０１と、正極セル１０２と、負極セル１０３と、正極電極１０４と、負極電極１０５とからなるセルを複数積層させたセルスタックである。そして、ポンプ１１２、１１３により正極電解液及び負極電解液を白抜き矢印の方向に循環させ、充放電を行う。このシステムの特徴の一つとして、測定手段２０１と、記憶手段２０２と、充電状態演算手段２０３と、充放電制御手段２０４とを備える。これら各手段は、正極電解液又は負極電解液の少なくとも一方の電解液を検査対象電解液としたとき、検査対象電解液の所定の物性値から充電状態を求めて、セル１００の充放電の制御を行うことに用いられる。これら一連の制御はコンピュータにより行われる。図中の交流／直流変換器は、充放電制御手段２０４からの指令により、商用電源からのセル１００への受電又はセル１００から需要家への給電の切り替え、並びに交直流の相互変換を行う。
【００２８】
以下、本発明のレドックスフロー電池システムの備える各手段につき詳細に説明する。
【００２９】
［測定手段］
測定手段２０１は、検査対象電解液の物性値を測定すると共に、測定した物性値を充電状態演算手段２０３に出力する。測定手段２０１が測定する物性値は、検査対象電解液の充電状態と相関関係を有する物性値とする。具体的には、検査対象電解液の温度、色彩に相関する光学的物性値（以下、単に光学的物性値という場合がある）、電気伝導度、比重、粘度、流量、及び流速等が挙げられる。物性値の測定においては、一種類の物性値を一か所でのみ測定してもよいし、同一又は異なる物性値を複数個所で測定してもよい。本実施形態では、測定手段２０１は、正極電解液及び負極電解液の両方を検査対象電解液とし、それぞれの導入部１０８、１０９、より具体的には導入部１０８、１０９中であって、それぞれのポンプ１１２、１１３とセル１００との間に設けてある。以下、例示した各物性値とその測定手段について説明する。
【００３０】
（温度）
電解液は充電時には吸熱反応を起こし、放電時には発熱反応を起こす。よって、検査対象電解液の温度と検査対象電解液の充電状態との間には相関関係がある。なお、温度を測定する手段としては、熱電対などの接触式温度センサや、放射温度計などの非接触式温度センサ等の市販の温度測定機器が利用できる。
【００３１】
（色彩に相関する光学的物性値）
検査対象電解液に含まれる電解質は、その価数によって色彩が異なる。例えば、バナジウム系レドックスフロー電池において、正極側電解液に含まれるバナジウムイオンが、Ｖ５＋の状態では赤橙色だが、Ｖ４＋の状態では青色を呈する。また、負極側電解液に含まれるバナジウムイオンは、Ｖ３＋の状態では緑色を、Ｖ２＋の状態では紫色を呈する。さらに、鉄イオンとクロムイオンを電解液に含む鉄−クロム系レドックスフロー電池においては、正極電解液に含まれる鉄イオンはＦｅ３＋の状態では黄褐色を、Ｆｅ２＋の状態では緑色を呈し、負極電解液に含まれるクロムイオンは、Ｃｒ３＋の状態では緑色を、Ｃｒ２＋の状態では青色を呈することが知られている。その他にも、チタンイオンとマンガンイオンを電解液に含むチタン−マンガン系レドックスフロー電池においては、正極電解液に含まれるマンガンイオンは、Ｍｎ３＋の状態では赤色を、Ｍｎ２＋の状態ではわずかに淡赤色を呈し、負極電解液に含まれるチタンイオンは、Ｔｉ４＋の状態では無色を、Ｔｉ３＋の状態では紫色を呈する。よって、検査対象電解液の光学的物性値と検査対象電解液の充電状態との間には相関関係がある。この光学的物性値としては、例えば吸光度、透過率、反射率等が挙げられる。これらの一つを測定してもよいし、複数を測定してもよい。なお、光学的物性値を測定する手段としては、分光光度計や、反射率・透過率測定器などの市販の測定機器が利用できる。
【００３２】
（電気伝導度）
検査対象電解液の電気伝導度は、その充電状態によって異なる。よって、検査対象電解液の電気伝導度と検査対象電解液の充電状態との間には相関関係がある。なお、電気伝導度を測定する手段としては、電気伝導度計等の市販の測定機器が利用できる。
【００３３】
（比重）
検査対象電解液の比重は、その充電状態によって異なる。よって、検査対象電解液の粘度と検査対象電解液の充電状態との間には相関関係がある。なお、粘度を測定する手段としては、浮ひょう型比重計等の市販の測定機器が利用できる。
【００３４】
（粘度）
検査対象電解液の粘度は、その充電状態によって異なる。よって、検査対象電解液の粘度と検査対象電解液の充電状態との間には相関関係がある。なお、粘度を測定する手段としては、インライン型粘度計等の市販の粘度計が利用できる。
