专利名称：蓄电池及其运转方法
技术领域：
本发明涉及蓄电池，特别涉及即使在停电等非常时期中也可以高过负荷运转的氧化还原流电池。
背景技术：
图6是表示氧化还原流电池的工作原理的说明图。该电池包括隔室1，该隔室1由离子交换膜组成的隔膜4分离为正极隔室1A和负极隔室1B。正极隔室1A和负极隔室1B的每个中内置正极电极5和负极电极6。用于提供/排出正极电解液的正极用容器2通过导管7、8连接到正极隔室1A。用于提供/排出负极电解液的负极用容器3也通过导管10、11连接到负极隔室1B。各电解液中使用钒离子等原子价变化的离子的水溶液，使之通过泵9、12循环，随着正负极电极5、6中离子的价数变化反应进行充放电。在使用包含钒离子的电解液时，在隔室内充放电时产生的反应如下。
正极V4+→V5++e-(充电)V4+←V5++e-(放电)负极V3++e-→V2+(充电)V3++e-←V2+(放电)图7是上述电池中使用的隔室组的概略结构图。通常在上述的电池中，利用多个隔室层叠的称为隔室组100的结构。各隔室中，在隔膜4的两侧具有由碳毡制成的正极5和负极6。而且，在正极电极5和负极电极6的各自的外侧设置隔室构架20。
隔室构架20包括由塑料碳制成的双极板21和在其外周形成的构架框22。
在构架框22中形成称为マニホ一ルド 23A、23B的多个孔，构成在多个隔室层叠时电解液的流路，与图6中的导管7、8、10、11连接。
这样的氧化还原流电池，通过通常在白天等电量消耗量大时进行放电，在夜间等电量消耗量小时进行充电的常规运转，来实现负荷正常化的目的。这时，从省能源和低成本的观点看，希望高效率的运转。另一方面，在正常运转中发生瞬间停电时，则希望即使无视效率，也要尽量高过负荷运转。在此，所谓过负荷运转意为在超过额定输出的输出下运转。所谓额定输出是指超过具有充电/放电的功率效率的设计值的输出，通常多为达到80％的程度的情况。
但是，氧化还原流电池虽然可在满充电状态下进行很高过负荷运转，但在放电末期和放电结束后电解液的电能变少的情况下，具有基本上不能过负荷运转的问题。
氧化还原流电池如电解液的充电深度高则可以高过负荷输出，但如充电深度下降则电压下降，过负荷输出变得困难。所谓充电深度高，指在钒系电解液的情况下，在正极“(5价的V离子浓度)/(4价+5价的V离子浓度)”的比率大，在负极“(2价的V离子浓度)/(2价+3价的V离子浓度)”的比率大的状态。
在需要应对这样的过负荷运转的情况下，到现在为止，需要大幅度增加电解液量，即使在正常运转的放电后也较高地维持电解液的充电深度。但是，负荷正常化运转所必需的电解液，由于需要与数小时以上的容量相当的液量，因此，如要通过电解液量的增加，使充电深度经常较高，就必需极大量的电解液。
发明内容
本发明的目的是提供与正常运转中的放电状态无关的可高负荷运转的蓄电池及其运转方法。
本发明中通过以下结构达成上述目的事先储备正常运转用的电解液和其他的充电深度高的非正常运转用电解液，对于停电等的突发的事态，可将该非正常运转用的电解液确实地提供给电池隔室。
即本发明的蓄电池至少有一组的第1容器，存储在正常运转时的电解液；至少有一组的第2容器，存储在非正常运转时的电解液；切换部件，切换第1容器的电解液和第2容器的电解液，在隔室内循环，在正常运转时的所示第2容器的电解液，是在充电反应中生成的活性物质量与全部活性物质量的比率在50％以上的电解液。
在用于负荷正常化等的正常运转时，利用第1容器的电解液进行充放电，在停电等非正常运转时，将第1容器的电解液切换到第2容器的电解液进行放电。由此，可在任何时刻将充电深度高的第2容器的电解液提供给隔室，可进行与第1容器的放电状态无关的高过负荷运转。
关于在过负荷率高的输出下运转时的过负荷输出值的确定，与容器中残留的电解液的总容量相比，向隔室提供的电解液的充电深度成为更主要的原因。因此，即使在有大量充电深度低的电解液时，也不能期望过负荷输出。
