(57)【要約】モジュール式のスケーラブルなフロー電池を提供するシステムおよび方法が開示される。モジュール式の設計は、電池スタックによって提供される電力を、貯蔵された電解質によって提供されるエネルギーから分離するというフロー電池の能力を利用することができる。システムの電力は、電池セルスタックの数によって決定することができる一方で、システムの貯蔵エネルギー容量は、電池セルスタックによる使用のために利用することができる電解質の量によって決定することができる。カソード溶液およびアノード溶液を、調節可能な長さを有する管内に貯蔵することができる。電解質貯蔵容量は、電解質貯蔵量の所望の増加をもたらすのに充分な量だけ管の長さを増加させることによって増やすことができる。あるいは、管の長さを減少させることによって電解質貯蔵容量を減らすことができる。2020502774.tif 000004
2020502774.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気的に連通しかつアノード液およびカソード液の流れを受け取るように構成された複数のセルを含む、電池スタックと、
前記電池スタックに流体連通するように、かつ選択された量の電力の生成を可能にするのに充分な体積の前記アノード液を貯蔵するように構成された、少なくとも1つのアノード液コンテナ管と、
前記電池スタックに流体連通するように、かつ前記選択された量の電力の生成を可能にするのに充分な体積の前記カソード液を貯蔵するように構成された、少なくとも1つのカソード液コンテナ管と
を備えており、
前記アノード液コンテナ管および前記カソード液コンテナ管の各々は、少なくとも1つの湾曲部を含んでいる、
モジュール式フロー電池システム。
【請求項２】
前記アノード液コンテナ管および前記カソード液コンテナ管の少なくとも一方は、U字形またはW字形に形成され、前記アノード液コンテナ管および前記カソード液コンテナ管の末端部が、前記電池スタックに流体連通している、請求項1記載のフロー電池システム。
【請求項３】
前記アノード液コンテナ管および前記カソード液コンテナ管の少なくとも一方は、互いに対して実質的に水平に向けられている、請求項1記載のフロー電池システム。
【請求項４】
前記アノード液コンテナ管および前記カソード液コンテナ管の少なくとも一方は、互いに対して実質的に垂直に向けられている、請求項1記載のフロー電池システム。
【請求項５】
少なくとも1対の前記アノード液コンテナ管および前記カソード液コンテナ管が、前記電池スタックの同じ側に位置付けられている、請求項1記載のフロー電池システム。
【請求項６】
前記電池スタックならびに前記アノード液コンテナ管および前記カソード液コンテナ管のための二次封じ込めを提供するように構成された外側エンクロージャ構造をさらに備えている、請求項1記載のフロー電池システム。
【請求項７】
前記外側エンクロージャ構造は建物を含む、請求項6記載のフロー電池システム。
【請求項８】
前記アノード液コンテナ管および前記カソード液コンテナ管の少なくとも一方は、その電解質貯蔵容積を変更するために調節可能な長さを有するように構成されている、請求項1記載のフロー電池システム。
【請求項９】
アノード液およびカソード液の流れを受け取るように構成されている、電池スタックのいくつかのセルを選択する工程;
第1の長さを有しており、前記アノード液を貯蔵するように構成されており、かつ前記電池スタックに流体連通するように構成されている、少なくとも1つのアノード液コンテナ管を選択する工程;
第2の長さを有しており、前記カソード液を貯蔵するように構成されており、かつ前記電池スタックに流体連通するように構成されている、少なくとも1つのカソード液コンテナ管を選択する工程;および
前記少なくとも1つのアノード液コンテナ管および前記少なくとも1つのカソード液コンテナ管を前記電池スタックに結合させる工程
を含む、フロー電池システムを組み立てる方法。
【請求項１０】
前記電池スタックのセルの数は、前記フロー電池システムの所望の電力出力に基づいて選択され、
前記アノード液コンテナ管および前記カソード液コンテナ管の少なくとも一方の数および長さは、前記フロー電池システムの所望のエネルギー貯蔵容量に基づいて選択される、
請求項9記載の方法。
【請求項１１】
前記第1の長さは、前記第2の長さにほぼ等しい、請求項9記載の方法。
【請求項１２】
前記少なくとも1つのアノード液コンテナ管および前記少なくとも1つのカソード液コンテナ管の各々は、U字形またはW字形に形成されている、請求項9記載の方法。
【請求項１３】
前記少なくとも1つのアノード液コンテナ管および前記少なくとも1つのカソード液コンテナ管の両方が、前記電池スタックの同じ側において前記電池スタックに結合される、請求項9記載の方法。
【請求項１４】
前記フロー電池システムは、前記電池スタック、前記少なくとも1つのアノード液コンテナ管、および前記少なくとも1つのカソード液コンテナ管を包囲するエンクロージャを含む二次封じ込め部を備える、請求項9記載の方法。
【請求項１５】
前記エンクロージャは建物を含む、請求項14記載の方法。
【請求項１６】
前記アノード液コンテナ管および前記カソード液コンテナ管のうちの少なくとも1つのコンテナ管は、前記少なくとも1つのコンテナ管の第1および第2の末端部が互いに対して水平に配置されるように前記電池スタックに結合される、請求項9記載の方法。
【請求項１７】
前記アノード液コンテナ管および前記カソード液コンテナ管のうちの少なくとも1つのコンテナ管は、前記少なくとも1つのコンテナ管の第1および第2の末端部が互いに対して垂直に配置されるように前記電池スタックに結合される、請求項9記載の方法。
【請求項１８】
前記アノード液コンテナ管および前記カソード液コンテナ管の少なくとも一方は、その入口がその出口の上方に配置されるように前記電池スタックに結合され、前記入口は、前記電池スタックから電解質を受け取るように構成され、前記出口は、前記電池スタックに前記電解質を供給するように構成される、請求項9記載の方法。
【請求項１９】
前記アノード液コンテナ管および前記カソード液コンテナ管の少なくとも一方は、その入口がその出口の下方に配置されるように前記電池スタックに結合され、前記入口は、前記電池スタックから電解質を受け取るように構成され、前記出口は、前記電池スタックに前記電解質を供給するように構成される、請求項9記載の方法。
【請求項２０】
前記アノード液コンテナ管および前記カソード液コンテナ管の少なくとも一方は、その入口がその出口とほぼ同じ高さに配置されるように前記電池スタックに結合され、前記入口は、前記電池スタックから電解質を受け取るように構成され、前記出口は、前記電池スタックに前記電解質を供給するように構成される、請求項9記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、2016年12月19日に出願され、「Large Scale Flow Battery System」という名称の米国仮特許出願第62/436,365号の優先権の恩典を主張する。さらに、本出願は、「Systems and Methods For Electrolyte Storage and Detecting Faults In Flow Batteries」という名称の2016年12月19日に出願された米国特許仮出願第62/436,388号、および「Modular and Scalable Flow Battery System」という名称の2016年12月19日に出願された米国特許仮出願第62/436,347号の優先権を主張する。これらの出願の各々の全体は、参照により本明細書に組み入れられる。
