(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流動電解液電池であって、
複数の電極を備えるスタックと、
負電解液を前記スタックを通過させて循環させるために前記スタックに接続された負電解液通路と、
正電解液を前記スタックを通過させて循環させるために前記スタックに接続された正電解液通路と、
前記正電解液通路と前記負電解液通路を接続するバルブと、
を備え、
前記バルブは、前記正電解液通路および前記負電解液通路間の電解液の流通を阻止する閉構成と、前記正電解液通路から前記負電解液通路への電解液の流通を可能にするとともに前記正電解液通路から前記負電解液通路への電解液の流通を阻止する開構成とを有し、
前記負電解液通路は、充電動作または放電動作の間、前記正電解液通路とは異なる圧力になるように構成され、前記バルブは、前記正電解液通路および前記負電解液通路間の圧力差の変化によって開閉される、
流動電解液電池。
【請求項２】
前記バルブは逆止弁を構成する、請求項１に記載の流動電解液電池。
【請求項３】
前記バルブは電気的に作動させられる、請求項１に記載の流動電解液電池。
【請求項４】
前記正電解液通路および前記負電解液通路の少なくとも一方の圧力を制御するための圧力調整器を更に備える、請求項１に記載の流動電解液電池。
【請求項５】
充電動作または放電動作の間、前記負電解液通路は、前記正電解液通路よりも高い圧力になるように構成され、前記バルブは、前記負電解液通路の前記高い圧力によって閉じるように構成される、請求項１に記載の流動電解液電池。
【請求項６】
前記正電解液通路および前記負電解液通路は、正電解液貯蔵器および負電解液貯蔵器をそれぞれ備えている、請求項１に記載の流動電解液電池。
【請求項７】
前記正電解液貯蔵器および前記負電解液貯蔵器の間に設けられ、前記正電解液貯蔵器および前記負電解液貯蔵器の一方から前記正電解液貯蔵器および前記負電解液貯蔵器の他方へ電解液が溢れ出ることを可能にする溢流路を更に備える、請求項６に記載の流動電解液電池。
【請求項８】
前記流動電解液電池を充電するための充電モジュールを更に備える、請求項１に記載の流動電解液電池。
【請求項９】
前記流動電解液電池の過充電を検出する電池制御モジュールを更に備え、前記電池制御モジュールは、過充電が検出されたときに前記バルブを開くように構成されている、請求項１に記載の流動電解液電池。
【請求項１０】
前記電池制御モジュールは、前記負電解液通路および前記正電解液通路の一つ以上における圧力を変えることによって前記バルブを開くように構成されている、請求項９に記載の流動電解液電池。
【請求項１１】
前記電池制御モジュールは、過充電電流を検出するように構成されており、また、前記過充電電流に応じた速度で前記流動電解液電池を化学的に放電させるように前記バルブを制御するように構成されている、請求項９に記載の流動電解液電池。
【請求項１２】
前記電池制御モジュールは、前記流動電解液電池の前記スタックの電気化学的研磨を開始させる、請求項９に記載の流動電解液電池。
【請求項１３】
前記電池制御モジュールは、前記電池を部分的に化学的放電させるために前記バルブを定期的に開くように構成されている、請求項９に記載の流動電解液電池。
【請求項１４】
亜鉛臭素流動電解液電池である、請求項９に記載の流動電解液電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流動電解液電池（flowing electrolyte batteries）に関する。本発明は、特に、流動電解液電池における安全システムおよび電解液管理に関する（ただし、これら以外を除外するものではない）。
【背景技術】
【０００２】
亜鉛臭素電池、亜鉛塩素電池、およびバナジウムフロー電池のような流動電解液電池は、鉛蓄電池に対する大きな改善をもたらす。典型的な鉛蓄電池は、高温気候条件において（特に完全放電されるときに）、しばしば極めて短寿命となる。鉛蓄電池は環境リスクも伴う。というのも、鉛蓄電池の主な構成要素は鉛であり、鉛は製造および処分時に深刻な環境問題を引き起こすおそれがあるからである。一方、流動電解液電池の有効寿命は、深放電利用によって影響を受けないし、流動電解液電池のエネルギー重量比は、鉛蓄電池の６倍にも達する。
【０００３】
図１に示される系統図は、従来技術により知られている基本的な亜鉛臭素流動電解液電池１００を示す。亜鉛臭素電池１００は、負電解液循環路１０５、および独立した正電解液循環路１１０を含んでいる。負電解液循環路１０５は、活性化学物質として亜鉛イオンを含み、正電解液循環路１１０は、活性化学物質として臭素イオンを含んでいる。亜鉛臭素電池１００は、負電解液ポンプ１１５、正電解液ポンプ１２０、負亜鉛電解液（陽極液）タンク１２５、および正臭素電解液（陰極液）タンク１３０も備えている。
【０００４】
高電圧を得るために、亜鉛臭素電池１００は、双極構成に接続された複数のセル１３５のスタックを更に備えており、このセル１３５のスタックは、個々のセルの電圧よりも高い全体電圧を生成する。
