电解液循环型电池的制作方法

本发明涉及诸如氧化还原液流电池的电解液循环型电池。特别地，本发明涉及易于控制电解液的温度的电解液循环型电池。

背景技术：

诸如氧化还原液流电池(RF电池)的电解液循环型电池是一种用于存储通过诸如太阳能和风力的自然能产生的电力的大容量蓄电池。RF电池是一种通过使用在正极电解液中含有的离子与在负极电解液中含有的离子之间的氧化还原电位差来实施充放电的电池。在专利文献1中对RF电池的实例进行了说明。

如图5中RF电池的工作原理图中所示，专利文献1的RF电池包含电池单元100，所述电池单元100包含用允许氢离子透过的隔膜101相互隔开的正极单元102和负极单元103。所述正极单元102具有在内部的正极104并通过具有流入通道108和流出通道110的循环通道与正极电解液槽106连接，所述正极电解液槽106存储正极电解液。同样地，所述负极单元103具有在内部的负极105并通过具有流入通道109和流出通道111的循环通道与负极电解液槽107连接，所述负极电解液槽107存储负极电解液。

当驱动设置在流入通道108和109中的泵112和113时，槽106和107中的电解液分别通过流入通道108和109流入单元102和103、从单元102和103流出、流经流出通道110和111、并被排放入槽106和107，使得电解液循环至单元102和103。典型地，将含有诸如钒离子的金属离子的水溶液用作电解液，所述金属离子的化合价因氧化还原反应而变化。由于流动通道108～111与电解液直接接触，所以它们由对电解液无反应性并对电解液有高耐受性的材料如聚氯乙烯(PVC)构成的管道形成。在图5中，实线箭头表示充电且虚线箭头表示放电。

在RF电池1中，电解液由于电池反应而产生热。产生的热可以劣化电池效率并且可能会发生诸如构成与电解液接触的流动通道108～111的树脂软化的劣化。为了解决该问题，在RF电池1中，将热交换器114和115安装在流出通道110和111中。典型地，热交换器114和115各自具有构成循环通道的一部分的冷却区域，且用冷却机构(图中未示出)对冷却区域内的电解液进行冷却。热交换器的流动通道从其入口向其出口弯曲延伸。在电解液从热交换器的入口流到出口的过程中被除去热从而被冷却。采用用冷却水对热交换器进行冷却的水冷却法或强制向热交换器鼓吹空气的空气冷却法进行冷却。热交换器的流动通道除了由上述弯曲通道形成以外，也可以由通过从其入口到其出口的过程中的多个支化直管线形成。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2013-206566号公报

技术实现要素：

技术问题

典型地，通过假设在安装环境中电解液可以达到的最高温度来设计热交换器。在夏季，当电解液的温度容易升高时，可以通过热交换器对电解液进行适当冷却。然而，当电解液的温度容易下降时，例如在冬季期间，电解液显著过冷。特别地，在最高温度与最低温度之间的温差大的环境中，电解液在冬季严重过冷。如果电解液的温度下降，则电解液的粘度升高且这增大压力损失。结果，充放电反应受到抑制，这导致电池效率较低且电池性能劣化。

在上述情况下完成了本发明。本发明的目的之一是提供易于调节电解液的温度的电解液循环型电池。

解决技术问题的技术方案

本发明一方面的电解液循环型电池具备电池单元和将电解液循环至电池单元的循环通道。电解液循环型电池还包含热交换器、旁路流动通道和流量可变机构。热交换器安装在循环通道内并配置为对电解液进行冷却。旁路流动通道将热交换器的电解液流入侧和电解液流出侧相互连接从而绕过热交换器。流量可变机构能够改变流经热交换器的电解液的流量和流经旁路流动通道的电解液的流量。

发明的有益效果

根据上述电解液循环型电池，易于控制电解液的温度。

附图说明

[图1]为实施方案1～4的氧化还原液流电池的示意图。

[图2]为显示实施方案1的氧化还原液流电池中的电解液的温度控制程序的流程图。

[图3]为包含在实施方案1～4的氧化还原液流电池中的电池堆的示意图。

[图4]为显示实施方案2的氧化还原液流电池中的电解液的温度控制程序的流程图。

[图5]为氧化还原液流电池的工作原理图。

具体实施方式

<<本发明实施方案的说明>>

首先，列出本发明实施方案的内容并进行说明。

(1)本发明一方面的电解液循环型电池具备电池单元和将电解液循环至所述电池单元的循环通道。电解液循环型电池还包含热交换器、旁路流动通道和流量可变机构。热交换器安装在循环通道内并配置为对电解液进行冷却。旁路流动通道将热交换器的电解液流入侧和电解液流出侧相互连接从而绕过所述热交换器。流量可变机构能够改变流经热交换器的电解液的流量和流经旁路流动通道的电解液的流量。

根据上述结构，以在电解液温度容易升高时如在夏季期间可以将电解液冷却的方式设置热交换器。由于设置绕过热交换器的旁路流动通道和流量可变机构，所以当电解液温度容易下降时如在冬季期间可以抑制电解液的过冷。这是因为可以使至少一部分电解液流经旁路流动通道且流经旁路流动通道的电解液未被热交换器冷却。因此，如果需要对电解液进行冷却，则可以按需要对电解液进行冷却并同时避免因过冷而导致电解液温度过度下降；因此，易于控制电解液的温度。结果，可以促进充电/放电反应并且可以提高电池性能。

