IT202000016600A1

IT202000016600A1 - STATUS OF CHARGE MANAGEMENT METHOD FOR REDOX FLOW BATTERIES AND REDOX FLOW BATTERIES

Info

Publication number: IT202000016600A1
Application number: IT102020000016600A
Authority: IT
Inventors: Massimo Guarnieri; Andrea Trovò; Francesco Picano
Original assignee: Univ Degli Studi Padova
Priority date: 2020-07-09
Filing date: 2020-07-09
Publication date: 2022-01-09
Also published as: WO2022009140A1

Description

METODO DI GESTIONE DELLO STATO DI CARICA PER BATTERIE A CHARGE STATE MANAGEMENT METHOD FOR BATTERIES A

FLUSSO REDOX E BATTERIA A FLUSSO REDOX REDOX FLOW AND REDOX FLOW BATTERY

DESCRIZIONE DESCRIPTION

CAMPO TECNICO TECHNICAL FIELD

La presente invenzione si riferisce al settore delle batterie. In particolar modo, l?invenzione si riferisce a batterie elettrochimiche basate su ossidoriduzione, indicate nella tecnica come batterie a flusso redox o RFB (Redox Flow Battery). Nello specifico, l'invenzione riguarda un metodo di gestione dello stato di carica di una batteria a flusso, tramite serbatoi comprendenti compartimenti separati. L'invenzione riguarda ulteriormente una batteria a flusso redox. The present invention refers to the battery sector. In particular, the invention relates to redox-based electrochemical batteries, referred to in the art as redox flow batteries or RFBs (Redox Flow Battery). Specifically, the invention relates to a method of managing the state of charge of a flow battery, through tanks comprising separate compartments. The invention further relates to a redox flow battery.

STATO DELL'ARTE STATE OF ART

Le batterie a flusso redox, sono dispositivi per l'accumulo di energia elettrica basati su reazioni di ossidoriduzione reversibili. Le RFB generalmente comprendono una pluralit? di celle, nel loro insieme definite come pila o stack, ciascuna delle quali ? separata in una coppia di ?semi-celle? da una membrana di scambio ionico. Un serbatoio relativo a ciascun elettrolita ? idraulicamente collegato alle semi-celle, in modo da fornire e rimuovere il corrispondente elettrolita dalle stesse. Redox flow batteries are devices for storing electrical energy based on reversible redox reactions. The RFB generally include a plurality? of cells, collectively defined as a pile or stack, each of which ? separated into a pair of ?semi-cells? by an ion exchange membrane. A tank related to each electrolyte ? hydraulically connected to the half-cells, so as to supply and remove the corresponding electrolyte from them.

Durante il funzionamento, per ogni coppia di semi-celle, in una prima semi-cella l'ossidazione di un elettrolita presso un elettrodo rimuove elettroni dagli ioni compresi nell'elettrolita, mentre nella corrispettiva seconda semi-cella la riduzione dell'altro elettrolita presso un corrispondente elettrodo ricombina elettroni e ioni. Gli ioni migrano quindi attraverso la membrana, mentre gli elettroni attraversano un circuito elettrico cos? da fornire potenza elettrica a un carico esterno. During operation, for each pair of half-cells, in a first half-cell the oxidation of an electrolyte at an electrode removes electrons from the ions included in the electrolyte, while in the corresponding second half-cell the reduction of the other electrolyte at a corresponding electrode recombines electrons and ions. The ions then migrate across the membrane, while the electrons go through an electrical circuit so to supply electrical power to an external load.

Con particolare riguardo alle batterie a flusso redox impieganti Vanadio (dette VRFBs ovvero Vanadium Redox Flow Batteries), l'elettrolita comprende una soluzione di pentossido di Vanadio (V2O5) in acido solforico (H2SO4) il quale, nelle semi-celle positive contiene un?elevata concentrazione di ioni VO<2+ >e VO2<+>, mentre nelle semi-celle negative contiene un?elevata concentrazione di ioni V<3+ >e V<2+>. With particular regard to redox flow batteries using Vanadium (called VRFBs or Vanadium Redox Flow Batteries), the electrolyte comprises a solution of Vanadium pentoxide (V2O5) in sulfuric acid (H2SO4) which, in the positive semi-cells, contains a high concentration of VO<2+ >and VO2<+> ions, while in the negative half-cells it contains a high concentration of V<3+ >and V<2+> ions.

