(57)【要約】【課題】電気自動車などに搭載された電解液循環型電池へ充電電力を、電気販売設備から短時間で効率よく供給して販売することができる電気販売システムを提供する。さらにその電解液循環型電池への充電電力量を適正に精算することができる電気料金計算システムを提供する。【解決手段】電気販売設備１０側の電解液タンク４８，４９から電解液循環型電池２０の電解液タンク２７，２８に電解液を供給し、同時に、電気自動車２側の電解液循環型電池２０の電解液タンク２７，２８から電解液を電気販売設備１０側の電解液タンク４８，４９に回収する。計算装置１１は、電解液の流量と電気量から供給電気量と回収電気量を算出し、その供給電気量と回収電気量の差から販売電気量を算出し、この販売電気量に充電効率を乗算して販売電力量を算出し、販売電力量に基づき電気料金を精算する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気自動車などに搭載された電解液循環型電池に対し、電気販売設備から充電電力を販売する電気販売システムであって、
該電気販売設備には、正負電極を各々配設した正負極セルを隔膜を介して形成した電池セル内に電解液を充填し、正極セルと負極セル内を各々循環ポンプを介して正極電解液タンクと負極電解液タンクに接続してなる電解液循環型電池が設置され、且つ該電気販売設備には、商用電源から充電電流を供給するための充電装置が設置され、電力の非販売時に、該充電装置から充電電流を該電気販売設備の電解液循環型電池における電池セルの正負電極に供給して充電を行い、該電解液循環型電池の正極電解液タンクと負極電解液タンクには、各々電解液の供給管と回収管が供給ポンプを介して接続され、該供給管と回収管の先端には被供給側の電解液循環型電池の電解液タンクに接続するための接続手段が設けられ、該電気販売設備の電解液循環型電池の正極電解液タンクと負極電解液タンクから該供給管と回収管を通して被供給側の電解液循環型電池側の電解液タンクに電解液を供給・回収して入れ替えることにより充電電力を販売することを特徴とする電気販売システム。
【請求項２】
請求項１記載の電気販売システムで使用される電気料金計算システムであって、
前記電気販売設備から被供給側の電解液循環型電池に供給する電解液の電圧を検出する供給電解液電圧検出手段と、
被供給側の電解液循環型電池から該電気販売設備に回収する電解液の電圧を検出する回収電解液電圧検出手段と、
該電気販売設備から該被供給側の電解液循環型電池に供給する電解液の流量を測定する供給電解液流量測定手段と、
該被供給側の電解液循環型電池から該電気販売設備に回収する電解液の流量を測定する回収電解液流量測定手段と、
該供給電解液の電圧から単位容積あたりの電気量を求め、該電気量と該供給電解液の流量とから供給電気量を算出する供給電気量算出手段と、
該回収電解液の電圧から単位容積あたりの電気量を求め、該電気量と該回収電解液の流量とから回収電気量を算出する回収電気量算出手段と、
該供給電気量と該回収電気量の差を販売電気量として算出し、該販売電気量に充電効率を乗算して販売電力量を算出し、該販売電力量に基づき電気料金を精算する電気料金精算手段と、
を備えたことを特徴とする電気料金計算システム。
【請求項３】
前記供給電解液の温度を検出し、該温度に基づき前記供給電気量を補正し、前記回収電解液の温度を検出し、該温度に基づき前記回収電気量を補正する温度補正手段が設けられた請求項２記載の電気料金計算システム。
【請求項４】
前記供給電気量算出手段と前記回収電気量算出手段は、電圧と電気量の関係を示すグラフデータを用いて単位容積あたりの電気量を求める請求項２記載の電気料金計算システム。                                                                        
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電解液循環型電池を使用した電気自動車などに対し、電解液循環型電池への充電電力を販売する電気販売システムと、その電気販売システムに使用する電気料金計算システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