此外，由于至少一部分电解液流经旁路流动通道，所以可以降低压力损失。这是因为如下原因。典型地，热交换器通常包含选自如下流动通道中的至少一种流动通道：与其它循环通道相比，具有小的横截面积(直径)的流动通道、具有大的总长度的长流动通道和具有多个支路的流动通道。旁路流动通道可以与除热交换器之外的循环通道具有相同的直径并且可以使至少一部分电解液流经旁路流动通道；由此可以降低流经热交换器的电解液的量。

由于可以使电解液的至少一部分流经旁路流动通道，因此可以抑制电解液的过冷并且可以抑制电解液的粘度的增加。因此，可以降低压力损失。

(2)例如作为一个实施方案，上述电解液循环型电池可以包含测量传感器和流量控制器。测量传感器测量与电解液的温度相关的物理量。流量控制器基于从测量传感器获得的测量结果通过使用流量可变机构来控制流入热交换器的电解液的流量和流入旁路流动通道的电解液的流量。

由于流量控制器基于从测量传感器获得的测量结果通过使用流量可变机构来控制流入热交换器的电解液的流量和流入旁路流动通道的电解液的流量，所以可以精确调节电解液温度。

(3)作为一个实施方案，当上述电解液循环型电池包含测量传感器和流量控制器时，测量传感器可以包含例如选自测量电解液的温度的液体温度传感器和测量环境温度的空气温度传感器中的至少一种。

根据该结构，由于设置有液体温度传感器，因此可以实时地、高精度地测量电解液温度并且由此可以容易地调节电解液温度。因此，这对于抑制电解液的过冷是特别有效的。由于设置有空气温度传感器，因此可以测量环境温度并且因此容易控制电解液温度。这是因为环境温度容易影响电解液的温度变化并且因此容易获得与电解液温度的相关性。此外，与诸如直接测量电解液的温度的液体温度传感器相比，空气温度传感器的布置和结构简单。如果设置有两种传感器，则在其中的一种传感器发生故障并且不能测量物理量的情况下仍可以通过使用另一种传感器测量所述物理量。

(4)作为一个实施方案，当上述电解液循环型电池包含测量传感器时，电解液循环型电池还可以包含例如对热交换器进行冷却的冷却机构和基于从测量传感器获得的测量结果来控制冷却机构的工作的冷却控制器。

根据上述结构，由于设置有冷却控制器，因此在使电解液的至少一部分流经旁路流动通道时，可以与其协调地弱化冷却机构对热交换器的冷却。换而言之，当通过使电解液流经旁路流动通道来抑制电解液的冷却时，可以弱化冷却机构对热交换器的冷却；因此，即使当剩余的电解液流经热交换器时，也可以更容易地抑制电解液温度的降低。由于可以根据需要和当需要对电解液进行冷却时而使冷却机构工作，因此可以节省能量。

(5)作为一个实施方案，当上述电解液循环型电池包含测量传感器时，电解液循环型电池还可以包含例如使电解液循环的泵和基于从测量传感器获得的测量结果来控制泵的输出的泵控制器。

根据该结构，由于设置有泵控制器，因此在使电解液的至少一部分流经旁路流动通道时，可以与其协调地降低泵的输出。如上所述，热交换器包含选自如下流动通道中的至少一种流动通道：与其它循环通道相比，具有小的横截面积(直径)的流动通道、具有大的总长度的长流动通道和具有多个支路的流动通道。因此，当可以使电解液的至少一部分流经旁路流动通道以降低流经热交换器的电解液的流量时，与当使所有电解液都流经热交换器时相比，可以降低泵的输出。因此，可以容易地将泵的输出优化到最小，这有助于节能。

(6)作为一个实施方案，所述电解液循环型电池可以包含例如配置在旁路流动通道中并配置为打开和关闭该流动通道的阀。

根据该结构，可以容易地调节流入热交换器的电解液的流量和流入旁路流动通道的电解液的流量。这是因为当阀打开时，尽管一部分电解液可以流经热交换器，但大部分电解液流经旁路流动通道，并且当阀关闭时，可以使电解液仅流经热交换器。当阀打开时，大部分电解液流经旁路流动通道并且不被热交换器冷却。因此，即使当一部分电解液在流经热交换器时被冷却时，整体电解液的温度也很少下降到影响电池性能的水平，因为仅一部分电解液被冷却。此外，可以通过调节阀的开度来调节流入热交换器的电解液的流量和流入旁路流动通道的电解液的流量。

<<本发明的详细说明>>

下面将参照附图对本发明的实施方案的详情进行说明。应当理解，本发明不限于这些示例性实施方案，而是由权利要求书限定，并且旨在包括在权利要求书的范围及与其等价的含义和范围内的所有变体和替代。在此，将氧化还原液流电池(RF电池)用作用于说明电解液循环型电池的例子。

[实施方案1]

如同参照图5进行说明的现有技术的RF电池，实施方案的RF电池包含电池单元100、使槽106中的正极电解液循环经过正极单元102的循环通道(流入通道108和流出通道110)、以及使槽107中的负极电解液循环经过负极单元103的循环通道(流入通道109和流出通道111)。安装在各个循环通道中的特定点处的泵112和113用于使负极和正极电解液循环。该实施方案的RF电池的主要特征是其包含：安装在循环通道中的特定点处以对电解液进行冷却的热交换器、绕过热交换器的旁路流动通道、和能够改变流入热交换器和旁路流动通道中的电解液的流量的流量可变机构。换而言之，实施方案1的RF电池的热交换器及其周边部分的构造与现有技术的RF电池不同；因此，在下述实施方案中，主要对热交换器及其周边部分进行说明。参照图1～3和图5，首先将对热交换器及其周边部分的结构进行说明，然后对其它结构进行说明。用相同的参考数字表示与现有技术的结构相同的结构并省略其说明。