【００３５】
（流量）
検査対象電解液の流量は、その充電状態によって異なる。よって、検査対象電解液の流量と検査対象電解液の充電状態との間には相関関係がある。なお、流量を測定する手段としては、超音波式流量計等の市販の流量計が利用できる。
【００３６】
（流速）
検査対象電解液の流速は、その充電状態によって異なる。よって、検査対象電解液の流速と検査対象電解液の充電状態との間には相関関係がある。なお、流速を測定する手段としては、電波流速計等の市販の流速計が利用できる。また、前記のように流量を測定し、設置した場所の配管の内断面積から計算して（（ｍ３／ｓ）／配管の内断面積（ｍ２））測定値としてもよい。
【００３７】
測定手段２０１は、これら測定手段の物性値検知部位を、導入部１０８、１０９、排出部１１０、１１１、およびタンク１０６、１０７の内面又は外面等、検査対象電解液の物性値を的確に検知できる部位に設置することで、検査対象電解液の物性値を測定することができる。本実施形態では、ポンプ１１２、１１３とセル１００との間の導入部１０８、１０９に測定手段２０１を設けている。また、導入部又は排出部の配管の一部を分岐させた測定用の配管（図示せず）に測定手段の物性値検知部位を設置する等してもよい。一例として、検査対象電解液の光学的物性値を測定する場合には、導入部１０８、１０９、排出部１１０、１１１、およびタンク１０６、１０７の少なくともいずれかの一部を透明とした透明部を設け、この透明部に吸光度計等を設置する等が挙げられる。
【００３８】
物性値が、色彩に相関する光学的物性値、電気伝導度、比重、粘度、流量、及び流速の少なくとも一つの場合、さらに温度を測定する手段を備えてもよい。これらの物性値は温度と密接な関係にあるので、後述する記憶手段２０２に温度条件ごとに対応した上記の物性値と充電状態との相関関係を記憶しておき、温度条件における物性値を比較することで、より正確な充電状態の測定及び充放電制御が可能となる。
【００３９】
［記憶手段］
記憶手段２０２は、測定手段２０１が測定する物性値の種類及び箇所に応じて予め求めておいた検査対象電解液の物性値及びそれに相関する充電状態が記憶されている。この物性値と充電状態との相関関係としては、両者の関係を示すデータ群や、両者の関係を表す数式などが利用できる。記憶手段２０２は、例えばコンピュータが備えるハードディスクである。
【００４０】
本発明における充電状態は、通電した電気量(積算値：Ａ×ｈ(時間))が全て充電に使用されたと想定して、以下のように規定される。
【００４１】
充電状態＝充電電気量/理論充電電気量
＝（充電時間×電流）／（理論充電時間×電流）
＝充電時間／理論充電時間
充電電気量（Ａ・秒）＝充電時間（ｔ）×充電電流（Ｉ）
理論充電時間＝活物質電気量／充電電流（Ｉ）
活物質電気量＝活物質のモル数×ファラデー定数
＝体積×濃度×９６，４８５（Ａ・秒／モル）
【００４２】
充電状態演算手段２０３は、測定手段２０１から出力された検査時の物性値と、記憶手段２０２から読み出した相関関係とから充電状態を演算する。充電状態演算手段２０３は、例えばコンピュータが備える演算装置（ＣＰＵ）である。そして、この演算による演算結果は充放電制御手段２０４に出力される。充電状態演算手段２０３は、測定手段２０１が測定する検査対象電解液の物性値の測定箇所の数に応じて、複数の測定した物性値の平均値と相関関係から求めた結果を充電状態としたり、複数の測定した物性値の各々と相関関係とから複数の演算結果を求め、これら複数の演算結果の平均値を充電状態としたりしてもよい。
【００４３】
［充放電制御手段］
充放電制御手段２０４は、充電状態演算手段２０３から出力された演算結果に基づいて、レドックスフロー電池の充放電を制御する。より具体的には、充放電制御手段２０４は、ポンプ１１２、１１３及び交流／直流変換器の運転制御を行う。充放電制御手段２０４は、例えばコンピュータが備える演算装置である。
【００４４】
＜レドックスフロー電池システムの制御方法＞
本発明のレドックスフロー電池システムの制御方法について、各ステップにつき説明する。
【００４５】
［測定ステップ］
測定ステップでは、測定手段２０１により検査対象電解液の物性値が測定される。そして、この物性値が測定手段２０１から充電状態演算手段２０３へ出力される。
【００４６】
［充電状態演算ステップ］
充電状態演算ステップでは、測定手段２０１から出力された測定結果が充電状態演算手段２０３に受信される。充電状態演算手段２０３は、記憶手段２０２に記憶されている検査対象電解液の相関関係とから充電状態を演算する。そして、演算結果は、充電状態演算手段２０３により充放電制御手段２０４へ出力される。