正負電極を配設した電池セル内に、電解液として例えばバナジウム硫酸水溶液を充填すると共に、セル内の正極と負極の間に隔膜を配置し、電池セル内の正極側と負極側を各々、正極電解タンクと負極電解タンクに接続した構造の電解液循環型電池が、下記特許文献１などで知られており、この電解液循環型電池は、循環ポンプによりセル内の正極側と負極側の電解液を、各々正極電解タンクと負極電解タンクとの間で循環させながら、正極と負極を通して充放電を行う構造である。
【０００３】
この種の電解液循環型電池は、通常、電池反応がバナジウムイオンの価数変化のみであり、活物資の脱落や電析などの寿命阻害要因がないため、容量いっぱいの充放電を繰り返しても長寿命を確保できるという特徴があり、また短時間で充放電が可能で、良好な高速応答性と高出力性能を有しているため、電気自動車の電池としての利用が検討されている。
【特許文献１】特開平５−２４２９０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
電気自動車の搭載電池としてレドックスフロー電池のような電解液循環型電池を使用する場合、市街地などの各地に、その電池に充電するための電気販売スタンドのような電気販売施設が設置される必要があるが、その電気販売施設で電解液循環型電池に充電する場合、充電に必要とされる時間は、比較的短いものの、被充電側の電解液循環型電池の容量や充電する電力量によっては、ある程度の充電時間を必要とする問題があった。
【０００５】
本発明は、上述の課題を解決するものであり、電気自動車などに搭載された電解液循環型電池へ充電電力を、電気販売設備から短時間で効率よく供給して販売することができる電気販売システムを提供することを目的し、さらにその充電電力量を適正に精算することができる電気料金計算システム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】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１の電気販売システムは、電気自動車などに搭載された電解液循環型電池に対し、電気販売設備から充電電力を販売する電気販売システムであって、電気販売設備には、正負電極を各々配設した正負極セルを隔膜を介して形成した電池セル内に電解液を充填し、正極セルと負極セル内を各々循環ポンプを介して正極電解液タンクと負極電解液タンクに接続してなる電解液循環型電池が設置され、且つ電気販売設備には、商用電源から充電電流を供給するための充電装置が設置され、電力の非販売時に、充電装置から充電電流を電気販売設備の電解液循環型電池における電池セルの正負電極に供給して充電を行い、その電解液循環型電池の正極電解液タンクと負極電解液タンクには、各々電解液の供給管と回収管が供給ポンプを介して接続され、供給管と回収管の先端には被供給側の電解液循環型電池の電解液タンクに接続するための接続手段が設けられ、電気販売設備の電解液循環型電池の正極電解液タンクと負極電解液タンクから夫々の電解液を供給管と回収管を通して被供給側の電解液循環型電池側の電解液タンクに供給・回収して電解液を入れ替えることにより充電電力を販売することを特徴とする。
【０００７】
一方、本発明の請求項２の電気料金計算システムは、上記請求項１の電気販売システムで使用される電気料金計算システムであって、電気販売設備から被供給側の電解液循環型電池に供給する電解液の電圧を検出する供給電解液電圧検出手段と、被供給側の電解液循環型電池から電気販売設備に回収する電解液の電圧を検出する回収電解液電圧検出手段と、電気販売設備から被供給側の電解液循環型電池に供給する電解液の流量を測定する供給電解液流量測定手段と、被供給側の電解液循環型電池から電気販売設備に回収する電解液の流量を測定する回収電解液流量測定手段と、供給電解液の電圧から単位容積あたりの電気量を求め、その電気量と該供給電解液の流量とから供給電気量を算出する供給電気量算出手段と、回収電解液の電圧から単位容積あたりの電気量を求め、その電気量と回収電解液の流量とから回収電気量を算出する回収電気量算出手段と、供給電気量と回収電気量の差を販売電気量として算出し、販売電気量に充電効率を乗算して販売電力量を算出し、販売電力量に基づき電気料金を精算する電気料金精算手段と、を備えたことを特徴とする。