[热交换器]

将热交换器10和11安装在循环通道中的特定点处以对电解液进行冷却。换而言之，热交换器10和11构成循环通道的一部分。在此，电解液可以自然冷却，但优选使用下述冷却机构(风扇20和21)进行强制冷却以良好地对电解液进行冷却。可以将热交换器10和11分别安装在流入通道108和109中或流出通道110和111中，但优选安装在流出通道110和111中。负极电解液和正极电解液因电池反应而产生热。因此，当将热交换器10和11安装在流出通道110和111中时，可以良好地对电解液进行冷却。在该实施方案中，将热交换器10和11安装在流出通道110和111中。

将热交换器10和11的入口与流出通道110和111的上游流出通道110u和111u连接。将热交换器10和11的出口与下游流出通道110d和111d连接。从电极单元102和103流出的电解液从上游流出通道110u和111u通过热交换器10和11的入口流入所述热交换器10和11，并在电解液从热交换器10和11的入口流到出口的过程中将电解液的热除去。已经除去了热的电解液通过下游流出通道110d和111d从热交换器10和11的出口返回至电解液槽106和107。

从热交换器10的入口延伸到出口的流动通道(图中未示出)和从热交换器11的入口延伸到出口的流动通道(图中未示出)可以各自构造为单个连续流动通道或多个流动通道。当流动通道为单个连续流动通道时，优选该流动通道由弯曲管道形成。以这种方式，对于相同的流动通道横截面积和相同的流动通道长度，与当流动通道是直的时相比，可以减小热交换器10和11的尺寸，且还可以减小包含冷却机构(风扇20和21)的整个装置的尺寸。对于相同尺寸的热交换器10和11，构成流动通道的管道的表面积可以比当流动通道是直的时的大且可以更容易地将电解液冷却至期望的温度。当流动通道由多个流动通道构成时，各个流动通道可以由直的管道或弯曲管道形成。对于与单个连续流动通道相同的流动通道横截面积和相同的流动通道长度，因设置有多个流动通道而可以降低各个流动通道的流动通道横截面积(直径)。因此，可以增加构成流动通道的管道的总表面积。由于可以降低流动通道横截面积(直径)，所以可以容易地对流动通道中心部分的电解液进行冷却。

与流出通道110和111一样，热交换器10和11的流动通道例如可以由诸如聚氯乙烯(PVC)的树脂的管道形成。或者，热交换器10和11的流动通道可以由多层复合管道形成，各个管道由树脂管状主体和形成在所述主体的外周并由有机材料形成的氧阻挡层构成，所述有机材料具有比所述主体低的氧透过性。构成所述主体的树脂的实例包括PVC、聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)和聚四氟乙烯(PTFE)。其中，优选使用PE。用于氧阻挡层的材料的实例包括乙烯-乙烯醇共聚物树脂(皂化的乙烯-乙酸乙烯酯无规共聚物)、聚偏二氯乙烯树脂、聚乙烯醇树脂和尼龙6。当热交换器10和11的流动通道由上述复合管道形成时，可以良好地降低电解液的温度。即，如后所详述，即使是使用能够良好地对电解液进行冷却的复合管道的情况下，也可以通过使用控制机构50对电解液的温度进行调节从而可以抑制电解液的过冷。

[冷却机构]

RF电池1具备对热交换器10和11进行冷却以除去各个电极的电解液的热从而对电解液进行冷却的冷却机构。冷却机构的实例包括强制冷却机构，如使用冷却水对电解液进行冷却的水冷却机构和进行鼓风的空气冷却机构。在水冷却机构的情况下，将热交换器10和11放置在容器中并且将冷却水供应至(循环至)所述容器。与空气冷却机构相比，水冷却机构提供优异的电解液冷却性能。空气冷却机构可以使用风扇。在这种情况下，明显不需要冷却水且不需要诸如供应(循环)冷却水的泵和对冷却水进行冷却的装置的构件。因此，所述冷却机构可以比水冷却机构更加小型化和简单化。在该实施方案中，冷却机构由风扇20和21构成。风扇20和21的安装部位可以为可以将空气输送至热交换器10和11的基本所有部分的任意部位。

[旁路流动通道]

旁路流动通道30和31将热交换器10和11的电解液流入侧和电解液流出侧连接从而绕过热交换器10和11。换而言之，旁路流动通道30和31安装在循环通道中并且构成循环通道的一部分。在此，旁路流动通道30和31的入口分别与上游流出通道110u和111u连接且旁路流动通道的出口分别与下游流出通道110d和111d连接。当电解液流经旁路流动通道30和31时，流经旁路流动通道30和31的电解液不被热交换器10和11冷却。如果要抑制对电解液的冷却，则可以使电解液流经旁路流动通道30和31从而防止进一步冷却。因此，更容易控制电解液的温度并且抑制电解液过冷。旁路流动通道30和31可以由具有与和它们连接的流出通道110和111的直径相同直径的管道形成。构成旁路流动通道30和31的管道的材料的实例包括与构成流出通道110和111的相同的树脂(PVC)。通过使用流量可变机构使电解液流经旁路流动通道30和31。