【０００５】
たとえば、セル１３５は、ハーフセル１４０および１４５を備え、双極電極板１５５および微小孔性セパレータ板１６５を含んでいる。そして、亜鉛臭素電池１００は、集電電極板１６０に正極端を、別の集電電極板１５０に負極端を有する。
【０００６】
ハーフセル１４５などの正極ハーフセルでの充電中の化学反応は、以下の式によって表すことができる。
２Ｂｒ−  →  Ｂｒ２＋２ｅ−    （式１）
【０００７】
こうして、臭素が、正電解液循環路１１０と連通するハーフセル内に形成され、その後、正臭素電解液タンク１３０内に収容される。ハーフセル１４０などの負極ハーフセルでの充電中の化学反応は、以下の式によって表すことができる。
Ｚｎ２＋＋２ｅ−  →  Ｚｎ    （式２）
【０００８】
こうして、負電解液循環路１０５に接する集電電極板１５０上に金属性亜鉛層１７０が形成される。また、ハーフセル１４０および１４５における放電中の化学反応は、式１および式２の逆反応である。
【０００９】
従来技術の基本的な亜鉛臭素流動電解液電池１００に伴う問題は、十分に迅速かつ安全に、そして電池１００に損傷を与えることなく、電池１００からその金属性亜鉛層１７０をストリッピングすることが概ねできなかったことである。
【００１０】
電解液電池１００のストリッピングは、電池１００の効率を改善するための定期的なメンテナンス工程としても、また、電池１００内に貯蔵されたエネルギーを中和する緊急処置の一部としても、重要となりうる。
【００１１】
従来技術の亜鉛臭素流動電解液電池１００を電流を用いてストリッピングするのは、いずれもコストが掛かる。というのも、このようなストリッピングは、外部のメンテナンスバス、ＤＣ（直流）−ＤＣコンバータ、またはストリッパ回路を一般的に必要とし、更に電池１００（特に電池１００の電極）を損傷しやすいからである。
【００１２】
更に、亜鉛臭素流動電解液電池１００を満充電から迅速に電気的にストリッピングすることは、過剰な熱を発生させるおそれがあるので、一般的に安全性を欠く。
【００１３】
従来技術の亜鉛臭素流動電解液電池１００に伴う更なる問題は、不均一な亜鉛の堆積物およびデンドライト（樹枝状結晶）が電池１００の効率を低下させる可能性があり、また、電池１００のセルに損傷を生じさせる可能性さえもあることである。
【００１４】
亜鉛臭素流動電解液電池１００に伴う更に別の問題は、過充電（たとえば充電システムの故障によるもの）が電池１００に深刻な損傷を与える可能性があることである。
【００１５】
したがって、従来技術の流動電解液電池に関する上述のような多くの問題を克服または軽減することが要望されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本願発明の実施形態は、上述の従来技術に対する改善および利点を消費者に提供し、および／または、従来技術の上述した欠点の一つ以上を克服および軽減し、および／または、有益な商業的選択肢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】
【００１７】
本発明の一つの側面は、流動電解液電池に関する。この流動電解液電池は、
複数の電極を備えるスタックと、
負電解液を前記スタックを通過させて循環させるために前記スタックに接続された負電解液通路と、
正電解液を前記スタックを通過させて循環させるために前記スタックに接続された正電解液通路と、
前記正電解液通路と前記負電解液通路を接続するバルブと、
を備え、
前記バルブは、前記正電解液通路および前記負電解液通路間の電解液の流通を阻止する閉構成と、前記正電解液通路および前記負電解液通路の少なくとも一方から前記正電解液通路および前記負電解液通路の他方への電解液の流通を可能にする開構成とを有し、
前記負電解液通路は、充電動作または放電動作の間、前記正電解液通路とは異なる圧力で動作し、前記バルブは、前記正電解液通路および前記負電解液通路間の圧力差の変化によって開閉される。
【００１８】
好ましくは、前記開構成において、前記バルブは、前記正電解液通路から前記負電解液通路への電解液の流通を可能にする。
【００１９】
好ましくは、前記開構成において、前記バルブは、前記負電解液通路から前記正電解液通路への電解液の流通を阻止する。
【００２０】
好ましくは、前記バルブは逆止弁を構成する。この他に、前記バルブは電気的に作動されられる。
【００２１】
好ましくは、前記流動電解液電池は、前記正電解液通路および前記負電解液通路の少なくとも一方の圧力を制御するための圧力調整器を更に備える。
【００２２】
好ましくは、充電動作または放電動作の間、前記負電解液通路は、前記正電解液通路よりも高い圧力で動作するように構成され、前記バルブは、前記負電解液通路の前記高い圧力によって閉じるように構成される。
【００２３】