另外，通常对于在用于负荷正常化的充放电时，需要与8个小时程度相当的电解液量，在用于停电等需要非正常运转时，充其量只要有与2个小时程度的容量相当的电解液量就可以。因此，如象现有那样不进行电解液的切换，增加电解液的量以经常高地维持充电深度，就不得不使大量电解液所需要的容器大型化。但是，如进行本发明所述的电解液的切换，只需要少量的非正常运转用的电解液量，第2容器可以是与第1容器相比小型的容器。
在此，第1容器、第2容器共同作为“一组”，意为以正极电解液和负极电解液的各电解液用的容器为一组。
第2容器的电解液，设为实质的满充电状态或接近满充电状态的电解液。即，使用充电深度高的电解液。所谓充电深度高是在钒系电解液的情况下，正极中“(5价的V离子浓度)/(4价+5价的V离子浓度)”的比率大，在负极“(2价的V离子浓度)/(2价+3价的V离子浓度)”的比率大的状态。最好(5价的V离子浓度)/(4价+5价的V离子浓度)的比率在50％以上，(2价的V离子浓度)/(2价+3价的V离子浓度)的比率在50％以上。
切换部件采用阀很合适。最好具有与从所述第1容器或第2容器排出电解液侧的切换部件和向所述第1容器或第2容器提供电解液侧的切换部件的联动机构。通过该联动，可谋求容器切换动作时，从容器的电解液的排出量和向容器内的电解液的供给量的平衡，不会因液量的平衡的较大的偏差，产生大的压力变化。切换部件的联动，可通过电控制阀的开闭容易地实现。
另外，最好在从所述第1容器或第2容器排出电解液侧的切换部件和隔室之间，配置了电解液循环泵。通过该机构，可共用第1容器用泵和第2容器用泵。当然，不用说也可将用于从第1容器向隔室提供电解液的泵和用于从第2容器向隔室提供电解液的泵独立设置。
再有，本发明的蓄电池的运转方法，其特征在于在非正常运转时，切换到与正常运转时的电解液相比充电深度为同等以上的电解液运转。
图1是本发明的氧化还原流电池系统的概略结构图。
图2是表示从基本满充电状态开始的放电特性的曲线图。
图3是表示从放电末期开始的放电特性的曲线图。
图4是泵共用型的本发明的氧化还原流电池系统的部分概略图。
图5是具有多个隔室组的本发明的氧化还原流电池系统的部分概略图。
图6是氧化还原流电池的工作原理的说明图。
图7是氧化还原流电池的隔室组的结构图。
具体实施例方式
以下，说明本发明的实施例。
实施例1图1是本发明的氧化还原流电池系统的概略结构图。
该电池具有一个隔室组100、储存电解液的2组容器31～34、切换两容器31～34内的电解液提供给隔室组100的阀41～48和进行电解液的循环的泵51～54。
隔室组100的机构如图6和图7说明那样，与现有的结构相同。
容器31～34，由负荷正常化用等正常运转时进行电解液的提供的第1容器31，32和停电等的非正常运转时进行电解液的提供的第2容器33，34组成。第1容器和第2容器各自由正极电解液容器31，33和负极电解液容器32，33组成。
第1容器、第2容器共同存储的电解液是钒系电解液。正极电解液中包含V4+/V5+离子，负极电解液中包含V3+/V2+离子。
第2容器33，34的电解液是满充电状态的电解液。可使用正极中“(5价的V离子浓度)/(4价+5价的V离子浓度)”的比率大，在负极“(2价的V离子浓度)/(2价+3价的V离子浓度)”的比率大的电解液就可以。
阀41～48共设置8个。即控制从第1容器31、32向隔室组100提供的电解液的阀41、42，控制从隔室组100向第1容器31、32排出电解液的阀43、44，控制从第2容器33、34向隔室组100提供的电解液的阀45、46，控制从隔室组100向第2容器33、34排出电解液的阀47、48。
泵51～54共设置4个。即从第1容器31送出正极电解液的泵51，从第1容器32送出负极电解液的泵52，从第2容器33送出正极电解液的泵53，从第2容器34送出负极电解液的泵54。
在这样结构的氧化还原流电池系统中，在负荷正常化的正常运转时，使用第1容器31、32的电解液进行充放电。这时，阀45～48关闭使泵53、54不工作，开放泵41～44使泵51、52工作。在该正常运转中，充电之后等第1容器内的电解液的充电深度高的情况下，可以进行高过负荷的运转，在放电末期或放电结束后，进行高过负荷的运转就非常困难。
