Procedimiento de funcionamiento de una batería de flujo redox y pila de células de baterías de flujo redox.

Un procedimiento de funcionamiento de una batería de flujo redox que comprende una pila de células quecomprende una pluralidad de células,

donde una célula de la pila de células, hacia y desde la que se alimentan y se descargan el electrolito del electrodopositivo y el electrolito del electrodo negativo y que está conectado a un convertidor de CC/CA, es en forma de unacélula principal,

donde una célula restante en la pila de células, que está constituida de una manera tal como para compartir loselectrolitos con la célula principal y que no está conectada al convertidor de CC/CA es en forma de una célulaauxiliar,

donde una tensión del circuito de la célula auxiliar se mide sin una parada de la operación de carga/descarga de lacélula principal, y

donde al menos uno de una parada de la carga de la célula principal y una parada de la descarga de la célulaprincipal se controla con referencia a la tensión del circuito de la célula auxiliar,

caracterizado por que los electrolitos son alimentados a la célula auxiliar en paralelo con la célula principal.

Procedimiento de funcionamiento de una batería de flujo redox y pila de células de baterías de flujo redox

La presente invención se refiere a un procedimiento de funcionamiento de una batería de flujo redox y a una pila de células de la misma. Más particularmente, la presente invención se refiere a un procedimiento de funcionamiento de una batería de flujo redox capaz de captar constantemente el estado de carga para estabilizar una capacidad de salida de manera más adecuada, y a una pila de células de baterías de flujo redox más adecuada para este procedimiento de funcionamiento.

En general, las baterías de flujo redox se utilizan para la nivelación de carga o de contramedida a la caída de tensión (caída momentánea de tensión) . La figura 3 muestra una vista explicativa que muestra un principio de funcionamiento de una batería secundaria de flujo redox. Esta batería tiene una célula 100 que está separada en una célula de electrodo positivo 100A y una célula de electrodo negativo 100B mediante una membrana 103 de una 15 membrana de intercambio iónico. Un electrodo positivo 104 y un electrodo negativo 105 están contenidos en la célula de electrodo positivo 100A y la célula de electrodo negativo 100B, respectivamente. Un tanque de electrodo positivo 101 para la alimentación y la descarga del electrolito del electrodo positivo hacia y desde la célula de electrodo positivo 100A está conectado a la célula de electrodo positivo 100A a través de tubos de conducto 106,

107. Del mismo modo, un depósito de electrodo negativo 102 para la alimentación y la descarga del electrolito del electrodo negativo hacia y desde la célula de electrodo negativo 100B está conectada a la célula de electrodo negativo 100B a través de tubos de conducto 109, 110. Una solución acuosa que contiene iones que cambian de valencia, tales como iones de vanadio, se utiliza para los respectivos electrolitos y se hace circular mediante el uso de bombas 108, 111, para cargar o descargar con una reacción de cambio de valencia iónica sobre los electrodos positivo y negativo 104, 105. Por ejemplo, cuando se utiliza el electrolito que contiene los iones de vanadio, se producen las siguientes reacciones en la célula durante la carga o la descarga de electricidad:

Electrodo positivo: V4+ →V5+ +e- (Carga) V4+ ←V5+ +e- (Descarga)

Electrodo negativo: V3+ +e-→V2+ (Carga) V3+ +e-←V2+ (Descarga)

La figura 4 es un diagrama de bloques esquemático de una pila de células utilizada para la batería. Una estructura que comprende una pluralidad de sub-pilas 201 apiladas en capas, comprendiendo cada una una pluralidad de células apiladas en capas, lo que se llama una pila de células 200, se utiliza para la batería descrita anteriormente. Cada célula tiene el electrodo positivo 104 hecho de fieltro de carbono y el electrodo negativo 105 hecho de fieltro de carbono, que están dispuestos en ambos lados de la membrana 103. Unos marcos de célula 210 están dispuestos en el exterior del electrodo positivo 104 y en el exterior del electrodo negativo 105, respectivamente. Cada marco de célula 210 comprende una placa bipolar 211 hecha de un carbono plástico y un marco 212 que rodea la placa bipolar.

El marco 212 tiene una pluralidad de orificios, que son llamados colectores, formados en el mismo. Cada marco de la célula tiene, por ejemplo, ocho colectores en total, cuatro en un lado inferior del mismo y cuatro en un lado superior del mismo. Dos de los cuatro colectores en el lado inferior del marco de la célula se utilizan para el suministro del electrolito del electrodo positivo, y los dos restantes se utilizan para el suministro del electrolito del electrodo negativo. Dos de los cuatro colectores en el lado superior del bastidor de la célula se utilizan para la descarga del electrolito del electrodo positivo, y los dos restantes se utilizan para la descarga del electrolito del

electrodo negativo. Los colectores están formados en canales de flujo para que los electrolitos pasen a través mediante el apilamiento de un número de células en capas y, a su vez, están conectados a tuberías de circuito 106, 107, 109, 110 en la figura 3. Los electrolitos son suministrados y descargados en cada una de las sub-pilas 201. Como se muestra en la figura 2, los tubos de suministro de los electrolitos 220, 221 para suministrar el electrolito del electrodo positivo y el electrolito del electrodo negativo y los tubos de descarga de los electrolitos 222, 223 para la descarga del electrolito del electrodo positivo y del electrolito del electrodo negativo están conectados a cada una de las sub-pilas 201.