好ましくは、前記正電解液通路および前記負電解液通路は、正電解液貯蔵器および負電解液貯蔵器をそれぞれ備えており、前記流動電解液電池は、前記正電解液貯蔵器および前記負電解液貯蔵器の間に設けられた溢流路（overflow channel）を更に備えている。この溢流路は、前記正電解液貯蔵器および前記負電解液貯蔵器の一方から前記正電解液貯蔵器および前記負電解液貯蔵器の他方へ電解液が溢れ出ることを可能にする。
【００２４】
好ましくは、前記流動電解液電池は、前記流動電解液電池を充電するための充電モジュールを更に備える。
【００２５】
好ましくは、前記流動電解液電池は、前記流動電解液電池の過充電を検出する電池制御モジュールを備えており、この電池制御モジュールは、過充電が検出されたときに前記バルブを開くように構成されている。好適には、前記電池制御モジュールは、前記負電解液通路および前記正電解液通路の一つ以上における圧力を変えることによって前記バルブを開くように構成されている。
【００２６】
好ましくは、前記電池制御モジュールは、過充電電流を検出するように構成されており、また、前記過充電電流に応じた速度で前記流動電解液電池を化学的に放電させるように前記バルブを制御するように構成されている。
【００２７】
好ましくは、前記流動電解液電池は、前記流動電解液電池の前記スタックを電気化学的に研磨するための電池制御モジュールを更に備える。
【００２８】
好ましくは、前記電池制御モジュールは、前記電池を部分的に化学的放電させるために前記バルブを定期的に開くように構成されている。
【００２９】
好ましくは、前記流動電解液電池は、亜鉛臭素流動電池を構成する。
【００３０】
本発明の第二の側面は、流動電解液電池を制御する方法に関する。ここで、前記流動電解液電池は、電極スタックと、負電解液通路と、正電解液通路と、前記正電解液通路および前記負電解液通路間に設けられたバルブとを備えている。この方法は、
前記正電解液通路によって、正電解液を、前記スタックを通過させて循環させるステップと、
前記負電解液通路によって、負電解液を、前記スタックを通過させて循環させるステップと、
前記正電解液通路から前記負電解液通路へ前記正電解液が流通することが可能になるように前記バルブを開くステップと、
前記負電解液通路によって、前記正電解液および前記負電解液の混合液を、前記スタックを通過させて循環させるステップと、
を備え、
前記バルブを開くステップは、
前記正電解液通路を第１の圧力で動作させるとともに、
前記負電解液通路を前記第１の圧力とは異なる第２の圧力で動作させる
ことによって実行される。
【００３１】
好ましくは、前記方法は、
前記流動電解液電池を少なくとも部分的に放電すべきと判断するステップを更に備えており、
前記バルブは、前記流動電解液電池を少なくとも部分的に放電すべきと判断した後に開かれる。
【００３２】
好ましくは、前記流動電解液電池を少なくとも部分的に放電すべきと判断するステップは、
前記流動電解液電池のエラーを検出するステップ、
前記流動電解液電池の過充電を検出するステップ、および
前記流動電解液電池の電気化学的研磨のための閾値に達したことを判断するステップ
の少なくとも一つを含んでいる。
【００３３】
好ましくは、前記第１の圧力は前記第２の圧力よりも大きい。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
本発明の理解を助けるため、また当業者が本発明を有効に実施できるようにするために、本発明の好ましい実施形態を、単に例示として、添付図面を参照しつつ以下に説明する。
【００３５】
【図１】図１は、従来技術に係る基本的な亜鉛臭素流動電解液電池を示す。
【図２】図２は、本発明の実施形態に係る流動電解液電池の側方断面図である。
【図３】図３は、本発明の実施形態に係る流動電解液電池の概略図である。
【図４】図４は、本発明の別の実施形態に係る流動電解液電池の概略図である。
【図５】図５は、本発明の実施形態に係る流動電解液電池の制御方法を示す。
【図６】図６は、本発明の実施形態に係る電池のメンテナンス方法（電池の電気化学的研磨を含む）を示す。
【図７】図７は、本発明の実施形態に係る電池コントローラを概略的に示す。
【００３６】
図面に示される要素の配置から多少のずれがあったとしても、開示された本発明の実施形態の正常な機能を損なうことがないことを、当業者は理解するだろう。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
本発明の実施形態には、複数の流動電解液電池や方法が含まれる。図面において本発明の諸要素は、本発明の実施形態の理解に必要な特定の詳細のみを示しつつ、当業者にとっては本項から明らかであろう過度の詳細によって開示を煩雑にしないように、簡潔な概略形式で図示されている。
【００３８】
本特許明細書では、第１および第２、左および右、前および後、上および下などの形容詞は、一つの要素または方法ステップを別の要素または方法ステップから区別するためのみに用いられており、それらの形容詞によって記述される特定の相対的な位置や順序を必ずしも必須とするわけではない。「備える」または「含む」のような文言は、複数の要素または方法ステップからなる排他的な集合を規定するために用いられているわけではない。むしろ、そのような文言は、本発明の特定の実施形態に含まれる要素または方法ステップの最小限の集合を規定するものに過ぎない。