L'energia massima immagazzinabile in una RFB dipende dalla concentrazione dei reagenti ? ossia delle specie di ioni ? e dal volume di elettroliti immagazzinati nei serbatoi; per esempio, nel caso delle VRFB ? possibile immagazzinare energia nell'ordine dei MWh. La potenza elettrica erogata da una RFB ? invece determinata, come noto, dal numero e dalle dimensioni delle celle che formano lo stack; in particolare, nel caso delle VRFB, ? possibile erogare una potenza nell'ordine delle decine di kW. In particolare, nel caso ad esempio in cui tale tipologia di batterie sia impiegata in impianti industriali, ? possibile prevedere uno stack formato da pi? moduli (detti sub-stack) posti in serie o in parallelo, cos? da realizzare una batteria in grado di disporre di una quantit? di potenza elettrica nell?ordine delle centinaia di MW. La quantit? di energia immagazzinabile e la potenza erogabile sono pertanto indipendenti tra loro e tale caratteristica rende possibile una progettazione delle stesse per adattarsi, in modo semplice ed efficiente, a una molteplicit? di applicazioni pratiche. Does the maximum energy that can be stored in a RFB depend on the concentration of the reactants? i.e. of the species of ions ? and the volume of electrolytes stored in the tanks; for example, in the case of VRFB ? possible to store energy in the order of MWh. The electric power supplied by a RFB? instead determined, as known, by the number and dimensions of the cells that form the stack; in particular, in the case of the VRFB, ? possible to deliver a power in the order of tens of kW. In particular, if, for example, this type of battery is used in industrial plants, ? is it possible to provide a stack formed by pi? modules (called sub-stacks) placed in series or in parallel, cos? to make a battery capable of having a quantity? of electrical power in the order of hundreds of MW. The quantity? of storable energy and the deliverable power are therefore independent of each other and this characteristic makes it possible to design them to adapt, in a simple and efficient way, to a multiplicity of? of practical applications.

Per esempio, le RFB risultano particolarmente adatte per immagazzinare ed erogare energia elettrica in funzione di una richiesta di energia da parte di un carico, come per esempio un impianto industriale, una rete di distribuzione di energia elettrica, ecc. Inoltre, le RFB risultano particolarmente adatte nella stabilizzazione dell'energia elettrica resa disponibile da sistemi di generazione di energia elettrica con produzione intermittente o irregolare, come ad esempio generatori eolici, fotovoltaici e altri generatori basati su fonti rinnovabili. For example, RFBs are particularly suitable for storing and supplying electrical energy according to an energy demand from a load, such as for example an industrial plant, an electrical energy distribution network, etc. Furthermore, RFBs are particularly suitable for stabilizing the electrical energy made available by electrical energy generation systems with intermittent or irregular production, such as wind generators, photovoltaics and other generators based on renewable sources.

In particolare, le RFB sono in grado di rispondere a variazioni di assorbimento di energia da parte di un carico in modo molto rapido, per esempio nell'ordine dei millisecondi, nel caso delle VRFB. In particular, RFBs are able to respond to variations in energy absorption by a load in a very rapid manner, for example in the order of milliseconds, in the case of VRFBs.

Tuttavia, le RFB presentano come detto una coppia di serbatoi per il contenimento delle soluzioni di elettroliti, all?interno dei quali l?elettrolita proveniente dalle semi-celle di uno stack in cui ha subito una reazione redox viene reimmesso e pertanto miscelato all?elettrolita ancora presente in esso. In presenza di miscelazione pertanto, lo stato di carica in ciascun serbatoio ? sempre pari alla media degli stati di carica dei volumi contenuti nel serbatoio, come avviene anche in gran parte delle batterie allo stato solido. Tale condizione, non consente una regolazione dello stato di carica dello stack, comportando una sensibile limitazione delle possibili applicazioni della RFB, in particolare rispetto al valore della tensione di uscita. Ulteriormente, il fatto di avere una tensione a vuoto determinata dalle caratteristiche fisiche della batteria e sulla quale pertanto non ? possibile attuare una regolazione, comporta indesiderate inefficienze da parte dell?elettronica di controllo che si interfaccia con la rete e la quale deve operare con valori di tensione variabili. However, RFBs have, as mentioned, a pair of tanks for containing the electrolyte solutions, inside which the electrolyte coming from the half-cells of a stack in which it has undergone a redox reaction is reintroduced and therefore mixed with the electrolyte still present in it. Therefore, in the presence of mixing, the state of charge in each tank ? always equal to the average of the states of charge of the volumes contained in the tank, as also occurs in most solid-state batteries. This condition does not allow regulation of the state of charge of the stack, leading to a significant limitation of the possible applications of the RFB, in particular with respect to the value of the output voltage. Furthermore, the fact of having a no-load voltage determined by the physical characteristics of the battery and on which it is therefore not ? possible to implement a regulation, involves unwanted inefficiencies on the part of the control electronics which interfaces with the network and which must operate with variable voltage values.