[流量可变机构]

流量可变机构能够改变流经热交换器10和11的电解液的流量和流经旁路流动通道30和31的电解液的流量。流量可变机构的实例包括打开和关闭流动通道的阀和选择流入电解液的流动通道并调节各个流动通道的流量的阀。打开和关闭流动通道的阀的实例包括门阀、球心阀、球阀、蝶阀和具备阀元件的隔膜阀。选择流入电解液的流动通道并调节各个流动通道的流量的阀的实例包括具备换向阀的三通阀。通过切换三通阀的换向阀，可以打开(完全打开)热交换器10和热交换器11侧的流动通道(旁路流动通道30和31)并且可以关闭(完全关闭)旁路流动通道30和31(在热交换器10和热交换器11侧的流动通道)以选择流入电解液的流动通道。结果，使电解液仅流入热交换器10和11或仅流入旁路流动通道30和31。通过调节换向阀的开度，可以使电解液流入两个流动通道，同时控制各个流动通道的流量(阀的开度)。

如果使用打开和关闭流动通道的阀，则流量可变机构的安装部位为例如(1)旁路流动通道30和31、或(2)热交换器10和11各自的入口或出口附近以及旁路流动通道30和31。热交换器10和11各自的入口附近的部位是指上游流出通道110u和111u中的、在流出通道与旁路流动通道30和31之间的连接点的热交换器10和热交换器11侧的位置。热交换器10和11各自的出口附近的部位是指下游流出通道110d和111d中的、在流出通道与旁路流动通道30和31之间的连接点的热交换器10和热交换器11侧的位置。

当阀仅安装在旁路流动通道30和31中并且操作阀元件以打开阀时，尽管一部分电解液也可以流入热交换器10和11，但大部分电解液流入旁路流动通道30和31。当阀关闭时，电解液仅流入热交换器10和11。在旁路流动通道30和31中的压力损失比热交换器10和11的小；因此，打开阀导致大部分电解液流入旁路流动通道30和31。在这种情况下，大部分电解液流经旁路流动通道30和31且不被热交换器10和11冷却。因此，即使一部分电解液在流经热交换器10和11时被冷却，尽管该部分电解液的温度低，但整体电解液的温度也不易降至影响电池性能的水平。通过调节阀的开度，可以调节流入旁路流动通道30和31的电解液的流量和流入热交换器10和11的电解液的流量。

当将阀安装在热交换器10和11的入口附近或出口附近并安装在旁路流动通道30和31处时并且当热交换器10和11的入口附近或出口附近的阀打开且旁路流动通道30和31处的阀关闭时，使电解液流经热交换器10和11。相反地，当热交换器10和11的入口附近或出口附近的阀关闭并且旁路流动通道30和31处的阀打开时，使电解液流经旁路流动通道30和31。如果所有阀打开(或调节所有阀的阀元件的开度)，则可以使电解液流经所有的热交换器10和11以及旁路流动通道30和31。

当使用选择流动通道并且调节各个流动通道的流量的阀(例如，三通阀)时，流量可变机构的安装部位的实例包括在旁路流动通道30和31与循环通道之间的连接点。在这种情况下，调节换向阀的开度从而选择流动通道并调节各个流动通道的流量。

在该实施方案中，流量可变机构由分别安装在热交换器10和11的入口附近以及安装在旁路流动通道30和31中的蝶阀40～43形成。控制机构50控制流量可变机构以改变流经热交换器10和11以及旁路流动通道30和31的电解液的流量，换而言之，操作蝶阀40～43的阀元件。由控制机构50控制的蝶阀40～43可以连续地改变电解液的流量。通过使用控制机构50，可以使热交换器10和11的入口附近的蝶阀40和41的打开/关闭与旁路流动通道30和31中的蝶阀42和43的打开/关闭协调。

[控制机构]

控制机构50包含测量传感器和控制单元54，所述测量传感器测量与电解液的温度相关的物理量，且所述控制单元54包含基于从测量传感器获得的结果通过使用蝶阀(流量可变机构)40～43来控制流入热交换器10和11的电解液的流量和流入旁路流动通道30和31的电解液的流量的流量控制器540。以两种方式控制流量：使电解液仅流经热交换器10和11或仅流经旁路流动通道30和31；和使电解液以期望的流量流入各个流动通道。在该实施方案中，对前者，即使电解液仅流经热交换器或仅流经旁路流动通道的方式进行说明。在实施方案2中对使电解液以期望的流量流动的后一种情况进行说明。控制单元54可以还包含选自冷却控制器541和泵控制器542中的至少一种，所述冷却控制器541基于从测量传感器获得的测量结果来控制冷却机构20和21的工作，且所述泵控制器542控制泵112和113的输出。可以通过一个控制单元54或分别通过独立的不同的控制器来控制流量控制器540、冷却控制器541和泵控制器542。在下面的实施方案3和实施方案4中分别对冷却控制器541和泵控制器542进行说明。

(测量传感器)

通过测量传感器测量的与电解液的温度相关的物理量自然包括电解液的温度，且还包括与电解液温度相关的物理量。具有所述相关性的物理量的实例包括环境温度等。如果环境温度低(高)，则电解液温度低(高)。换而言之，优选将可以测量液体温度的液体温度传感器51和52(图1中以实线示出)和/或可以测量环境温度的空气温度传感器53(图1中以双点划线示出)用作测量传感器。液体温度传感器51和52可以实时测量电解液的精确温度。