【００４７】
［充放電制御ステップ］
充放電制御ステップでは、充電状態演算手段２０３から出力された演算結果が充放電制御手段２０４に受信される。次に、この受信した演算結果に基づいて充放電制御手段２０４から、レドックスフロー電池システムの運転を制御（指令）する信号が後述する制御対象に出力される。そして、受信した信号に応じた制御対象の動作がされることで、レドックスフロー電池システムの充放電制御が行われる。
【００４８】
一例として、演算された充電状態を利用して、セル１００の充放電を停止させる制御について説明する。この制御では、演算された充電状態が予め設定された規定値以上（規定範囲内）か否かを充放電制御手段２０４で判定して行われる。充電時の停止制御においては、演算された充電状態が規定値以上（又は規定範囲内）であるとの判定結果であれば、充放電制御手段２０４から出力された信号により、交流／直流変換器による商用電源からの電力の取り込みを停止すると共に、必要に応じてポンプ１１２、１１３の運転停止を行う。一方、放電時の停止制御においては、充電状態が規定値以下（又は規定範囲内）となれば、充放電制御手段２０４からの信号により、交流／直流変換器による需要家への電力の供給を停止すると共に、必要に応じてポンプ１１２、１１３の運転停止を行う。
【００４９】
以上の説明は充放電の停止の制御について行ったが、充放電の開始や充電入力の増減、放電出力の増減についても同様の考え方に基づいて行える。
【００５０】
これら例示した各制御は、電解液の充電状態、レドックスフロー電池システムに供給される電力の供給状態、需要家の電力の需要量等に応じて適時連続して用いられることが通常である。具体的な制御の内容、測定及び演算の実行頻度、及びこれに基づく制御の切り替えタイミングは、システムの規模や利用目的等により最適化すれば良い。
【００５１】
（実施形態２）
＜発電システム＞
次に、実施形態１のレドックスフロー電池システムを用いた発電システムを図２に基づいて説明する。この発電システムは、再生可能エネルギーを利用した発電手段１０と、発電量計測手段２０と、レドックスフロー電池システムとを備える。この電池システムの構成については実施形態１で説明したため、以下の説明は、主としてレドックスフロー電池システム以外の構成について行う。
【００５２】
発電手段１０は、自然エネルギーを利用して発電する装置であり、この例では、太陽光発電装置又は風力発電装置である。この発電手段１０は、需要家につながる電力系統に連系されている。そのため、発電電力は需要家に供給することができ、電力系統につながるレドックスフロー電池システムにも供給することができる。
【００５３】
発電量計測手段２０は、発電手段１０が発電した発電量を計測する装置であり、この例では電力計である。そして、この発電量が充放電制御手段２０４に出力される。
【００５４】
レドックスフロー電池システムは、上述の実施形態１に示したレドックスフロー電池システムであるが、発電手段１０に併設されている点で相違する。つまり、この電池システムは、電力系統に連系されている点では実施形態１と共通である。そのため、発電手段１０の発電電力が得られない場合でも商用電源を利用して電池システムを充電することができる。そして、充放電制御手段２０４には、発電量計測手段２０により計測された発電手段１０が発電した発電量がさらに入力される。充放電制御手段２０４は、この発電量と、レドックスフロー電池システムの充電状態とに応じて、レドックスフロー電池システムの充放電の停止や開始、並びに需要家への電力供給量の調整等を行う。
【００５５】
＜発電システムの制御方法＞
再生可能エネルギーを用いて発電するステップでは、再生可能エネルギーが、発電手段１０により電力に変換される。次に、発電電力を計測するステップでは、この変換された電力の発電量が、発電量計測手段２０により計測され、この計測結果が充放電制御手段２０４へ出力される。一方で、レドックスフロー電池システムの充電状態を検出するステップが行われる。このステップでは、実施形態１と同様に測定手段２０１、記憶手段２０２、及び充電状態演算手段２０３によりレドックスフロー電池システムの充電状態が検出され、検出結果が充放電制御手段２０４へ出力される。
【００５６】