【０００８】
ここで、上記請求項２の電気料金計算システムにおいて、請求項３のように、上記供給電気量算出手段と回収電気量算出手段では、供給電解液の温度を検出し、その温度に基づき前記供給電気量を補正し、回収電解液の温度を検出し、その温度に基づき前記回収電気量を補正する温度補正手段を設けることができる。
【０００９】
また、請求項４のように、上記供給電気量算出手段と回収電気量算出手段は、電圧と電気量の関係を示すグラフデータを用いて単位容積あたりの電気量を求めることができる。
【発明の効果】
【００１０】
上記構成の電気販売システムでは、電気自動車などに搭載された電解液循環型電池に対し、電気販売設備から電解液を供給・回収して入れ替えることにより、充電用の電気を販売する。電気販売設備側の電解液タンクに接続された供給管と回収管を、電気自動車側の電解液循環型電池の電解液タンクに接続し、ポンプを作動して電気販売設備側の電解液タンクから電解液循環型電池の電解液タンクに電解液を供給し、同時に、電気自動車側の電解液循環型電池の電解液タンクから電解液を電気販売設備側の電解液タンクに回収する。この電解液の供給と回収は、正極電解液と負極電解液について各々実施される。
【００１１】
このような電解液の入れ替えにより電解液循環型電池に対して充電電力の販売を行う際、その電気料金の計算は、電気料金計算システムにより次のように計算される。すなわち、電解液の供給・回収時に、供給電解液の電圧が電気料金計算システムの供給電解液電圧検出手段により検出され、回収電解液の電圧が回収電解液電圧検出手段によって検出される。また、その供給電解液の流量が供給電解液流量測定手段により測定され、回収電解液の流量が回収電解液流量測定手段によって測定される。
【００１２】
そして、検出された供給電解液の電圧から単位容積あたりの電気量を求め、その電気量と測定された供給電解液の流量とから、供給電気量算出手段により供給電気量が算出される。また、検出された回収電解液の電圧から単位容積あたりの電気量を求め、その電気量と回収電解液の流量とから、回収電気量算出手段により回収電気量が算出される。さらに、電気料金精算手段が、上記供給電気量と回収電気量の差を販売電気量として算出し、販売電気量に充電効率を乗算して販売電力量を算出し、この販売電力量に基づき電気料金を精算する。
【００１３】
このように、電解液の流量と電気量から供給電気量と回収電気量を算出し、その供給電気量と回収電気量の差から販売電気量を算出し、この販売電気量に充電効率を乗算して販売電力量を算出し、販売電力量に基づき電気料金を精算するため、電気自動車などの電解液循環型電池への充電電力量を適正に精算することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１は電気販売システム１の概略全体構成図を示し、図２はその詳細構成図を示している。図１に示すように、この電気販売システム１は、電気自動車２などに搭載された電解液循環型電池２０に、充電用の電力を販売するための装置であり、電解液循環型の電気販売設備１０と電気料金計算システムをなす計算装置１１を備え、電気販売スタンドなどの電気販売施設に設置される。
【００１５】
電気販売施設には、電解液循環型電池を備えた電気販売設備１０が設置され、そこには、充電用の電解液循環型電池の電池セル４１、電池セル４１の正負電極に充電電流を供給する充電装置４０、電池セル４１の正極セル４１ｂと負極セル４１ｃに対し電解液を循環供給するための正極電解液タンク４８と負極電解液タンク４９が設けられる。電池セル４１、正極電解液タンク４８、負極電解液タンク４９内には、電解液として例えばバナジウム硫酸水溶液が充填されている。