因此，通过流量控制器540可以精确控制流量，可以容易地调节电解液的温度，并且有效抑制电解液的过冷。利用空气温度传感器53，易于控制电解液的温度。这是因为，环境温度的变化易于影响电解液的温度的变化并且与电解液的温度具有强的相关性。此外，空气温度传感器53具有比直接测量电解液的温度的传感器如液体温度传感器51和52简单的配置和结构。当使用空气温度传感器53时，空气温度传感器53的数目可以为1。当液体温度传感器51和52以及空气温度传感器53均设置时，在其中一种传感器发生故障并且不能测量物理量的情况下仍可以通过使用剩余的传感器测量所述物理量。可以将市售传感器用作传感器51～53。

对于诸如液体温度传感器51和52的直接测量电解液的温度的传感器，测量传感器的安装部位可以为在循环通道中的热交换器10和11的上游(在上游流出通道110u和111u中)或下游(在下游流出通道110d和111d中)的任意部位，但这也取决于流量控制器540的控制操作。当液体温度传感器51和52安装在热交换器10和11的上游时，可以基于已通过电池单元100的电解液的温度来控制流经热交换器10和11以及旁路流动通道30和31的电解液的流量；因此，可适当且容易地进行调节。当液体温度传感器51和52安装在热交换器10和11的下游时，可以基于通过热交换器10和11且被冷却后的电解液的温度来控制流经热交换器10和11以及旁路流动通道30和31的电解液的流量；因此，易于防止电解液被不必要地冷却。此外，由于可以基于流经旁路流动通道30和31并且未被热交换器10和11冷却的电解液的温度来调节流量，所以易于防止因电池反应而温度升高的电解液升温至不必要的高温。因此，可以有效地调节电解液的温度。

像空气温度传感器53这样不直接测量电解液的温度的测量传感器的情况下，所述测量传感器的安装部位可以在循环通道中的热交换器10和11的上游侧附近或下游侧附近。这是因为与电解液的温度的相关性易于变强。

在该实施方案中，测量传感器包含测量电解液的温度的液体温度传感器51和52，并且将液体温度传感器51和52安装在上游流出通道110u和111u中的、流出通道与旁路流动通道30和31之间的连接位置的上游。将从液体温度传感器(测量传感器)51和52获得的测量结果传输到控制单元54(流量控制器540)。

(流量控制器)

流量控制器540基于从液体温度传感器(测量传感器)51和52获得的测量结果通过使用蝶阀(流量可变机构)40～43来控制流入热交换器10和11的电解液的流量和流入旁路流动通道30和31的电解液的流量。结果，可以将电解液的温度控制在期望的温度范围内。例如，流量控制器540可以包含接收来自液体温度传感器51和52的测量结果的数据输入单元、通过将所述测量结果与阈值进行比较来判定该结果的判定单元、以及基于判定单元的结果将操作命令输出到驱动蝶阀40～43的阀元件的电动机的命令输出单元(附图中省略了所有这些部件)。下面对如何控制流量的详情进行说明。

(控制程序)

下面将参照图2中的流程图对通过使用控制机构50来控制蝶阀(流量可变机构)40～43的阀元件的程序进行说明。首先，用液体温度传感器(测量传感器)51和52对各个电极的电解液的温度进行测量以获得各个电极的电解液温度T_L(步骤S01)。接着，流量控制器540判定所获得的电解液温度T_L是否满足x₁(℃)以上且x₂(℃)以下的设定温度范围(步骤S02)。如果满足该条件，则蝶阀40～43的阀元件保持不变并且终止控制程序。

当不满足该条件时，判定电解液温度T_L是否低于下限x₁(℃)(步骤S03)。如果满足该条件，则判定旁路流动通道30和31是否打开(步骤S04)。当旁路流动通道30和31打开时，蝶阀40～43的阀元件保持不变并且终止控制程序。

如果旁路流动通道30和31关闭，则将旁路流动通道30和31中的蝶阀42和43的阀元件打开(步骤S05)。将热交换器10和热交换器11侧的蝶阀40和41的阀元件关闭(步骤S06)。可以同时实施步骤S05和S06这两个步骤。随后，蝶阀40～43的阀元件保持不变并且终止控制程序。

如果不满足步骤S03中的条件，换而言之，如果电解液温度T_L高于上限x₂(℃)，则判定热交换器10和11是否打开(步骤S07)。如果热交换器10和11打开，则蝶阀40～43的阀元件保持不变并且终止控制程序。

如果热交换器10和11关闭，则将热交换器10和热交换器11侧的蝶阀40和41的阀元件打开(步骤S08)。将旁路流动通道30和31中的蝶阀42和43的阀元件关闭(步骤S09)。与步骤S05和S06一样，可以同时实施步骤S08和S09。然后蝶阀40～43的阀元件保持不变并且终止控制程序。

使用计时器以规律间隔重复步骤S01～S09。自然地，可以持续重复步骤S01～S09而不终止控制程序。

[电解液]

将钒离子水溶液用作如图5中所示的各个电极的电解液。然而，电解液不限于钒离子水溶液。各个电极的电解液的可能组合的实例如下：(1)含有锰离子的正极电解液和含有选自钛离子、钒离子、铬离子、锌离子和锡离子中的至少一种金属离子的负极电解液；(2)含有锰离子和钛离子的正极电解液和含有选自钛离子、钒离子、铬离子、锌离子和锡离子中的至少一种金属离子的负极电解液；(3)各自含有锰离子和钛离子两者的正极电解液和负极电解液；和(4)含有铁离子的正极电解液和含有选自钛离子、钒离子、铬离子、锌离子和锡离子中的至少一种金属离子的负极电解液。