【０００２】
分野
フロー電池システムが提供され、特に、大規模なモジュール式のスケーラブルなフロー電池システムが提供される。
【背景技術】
【０００３】
背景
大規模なエネルギー貯蔵のソリューションについて、需要が高まっている。例えば、より多くの再生可能エネルギー源（例えば、太陽光、風力など）が電気グリッドに追加されるにつれ、間欠的であり多くの場合に予測不可能である再生可能エネルギーの出力を考慮すると、電力の供給と需要とをバランスさせる仕事が困難になり得る。この短期の間欠性は、需要を上回るエネルギーを大規模に貯蔵することができ、貯蔵したエネルギーを需要がより大きいときに放出することができるエネルギー貯蔵システムを使用することによって、効果的に対処することができる。
【０００４】
レドックスフロー電池またはレドックスフローセルとしても知られるフロー電池を、大規模なエネルギー貯蔵に使用することができる。フロー電池は、電気エネルギーを、貯蔵することができかつ後に需要が存在するときに放出することができる化学エネルギーへと変換するように構成され得る。フロー電池は、可逆的電気化学反応に関与する反応物を含む、外部から供給される流体電解質溶液を使用することができる。充電時には、供給された電気エネルギーが、一方の電解質において化学的還元反応を引き起こし、他方の電解質において酸化反応を引き起こすことができる。放電時には、液体電解質に含まれる化学エネルギーを逆反応にて放出させることができ、電気エネルギーを電極から取り出すことができる。フロー電池は、グリッドに接続されたエネルギー貯蔵システムおよび/またはグリッドから切り離されたエネルギー貯蔵システムにおいて使用することができる。
【発明の概要】
【０００５】
概要
モジュール式フロー電池システムを含むさまざまな方法および装置が提供される。
【０００６】
一態様においては、モジュール式フロー電池システムが提供され、これは、電池スタックと、少なくとも1つのアノード液コンテナ管と、少なくとも1つのカソード液コンテナ管とを含むことができる。電池スタックは、電気的に連通した複数のセルを含むことができ、これらのセルは、アノード液およびカソード液の流れを受け取るように構成されることができる。少なくとも1つのアノード液コンテナ管は、電池スタックと流体連通するように構成されてよく、選択された量の電力の発生を可能にするのに充分な体積のアノード液を貯蔵することができる。少なくとも1つのカソード液コンテナ管は、電池スタックと流体連通するように構成されてよく、選択された量の電力の発生を可能にするのに充分な体積のカソード液を貯蔵することができる。アノード液管およびカソード液管の各々は、少なくとも1つの湾曲部を含むことができる。
【０００７】
モジュール式フロー電池システムは、さまざまな構成を有することができる。一態様において、アノード液コンテナ管およびカソード液コンテナ管の少なくとも一方は、U字形であってよい。アノード液コンテナ管およびカソード液コンテナ管の各々の末端部を、電池スタックに流体連通させることができる。
【０００８】
別の態様において、アノード液コンテナ管およびカソード液コンテナ管の少なくとも一方は、W字形であってよい。アノード液コンテナ管およびカソード液コンテナ管の末端部を、電池スタックに流体連通させることができる。
【０００９】
別の態様においては、アノード液コンテナ管およびカソード液コンテナ管の少なくとも一方を、互いに対して実質的に水平に向けることができる。
【００１０】
別の態様においては、アノード液コンテナ管およびカソード液コンテナ管の少なくとも一方を、互いに対して実質的に垂直に向けることができる。
【００１１】
別の態様においては、少なくとも1対のアノード液コンテナ管およびカソード液コンテナ管を、電池スタックの同じ側に位置付けることができる。
【００１２】
別の態様において、システムは、電池スタックならびにアノード液コンテナ管およびカソード液コンテナ管のための二次封じ込めを提供するように構成された外側エンクロージャ構造をさらに含むことができる。エンクロージャ構造は、建物を含むことができる。
【００１３】
別の態様においては、アノード液コンテナ管およびカソード液コンテナ管の少なくとも一方は、その電解質貯蔵容積を変更するために調節可能な長さを有するように構成されることができる。
【００１４】
フロー電池システムを組み立てる方法も提供される。一態様において、この方法は、電池スタックのいくつかのセルを選択する工程を含むことができる。セルを、アノード液およびカソード液の流れを受け取るように構成することができる。この方法はまた、少なくとも1つのアノード液コンテナ管を選択する工程を含むことができる。少なくとも1つのコンテナ管は、第1の長さを有することができ、アノード液を貯蔵し、電池スタックに流体連通するように構成されてよい。この方法は、少なくとも1つのカソード液コンテナ管を選択する工程をさらに含むことができる。少なくとも1つのカソード液コンテナ管は、第2の長さを有することができ、カソード液を貯蔵し、電池スタックに流体連通するように構成されてよい。この方法は、少なくとも1つのアノード液コンテナ管および少なくとも1つのカソード液コンテナ管を電池スタックに結合させる工程をさらに含むことができる。
【００１５】
この方法の一態様において、電池スタックのセルの数を、フロー電池システムの所望の電力出力に基づいて選択することができる。アノード液コンテナ管およびカソード液コンテナ管の各々の数および長さの少なくとも一方を、フロー電池システムの所望のエネルギー貯蔵容量に基づいて選択することができる。
【００１６】
一態様において、この方法は、フロー電池システムの所望のエネルギー貯蔵容量に基づいて第1および第2の長さの少なくとも一方を調整する工程をさらに含むことができる。
【００１７】
この方法の一態様においは、第1の長さが第2の長さにほぼ等しくてよい。
【００１８】
この方法の一態様において、少なくとも1つのアノード液コンテナ管および少なくとも1つのカソード液コンテナ管の各々は、U字形の管であってよい。
【００１９】
この方法の一態様において、少なくとも1つのアノード液コンテナ管および少なくとも1つのカソード液コンテナ管の各々は、W字形の管であってよい。
【００２０】
この方法の一態様においては、少なくとも1つのアノード液コンテナ管および少なくとも1つのカソード液コンテナ管の両方を、電池スタックの同じ側において電池スタックに結合させることができる。
【００２１】
この方法の一態様において、フロー電池システムは、電池スタック、少なくとも1つのアノード液コンテナ管、および少なくとも1つのカソード液コンテナ管を包囲するエンクロージャを含む二次封じ込め部を含むことができる。エンクロージャは、電池スタックを直接包囲することができる。エンクロージャは、建物を含むことができる。