Per ovviare a tale inconveniente, alcune configurazioni prevedono una duplicazione del numero di serbatoi (per un totale ad esempio di quattro serbatoi) in modo da disporre di una maggiore energia immagazzinata e di poter disporre di un volume maggiore di elettrolita presentante il maggior valore di stato di carica. Tali soluzioni sono tuttavia piuttosto costose e comportano la necessit? di disporre di un ingente spazio atto ad accogliere il volume dei serbatoi, a fronte di un limitato incremento nell?efficienza della RFB cos? ottenuta. To overcome this drawback, some configurations provide for a duplication of the number of tanks (for a total of, for example, four tanks) in order to have a greater stored energy and to be able to have a greater volume of electrolyte presenting the highest state value of charge. However, these solutions are quite expensive and involve the need to to have a huge space able to accommodate the volume of the tanks, against a limited increase in? efficiency of the RFB cos? obtained.

Secondo tali soluzioni inoltre, la quantit? di elettrolita contenuta nei serbatoi ? utilizzata in modo inefficiente in quanto, non essendo possibile operare con portate uguali a quella stechiometrica senza rischiare di danneggiare lo stack, questa soluzione non consente di trasformare tutte le specie attive presenti nella soluzione in corrente elettrica utile. Furthermore, according to these solutions, the quantity? of electrolyte contained in the tanks? used inefficiently since, since it is not possible to operate with flow rates equal to the stoichiometric one without risking damaging the stack, this solution does not allow to transform all the active species present in the solution into useful electric current.

SCOPI E RIASSUNTO DELL'INVENZIONE OBJECTS AND SUMMARY OF THE INVENTION

? scopo della presente invenzione quello di superare gli inconvenienti dell?arte nota. ? object of the present invention is to overcome the drawbacks of the prior art.

In particolare, ? scopo della presente invenzione presentare un metodo di gestione dello stato di carica di una batteria a flusso redox che permetta di rendere flessibile il funzionamento della stessa, in relazione a cambiamenti della tensione. In particular, ? object of the present invention to present a method of managing the state of charge of a redox flow battery which allows to make its operation flexible, in relation to changes in the voltage.

Ulteriore scopo della presente invenzione ? quello di presentare un metodo di gestione dello stato di carica che permetta di modulare il livello di tensione a vuoto presentato dalla batteria al sistema elettronico di potenza e di ottimizzare la potenza scambiata tra la batteria e la rete elettrica. Another purpose of the present invention ? that of presenting a method of managing the state of charge which allows to modulate the no-load voltage level presented by the battery to the power electronic system and to optimize the power exchanged between the battery and the electric grid.

Ulteriore scopo della presente invenzione ? quello di presentare una batteria a flusso redox grazie alla quale ? possibile gestire il valore della tensione a vuoto della stessa, indipendentemente dallo stato di carica complessivo. Another purpose of the present invention ? to present a redox flow battery thanks to which ? It is possible to manage the value of the no-load voltage of the same, regardless of the overall state of charge.

Un altro scopo della presente invenzione ? presentare un metodo di gestione dello stato di carica di una batteria comprendente pi? moduli in serie, che consenta di alimentare in modo differenziato tali moduli, ovvero con differenti livelli di carica. Another object of the present invention ? present a method of managing the state of charge of a battery comprising more? modules in series, which allows these modules to be powered in a differentiated way, i.e. with different charge levels.

Infine scopo della presente invenzione ? presentare un metodo di gestione dello stato di carica che comporti una semplificazione della progettazione dei sistemi elettronici di potenza atti a costituire l?interfaccia tra batteria e sistema da alimentare, massimizzandone al contempo l?efficienza, cos? da incrementarne la vita utile. Finally, the purpose of the present invention? present a method of managing the state of charge which involves a simplification of the design of power electronic systems suitable for constituting the interface between the battery and the system to be powered, while maximizing its efficiency, so as to to increase its useful life.

Questi e altri scopi della presente invenzione sono raggiunti mediante un metodo e un impianto incorporanti le caratteristiche delle rivendicazioni allegate, le quali formano parte integrante della presente descrizione. These and other objects of the present invention are achieved by means of a method and plant incorporating the characteristics of the attached claims, which form an integral part of the present description.