电解液用溶剂可以为选自如下中的至少一种的水溶液：H₂SO₄、K₂SO₄、Na₂SO₄、H₃PO₄、H₄P₂O₇、K₂HPO₄、Na₃PO₄、K₃PO₄、HNO₃、KNO₃、HCl和NaNO₃。特别地，可使用含有硫酸根阴离子(SO₄^2-)的水溶液。

[其它特征的说明]

参照图3，RF电池1包含由各自包含多个电池单元100的多个子电池堆200s的堆叠体构成的电池堆200。通过使用夹紧机构230用两个端板210和220将多个子电池堆200s的堆叠体的两侧夹紧来形成电池堆200。夹紧机构230由例如夹紧轴231、紧固在各个夹紧轴231的两端的螺母(图中未示出)、以及在螺母与端板210之间的压缩弹簧(图中未示出)形成。

各个子电池堆200s包含通过依次堆叠电池框架120、正极104、隔膜101和负极105而形成的堆叠体，所述电池框架120包括双极板121和支持双极板121的外周缘的框架122。根据该结构，在两个相邻的电池框架120各自的双极板121之间形成一个电池单元100。各个子电池堆200s还包含布置在堆叠体的两侧处的一对集电板和布置在所述一对集电板的两侧处的一对流入/流出板201。将集电板与位于堆叠体的堆叠方向上的两端处的双极板121连接。各个集电板具有从在一对流入/流出板201之间(流入/流出板201与在端部处的双极板121之间)的集电板的周缘向外侧突出的端子。通过该端子在子电池堆200s的电池单元100与外部装置之间进行电力的输入和输出。

流入/流出板201各自包含与图1中所示流入通道108(109)连接的流入管202i和与流出通道110(111)连接的流出管202o。电解液通过这些管202i和202o在子电池堆200s与槽106和107之间流动。

电解液通过形成在框架122中的流入歧管123和124以及流出歧管125和126流经子电池堆200s。正极电解液通过形成在框架122的一个表面(相对于附图纸张平面的正面)上的凹槽从流入歧管123流入正极104并通过形成在框架122的上部的凹槽流出到流出歧管125中。类似地，负极电解液通过形成在框架122的另一侧(相对于附图纸张平面的反面)上的凹槽从流入歧管124流入负极105并通过形成在框架122的上部的凹槽流出到流出歧管126中。将诸如O形环或平垫密封圈(平パッキン)的环状密封构件127配置在各个两个框架122之间以防止电解液从子电池堆200s泄露。

[益处和效果]

实施方案1的RF电池1具有如下效果。

(1)由于设置有热交换器10和11，所以当电解液的温度容易升高时如在夏季期间可以通过热交换器10和11对电解液进行冷却。

(2)由于设置有绕过热交换器10和11的旁路流动通道30和31、以及蝶阀40～43，所以当电解液的温度容易下降时如在冬季期间可以抑制电解液的过冷。这是因为可以使电解液流经旁路流动通道30和31且流经旁路流动通道30和31的电解液不会被热交换器10和11冷却。特别地，在最高温度与最低温度之间的温差大且容易使电解液过冷的环境中，即使在冬季期间也可以防止电解液的过冷。

(3)由于可以在抑制因过冷而造成电解液温度过度下降的同时对电解液进行冷却，所以可以容易地对电解液的温度进行调节。因此，可以促进充放电反应并且可以提高电池性能。

(4)由于可以抑制电解液的温度的过度下降，所以可以抑制电解液的粘度的增大并且可以抑制压力损失的增大。当使电解液流经旁路流动通道30和31而不流经热交换器10和11时，可以降低压力损失。

[实施方案2]

在实施方案1中，已经对通过使用流量控制器540来打开和关闭蝶阀(流量可变机构)40～43的阀元件而使电解液仅流经热交换器10和11或旁路流动通道30和31中的任一者的实施方案进行了说明。在实施方案2中，对使电解液以期望的流量流经全部的热交换器10和11以及旁路流动通道30和31的实施方案进行说明。具体地，流量控制器540调节蝶阀40～43的阀元件的开度以调节流经热交换器10和11以及旁路流动通道30和31的电解液的流量。除通过使用流量控制器540控制蝶阀40～43的程序之外，其它特征与实施方案1的相同。因此，在下面的说明中，对控制程序进行说明。

(控制程序)

下面参照图4中的流程图对通过使用控制机构50来控制蝶阀(流量可变机构)40～43的程序进行说明。步骤S11～S12与实施方案1的步骤S01～S02相同。

在步骤S12中，如果电解液温度T_L(℃)满足x₁(℃)以上且x₂(℃)以下的设定温度范围，则调用预先存储的参照数据并判定在参照数据中的电解液温度T_L下的旁路流动通道(热交换器)的开度是否与目前观察到的旁路流动通道30和31(热交换器10和11)的开度一致(步骤S13)。