【００２２】
この方法の一態様において、アノード液コンテナ管およびカソード液コンテナ管のうちの少なくとも1つのコンテナ管を、少なくとも1つのコンテナ管の第1および第2の末端部が互いに対して水平に配置されるように電池スタックに結合させることができる。
【００２３】
この方法の一態様において、アノード液コンテナ管およびカソード液コンテナ管のうちの少なくとも1つのコンテナ管を、少なくとも1つのコンテナ管の第1および第2の末端部が互いに対して垂直に配置されるように電池スタックに結合させることができる。
【００２４】
この方法の一態様において、アノード液コンテナ管およびカソード液コンテナ管の少なくとも一方を、その入口がその出口の上方に配置されるように電池スタックに結合させることができる。入口は、電池スタックから電解質を受け取るように構成することができ、出口は、電池スタックに電解質を供給するように構成することができる。
【００２５】
この方法の一態様において、アノード液コンテナ管およびカソード液コンテナ管の少なくとも一方を、その入口がその出口の下方に配置されるように電池スタックに結合させることができる。入口は、電池スタックから電解質を受け取るように構成することができ、出口は、電池スタックに電解質を供給するように構成することができる。
【００２６】
この方法の一態様において、アノード液コンテナ管およびカソード液コンテナ管の少なくとも一方を、その入口がその出口とほぼ同じ高さに配置されるように電池スタックに結合させることができる。入口は、電池スタックから電解質を受け取るように構成することができ、出口は、電池スタックに電解質を供給するように構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
これらの特徴および他の特徴が、以下の詳細な説明を添付の図面と併せて検討することで、さらに容易に理解されるであろう。
【００２８】
【図１Ａ】1つまたは複数の電池セルスタックを含むフロー電池システムの1つの例示的な態様を示す図である。
【図１Ｂ】図1Aの電池セルスタックの電気化学セルの1つの例示的な態様を示す図である。
【図２】電解質貯蔵タンクに流体的に結合したフロー電池スタックを含んでいるフロー電池システムを含む動作環境の1つの例示的な態様を示す図である。
【図３Ａ】電解質貯蔵用のスケーラブルな管ネットワークを含む、図2のモジュール式のスケーラブルなフロー電池システムの例示的な態様を示す図である。
【図３Ｂ】図3Aのスケーラブルな管ネットワークの1つの例示的な態様を示す図である。
【図３Ｃ】図3Aのスケーラブルな管ネットワークの別の例示的な態様を示す図である。
【図４】図3A〜3Cのモジュール式のスケーラブルなフロー電池システムの態様を格納する建物の切断図である。
【図５Ａ】図3A〜3Cのモジュール式のスケーラブルなフロー電池システムの電池スタック内に含まれるフロー電池セルスタックおよび流体導管ネットワークの端面図を示す図である。
【図５Ｂ】図5Aのフロー電池セルスタックおよび流体導管ネットワークの等角投影切断図を示す図である。
【図５Ｃ】図5Bの一部分を示す図である。
【図６】図5A〜5Cのフロー電池スタックの別の部分におけるポンプの1つの例示的な態様の等角投影図を示す図である。
【図７Ａ】図5A〜5Cの流体導管ネットワークの一部分と連通する弁およびセンサの1つの例示的な態様の等角投影図を示す図である。
【図７Ｂ】図5A〜5Cの流体導管ネットワークの別の部分と連通する弁およびセンサの1つの例示的な態様の等角投影図を示す図である。
【図８】図5A〜5Cの流体導管ネットワークと共に使用されるように構成された主電解質マニホールド支持システムの切断図を示す図である。
【図９】図5A〜5Cの電池スタックと共に使用されるように構成された熱交換器アセンブリの等角投影図を示す図である。
【００２９】
図面が、必ずしも比例尺ではないことに留意されたい。図面は、本明細書に開示される主題の典型的な局面のみを描くことを意図しており、したがって、本開示の範囲を限定するものと見なされるべきではない。本明細書において具体的に説明され、添付の図面に示されるシステム、装置、および方法が、非限定的な例示的態様であり、本発明の範囲は、特許請求の範囲によってのみ定義されることを、当業者であれば理解できるであろう。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
詳細な説明
次に、本明細書に開示される装置および方法の構造、機能、製造、および使用の原理の全体的な理解をもたらすために、特定の例示的な態様を説明する。これらの態様の1つまたは複数の例が、添付の図面に示されている。本明細書において具体的に説明され、添付の図面に示される装置および方法が、非限定的な例示的態様であり、本発明の範囲は、特許請求の範囲によってのみ定義されることを、当業者であれば理解できるであろう。或る例示的な態様に関連して図示または説明される特徴を、他の態様の特徴と組み合わせることが可能である。そのような修正および変形は、本発明の範囲に包含されるように意図される。
【００３１】
さらに、本開示において、いくつかの態様の類似の名称の構成要素は、一般に、同様の特徴を有することができる。したがって、個々の態様において、各々の類似の名称の構成要素の各々の特徴は、必ずしも完全に詳しくは説明されない場合がある。加えて、本明細書に開示されるシステム、装置、および方法の説明において直線状または円形の寸法が使用される限りにおいて、そのような寸法は、そのようなシステム、装置、および方法において使用することができる形状の種類を限定しようとするものではない。そのような直線状および円形の寸法の同等物を、任意の幾何学形状について容易に決定できることを、当業者であれば理解できるであろう。システムおよび装置ならびにそれらの構成要素のサイズおよび形状は、少なくとも、システムおよび装置が使用される対象の解剖学的構造、システムおよび装置が共に使用される構成要素のサイズおよび形状、ならびにシステムおよび装置が使用される方法および手順に依存し得る。
【００３２】
一般に、本開示の態様は、エネルギー貯蔵のためのシステムおよび方法を提供する。これらのシステムは、大規模での配備に好適であり得る。
【００３３】
フロー電池は、イオン交換膜などのセパレータによって隔てられた負電極および正電極を有するレドックスフローセルを含むことができる。負の流体電解質（互換的にアノード液と呼ばれる）を、負電極へ送達することができる。正の流体電解質（互換的にカソード液と呼ばれる）を、正電極へ送達することができる。アノード液およびカソード液は、電気化学的に可逆的な酸化還元反応を行うように構成することができる。セパレータは、電解質の自由かつ急速な混合を防止するように構成することができるが、酸化還元反応を完了させるために選択されたイオンの通過を許すようにも構成することができる。
【００３４】
レドックスフロー電池