In accordo con un primo aspetto, l?invenzione riguarda una batteria a flusso redox comprendente almeno un modulo che comprende una pluralit? di celle elettrochimiche, ciascuna cella essendo suddivisa in una coppia di semicelle separate da un setto a scambio ionico, e ciascuna semi-cella alloggiando una prima quantit? di un rispettivo elettrolita ed un rispettivo elettrodo. La batteria inoltre comprende una coppia di serbatoi, ciascun serbatoio alloggiando una seconda quantit? di un corrispondente elettrolita ed essendo idraulicamente collegato alla semi-cella che alloggia il medesimo elettrolita, mediante un corrispondente condotto di carico e un corrispondente condotto di scarico. La batteria inoltre comprende un sistema di gestione della batteria, configurato per controllare il funzionamento della batteria, un sistema di gestione della potenza, connesso a detto almeno un modulo, e configurato per erogare energia elettrica generata dalla batteria a un carico connesso alla stessa o assorbire energia elettrica da un generatore connesso alla batteria. La batteria comprende ulteriormente elementi sensori configurati per acquisire almeno uno stato di carica di detto almeno un modulo. I serbatoi comprendono almeno due compartimenti sovrapposti e separati mediante un elemento di separazione comprendente almeno un?apertura e ciascun compartimento comprende almeno un sensore configurato per acquisire almeno uno stato di carica del compartimento stesso e almeno un dispositivo mobile atto a regolare il passaggio dell?elettrolita tra due compartimenti adiacenti, attraverso detta almeno un?apertura. Ciascun compartimento ? in collegamento idraulico con detti condotti di carico e scarico, e il passaggio dell?elettrolita tra ciascun compartimento e il relativo condotto di carico o scarico ? regolato attraverso un dispositivo di regolazione di flusso gestito dal sistema di gestione della batteria. In accordance with a first aspect, the invention relates to a redox flow battery comprising at least one module comprising a plurality of of electrochemical cells, each cell being divided into a pair of half-cells separated by an ion-exchange septum, and each half-cell housing a first quantity? of a respective electrolyte and a respective electrode. The battery further comprises a pair of tanks, each tank housing a second quantity of a corresponding electrolyte and being hydraulically connected to the half-cell which houses the same electrolyte, by means of a corresponding loading duct and a corresponding discharge duct. The battery further comprises a battery management system, configured to control the operation of the battery, a power management system, connected to said at least one module, and configured to supply electric energy generated by the battery to a load connected thereto or absorb electricity from a generator connected to the battery. The battery further comprises sensor elements configured to acquire at least one state of charge of said at least one module. The tanks comprise at least two compartments superimposed and separated by a separating element comprising at least one opening and each compartment comprises at least one sensor configured to acquire at least one state of charge of the compartment itself and at least one mobile device capable of regulating the passage of the electrolyte between two adjacent compartments, through said at least one opening. Each compartment ? in hydraulic connection with said loading and unloading ducts, and the passage of the electrolyte between each compartment and the relative loading or unloading duct ? regulated through a flow regulation device managed by the battery management system.

Tale soluzione consente di disporre di una batteria a flusso redox grazie alla quale ? possibile gestire il valore della tensione a vuoto della stessa, indipendentemente dallo stato di carica complessivo. La presenza infatti di una simile suddivisione del serbatoio in pi? compartimenti, consente vantaggiosamente di modulare lo stato di carica all?interno del serbatoio stesso. This solution makes it possible to have a redox flow battery thanks to which ? It is possible to manage the value of the no-load voltage of the same, regardless of the overall state of charge. In fact, the presence of a similar subdivision of the tank into more? compartments, advantageously allows the state of charge to be modulated inside the tank itself.

La batteria cos? concepita risulta pertanto altamente efficiente e al contempo la sua realizzazione nonch? quella del sistema di controllo che ne gestisce il funzionamento, comporta un costo contenuto. What's the battery? conceived is therefore highly efficient and at the same time its realization as well as? that of the control system that manages its operation involves a low cost.