预先确定旁路流动通道(热交换器)的开度关于电解液温度T_L的相关性数据并将该相关性数据用作参照数据。例如，当温度低于下限x₁时，将旁路流动通道30和31中的蝶阀42和43的阀元件的开度设定为100％(完全打开)并且将在热交换器10和热交换器11侧的蝶阀40和41的阀元件的开度设定为0％(完全关闭)。而且，当温度高于上限x₂时，将旁路流动通道30和31中的蝶阀42和43的阀元件的开度设定为0％(完全关闭)并且将在热交换器10和热交换器11侧的蝶阀40和41的阀元件的开度设定为100％(完全打开)。然后在设定温度范围内，根据温度来设定开度。换而言之，在温度接近下限x₁时，将旁路流动通道30和31中的蝶阀42和43的开度增大且将在热交换器10和热交换器11侧的蝶阀40和41的开度减小。相反地，在温度接近上限x₂时，将旁路流动通道30和31的蝶阀42和43的开度减小且将在热交换器10和热交换器11侧的蝶阀40和41的流动通道的开度增大。

在步骤S13中，如果判定结果与由参照数据确定的开度一致，则蝶阀40～43的阀元件保持不变并终止控制程序。如果判定结果不一致，则通过控制蝶阀40～43的阀元件的开度来控制旁路流动通道30和31的开度使之与参照数据的开度一致并由此控制流经热交换器10和11以及旁路流动通道30和31的电解液的流量(步骤S14)。蝶阀40～43的阀元件保持不变并终止控制程序。

如果在步骤S12中不满足所述设定温度范围，则与实施方案1的步骤03中一样，判定电解液温度T_L是否低于下限x₁(步骤S15)。如果满足该条件，则判定旁路流动通道30和31中的蝶阀42和43的阀元件是否完全打开(步骤S16)。如果旁路流动通道30和31中的蝶阀42和43的阀元件完全打开，则蝶阀40～43的阀元件保持不变并终止控制程序。相反地，如果旁路流动通道30和31中的蝶阀42和43的阀元件未完全打开，则将旁路流动通道30和31中的蝶阀42和43的阀元件完全打开(步骤S17)。将在热交换器10和热交换器11侧的蝶阀40和41的阀元件完全关闭(步骤S18)。可以同时实施S17和S18这两个步骤。然后蝶阀40～43保持不变并终止控制程序。

如果在步骤S15中不满足预设条件，换而言之，如果电解液温度T_L超过上限x₂，则判定在热交换器10和热交换器11侧的蝶阀40和41的阀元件是否完全打开(步骤S19)。如果在热交换器10和热交换器11侧的蝶阀40和41的阀元件完全打开，则蝶阀40～43保持不变并终止控制程序。相反地，如果在热交换器10和热交换器11侧的蝶阀40和41的阀元件未完全打开，则将在热交换器10和热交换器11侧的蝶阀40和41的阀元件完全打开(步骤S20)。将在旁路流动通道30和31中的蝶阀42和43的阀元件完全关闭(步骤S21)。可以与步骤S17和S18一样同时实施S20和S21这两个步骤。然后蝶阀40～43保持不变并终止控制程序。

如在实施方案1中一样，使用计时器以规律间隔重复步骤S11～S21。自然地，可以持续重复这些步骤而不终止控制。

[益处和效果]

由于通过根据电解液的温度调节蝶阀40～43的阀元件的开度来调节流经热交换器10和11以及旁路流动通道30和31的电解液的流量，所以实施方案2的RF电池1可以高度精确地控制电解液的温度。

[实施方案3]

在实施方案3中，如在实施方案1中一样，可以基于从测量传感器得到的测量结果在热交换器10和11与旁路流动通道30和31之间切换电解液的流动；另外，通过使用控制机构50的冷却控制器541可以控制冷却机构20和21的工作。在该实施方案中，如在实施方案1中一样，将风扇20和21用作冷却机构，将蝶阀40～43用作流量可变机构，并且将液体温度传感器51和52用作测量传感器。

(冷却控制器)

如上所述，基于从液体温度传感器51和52得到的测量结果通过冷却控制器541来控制风扇20和21的工作。换而言之，所述工作可以与通过流量控制器540对蝶阀40～43的控制协调地进行。具体地，当电解液流经热交换器10和11而不流经旁路流动通道30和31时，通过冷却控制器541驱动风扇20和21。当电解液流经旁路流动通道30和31而不流经热交换器10和11时，通过冷却控制器541使风扇20和21停止。通过冷却控制器541控制的这些工作可以与上述通过流量控制器540的控制同时实施或者在通过流量控制器540的控制之前或之后实施。例如，冷却控制器541可以具备基于液体温度传感器51和52的结果向风扇20和21的驱动部(电动机)输出命令的电路。

[益处和效果]

实施方案3的RF电池1可以与流经旁路流动通道30和31的电解液的流动协调地使风扇20和21停止。当通过使电解液流经旁路流动通道30和31来抑制电解液的冷却时，可以同样地使风扇20和21停止并由此节省电力。

[实施方案4]

在实施方案4中，如在实施方案1中一样，可以基于从测量传感器得到的测量结果在热交换器10和11与旁路流动通道30和31之间切换电解液的流动；此外，可以通过控制机构50的泵控制器542控制泵112和113的输出。在该实施方案中，如在实施方案1中一样，将风扇20和21用作冷却机构，将蝶阀40～43用作流量可变机构，并且将液体温度传感器51和52用作测量传感器。

(泵控制器)