図1が、レドックスフロー電池システム10の1つの例示的な態様を示す図である。フロー電池システム10は、第1の電解質貯蔵タンク12と、第2の電解質貯蔵タンク14と、第1の電解質回路ループ16と、第2の電解質回路ループ18と、第1の流量調整器19と、第2の流量調整器21と、スタック22に配置された1つまたは複数のフロー電池セル20と、電力変換器25と、コントローラ（図示せず）と、エネルギー入力部27と、エネルギー出力部29とを含むことができる。第1および第2の電解質貯蔵タンク12、14の各々を、電解質溶液の対（例えば、カソード液およびアノード液）のうちの一方を保持および貯蔵するように適合させることができる。適切な電解質溶液の対の非限定的な例として、バナジウムおよびバナジウム溶液、臭素およびポリスルフィド溶液、バナジウムおよび臭化物溶液、ならびに任意の他の溶液を挙げることができる。電解質溶液は、バナジウム、臭素、鉄、クロム、亜鉛、セリウム、鉛、硫黄、またはこれらの任意の適切な組み合わせに基づくことができる。
【００３５】
フロー電池システム10の動作時に、酸化還元活性種を含有する液体電解質を、スタック22の1つまたは複数のフロー電池セル20を通って循環させて、発電のために化学エネルギーを電気エネルギーに変換することができる。酸化還元反応が、エネルギー貯蔵のために電気エネルギーを化学エネルギーに変換するように可逆的であり得ることを、当業者であれば理解できるであろう。例えば、第1および第2の電解質回路ループ16および18の各々は、それぞれの供給導管24、26、および戻り導管28、30を含むことができる。第1および第2の流量調整器19、21の各々を、コントローラからの制御信号に応答して電解質回路ループ16、18のうちのそれぞれ1つを通る一方の電解質溶液の流れを選択的に調整するように適合させることができる。流量調整器19、21の各々は、フロー電池システム10の個々の設計要件に応じて、可変速ポンプまたは電子的に駆動される弁などの単一の装置を含むことができ、あるいは複数のそのような装置を含むことができる。しかしながら、本開示の態様は、いかなる特定の種類の流量調整器にも限定されない。
【００３６】
図1Bは、スタック22の電池セル20の1つの例示的な態様、および液体電解質の化学エネルギーを電気エネルギーに変換することができる代表的な酸化還元反応を示す図である。電池セル20は、多孔質の負電極（アノード）50と、多孔質の正電極（カソード）52と、それらの間に置かれたセパレータまたは膜54とを含むことができる。多孔質の負電極50は、アノード液と呼ばれるタンク12の液体電解質と流体連通することができる。多孔質の正電極54は、カソード液と呼ばれるタンク14の液体電解質と流体連通することができる。アノード50およびカソード52は、外部回路（図示せず）に電気的に連通することができる。
【００３７】
いくつかの実装形態において、セル20は、バナジウム-バナジウム（例えば、全バナジウム）レドックスフロー電池の一部を形成することができる。バナジウムレドックスフロー電池用の液体電解質は、硫酸に溶解させた硫酸バナジウムであってよい。硫酸バナジウムおよび硫酸の濃度範囲を、約1M〜約2Mの範囲からおよび約4M〜約5Mからそれぞれ選択することができる。全バナジウム系のレドックス対は、以下の式1および式2に示される。分かり易くするために、傍観種の硫酸（SO4）は示されていない。
2020502774.tif 000003
【００３８】
負および正の半電池反応がそれぞれ、炭素系の紙から形成することができるアノード50およびカソード52の表面で生じることができ、これらはペルフルオロスルホン酸（PFSA）系のプロトン交換膜の形態をとることができるセパレータ54によって隔てられ得る。膜54は、バナジウムのクロスオーバーを最小限に抑えつつ、プロトンがセル20間で電荷を移動させることを可能にすることができる。スタック22において、各々のセル20へのバルクの電解質の移動および各々のセル20からのバルクの電解質の移動のためのフローチャネルも含むことができるグラファイトバイポーラプレート（図示せず）を介して、セル20を電気的に直列に接続することができる。セル20に、セルスタック22に一体化された共通のマニホールドを介して、電解質を並列に供給することができる。
【００３９】
レドックスフロー電池10は、充電、放電、および電解質メンテナンスの3つのモードで動作することができる。充電動作および放電動作の際には、電気化学をサポートするのに充分な量の反応物質を貯蔵タンク12、14からセルスタック22へとポンピングすることによって、エネルギーを電解質へと供給する、あるいはエネルギーを電解質から抽出することができる。
【００４０】
電解質メンテナンスの際には、セパレータ54を通るバナジウムのクロスオーバーの影響の少なくとも一部を実質的に逆転させることができる。一例として、カソード液中のバナジウム濃度が、時間とともに（すなわち、充電/放電サイクルの数が増えるにつれて）増加する可能性がある。セパレータ54を横切る正味の水の移動も、バナジウムの濃度の変化をもたらす可能性がある。これらのプロセスは両方とも、各々のタンク12、14内の電解質の全体積に影響を及ぼす可能性がある。このメンテナンスがないと、エネルギー容量および効率がサイクルに伴い低下する可能性がある。バナジウムの濃度および/または温度が所定のしきい値を超える場合（例えば、約2M以上の濃度、約40℃以上の温度）、バナジウムの沈殿もまた、セル20のカソード液側において懸念をもたらす可能性がある。
【００４１】
本明細書で論じられるシステムおよび技術の態様は、全バナジウムレドックスフロー電池を使用することができる。しかしながら、他のフロー電池も使用可能である。全バナジウムレドックスフロー電池は、他の種類のレドックスフロー電池に勝る利点をもたらすことができる。一例として、他のレドックス化学は、2つの電解質の流れが互いに混ざり合うことについて、不適合性および/または感受性を示す可能性がある。或る種が横断して反対側の電解質の流れに存在する要素と不可逆的に反応する場合、その特定の充電/放電サイクルにおいて効率が低下する可能性があるだけでなく、システム10の容量の減少および全体的な性能の低下につながる可能性もある。結果として、電解質を分離し、反応物質を回復させるための高価なメンテナンスが必要とされ得る。対照的に、全バナジウム系は、アノード液およびカソード液の両方にバナジウムが用いられるがゆえに、何らかの種が不可逆的に消費されたり、あるいは反応電解質溶液から取り除かれたりすることがないため、クロスオーバーが、最悪の場合でも、効率の低下をもたらすにすぎない。
【００４２】
フロー電池は、電力（電池スタックによって提供される）をエネルギー（離れて貯蔵された電解質によって提供される）から分離するように構成されることができる。したがって、フロー電池システムのエネルギー貯蔵容量を、電解質の体積を増加させることによって増やすことができる。しかしながら、これらの利点にもかかわらず、適切な電力レベルおよび持続時間での大規模エネルギー貯蔵のためのフロー電池システムの使用には、依然としてスケーラビリティに関するいくつかの課題がある。スケーラビリティに関する特定の課題の非包括的なリストを、以下で概説する。