图2是表示从基本满充电的状态开始的放电特性的曲线图，图3是表示从放电末期开始的放电特性的曲线图。图2的曲线图是表示使用60mA/cm2的放电下保持约2小时的容量的电池，从满充电状态的1.55V开始的放电曲线。图3的曲线图是表示使用60mA/cm2的放电下保持约2小时的容量的电池，在1小时48分后，从1.21V开始的放电曲线。如比较两曲线可知，从电解液的充电深度高的满充电状态开始，可以在高电压下输出，但从电解液的充电深度低的放电末期开始隔室内的电压急剧降低直到放电停止，基本上不能过负荷运转。
另一方面，在停电等的非正常运转时，第1容器31、32的电解液切换到第2容器33、34的电解液提供给隔室组100放电，进行高过负荷运转。该切换通过关闭阀41～44使泵51、52停止，开放阀45～48运转泵53、54进行。第2容器33、34的电解液一直保持在充电深度高的状态，因此于第1容器内的电解液的充电深度无关，任何时候都可进行高过负荷运转。
在所述电解液切换时，最好联动从第1容器和第2容器排出电解液侧的阀41、42、45、46和向第1容器和第2容器提供电解液侧的阀43、44、47、48的开闭动作。通过该联动，可谋求容器切换动作时，从容器排出的电解液的排出量和向容器提供电解液的提供量的平衡，防止液量的平衡有大的偏差而发生大的压力变化的问题。
实施例2在实施例1中，第1容器31、32的电解液用和第2容器33、34的电解液用的各个中设置了泵51～54，但也可以将两个容器用的泵共用。图4是该泵共用型的氧化还原流电池系统的部分外略图。与图1相同的部分附以相同标号。
如图所示，“在阀41和阀45的中间”和“隔室组100”之间，以及“在阀42和阀46的中间”和“隔室组100”之间”通过泵55、56的连接，可用合计2个泵55、56切换第1容器的电解液和第2容器的电解液，使之循环。
在电解液切换时的阀41～48的开闭动作与前述实施例1相同。
实施例3再有，图5表示使用多个隔室组100～102时的氧化还原流电池系统的部分概略图。在该实施例3中，与实施例1相同，通过进行阀41～48的开闭，进行第1容器和第2容器的电解液的切换，可进行与第1容器中的电解液的充电深度无关的高过负荷运转。
如以上说明那样，按照本发明，除了通常的负荷正常化运转用的电解液容器以外，还准备始终存储接近满充电的电解液的容器，在非正常时通过从该容器提供电解液，可进行于负荷正常化运转的状态无关的过负荷运转。
权利要求
1.一种蓄电池，包括至少一组第1容器，存储正常运转时的电解液；至少一组第2容器，存储非正常运转时的电解液；切换部件，切换第1容器的电解液和第2容器的电解液，并在隔室内循环，正常运转时的所述第2容器的电解液是在充电反应中生成的活性物质量与全部活性物质量的比率在50％以上的电解液。
2.如权利要求1所述的蓄电池，其特征在于具有与从所述第1容器或第2容器排出电解液侧的切换部件和向所述第1容器或第2容器提供电解液侧的切换部件的联动机构。
3.如权利要求1所述的蓄电池，其特征在于在从所述第1容器或第2容器排出电解液侧的切换部件和隔室之间，配置了电解液循环泵。
4.一种蓄电池的运转方法，其特征在于在非正常运转时，切换为充电深度在正常运转时的电解液之上的电解液来进行运转。
全文摘要
本发明提供一种可进行与正常运转中的放电状态无关的高负荷运转的蓄电池及其运转方法。包括在正常运转时存储电解液的第1容器(31)、(32)；在非正常运转时存储电解液的第2容器(33)、(34)。第1容器(31)、(32)的电解液和第2容器(33)、(34)的电解液通过阀(41)～(48)的开闭进行切换，使之在隔室组(100)中循环。第2容器(33)、(34)的电解液是在充电反应下生成的活性物质量占全部活性物质量的50％以上的电解液。
文档编号H01M8/18GK1535488SQ0280928
公开日2004年10月6日 申请日期2002年4月24日 优先权日2001年5月1日
发明者筒井康充, 幸, 德田信幸 申请人:住友电气工业株式会社, 关西电力株式会社