Las sub-pilas 201 están interconectadas eléctricamente a través de placas conductoras 224, tales como placas de cobre, interpuestas entre sub-pilas adyacentes. Cada sub-pila 201 tiene terminales eléctricos (no mostrados)

previstos en un lado de la misma diferente de los lados en la que se proporcionan los tubos de suministro de electrolitos 220, 221 y los tubos de descarga de electrolitos 222, 223. La totalidad de la pila de células 200 se conecta normalmente a un convertidor de CC/CA 225 a través de los terminales eléctricos.

Para la nivelación de carga, esta batería de flujo redox funciona comúnmente para interrumpir la carga y la descarga sobre la base de un límite superior y un límite inferior de una tensión de distribución predeterminada. La parada de la carga y la parada de la descarga se determinan con referencia a la tensión de distribución (una tensión de la célula cuando la batería está en funcionamiento) . Además, el estado de carga (índice de carga) del electrolito en la célula se capta comúnmente con referencia a una tensión del circuito (una tensión de la célula cuando la batería no está en funcionamiento) .

La batería de flujo redox convencional tiene los siguientes problemas, sin embargo.

(1) Cuando la parada de la carga y de la descarga se determinan con referencia a la tensión de distribución, se pueden provocar variaciones en el índice de carga de la célula.

Las condiciones de funcionamiento de la batería varían en función de los cambios en la resistencia de la batería causados por la degradación de la batería, la variación en el entorno, tales como la variación de la temperatura, y similares. Por ejemplo, en términos generales, cuanto mayor es la temperatura, más eficazmente puede cargarse y descargarse la batería. Cuando la parada de la carga y la parada de la descarga se determinan con referencia a la tensión de distribución, las variaciones en la condición de funcionamiento pueden provocar variaciones en el índice de carga de la célula, es decir, variaciones en la capacidad de salida de la célula (kWh) , en la parada de la carga y la descarga.

(2) Es difícil para la batería de flujo redox convencional captar constantemente el índice de carga de la célula.

La medición de la tensión del circuito requiere la interrupción del funcionamiento de la batería. En consecuencia,

tratando de captar el estado de carga (índice de carga) de la célula constantemente con referencia a la tensión del circuito usualmente requiere la interrupción del funcionamiento continuo de la batería. Por lo tanto, esto no es una manera realista. Como es conocido en los últimos años, la batería de flujo redox se combina a menudo con un sistema de generación de energía eólica o un sistema de generación de energía solar, para proporcionar una capacidad de salida estabilizada. En esta combinación, el índice de carga de la pila no se puede modificar adecuadamente sin capta el índice de carga del electrolito y, como resultado, la batería puede fallar para cargar y descargar la electricidad suficientemente. En consecuencia, se desea la captación del índice de carga de la célula de manera constante.

El documento WO 90/03666 se refiere al estado de cambio de una célula redar.

Es un objeto principal de la invención proporcionar un procedimiento de funcionamiento de una batería de flujo redox capaz de captar un índice de carga de la batería aún más fiable para estabilizar una capacidad de salida de la batería, y proporcionar una pila de células óptima para este procedimiento de funcionamiento.

La presente invención cumple el objeto dicho anteriormente mediante la provisión de una célula auxiliar, incorporada integralmente en una pila de células, para la monitorización de una tensión del circuito.

La presente invención proporciona un procedimiento de funcionamiento de una batería de flujo redox de acuerdo con la reivindicación 1 de las reivindicaciones adjuntas a la misma. La presente invención está dirigida a un procedimiento de funcionamiento de una batería de... [Seguir leyendo]

1. Un procedimiento de funcionamiento de una batería de flujo redox que comprende una pila de células que comprende una pluralidad de células,

donde una célula de la pila de células, hacia y desde la que se alimentan y se descargan el electrolito del electrodo positivo y el electrolito del electrodo negativo y que está conectado a un convertidor de CC/CA, es en forma de una célula principal, donde una célula restante en la pila de células, que está constituida de una manera tal como para compartir los electrolitos con la célula principal y que no está conectada al convertidor de CC/CA es en forma de una célula auxiliar, donde una tensión del circuito de la célula auxiliar se mide sin una parada de la operación de carga/descarga de la célula principal, y donde al menos uno de una parada de la carga de la célula principal y una parada de la descarga de la célula principal se controla con referencia a la tensión del circuito de la célula auxiliar,

caracterizado por que los electrolitos son alimentados a la célula auxiliar en paralelo con la célula principal.

2. El procedimiento de funcionamiento de acuerdo con la reivindicación 1, donde la célula auxiliar está temporalmente conectada al convertidor de CC/CA y se carga o se descarga con referencia a la tensión del circuito de la célula auxiliar para cambiar un índice de carga del electrolito.

3. El procedimiento de funcionamiento de acuerdo con la reivindicación 2, donde la célula auxiliar se carga mediante una fuente de alimentación adicional.

4. El procedimiento de funcionamiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, donde la célula 25 auxiliar y la célula principal tienen una estructura idéntica.