基于从如上所述的液体温度传感器51和52得到的测量结果通过泵控制器542来控制泵112和113的输出。换而言之，输出控制可以与通过流量控制器540对蝶阀40～43的控制协调地进行。具体地，当电解液流经热交换器10和11而不流经旁路流动通道30和31时，与在电解液流经旁路流动通道30和31而不流经热交换器10和11时相比，泵112和113的输出增加。当电解液流经旁路流动通道30和31而不流经热交换器10和11时，与在电解液流经热交换器10和11而不流经旁路流动通道30和31时相比，通过泵控制器542降低泵112和113的输出。通过泵控制器542对输出的控制与通过流量控制器540的控制同时实施或在其之后实施。例如，泵控制器542可以具备基于从液体温度传感器51和52得到的测量结果向泵112和113的电动机输出命令的电路。

[益处和效果]

根据实施方案4的RF电池1，与使电解液全部流经热交换器10和11时相比，通过使电解液流经旁路流动通道30和31而不流经热交换器10和11可以降低泵112和113的输出。由于协调流经旁路流动通道的电解液的流动也可以降低泵的输出，所以可以将泵112和113的输出优化至可能的最低水平，这有助于节能。根据实施方案4的RF电池1，如果如在实施方案3中一样基于从测量传感器得到的测量结果来控制冷却机构20和21的输出，则可以实现进一步的节能。

[变形例1]

如上所述，可以将测量环境温度的空气温度传感器53用作测量传感器。在这种情况下，将显示环境温度与电解液温度之间的相关性的相关性数据用作参照数据。基于从空气温度传感器53得到的所测环境温度，流量控制器540控制蝶阀(流量可变机构)40～43以控制流入热交换器10和11的电解液的流量和流入旁路流动通道30和31的电解液的流量。具体地，通过将测量的环境温度与参照数据进行对照来打开和关闭蝶阀40～43，从而使电解液仅流入热交换器10和11或旁路流动通道30和31。或者，以电解液以期望的流量流经各个流动通道的方式对蝶阀40～43的阀元件的开度进行调节。

[变形例2]

冷却机构可以为如上所述的水冷却机构。在这种情况下，冷却机构包含例如：收容热交换器的容器、对容器中的热交换器进行冷却的冷却水、以及将冷却水供应(循环)至容器的供应(循环)机构。基于从液体温度传感器(测量传感器)51和52得到的测量结果，可以如实施方案3中一样在热交换器10和11与旁路流动通道30和31之间切换电解液的流动并且控制冷却机构的工作。具体地，当从液体温度传感器51和52得到的测量结果低于下限x₁(℃)时，流量控制器540使电解液流经旁路流动通道30和31且使电解液不流经热交换器10和11。例如，可以与其协调地降低供应(循环)至容器的冷却水的流量或使供应(循环)本身停止。

[变形例3]

除了上述液体温度和环境温度之外，与用测量传感器测量的电解液温度相关的物理量的实例包括：电解液的粘度、电解液的压力、电解液的流速和电解液的流量。换而言之，可以将粘度计、压力传感器、流速计、流量计等用作测量传感器。

这些物理量随电解液的充电状态(SOC)和电解液的温度而变化。因此，在变形例3中，例如，除了上述测量传感器之外，设置有确定充电状态的监控电池。通过监控电池的开路电压可以掌握充电状态。在这种情况下，预先确定以下三个因素之间的关系：通过传感器得到的物理量、从监控电池的开路电压得到的充电状态、以及电解液的温度。然后将所述关系用作参照数据。基于各个传感器的测量结果和充电状态，流量控制器调节流量可变机构以控制流经热交换器和旁路流动通道的流量。

[变形例4]

RF电池可以具备将电解液加热至期望的温度的加热器。加热器的安装部位为例如槽内部。当从测量传感器得到的测量结果低于上述下限x₁(℃)时可以使用热交换器调节电解液的温度，使得通过提高加热器的输出而使温度落在设定温度范围(x₁(℃)≤T_L≤x₂(℃))内。以这种方式，通过使用旁路流动通道和加热器可以进一步抑制电解液的过冷，并且在过冷的情况下，电解液可以快速回归至适当的温度。

[变形例5]

在实施方案1～4和变形例1～4中，RF电池包含其中将多个各自包含多个电池单元的子堆进行堆叠的电池堆。或者，RF电池可以为单单元电池或者可以包含其中将多个电池单元堆叠在一对流入/流出板之间的电池堆。

产业实用性

例如，本发明实施方案的电解液循环型电池适合如下目的的用途：使从诸如太阳能发电和风力发电的新能源发电得到的电力输出的波动稳定、在电力过剩时存储电力、以及均衡负载。本发明实施方案的电解液循环型电池还适合用作安装在典型发电厂中以应对瞬时电压降和停电、以及均衡负载的大容量蓄电池。

标号说明

1：氧化还原液流(RF)电池

10、11：热交换器

20、21：风扇(冷却机构)

30、31：旁路流动通道

40、41、42、43：蝶阀(流量可变机构)

50：控制机构

51、52：液体温度传感器(测量传感器)

53：空气温度传感器53(测量传感器)

54：控制单元

540：流量控制器，541：冷却控制器，542：泵控制器

100：电池单元

101：隔膜，102：正极单元，103：负极单元

104：正极，105：负极

106：正极电解液槽，107：负极电解液槽

108、109：流入通道

110、111：流出通道

110u、111u：上游流出通道

110d、111d：下游流出通道

112、113：泵，114、115：热交换器

120：电池框架，121：双极板，122：框架

123、124：流入歧管，125、126：流出歧管

127：密封构件

200：电池堆，200s：子电池堆

201：流入/流出板，202i：流入管道，202o：流出管道

210、220：端板

230：夹紧机构

231：夹紧轴