In accordo con un ulteriore aspetto la presente invenzione riguarda un metodo di gestione dello stato di carica di una batteria a flusso redox, detta batteria comprendendo almeno un modulo comprendente una pluralit? di celle elettrochimiche, ciascuna cella essendo suddivisa in una coppia di semi-celle separate da un setto a scambio ionico, ciascuna semi-cella alloggiando una prima quantit? di un rispettivo elettrolita ed un rispettivo elettrodo; la batteria comprendendo inoltre un sistema di gestione della batteria e un sistema di gestione della potenza, uno o pi? elementi sensori configurati per acquisire almeno uno stato di carica di detto almeno un modulo, e una coppia di serbatoi, ciascuno dei quali alloggia una seconda quantit? di un corrispondente elettrolita ed ? idraulicamente collegato alla semi-cella che alloggia il medesimo elettrolita, in cui ciascun serbatoio comprende almeno due compartimenti sovrapposti e separati mediante un elemento di separazione comprendente almeno un?apertura, e in cui ciascun compartimento comprende almeno un sensore configurato per acquisire almeno uno stato di carica del compartimento stesso. Il metodo prevede che il sistema di gestione della batteria esegua i passi di: identificare lo stato di carica della batteria mediante la rilevazione dello stato di carica di detto almeno un modulo, identificare lo stato di carica di ciascun compartimento in entrambi i serbatoi, gestire il livello di tensione a vuoto presentato da detto almeno un modulo al sistema di gestione di potenza mediante un?azione di regolazione di flussi di elettrolita tra i compartimenti dei serbatoi e le semi-celle di detto almeno un modulo. In accordance with a further aspect, the present invention relates to a method for managing the state of charge of a redox flow battery, said battery comprising at least one module comprising a plurality of of electrochemical cells, each cell being divided into a pair of half-cells separated by an ion-exchange septum, each half-cell housing a first quantity? of a respective electrolyte and a respective electrode; the battery further comprising a battery management system and a power management system, one or more? sensor elements configured to acquire at least one state of charge of said at least one module, and a pair of tanks, each of which houses a second quantity? of a corresponding electrolyte and ? hydraulically connected to the half-cell housing the same electrolyte, wherein each tank comprises at least two compartments superimposed and separated by a separating element comprising at least one opening, and wherein each compartment comprises at least one sensor configured to acquire at least one state of compartment load. The method provides that the battery management system performs the steps of: identifying the state of charge of the battery by detecting the state of charge of said at least one module, identifying the state of charge of each compartment in both tanks, managing the no-load voltage level presented by said at least one module to the power management system by a regulating action of electrolyte flows between the compartments of the tanks and the half-cells of said at least one module.

Secondo tale soluzione, ? possibile realizzare un metodo di gestione di una batteria a flusso redox migliorato in quanto, consentendo una modulazione del livello di tensione a vuoto presentato dalla batteria al sistema elettronico di potenza, si rende flessibile il funzionamento della stessa in relazione a variazioni della tensione. Il metodo secondo l?invenzione consente inoltre di ottimizzare la potenza scambiata tra la batteria e la rete elettrica. According to this solution, It is possible to realize an improved redox flow battery management method since, by allowing a modulation of the no-load voltage level presented by the battery to the power electronic system, its operation is made flexible in relation to voltage variations. The method according to the invention also makes it possible to optimize the power exchanged between the battery and the electricity grid.

La presente invenzione, in almeno uno dei suddetti aspetti, pu? presentare almeno una delle caratteristiche preferite che seguono, prese singolarmente o in combinazione con una qualsiasi delle altre caratteristiche preferite descritte. The present invention, in at least one of the aforementioned aspects, can exhibiting at least one of the following preferred features, either individually or in combination with any of the other described preferred features.

Preferibilmente, i dispositivi di regolazione di flusso sono costituiti da elettrovalvole gestite dal sistema di gestione della batteria sulla base almeno dei valori di stato di carica dei singoli compartimenti rilevati dai sensori. Preferably, the flow regulation devices consist of solenoid valves managed by the battery management system on the basis of at least the state of charge values of the individual compartments detected by the sensors.

Secondo tale configurazione, ? possibile regolare in modo indipendente l?afflusso e l?efflusso dell?elettrolita relativamente ai diversi compartimenti previsti nei serbatoi, secondo un sistema semplice e affidabile, nonch? economico. According to this configuration, ? Is it possible to independently adjust the inflow and outflow of the electrolyte in relation to the different compartments provided in the tanks, according to a simple and reliable system, as well as? economic.

In una forma di realizzazione, il dispositivo mobile ? costituito da una girante configurata per essere posta in rotazione mediante l?azione dello spostamento dell?elettrolita all?interno del compartimento, a seguito dell?azionamento delle elettrovalvole. In one embodiment, the mobile device is consisting of an impeller configured to be set in rotation by moving the electrolyte inside the compartment, following the activation of the solenoid valves.