発電電力の計測結果と充電状態の検出結果とを利用してレドックスフロー電池システムの充放電を制御するステップでは、充放電制御手段２０４が、取得した発電量と、検出された充電状態とに応じてレドックスフロー電池システムの運転を実施形態１と類似の方法により制御する。例えば、発電手段１０による発電量が予め設定した所定の閾値以上で十分にあり、かつ、レドックスフロー電池システムの充電状態が充電可能であるときには、発電手段１０により発電された電力を需要家に供給するように制御すると共に、余剰電力でレドックスフロー電池システムを充電するように制御する。発電量が上記閾値以上であってもレドックスフロー電池システムの充電状態が充電不能であるときには、発電電力のみ又は発電電力と電池システムからの放電電力との合成電力を需要家に供給するように制御する。
【００５７】
一方、発電手段１０による発電量が予め設定した所定の閾値未満で少ない場合であって、かつ、レドックスフロー電池システムの充電状態が放電可能であるときには、発電手段１０により発電された電力とレドックスフロー電池システムの放電電力との合成電力を需要家へ供給するように制御する。発電量が上記閾値未満であってもレドックスフロー電池システムの充電状態が放電不能であるときには、発電電力は需要家への供給のみとしてもよいし、需要家へ発電電力を供給することなく電池システムの充電に用いてもよい。
【００５８】
これら例示した各制御は、再生可能エネルギーの発電量、レドックスフロー電池システムの電解液の充電状態、需要家の電力の需要量等に応じて適時連続して用いられることが通常である。具体的な制御の内容、測定及び比較の実行頻度、及びこれに基づく制御の切り替えタイミングは、システムの規模や利用目的等により最適化すれば良い。
【００５９】
本発明の発電システムにおいては、発電手段１０の発電した電力でポンプ１１２、１１３を駆動させてもよいし、ポンプ１１２、１１３の駆動源を商用電源と発電手段との間で切り替える制御を充放電制御手段２０４に行わせてもよい。
【００６０】
上記各実施形態における各物性値の測定手段及び充電状態演算手段はあくまで例示であり、本発明の要旨を変更しない範囲で物性値の測定手段及び充電状態演算手段について、異なる構成を採用することができる。例えば、物性値として温度を測定する場合であれば、操作担当者が温度計の温度を目視し、その温度を操作担当者がコンピュータに入力する等でもよい。また、物性値として光学的物性値を測定する場合であれば、測定担当者が色見本と検査対象電解液の色とを目視で比較（比色）することで充電状態を決定し、どのような制御を行うか決定してもよい。
【００６１】
本発明のレドックスフロー電池システム及び発電システムは、モニタセルを備えることを排除するものではない。すなわち、本発明は、モニタセルを備えてもよい。この場合、モニタセルによる充電状態の把握と、物性値による充電状態の把握との両方を行うことができる。これにより、例えば一方を他方のバックアップ用として用いたり、補助手段として用いたりすることもできる。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
本発明のレドックスフロー電池システムは、太陽光発電、風力発電などの新エネルギーの発電に対して、発電出力の変動の安定化、発電電力の余剰時の蓄電、負荷平準化などを目的とした大容量の発電システムに好適に利用することができる。その他、本発明レドックスフロー電池システムは、一般的な発電所に併設されて、瞬低・停電対策や負荷平準化を目的とした大容量の蓄電池としても好適に利用することができる。本発明のレドックスフロー電池システムの運転方法は、上記本発明レドックスフロー電池を上記種々の用途で使用する際に好適に利用することができる。
【００６３】
本発明の発電システムは、出力安定化、負荷平準化などを目的とした発電システムとして好適に利用することができる。また、本発明の発電システムの運転方法は、上記の本発明の発電システムを上記種々の用途で使用する際に好適に利用することができる。
【符号の説明】
【００６４】
１０  発電手段
２０  発電量計測手段
１００  セル    １０１  隔膜    １０２  正極セル    １０３  負極セル
１０４  正極電極    １０５  負極電極    
１０６、１０７  タンク    １０８、１０９  導入部    １１０、１１１  排出部
１１２、１１３  ポンプ
２０１  測定手段    ２０２  記憶手段    ２０３  充電状態演算手段    
２０４  充放電制御手段
【図１】
2014137898.tif 000003
【図２】
2014137898.tif 000004
【図３】
2014137898.tif 000005