【００１６】
電池セル４１は、イオン交換膜からなる隔膜４１ａで分離された正極セル４１ｂと負極セル４１ｃを有し、正極セル４１ｂ内に正電極４２が配設され、負極セル４１ｃ内に負電極４３が配設されている。さらに、正極セル４１ｂは正極電解液タンク４８に２本の循環用導管を介して接続され、負極セル４１ｃは負極電解液タンク４９に２本の循環用導管を介して接続され、導管には各々循環ポンプ４４，４５が接続され、循環ポンプ４４，４５の作動により、電解液が正極電解液タンク４８から正極セル４１ｂに循環して供給され、負極電解液タンク４９から負極セル４１ｃに電解液が循環供給される。
【００１７】
充電装置４０は、例えば商用電源の交流電力を充電用の定電圧直流に変換する装置であり、所定の直流電圧に変換された直流電力を、電気販売設備１０における電解液循環型電池の電池セル４１に供給するように、その正極出力端子が正極セル４１ｂ内の正電極４２に接続され、その負極出力端子が負極セル４１ｃ内の負電極４３に接続されている。電池セル４１への充電は、循環ポンプ４４，４５により電解液を循環させながら、充電電流を正電極４２、負電極４３に供給し、それにより、電解液内でバナジウムイオンの原子価が変化して行われる。また、電池セル４１の放電は、循環ポンプ４４，４５により電解液を循環させながら、放電電流が正電極４２、負電極４３を通して外部に供給され、その際、電解液内でバナジウムイオンの原子価が変化して行われる。
【００１８】
さらに、上記正極電解液タンク４８と負極電解液タンク４９には、充電した電解液を電気自動車２の電解液循環型電池２０に入れ替え供給するための供給管と回収管が接続されている。すなわち、正極電解液タンク４８には正極用供給管３４と正極用回収管３５が接続され、負極電解液タンク４９には負極用供給管３６と負極用回収管３７が接続される。そして、正極用供給管３４と正極用回収管３５の先端には、正極用ホースカプラ３１が電気自動車側の供給管５４と回収管５５に接続するために設けられ、負極用供給管３６と負極用回収管３７の先端には、負極用ホースカプラ３２が電気自動車側の供給管５６と回収管５７に接続するために設けられている。
【００１９】
また、正極用供給管３４には電解液を循環供給するために、正極用供給ポンプ４６が接続され、負極用供給管３６には負極用供給ポンプ４７が接続されている。さらに、この正極用供給管３４と負極用供給管３６及び正極用回収管３５と負極用回収管３７には各々、供給した電解液の流量を測定するために、電気販売システム１の一部として、供給した電解液の流量を測定する供給流量計１２ａ，１２ｂと、回収した電解液の流量を測定する回収流量計１３ａ，１３ｂが接続されている。
【００２０】
電気販売システム１では、供給する電解液の電圧つまり正極用供給管３４と負極用供給管３６の電位差を検出するために供給側電圧計１４が接続され、回収する電解液の電圧つまり正極用回収給管３５と負極用回収管３７の電位差を検出するために回収側電圧計１５が接続されている。なお、供給側電圧計１４は、供給側の電池セル４１の電圧を測定するように接続し、回収側電圧計１５は被供給側の電池セル２２の電圧を測定するように接続することもできる。
【００２１】
電気販売システム１には、電解液循環型電池２０に充電供給した電気量（電力量）を算出するために、上記電気料金計算システムとなる計算装置１１が設置される。計算装置１１はマイクロコンピュータから構成され、予め記憶された演算式を用いて、測定された供給電解液の電圧からその電解液の単位容積あたりの電気量を算出し、測定された回収電解液の電圧からその電解液の単位容積あたりの電気量を算出する。電圧から電気量を算出する場合、予め実験結果などから求めた電圧と電気量の関係を示す図３のようなグラフデータをテーブルデータとして記憶し、そのテーブルデータを参照して電気量を算出することができる。
【００２２】