【００３９】
本明細書中のいずれの従来技術の参照も、その従来技術が一般技術常識の一部を成すことの自認やいかなる形での示唆とみなされるべきではない。
【００４０】
本発明の一つの側面は、流動電解液電池に関する。この流動電解液電池は、複数の電極を備えるスタックと、負電解液をスタックを通過させて循環させるためにスタックに接続された負電解液通路と、正電解液をスタックを通過させて循環させるためにスタックに接続された正電解液通路と、正電解液通路と負電解液通路を接続するバルブとを備えている。このバルブは、正電解液通路および負電解液通路間の電解液の流通を阻止する閉構成と、正電解液通路および負電解液通路の少なくとも一方から正電解液通路および負電解液通路の他方への電解液の流通を可能にする開構成とを有する。
【００４１】
本発明の特定の実施形態の長所の一つは、流動電解液電池を迅速かつ安全にストリッピングする能力である。特に、このストリッピングは、外部のメンテナンスバス、ＤＣ（直流）−ＤＣコンバータ、または他のストリッパ回路のいずれも用いることなく達成することができる。亜鉛臭素電池として実装されるいくつかの実施形態では、臭素電解液を臭素タンクから亜鉛タンクへとポンプ輸送することにより、活性成分がセルスタックの亜鉛側および亜鉛タンクで混合され、電池の自己放電を引き起こして、亜鉛の最後の残りをスタックからストリッピングする。
【００４２】
特定の実施形態では、本発明は、電池を電気的にストリッピングするための電流を必要としないので、より堅固であり、また、流動電解液電池の損傷のリスクを低減する。
【００４３】
一部の実施形態では、本発明は、流動電解液電池の任意の充電状態から安全に使用する（満充電された電池の急速な完全放電を含む）ことができる。
【００４４】
電池のストリッピングに加えて、本発明は、電池を電気化学的に研磨するために（たとえば、亜鉛臭素電池の亜鉛メッキを研磨して、該メッキ上の不均一な亜鉛付着物およびデンドライトの影響を低減するために）用いることができる。
【００４５】
特定の実施形態によれば、電池の放電が制御可能であり、所望の量の放電または研磨を生じさせることができる。特に、電池を少量だけ放電することが、その他の点で電池の機能に影響を及ぼすことなく可能である。
【００４６】
更に、本発明のある実施形態は、たとえば電気的な充電システムにおいて故障が生じたときに、電池を完全に放電することなく、過充電を防ぐことを可能とする。
【００４７】
図２は、本発明の実施形態に係る流動電解液電池２００の側方断面図である。この流動電解液電池２００は、たとえば、亜鉛臭素流動電解液電池を構成することができる。
【００４８】
図１の流動電解液電池１００と同様に、流動電解液電池２００は、負電解液ポンプ２０５と、正電解液ポンプ２１０と、負電解液（陽極液）タンク２１５と、正電解液（陰極液）タンク２２０とを含む。負電解液（陽極液）タンク２１５は、負電解液ポンプ２０５および負電解液循環路２３０を介して、セルスタック２２５に接続されている。正電解液（陰極液）タンク２２０は、正電解液ポンプ２１０および正電解液循環路２３５を介して、セルスタック２２５に接続されている。
【００４９】
正電解液循環路２３５と負電解液循環路２３０とは、バルブ２４０によって選択的に接続されている。バルブ２４０は、第１の構成では、正電解液循環路２３５と負電解液循環路２３０を分離する。また、バルブ２４０は、第２の構成では、正電解液循環路２３５と負電解液循環路２３０との間の流れを可能にする。
【００５０】
特定の実施形態では、バルブ２４０は、正電解液循環路２３５および負電解液循環路２３０の一方から正電解液循環路２３５および負電解液循環路２３０の他方への流通を阻止する逆止弁である。この場合、バルブ２４０は、正電解液循環路２３５と負電解液循環路２３０との間で第１の圧力差を維持することによって正電解液循環路２３５と負電解液循環路２３０を分離するために用いることができる。バルブ２４０は、また、正電解液循環路２３５および負電解液循環路２３０間の圧力差を変えることによって、一方向に開放することができる。
【００５１】
更に、流動電解液電池２００は、正電解液循環路２３５および負電解液循環路２３０の一方から正電解液循環路２３５および負電解液循環路２３０の他方へ電解液が溢れて流れることを可能にする溢流管２４５を含む。この構成は、バルブ２４０が開いているときに特に重要となりうる。というのも、流体が正電解液循環路２３５および負電解液循環路２３０の一方から正電解液循環路２３５および負電解液循環路２３０の他方へ流れることができ、それが最終的に正電解液タンク２２０または負電解液タンク２１５を満たして溢れさせてしまう可能性があるからである。
【００５２】