【００４３】
大きな電解質貯蔵容量が必要とされ得る-例えば、1MW・6時間のシステムが、約100,000ガロンを超える電解質の貯蔵を必要とし得る一方で、10MW・10時間のシステムは、約2,000,000ガロンの電解質の貯蔵を必要とし得る。したがって、きわめて大量の電解質を収容できることが、スケーラブルな貯蔵システムにとって有益であり得る。
【００４４】
危険な電解質-電解質溶液は、腐食性の酸を含む可能性があり、これにより、電解質を封じ込めるための適切なオプションが制限される可能性がある。
【００４５】
安全性-電解質の貯蔵は、誤って流出した場合の二次封じ込めを必要とし得る。
【００４６】
均一性-電解質を有効に利用するために、フロー電池において、電解質のすべてを実質的に均一に使用することが望まれ得る。
【００４７】
貯蔵コスト-利用可能なスペースの単位面積当たりの貯蔵コストが、エネルギー貯蔵および/または発電にとって、代案との競争に勝つために重要となり得る。
【００４８】
これらの問題に対処するために、大型の貯蔵コンテナまたは貯蔵タンクに電解質を貯蔵するように構成することができるフロー電池システムが開発されてきた。図2に、アノード液貯蔵タンク204aおよびカソード液貯蔵タンク204bに流体的に結合したフロー電池スタック202を含む動作環境の1つの例示的な態様が示されている。貯蔵タンク204a、204bを、電池スタック202に流体連通させて配設することができる。図示のように、アノード液貯蔵タンク204aとカソード液貯蔵タンク204bとを、フロー電池スタック202の対向する両側に配設することができる。
【００４９】
特定の態様において、アノード液貯蔵タンクおよびカソード液貯蔵タンク204a、204bは、おおむね長方形であってよい（例えば、輸送用コンテナと同様）。製造上および輸送上の観点から、アノード液貯蔵タンクおよびカソード液貯蔵タンク204a、204bの容積は、約20,000ガロン以下であり得る。そのように構成されると、複数のアノード液貯蔵タンクおよびカソード液貯蔵タンク204a、204bを有する現場（例えば、50個、100個、またはそれ以上のタンクを含む現場）が生じる可能性がある。
【００５０】
アノード液貯蔵タンクおよびカソード液貯蔵タンク204a、204bの数が増加するにつれて、配管および流れ制御インフラストラクチャの量が著しく増加する可能性があることを、理解できるであろう。したがって、システムの構成は、利用可能なタンクサイズに依存する可能性がある。さらに、いくつかの場合、電解質の停滞領域が、望ましくないことにアノード液貯蔵タンクおよびカソード液貯蔵タンク204a、204b内に形成される可能性がある。これらの考慮事項は、単独で、あるいは複数のアノード液貯蔵タンクおよびカソード液貯蔵タンク204a、204b全体にまたがる不均衡な電解質の使用との組み合わせにおいて、電解質の利用を減少させる可能性があり、補償のために余分な電解質の貯蔵が必要となる可能性がある。
【００５１】
したがって、本開示の態様は、モジュール式のスケーラブルなフロー電池システムを提供することができる。以下でさらに詳しく説明されるように、モジュール式の設計は、電池セルスタックによって提供される電力を、貯蔵された電解質によって提供されるエネルギーから分離するというフロー電池の能力を利用することができる。電力は、電池セルスタックの数によって決定することができる一方で、貯蔵されるエネルギーは、電池セルスタックによる使用のために利用することができる電解質の量によって決定することができる。
【００５２】
図示の態様においては、電解質を、調節可能な長さを有する管内に貯蔵することができる。長さ調節可能な管の使用は、調節可能な管の長さが任意の望ましい電解質体積の選択を可能にするなど、タンクに基づく貯蔵部に勝る利点を提示することができる。例えば、電解質貯蔵容量は、電解質貯蔵量の所望の増加をもたらすのに充分な量だけ管の長さを増加させることによって、増やすことができる。さらに、いくつかの場合には、管の長さを減少させることによって電解質貯蔵容量を減らすことができる。
【００５３】
管は、任意の適切な長さおよび直径を有することができる。例えば、200フィート×60インチの管（100フィート下がって、100フィート戻る）は、約30,000ガロンの電解質を含むことができる。250フィート×100インチの管は、100,000ガロンを超える電解質を含むことができる。各々の管を、供給導管および戻り導管が該管の同じ端部に位置するように構成することができる。この構成は、現場での配管工事の量を減らすことができ、より複雑でない配管システムを可能にすることができる。センサ、制御システム、ならびに点検用の構成要素および/またはシステムの付随的な削減も、達成することができる。供給導管および戻り導管が管の同じ端部に位置している管は、複数のタンク間の不均衡を最小化または実質的に解消することができ、結果として、電解質の停滞領域を減らすことができ、入口-出口の流路に沿った短絡の頻度を減らすことができる。
【００５４】
いくつかの実装形態において、管は、既存のインフラストラクチャおよび規制を使用して輸送することができる市販の構造であってよい。例えば、管は、産業規模の量をさまざまなフォームファクタで入手可能であり得る商品生産物であってよい。この入手性およびフォームファクタは、管の取得および配備場所への配送を容易にすることができる。また、いくつかの場合、管を現地の供給元から入手することができ、したがって輸送コストを削減することができる。さらに、管の輸送および現場での溶接のためのコストを明確に定義することができ、したがって管に基づく設置において予算不足の可能性を減らすことができる。
【００５５】
開示されるシステムおよび方法の態様において、電解質のための二次封じ込めを、建物または他の構造体などの、フロー電池システムが中に設置されるエンクロージャによってもたらすことができる。このやり方で、電池スタックを、スタックコンテナとは別に配備することができる。このようにして、電解質を保持する管および電池スタックを、二次封じ込め部として機能する建物の内側に設置することができる。
【００５６】
したがって、電解質貯蔵用の管を含むモジュール式フロー電池システムの態様は、費用効果的かつ時間効率的なやり方で拡大・縮小することができる大規模エネルギー貯蔵容量を提供することができる。管のサイズを、フロー電池システムの所望の容量に基づいて選択することができ、管を、すでに設置されたフロー電池スタックに結合させることができる。しかしながら、フロー電池スタックを、電解質貯蔵管の設置と同時または設置後に設置してもよいことを、理解すべきである。
【００５７】
本明細書に記載の技術によるモジュール式のスケーラブルなフロー電池システム300の一態様が、図3A〜3Cに示されている。システム300は、電池スタック302のバンクを含むことができ、各電池スタック302は、電解質貯蔵管（例えば、アノード液貯蔵管306およびカソード液貯蔵管310の対）に流体連通して配設されるように構成された複数の電池セル304を含むことができる。電池スタック302のバンクは、それぞれの電解質の供給の流れおよび戻りの流れを電池スタックセル304へと導くための適切な電解質ポンプ、支持配管、弁、および制御電子回路を備えることができるが、これらは、分かり易くするために図3A〜3Cから省略されている。配管は、アノード液貯蔵管306およびカソード液貯蔵管310のさまざまな数の対を、複数の電池スタック302に結合させることができるように構成することができる。