また、電解液の温度に応じて電気量が変化する場合、電解液の温度を検出し、その検出温度に応じて電気量を補正演算することができる。さらに、計算装置１１は、上記の供給電気量と回収電気量との差を算出し、電気自動車２の電解液循環型電池２０に充電供給した電気量を算出し、その電気量から電力量を算出するものである。
【００２３】
一方、電気自動車２にはその駆動用モータ２１の電源として電解液循環型電池２０が搭載される。電解液循環型電池２０は、基本的には上記の電気販売設備１０の電池セル４１と同様に構成され、車両搭載のために、より小型化されて構成される。すなわち、この電解液循環型電池２０の電池セル２２は、イオン交換膜からなる隔膜２２ａで分離された正極セル２２ｂと負極セル２２ｃを有し、正極セル２２ｂ内に正電極２３が配設され、負極セル２２ｃ内に負電極２４が配設されている。さらに、正極セル２２ｂは正極電解液タンク２７に２本の循環用導管を介して接続され、負極セル２ｃは負極電解液タンク２８に２本の循環用導管を介して接続される。そして、その導管には各々循環ポンプ２５，２６が接続され、循環ポンプ２５，２６の作動により、電解液が正極電解液タンク２７から正極セル２２ｂに循環して供給され、負極電解液タンク２８から負極セル２２ｃに電解液が循環供給される。
【００２４】
さらに、正極電解液タンク２７と負極電解液タンク２８には、電気販売施設から充電した電解液を導入するために、供給管と回収管が接続され、正極電解液タンク２７には正極用供給管５４と正極用回収管５５が接続され、負極電解液タンク２８には負極用供給管５６と負極用回収管５７が接続される。そして、正極用供給管５４と正極用回収管５５の先端には、正極用ホースカプラ５１が電気販売施設側の供給管と回収管に接続するために設けられ、負極用供給管５６と負極用回収管５７の先端には、負極用ホースカプラ５２が電気販売施設側の供給管と回収管に接続するために設けられている。
【００２５】
上記構成の電気販売システムにおいて、電気販売設備１０の電解液循環型電池には、例えば深夜電力を使用して、夜間に充電が行われる。深夜などの充電時間帯になると、充電装置４０が動作して商用交流電力が所定電圧の直流電力に変換され、その直流電力が充電装置４０から、電池セル４１の正電極４２と負電極４３に供給される。このとき、電池セル４１の正極セル４１ｂと負極セル４１ｃ内には各々、循環ポンプ４４，４５の作動により、正極電解液タンク４８と負極電解液タンク４９から電解液が各々循環供給されており、この間、正極セル４１ｂと負極セル４１ｃ内では、電解液のバナジウムイオンなどの原子価が変化して、電池セル４１への充電が行われる。
【００２６】
一方、昼間などに電気販売の時間帯となり、電気自動車２が充電を行うために到来すると、電気自動車２に搭載された電解液循環型電池２０に対し、図２に示すように、その電解液循環型電池２０に接続された正極用ホースカプラ５１を電気販売設備１０の正極用ホースカプラ３１に接続し、その負極用ホースカプラ５２を電気販売設備１０の負極用ホースカプラ３２に接続し、電解液循環型電池２０の電解液を入れ替えることにより、充電を行う。
【００２７】
充電は、電気販売設備１０の正極用供給ポンプ４６と負極用供給ポンプ４７を動作させて行い、この正極用供給ポンプ４６の運転により、正極電解液タンク４８内の充電状態にある電解液が正極用供給管３４、５４を通して、電気自動車２の電解液循環型電池２０の正極電解液タンク２７に供給される。このとき、正極電解液タンク２７内の電解液は、正極用回収管５５、３５を通して、電気販売設備１０の正極電解液タンク４８に回収される。また、同時に、負極用供給ポンプ４７の運転により、負極電解液タンク４９内の充電状態にある電解液が負極用供給管３６、５６を通して、電気自動車２の電解液循環型電池２０の負極電解液タンク２８に供給される。このとき、負極電解液タンク２８内の電解液は、負極用回収管５７、３７を通して、電気販売設備１０の負極電解液タンク４９に回収される。
【００２８】
このような電解液循環型電池２０の電解液の入れ替えによる充電時に、電気販売システム１の計算装置１１では、電解液循環型電池２０に充電供給した電気量（電力量）が、以下のように算出される。
【００２９】