通常の充電または放電の間、正電解液ポンプ２１０は、正電解液捕集管２５０を用いて正電解液（陰極液）タンク２２０から正電解液をくみ上げ、その正電解液をセルスタック２２５を通過するように圧力下で輸送し、正電解液返戻管２５５を用いて正電解液（陰極液）タンク２２０内に戻す。
【００５３】
同時に、負電解液ポンプ２０５は、負電解液捕集管２６０を用いて負電解液（陽極液）タンク２１５から負電解液をくみ上げ、その負電解液をセルスタック２２５を通過するように圧力下で輸送し、負電解液返戻管２６５を用いて負電解液（陽極液）タンク２１５内に戻す。
【００５４】
このような通常の充電動作または放電動作ではバルブ２４０は閉じているので、正電解液循環路２３５および負電解液循環路２３０間の電解液の流通が阻止される。
【００５５】
充電または放電中にセルスタック２２５内で生じる化学反応は、上述の図１において説明したものと同様または同一である。
【００５６】
特定の他の動作中（たとえば、流動電解液電池２００に故障がある場合）は、バルブ２４０が少なくとも一方向に開放され、それにより、正電解液循環路２３５および負電解液循環路２３０間の電解液の流通が可能になる。正電解液ポンプ２１０および負電解液ポンプ２０５は、バルブ２４０によって正電解液循環路２３５および負電解液循環路２３０の少なくとも一方において正電解液と負電解液との混合液が生じても、上述のように、セルスタック２２５を通過するように電解液を輸送し続ける。
【００５７】
正電解液および負電解液の混合液がセルスタック２２５を通過するように輸送されるので、セルスタック２２５を化学的にストリッピングすることができ、および／または電池２００を中和することができる。
【００５８】
上述のように、特定の実施形態では、バルブ２４０は逆止弁である。この場合、通常の充電動作および放電動作中は、正電解液循環路２３５および負電解液循環路２３０間の電解液の流通を阻止するために、負電解液ポンプ２０５および正電解液ポンプ２１０の一方が他方よりも高い圧力で動作する。これは、バルブ２４０を強制的に閉じたままにすることで達成される。バルブ２４０の流れ方向は、バルブ２４０を開放または閉鎖するために正電解液循環路２３５および負電解液循環路２３０間に必要とされる圧力差を定める。
【００５９】
特に、逆止弁の形態のバルブ２４０は、好適には、負電解液（たとえば亜鉛電解液）が正電解液循環路２３５に侵入することを防ぐとともに、負電解液ポンプ２０５からの圧力が正電解液ポンプ２１０からの圧力よりも大きいときに正電解液（たとえば臭素電解液）の負電解液循環路２３０への流入を可能とするように構成される。
【００６０】
当業者には容易に理解されることだが、バルブ２４０での圧力差は、バルブ２４０の開閉を決定する。多くの場合、この圧力差は、負電解液ポンプ２０５および正電解液ポンプ２１０間の圧力差に対応する。しかし、他の場合には、バルブ２４０での圧力差を推定するために、より詳細な解析が必要になるかもしれない。
【００６１】
図３は、本発明の別の実施形態に係る流動電解液電池３００の概略図である。流動電解液電池３００は、図２の流動電解液電池２００と同様とすることができる。
【００６２】
流動電解液電池３００は、正電解液タンク３０５、負電解液タンク３１０、正電解液ポンプ３１５、および負電解液ポンプ３２０を含んでおり、これらは正電解液（陰極液）タンク２２０、負電解液（陽極液）タンク２１５、正電解液ポンプ２１０、および負電解液ポンプ２０５とそれぞれ同様である。流動電解液電池３００は、セルスタック３２５およびバルブ３３０を更に含んでおり、これらはセルスタック２２５およびバルブ２４０とそれぞれ同様である。
【００６３】
バルブ３３０は逆止弁であり、負電解液（たとえば亜鉛電解液）がセルスタック３２５の正電解液側へ流れることを防ぐ一方、正電解液（たとえば臭素電解液）が特定の条件のもとでセルスタック３２５の正電解液側へ流れることを可能にする。
【００６４】
電池コントローラ３３５は、正電解液ポンプ３１５および負電解液ポンプ３２０に接続されており、電解液ポンプ３１５、３２０それぞれの圧力を調節する。通常の充電動作および放電動作では、電池コントローラ３３５は、負電解液ポンプ３２０の出力の圧力を、正電解液ポンプ３１５の出力の圧力よりも高くなるように維持する。これにより、バルブ３３０が開くことが防止される。
【００６５】
充電コントローラ３４０は、電池３００の充電および放電を制御するために用いられ、たとえば、双方向インバータ（図示せず）を含むことができる。この例では、充電コントローラ３４０は、電力網もしくはローカル電源から電池３００を充電するために用いられ、あるいは、電力網に電力を戻し、もしくはローカル装置に電力を与えるために用いられる。
【００６６】
特に、電池３００と電力網との間に正または負の電位差が生成されるように双方向インバータを調節することよって、電池３００を充電および放電することができる。一部の実施形態では、電池３００を充電または放電するために、電池充電器や抵抗性負荷のような他の等価なハードウェアを使用できることを、当業者は理解するであろう。
【００６７】