【００５８】
本明細書に記載のシステムおよび方法は、全バナジウムレドックスフロー電池において動作するように構成され得る。しかしながら、本明細書に記載の技術は、いかなる特定の種類のレドックスフロー電池にも限定されないため、そのようなレドックスフロー電池が、他の電気化学的に活性な種を含んでもよいことを理解すべきである。
【００５９】
管306、310を（例えば、それぞれのラック312によって）所定の位置に保持することができ、電解質を、各々の管の一方の端部にある出口または供給部から電池スタック302へと供給することができ、管の他方の端部にある入口または戻り部において電池スタック302から戻すことができる。一例として、アノード液貯蔵管306は、入口306iを有する供給区域306sと、出口306oを有する戻り区域306rとを含むことができる。カソード液貯蔵管310も同様に構成することができる。アノード液貯蔵管およびカソード液貯蔵管306、310は、電解質の供給および戻しに適した任意の構成を有することができる。
【００６０】
図3Aの例において、アノード液貯蔵管およびカソード液貯蔵管306、310の各々は、U字形であり、出口および入口（例えば、306o、306i）とは反対の端部に形成された湾曲部314を含み、供給区域および戻り区域（例えば、306s、306r）は、互いに垂直方向に位置付けることができる。一例として、供給出口306oを下方に位置付け、戻り入口306iを上方に位置付けることができる。しかしながら、形状、配向、および各々の管における電解質の流れの方向、ならびに管の対の数は、さまざまであってよい。
【００６１】
いくつかの態様において、電解質貯蔵管306、310の形状は、特定の現場に適応するように異なり得る。例えば、アノード液貯蔵管およびカソード液貯蔵管は、単一のU字管（下がって、戻る）ではなく、より低いが幅のより広い現場に合わせたW字形（下がって、戻って、下がって、戻る）であってよい。別の例においては、管306、310を、地面に対して水平または選択された角度に配置することができる。さらなる態様においては、電解質貯蔵管306、310の直径を、管の長さに沿って変化させることができる。例えば、管の供給区域および戻り区域（例えば、306s、306r）が、異なる直径を有することができる（例えば、100インチの戻り部および80インチの供給部）。このような構成においては、輸送コストを最適化するために、80インチの管を100インチの管の内側に入れて輸送することができる。さらなる態様において、アノード液管およびカソード液管306、310の直径は、互いに独立して選択されてよく、ほぼ同じでも、互いに異なってもよい。例えば、アノード液管およびカソード液管306、310の一方を他方より大きくすることで、小さい方を大きい方の内側に入れて輸送することが可能になる。
【００６２】
図3Bが、フロー電池システム350の別の態様について、その一部分のみを示している。図示のように、フロー電池システム350は、カソード液貯蔵管356およびアノード液貯蔵管360を含むことができる。例えば、アノード液貯蔵管およびカソード液貯蔵管356、360の各々は、その両末端部の間に可変長管372を含むスケーラブル管区域370を含むことができる。例えば、可変長管372を、貯蔵管356、360のほぼ直線状の区域に設けることができ、貯蔵管356、360の各々の容量を調整するために長くする、あるいは短くすることができる。
【００６３】
代替の態様において、貯蔵管は、バイパスを含むことができる。例えば、図3Cは、バイパス382を有するカソード液貯蔵管380の別の態様を示している。バイパス382を、スケーラブル管区域370の外側のカソード液貯蔵管380内の位置に位置付けることができる。アノード液貯蔵管（図示せず）も、バイパスを同様に含むことができる。このやり方で、電解質の流れを、バイパス382を通してそらし、スケーラブル管区域370から排出することができる。その後、システム全体をシャットダウンすることなく、スケーラブル管区域370の長さを変えることができる。バイパスを有する電解質貯蔵管の態様は、システム300、350のいずれにも採用することができる。
【００６４】
図4に示されるように、電解質のための二次封じ込めを、フロー電池システム（例えば、300、350）が中に設置される建物または他の構造体などのエンクロージャ400によってもたらすことができる。
【００６５】
電池スタックバンクおよび関連する流体導管ネットワークの一態様が、図5A〜5Cに示されている。電池スタックバンク500を形成するために、所与の電池スタック302を、選択された電気的構成で、1つまたは複数の他の電池スタック302に対して配線することができる。次いで、電池スタックバンク500を、所望の電圧および電流レベルを達成するように構成されてよい電池スタックアセンブリ502を提供するために、選択された電気的構成で互いに配線することができる。特定の態様において、電池スタック302は、以下のうちの1つに従って実装される電池セルおよび/またはスタックを含むことができる:米国特許第9,774,044号（「Flow Battery Stack With An Integrated Heat Exchanger」、2011年9月21日出願）、米国特許出願公開第2013/0029196号（「Flow Battery Cells Arranged Between An Inlet Manifold And An Outlet Manifold」、2011年7月29日出願）、米国特許第9,166,243号（「Flow Battery With Interdigitated Flow Field」、2009年12月18日出願）、米国特許出願公開第2015/0263358号（「Flow Battery With Mixed Flow」、2011年12月20日出願）、および米国特許第8,884,578号（「Method And System For Operating A Flow Battery System Based On Energy Costs」、2011年2月7日出願）、それぞれの全内容は、参照により本明細書に組み入れられる。例えば、図5B〜5Cに示される態様においては、電池スタックバンク500a、500b、500c、500dを設けることができる。電池スタックバンク500a、500b、500c、500dの各々は、電気的に並列な要素であってよい（例えば、1S4P構成）。2組の電池スタックバンク500a、500bを電気的に直列に配線することができ（例えば、全体的な2S4P構成）、電池スタックバンク500c、500dについても同じことを行うことができる。これらの構成の各々を並列にさらに配線して（例えば、16個のスタックの全体的な2S8P構成）、電池スタックアセンブリ502を形成することができる。