すなわち、計算装置１１は、供給側電圧計１４により測定された供給電解液の電圧Ｖ１から、その電解液の単位容積あたりの電気量ｅ１［Ｗｈ／Ｌ］を求め、回収側電圧計１５により測定された回収電解液の電圧Ｖ２からその電解液の単位容積あたりの電気量ｅ２［Ｗｈ／Ｌ］を求める。この供給電解液の電圧Ｖ１とその電気量ｅ１の関係、及び回収電解液の電圧Ｖ２とその電気量ｅ２の関係は、図３に示すようなグラフにより表すことができ、計算装置１１には予め実験により求めたグラフデータが電圧と電気量の関係のテーブルデータとして記憶されている。計算装置１１は、そのグラフのデータテーブルを参照して、電圧Ｖ１，Ｖ２から電気量ｅ１，ｅ２を求める。なお、電気量ｅ１，ｅ２が電解液の温度により変化する場合は、電解液の温度を検出し、その検出された温度に基づき電気量ｅ１，ｅ２を補正することになる。
【００３０】
そして次に、計算装置１１は、正極側と負極側の供給流量計１２ａ，１２ｂで測定した供給電解液の平均流量（Ｑ１ａ＋Ｑ１ｂ）／２と上記電気量ｅ１を乗算して供給電気量Ｅ１を、
Ｅ１＝ｅ１×（Ｑ１ａ＋Ｑ１ｂ）／２  の式より算出する。
【００３１】
また、回収流量計１３ａ，１３ｂで測定した回収電解液の平均流量（Ｑ２ａ＋Ｑ２ｂ）／２と上記電気量ｅ２を乗算して回収電気量Ｅ２を、
Ｅ２＝ｅ２×（Ｑ２ａ＋Ｑ２ｂ）／２  の式より算出する。
【００３２】
次に、電気自動車の電解液循環型電池２０に供給した電気量ΔＥを、
ΔＥ＝Ｅ１−Ｅ２  の式より算出する。
【００３３】
そして、電解液循環型電池２０に供給した電気量ΔＥを充電するのに要した電力量Ｗを、電気量ΔＥに充電効率ηを乗算して、
Ｗ＝η×ΔＥ  の式より算出する。そして最後に、この電力量Ｗに基づき電気料金を精算する。
【００３４】
このように、電気販売設備１０の計算装置１１は、電解液の供給流量と電気量から供給電気量Ｅ１を算出し、その回収流量と電気量から回収電気量Ｅ２を算出し、その供給電気量Ｅ１と回収電気量Ｅ２の差から電気量ΔＥを算出し、この電気量ΔＥに充電効率ηを乗算して電力量Ｗを算出し、電力量Ｗに基づき電気料金を精算するため、電気自動車２の電解液循環型電池２０への充電電力量を適正に精算することができる。
【００３５】
以上説明したように、本発明の電気販売システムによれば、電気販売設備側の電解液循環型電池の電解液タンクから被充電側の電解液循環型電池に電解液を供給・回収して電解液を入れ替えて充電を行うため、充電に必要とされる時間が短くなり、効率よく充電電力を販売することができる。また、電気自動車などに搭載される電解液循環型電池に対し、その電解液を供給・回収して入れ替えることにより、充電電力を販売する場合であっても、供給電解液の電気量と回収電解液の電気量の差を算出し、その差から充電に要した販売電力量を算出して、その販売電力量に基づき電気料金を精算するため、電解液循環型電池への充電電力量を適正に精算することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の一実施形態を示す電気販売システムの概略全体構成図である。
【図２】同電気販売システムの全体構成図である。
【図３】電解液の電圧と電気量との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３７】
１−電気販売システム
２−電気自動車
１０−電気販売設備
１１−計算装置
１２ａ，１２ｂ−供給流量計
１３ａ，１３ｂ−回収流量計
１４−供給側電圧計
１５−回収側電圧計
２０−電解液循環型電池
４０−充電装置
４１−電池セル
４１ｂ−正極セル
４１ｃ−負極セル
４６−正極用供給ポンプ
４７−負極用供給ポンプ
４８−正極電解液タンク
４９−負極電解液タンク                                                                       
【図１】
2005197052.tif 000003
【図２】
2005197052.tif 000004
【図３】
2005197052.tif 000005