流動電解液電池３００にエラーがある等の場合は、電池３００から電荷をストリッピングすることが望ましいかもしれない。この場合、電池コントローラ３３５は、正電解液がバルブ３３０を超えて移動することで電池電極の迅速な電気化学的ストリッピングがもたらされるように、負電解液ポンプ３２０の圧力を、正電解液ポンプ３１５の圧力未満に下げる。これにより、充電コントローラ３４０、外部メンテナンスバス、ＤＣ（直流）−ＤＣコンバータ、または他のストリッパ回路のいずれをも用いることなく、電池３００のストリッピングが可能となる。電池を化学的にストリッピングするので、セルスタック３２５の電極を損傷する可能性のあるストリップ電流も生じない。
【００６８】
上述の手法によって、電池３００を、１００％充電を含む任意の充電状態からゼロ充電まで、迅速にストリッピングすることができる。この放電は、電池３００から熱を、その熱が発生する速度で（たとえば冷却路を用いて）移送できるように、電池コントローラ３３５によって制御することができる。
【００６９】
セルスタック３２５の電極を電気化学的に研磨することが好適な場合もある。この方法は上述のストリッピングの方法に類似しているが、研磨の目的では、限られた量の正電解液しかバルブ３３０を通過することが許されない。このようにして、電極を傷つけるおそれのある不均一な堆積物およびデンドライトが、電池３００から取り除かれる。この場合、コントローラ３３５が負電解液ポンプ３２０の圧力を短い時間だけ低くすることが好適である。バルブ３３０が開いている時間を測定することによって、バルブ３３０を通った正電解液の量を推定することが可能であり、したがって、実施された研摩の量を推定することも可能である。
【００７０】
たとえば充電コントローラ３４０のエラーによって電池３００の過充電が発生した場合、電池コントローラ３３５は、過充電を抑えるために電池３００を部分的にストリッピングすることができる。この場合、電池コントローラ３３５は、圧力差が過充電と同等な速度で電気化学的な放電を生じさせるように正電解液ポンプ３１５および負電解液ポンプ３２０を設定することができるので、それにより、過剰なエネルギーを熱に変換して、電池３００が過充電によってそれ以上損傷することを防ぐ。
【００７１】
ある実施形態では、過剰な熱を発生させることなく、高い充電状態から電池３００を完全に放電させることを可能とするために、バルブ３３０を通過する電解液の流れが制限される。この場合、この流れは、バルブ３３０を定期的に開閉すること、または、バルブ３３０の近くに物理的な流れ絞り機構を含むこと、による圧力差を利用して、電池コントローラ３３５によって制御することができる。
【００７２】
図４は、本発明の実施形態に係る流動電解液電池４００の概略図である。この流動電解液電池４００は、図３の流動電解液電池３００と、電池コントローラ３３５およびバルブ３３０を除き、同様である。
【００７３】
流動電解液電池４００は、電池コントローラ４３５およびバルブ４３０を含んでおり、これらは図３の電池コントローラ３３５およびバルブ３３０と同様である。ただし、電池コントローラ４３５は、正および負電解液ポンプ３１５、３２０を介してバルブ４３０を制御するのではなく、バルブ４３０を直接制御する。
【００７４】
特に、電池コントローラ４３５は、バルブ４３０に接続されており、バルブ４３０の開閉を制御することができる。バルブ４３０は、たとえば、電気的に作動させることができ、または、外部のソレノイドもしくは同様の装置によって物理的に作動させることができる。
【００７５】
他の手法として、バルブ４３０または電池４００は、電解液の流れを一つの方向で阻止するために、一方向バルブを含むことができる。このほかに、バルブ４３０を通過する電解液の流れを単一方向とするために、正電解液ポンプ３１５および負電解液ポンプ３２０の一方をより高い圧力で動作させることができる。
【００７６】
図５は、本発明の実施形態に係る、流動電解液電池の制御方法５００を示す。この流動電解液電池は、図２、図３、または図４の流動電解液電池２００、３００、４００と同様または同一とすることができ、電極スタック、負電解液通路、正電解液通路、および正電解液通路と負電解液通路との間に設けられたバルブを備える。
【００７７】
ステップ５０５では、正電解液通路によって正電解液がスタックを通過して循環し、ステップ５１０では、負電解液通路によって負電解液がスタックを通過して循環する。これは、スタックの両端間に電圧降下が生じることを可能とするものであり、通常の充電動作および放電動作において用いられる。
【００７８】
ステップ５０５および５１０は、同時に実行されることが好適だが、正電解液と負電解液を同じ流量で環路に流通させる必要はなく、また、正電解液通路および負電解液通路の一つ以上における流れを、通常動作の間、一時的に停止できることを、当業者は理解するであろう。
【００７９】