【００６６】
例えば、電池スタック500ごとにセルが125個であると仮定すると、この構成は、電池スタックアセンブリ502の定格電力をもたらすために、直列な250個のセルの8つの並列なストリングを提供することができる。さらに、公称電位が約1.4Vのバナジウムフローセルを使用すると仮定すると、電池スタック302の各々は、約175Vの公称電位を有することができ、各電池スタックアセンブリ502は、約350Vの公称電位を有することができる。
【００６７】
さらなる態様においては、電池スタック302を、複数の区域に分割することができる。各々の電池スタック302が電気的に直列に配線された125個の電池セル304を含む上記の例で続けると、電池スタック302を、2つの電解質区域に（例えば、一方の電解質区域が62個のセルを含み、残りの電池電解質区域が63個のセルを含むように、約半分に）分割することができる。有益なことに、そのような配置は、外部配管を通る分流の改善された軽減をもたらすことができる。
【００６８】
各電池スタック302は、全システム電圧および最大スタック電流を保守的に処理することが可能であってよい密接に取り付けられたコンタクタを含むことができる。この構成は、互い違いの接続ならびに任意の電池スタック302の電気的絶縁を可能にできる。電池スタックアセンブリ502の各側における電池スタック302の最も正の側に個別にヒューズを付け、8つのヒューズを得ることができる。最大定格電流がその定格の範囲内に充分に収まるため、ヒューズを、単なる過負荷状態ではなく壊滅的な短絡の場合に電池スタックアセンブリ502の配線を保護するように設計することができる。例えば、ヒューズの定格がそれぞれ約400アンペアであると仮定すると、電池スタックアセンブリ502を合計約3200アンペアにおいて保護することができる。
【００６９】
電池スタックバンク500の各々を、銅バスバーで互いにバス接続し、銅ケーブルを使用して他のセットに相互接続することができる。NECの配線要件を満たし、配線損失を最小限に抑えるために、すべてのバスバーおよびケーブルを、保護ヒューズの完全な値に合わせた定格とすることができる。精密電流シャントをさらに設け、電池スタックアセンブリ502に出入りする電流を測定するとともに、各々の電池スタックバンク500の電圧を測定することができる。これらの値を、以下で説明されるように、電池スタックコントローラに報告することができる。
【００７０】
電池スタック302を、ラック506内に取り付けることができる。特定の態様において、電池スタックを、電池スタックコンテナ508の内側にさらに位置付けることができる。図5Cに示されるように、ラック506は、垂直支持体506aおよび水平支持体506bを含む。一態様においては、垂直支持体506aを、3インチのcチャネルの構成で形成することができる。ラック506の一方側（例えば、背面側）を、電池スタックコンテナ302に対して位置付けることができ、ラック506のもう一方の反対側（例えば、前面側）は、電池スタックコンテナ302の中央に面することができる。代替の態様においては、電池スタックコンテナの内側ではなく外側に配設されて、エンクロージャ400の環境へと開放される。
【００７１】
各々の電池スタック302を、アノード液およびカソード液の流れをそこに通すことができるように、流体導管ネットワーク510に接続することができる。流体導管ネットワーク510は、アノード液およびカソード液のそれぞれの供給および戻りのためのそれぞれの主電解質マニホールド514、電解質ポンプ516、シャントマニホールド520、および電池スタックマニホールド522を含むことができる。例えば、供給に関して、各電解質は、それぞれの供給主電解質マニホールド514sにそれぞれ結合させることができる1つまたは複数のそれぞれの供給管512sを通って、電池スタックコンテナ302に進入することができる。各々の供給主電解質マニホールド514sは、マニホールドへの流れおよびマニホールドからの流れがほぼ釣り合うように充分に大きくてよい（例えば、約10インチの管）。供給主電解質マニホールド514s内の電解質供給の流れは、供給電解質ポンプ516sへと導かれ（例えば、約200〜400gpmの流量で）、供給シャントマニホールド520s（例えば、2インチの管）および供給電池スタックマニホールド522sのうちのそれぞれのマニホールドを通って電池スタック302へと送られることができる。戻りの電解質の流れは、各電解質のための流体導管ネットワーク510の別々の戻り部分を通って、逆方向に進み、電池スタック302から、戻り電池スタックマニホールド522r、戻りシャントマニホールド520r、戻りポンプ516r、および戻り主電解質マニホールド514rを通る。電解質は、戻り主電解質マニホールド514rから、それぞれの戻り管512rを介して、電池スタックコンテナ510から出ることができる。
【００７２】
シャントマニホールド520は、電池スタック302内のセル間の過剰なシャント電流損失を軽減するように設計された長さの配管を含むことができる。電池スタックコンテナ502は、シャント電流に関連する損失を許容レベルまで低減させるように構成されたシャントマニホールド520を含むことができる。シャントマニホールド520の各々は、関連する電池スタック302へのアノード液の供給、関連する電池スタック302へのカソード液の供給、関連する電池スタック302からのアノード液の戻り、および関連する電池スタック302からのカソード液の戻りのうちの1つを含むように機能することができる。特定の態様において、シャントマニホールド520は、直径約2インチの管であってよく、約19フィートのシャント距離をもたらすことができる。さらなる態様においては、ラック506の垂直支持体506aのうちの1つまたは複数（例えば、電池スタックコンテナ502の中央に面する前面側の支持体）が、シャントマニホールド520の設置を可能にするために取り外し可能であってよい。
【００７３】
一態様においては、ポンプ516を、可変周波数駆動装置（VFD）によって駆動することができる。この構成は、独立した正確な速度、したがってアノード液およびカソード液の流量および圧力の制御を可能にすることができ、さらには滑らかな始動およびモータ出力パラメータについての詳細なフィードバックも提供することができる。これらのVFDは、以下で詳細に説明される電池スタックコントローラによって制御される補助電源パネルによって給電することができる。
【００７４】
流体導管ネットワーク510の態様は、1つまたは複数の弁（たとえば、バランス弁、遮断弁など）をさらに含むことができる。一般に、弁を、レベルを再びバランスさせるべく流れを制御するため、電池スタックコンテナ502がオフであるときに主供給を遮断するため、および特定の電池スタック302を分離するために使用することができる。弁は、点検機能用の手動弁と、シャットダウン、始動、およびシステムの種々の機能がさらに詳しくは後述される電池スタックコントローラの制御下で動作される構成のための自動弁とを含むことができる。例えば、図6に示されるように、遮断またはバランスのためにそれぞれのポンプ516とシャントマニホールド520との間で電解質を分配するクロスタイマニホールド526内に弁524aが任意で設けられてもよい。供給/戻り接続部と主電解質マニホールド514との間に、遮断弁524bをさらに設けることができる（図6、図7A）。シャントマニホールド520と電池スタック302との間に、弁524cを設けることができる（図7B）。弁524の自動的な作動を、電池スタックコントローラと通信するモータ528によってもたらすことができる。