ステップ５１５では、正電解液が正電解液通路から負電解液通路へ流れることができるように、バルブが開かれる。上述のとおり、この動作は、逆止弁を用いるときに正電解液通路を負電解液通路よりも高い圧力で動作させることによって、または他の適切な手法によって達成される。
【００８０】
ステップ５２０では、負電解液通路によって、正電解液および負電解液の混合液がスタックを通過して循環する。これにより、スタックの電気化学的ストリッピングが生じ、亜鉛臭素電池の場合には、メッキされた亜鉛をスタックからストリッピングすることになる。
【００８１】
図６は、本発明の実施形態に係る、電池のメンテナンス方法６００（電池の電気化学的な研磨を含む）を示す。
【００８２】
ステップ６０５では、正電解液通路によって正電解液がスタックを通過して循環し、ステップ６１０では、負電解液通路によって負電解液がスタックを通過して循環する。これは、上述のように、スタックの両端間に電圧降下が生じることを可能とするものであり、通常の充電動作および放電動作において用いられる。
【００８３】
ステップ６１５では、流動電解液電池の電気化学的な研磨のための閾値に達したか否かが判断される。この閾値は、時間に基づく閾値または充放電動作閾値とすることができる。換言すると、電池は、定期的（たとえば１か月ごと）に、または所定数の充電／放電サイクルの後に、電気化学的に研磨されるように構成することができる。
【００８４】
ステップ６１５において閾値に達していない場合、方法６００は、ステップ６０５および６１０の処理、たとえば通常の充電動作または放電動作を継続する。
【００８５】
ステップ６１５において閾値に達していた場合、正電解液が正電解液通路から負電解液通路へ流れることができるように、ステップ６２０においてバルブが開かれる。上述のように、この動作は、逆止弁を用いるときに正電解液通路を負電解液通路よりも高い圧力で動作させることによって達成される。
【００８６】
ステップ６２５では、負電解液通路によって、正電解液および負電解液の混合液がスタックを通過して循環する。これにより、スタックの一部の電気化学的ストリッピングが生じ、亜鉛臭素電池の場合には、メッキされた亜鉛の一部をスタックからストリッピングすることになる。
【００８７】
ステップ６２５は、電池の完全放電を防ぐために、短時間だけ実行されるか、または、負電解液通路を通る正電解液の流量を制限して実行される。これにより、電池を完全に放電することなく、デンドライトおよび不均一なメッキをスタックから取り除くことが可能になる。
【００８８】
ステップ６３０では、バルブが閉じられ、方法６００は、ステップ６０５および６１０において、たとえば通常の充電動作または放電動作を継続する。
【００８９】
図７は、本発明の実施形態に係る電池コントローラ７００を概略的に示す。このコントローラ７００は、図３のコントローラ３３５および図４のコントローラ４３５と同一または同様とすることができ、このコントローラ７００を用いて、図５および図６の方法５００および６００を実施することができる。
【００９０】
コントローラ７００は、中央処理装置７０２、システムメモリ７０４、およびシステムバス７０６を含む。システムバス７０６は、システムメモリ７０４を中央処理装置７０２に接続することを含め、さまざまなシステム構成要素同士を接続する。システムバス７０６は、いくつかの種類のバス構造（メモリバスまたはメモリコントローラ、ペリフェラルバス、および種々のバスアーキテクチャのうち任意のものを用いたローカルバスを含む）のいずれであってよい。システムメモリ７０４の構造は当業者によく知られたものであり、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）に記憶された基本的な入出力システム（ＢＩＯＳ）およびオペレーティングシステムのような一つ以上のプログラムモジュールと、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）に記憶されたアプリケーションプログラムおよびプログラムデータとを含む。
【００９１】
コントローラ７００は、データの読み書きのための種々のインタフェースユニットおよびドライブも含むことができる。データは、たとえば、正電解液ポンプおよび負電解液ポンプのための第１および第２の圧力値、電池の詳細、または任意の他の適切なデータを含むことができる。
【００９２】
特に、コントローラ７００は、ハードディスクインタフェース７０８およびリムーバブルメモリインタフェース７１０を含んでおり、これらは、それぞれ、ハードディスクドライブ７１２およびリムーバブルメモリドライブ７１４をシステムバス７０６に接続する。コントローラ７００が、単一のメモリしか含むことができない場合もあれば、数個の同様なドライブを含むことができる場合もあるとの理解のもとで、単一のハードディスクドライブ７１２および単一のリムーバブルメモリドライブ７１４が、単に例示のために示されている。
【００９３】