【００７５】
自動化された弁が使用されるとき、適切な操作を保証するために、この制御システムへフィードバックを提供することができる。流体導管ネットワーク510のいくつかの態様は、動作時に弁を通るアノード液およびカソード液の流れを調節するために弁524a、524b、524cの監視および/またはフィードバック制御を行う1つまたは複数のセンサ（例えば、温度センサ、流量センサ、圧力センサ、光学センサなど）を含むことができる。アノード液およびカソード液の流量センサ526ならびにアノード液およびカソード液の圧力センサ530の例が、図7A、7Bに示されている。
【００７６】
主電解質マニホールド514のための支持構造体800が、図8に示されている。支持梁802（例えば、5×16の梁）が、電池スタックコンテナ502を収容する構造体の幅にまたがることができる。支持ロッド804（例えば、直径7/8インチ）を、支持梁802から対で吊り下げることができる。ローラ管支持体806を、支持ロッド804の各対に固定することができる。特定の態様においては、ローラ管支持体806を、各々の主電解質マニホールド814について設けることができる。地震クロスブレース810を、地震発生時の安定化のために支持ロッド804にさらに固定することができる。
【００７７】
電解質は、典型的には約15℃〜約40℃の特定の動作温度範囲を有することができる。電解質の温度が約15℃を下回ると、システムは、電解質がその温度に達するまでフルパワーの動作を提供できない可能性がある。電解質の温度が約-15℃を下回ると、電解質が凍結する危険があり、結果として、システム300はフルパワーの動作を提供できない可能性がある。したがって、システム300が低温環境にある場合、電解質に外部からの熱を供給できると有益であり得る。
【００７８】
あるいは、暑い日には、この問題が逆になる可能性がある。システムの損失により、電解質の温度が50℃を超え、電解質の動作温度範囲の上限を上回る可能性がある。この状況は問題となり得る。というのも、電解質が高い充電状態および高い温度にあるとき、電解質の1つまたは複数の成分の沈殿が生じる可能性があり、これが目詰まりによるシステム300のシャットダウンにつながりかねないためである。この現象は可逆的であるが、可用性に悪影響を及ぼす可能性がある。したがって、電解質の加熱または冷却が、さまざまな動作条件下で望ましい可能性がある。
【００７９】
電解質を加熱および冷却するために、電池スタックコンテナ302のいくつかの態様は、1つまたは複数の熱交換器900（例えば、液体-液体の熱交換器）を含むことができる。熱交換器900を、図9に示されるように、電解質と熱的に連通するように構成することができる。外部の冷却器-加熱器システムからの加熱または冷却された水-グリコール混合物の流量および需要を調整するための計器および制御ロジックをさらに提供することができる。個々の電池スタック302からの要求を集約することができ、これらの要求に応答するコマンドは必要に応じて冷却器-加熱器システムとすることができる。特定の態様においては、8つの熱交換器を、より高い能力を達成するために並列構成に構成することができる。
【００８０】
電池スタック302および流体導管ネットワーク510の態様を動作させるために使用することができる追加のシステムを、以下で説明する。
【００８１】
補助電力
AC補助電力を電池スタック302にAC補助電源パネル（図示せず）を介して接続することができる。このパネルは、主たるロック可能な切断スイッチを特徴とすることができ、業界規格（例えば、UL 508規格）に従って作られる。2つのポンプVFD、ファン、制御パネル電源、照明、および他のローカルAC負荷のそれぞれへの給電を保護するために、個別の回路遮断器を設けることができる。このパネルは、ラインリアクトル（必要であれば）をさらに含むことができる。VFDおよび導管配線を除くすべての配線および構成要素を、このパネルに収容することができ、ACの電気的危険のほとんどがこのエンクロージャに閉じ込められるため、点検における安全の問題が改善される。このパネルを、選択された状況（例えば、電池スタック302および流体導管ネットワーク510を囲む構造体が開いている場合）においては動作を防止するように連動させることができる。このパネルは、任意の作業員環境加熱器への供給も可能である。
【００８２】
電池スタックコントローラ
一態様において、各々の電池スタック302は、電池スタックコントローラをさらに含むことができる。電池スタックコントローラは、電池スタック内のすべてのセンサおよび器械を監視するとともに、弁およびモータ駆動部を制御するように構成されたデータ取得・制御プログラムを実行することができる演算装置を含むことができる。このコントローラを、外部に位置する主電池システムコントローラ（BSC）と通信するように構成することができる。システムの停電の実質的に直後にBCCを動作させることができるように、電池のバックアップを用意することができる。これにより、BSCが弁を安全状態に設定したり、停電状態を他の現在の状態と共に外界へ通信したりすることを可能にできる。センサ入力は、自己診断機能および内部較正機能を備えることができる。必要に応じて絶縁をもたらすことができ、入力を過電流および無線周波数干渉（RFI）から保護することができる。BSCは、外部のセンサのためのコネクタおよび万が一の故障時の平均修理時間（MTTR）を最小にするための他の接続部を備えることができる。
【００８３】
電池スタック302、流体導管ネットワーク510、およびこれらに隣接する領域は、独立した安全システムをさらに含むことができる。このシステムは、危険な状態（重大な漏れなど）、アクセスインターロック状態、または特定の故障が発生した場合にシステムをシャットダウンするために、漏れセンサ、インターロックスイッチ、制御リレーなどの安全定格の構成要素を使用することができる。このシステムを、いかなるソフトウェアまたは遠隔無効指令から完全に独立して動作するように構成することができる。
【００８４】
上述した態様に基づいて、本開示のシステムおよび方法のさらなる特徴および利点を、当業者であれば理解できるであろう。したがって、本開示は、添付の特許請求の範囲によって示される場合を除き、具体的に図示および説明した内容に限定されるべきではない。本明細書に引用されたすべての刊行物および参考文献は、その全体が参照により本明細書に明確に組み入れられる。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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