コントローラ７００は、デバイスやセンサをシステムバス７０６に接続するための追加のインタフェースを含んでいてもよい。図７は、デバイスやセンサをシステムバス７０６に接続するために用いることが可能なユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）インタフェース７１８を示す。たとえば、ＩＥＥＥ１３９４インタフェース７２０を、コントローラ７００に追加デバイスを接続するために用いてもよい。追加デバイスの例には、ポンプコントローラ、ならびに電圧センサおよび温度センサを含むセンサが含まれる。
【００９４】
コントローラ７００は、一つ以上の遠隔コンピュータまたは他のデバイス（例えば、サーバ、ルータ、ネットワークパーソナルコンピュータ、ピアデバイスもしくは他の一般的なネットワークノード、ワイヤレス電話、またはワイヤレスパーソナルディジタルアシスタント）との論理接続を用いたネットワーク環境において動作することができる。コントローラ７００は、システムバス７０６をローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）７２４に接続するネットワークインタフェース７２２を含む。インターネットのようなワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ）に、たとえばシリアルポートインタフェース７２６に接続されたモデムユニットを介して、もしくはＬＡＮ７２４を介して、コントローラ７００によってアクセスすることもできる。このことは、たとえば、コントローラ７００がアップデート可能であり、またはデータがコントローラ７００によって利用可能とされるときに好適である。
【００９５】
コントローラ７００の動作は、種々の異なるプログラムモジュールによって制御することができる。プログラムモジュールの例は、ルーチン、プログラム、オブジェクト、コンポーネント、および、特定のタスクを実行しまたは特定の抽象データ型を提供するデータ構造である。本発明は、ハンドヘルド装置、マルチプロセッサシステム、マイクロプロセッサベースのプログラマブルコンシューマ電子部品、ネットワークＰＣ、マイクロコンピュータ、メインフレームコンピュータ、パーソナルディジタルアシスタントなどを含む他のコンピュータシステム構成とともに実施してもよい。更に、本発明は、通信ネットワークを通じてリンクされたリモート処理装置によってタスクが実行される分散コンピューティング環境において実施されてもよい。分散コンピューティング環境では、ローカルメモリ記憶装置内およびリモートメモリ記憶装置内の両方にプログラムモジュールが配置されてもよい。
【００９６】
上述のように、流動電解液電池３００、４００は、亜鉛臭素流動電解液電池を構成することができる。同様に、方法５００、６００は、亜鉛臭素流動電解液電池に対して実行することができる。
【００９７】
要約すると、本発明の特定の実施形態は、流動電解液電池を迅速かつ安全にストリッピングする能力を利点の一つとしている。特に、この能力は、外部メンテナンスバス、ＤＣ（直流）−ＤＣコンバータ、またはストリッパ回路のいずれもがなくとも実現することができる。
【００９８】
特定の実施形態では、本発明は、電池を電気的にストリッピングするための電流を必要としないので、より堅固であり、流動電解液電池への損傷のリスクを低減する。
【００９９】
一部の実施形態では、本発明は、流動電解液電池の任意の充電状態から安全に使用することができる（満充電された電池の完全放電を含む）。
【０１００】
電池をストリッピングすることに加えて、本発明は、電池を電気化学的に研磨するため（たとえば、不均一な亜鉛付着物およびデンドライトの影響を低減すべく、亜鉛臭素電池の亜鉛メッキを研磨するため）に使用することができる。
【０１０１】
特定の実施形態では、電池の放電を制御することが可能であり、それにより所望の量の放電または研磨を生じさせることができる。特に、電池を少量だけ放電することが、それ以外の点で電池の機能に影響を及ぼすことなく可能である。
【０１０２】
更に本発明の特定の実施形態は、たとえば電気的な充電システムにおいて故障が生じた場合に、電池を完全に放電することなく、過充電を防ぐことを可能とする。
【０１０３】
本発明の種々の実施形態の上記説明は、関連技術における当業者への説明を目的としている。この説明は網羅的であることを意図したものではないし、本発明を、開示した単一の実施形態に限定することを意図したものでもない。上述のように、本発明の多くの代替例および変更例は、上記の教示を得た当業者にとって明らかであろう。したがって、いくつかの代替的な実施形態を具体的に述べたが、他の実施形態は、当業者にとって明らかであるか、当業者が比較的容易に開発するだろう。したがって、本特許明細書は、ここで述べた本発明のすべての代替例、変形例および変更例と、上述した発明の趣旨および範囲に含まれる他の実施形態とを包含することを意図している。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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