Preferibilmente la girante comprende una pluralit? di alette e ha un asse di rotazione coincidente con l?asse di simmetria del compartimento entro il quale ? contenuta. Preferably, the impeller comprises a plurality fins and has an axis of rotation coinciding with the axis of symmetry of the compartment within which? contained.

Secondo tale configurazione, ? vantaggiosamente possibile rallentare in modo ottimale il processo di miscelamento dell?elettrolita presente in due compatimenti adiacenti, garantendo cos? in ogni istante la presenza di concentrazioni dell?elettrolita differenti (e pertanto di stati di carica diversi) nei due compartimenti, utilizzando la semplice azione dovuta agli spostamenti dei flussi di elettrolita. According to this configuration, ? advantageously possible to optimally slow down the mixing process of the electrolyte present in two adjacent compartments, thus ensuring? at any instant the presence of different electrolyte concentrations (and therefore of different charge states) in the two compartments, using the simple action due to the displacements of the electrolyte flows.

Preferibilmente, le alette della girante sono configurate in modo da consentire il passaggio di elettrolita attraverso l?apertura tra due compartimenti adiacenti, per gravit? dal compartimento posto in posizione superiore a quello posto in posizione inferiore, a seguito di una rotazione maggiore di circa 320? e minore di circa 350? delle giranti dei compartimenti adiacenti. Preferably, the vanes of the impeller are configured to allow electrolyte to pass through the opening between two adjacent compartments, by gravity. from the compartment placed in the upper position to the one placed in the lower position, following a rotation greater than about 320? and less than about 350? of the impellers of the adjacent compartments.

In questo modo, si realizzano le condizioni ottimali per ottenere svariate configurazioni intermedie tra un caso di sostanziale perfetta immiscibilit? dell?elettrolita all?interno del singolo serbatoio e un caso di sostanziale perfetta miscibilit?. In this way, the optimal conditions are created for obtaining various intermediate configurations between a case of substantially perfect immiscibility and of the electrolyte inside the single tank and a case of substantially perfect miscibility.

In una forma di realizzazione, la batteria comprende un primo modulo, un secondo modulo e un terzo modulo posti in serie, nonch? una pluralit? di valvole deviatrici disposte lungo i condotti di carico e scarico che collegano i serbatoi rispettivamente alle semi-celle positive e alle semi-celle negative di ciascun modulo, dette valvole deviatrici essendo atte a regolare selettivamente il flusso di elettrolita tra i moduli e i serbatoi. In one embodiment, the battery comprises a first module, a second module and a third module placed in series, as well as a plurality? diverter valves arranged along the loading and discharge ducts which connect the tanks respectively to the positive half-cells and to the negative half-cells of each module, said diverter valves being suitable for selectively regulating the flow of electrolyte between the modules and the tanks.

Secondo tale soluzione, si consente vantaggiosamente un?ottimizzazione nella gestione dello stato di carica di una batteria comprendente pi? moduli in serie, in quanto viene realizzata un?alimentazione differenziata di tali moduli, ovvero mediante differenti livelli di carica. According to this solution, it is advantageously possible to optimize the management of the state of charge of a battery comprising several? modules in series, as a differentiated supply of these modules is achieved, ie through different charge levels.

In una configurazione della batteria secondo l?invenzione, le celle sono separate tra loro attraverso piastre bipolari, le quali sono configurate in modo da essere collegate elettricamente tra loro in serie, e ognuna di dette piastre bipolari ? posta in contatto elettrico con rispettivi elettrodi. In a configuration of the battery according to the invention, the cells are separated from each other through bipolar plates, which are configured so as to be connected electrically to each other in series, and each of said bipolar plates ? placed in electrical contact with respective electrodes.

Preferibilmente, detto almeno un modulo comprende piastre bipolari periferiche, poste in corrispondenza di ciascuna estremit? del rispettivo modulo, in cui ciascuna piastra bipolare periferica di ciascun modulo ? elettricamente collegata al sistema di gestione della potenza o ad almeno una corrispondente piastra bipolare periferica di un altro modulo della batteria. Preferably, said at least one module comprises peripheral bipolar plates, located at each end? of the respective module, in which each peripheral bipolar plate of each module ? electrically connected to the power management system or to at least one corresponding peripheral bipolar plate of another battery module.

Preferibilmente, il metodo secondo l?invenzione prevede che ogni compartimento dei serbatoi ? collegato idraulicamente alle semi-celle mediante un corrispondente condotto di carico e un corrispondente condotto di scarico. Preferably, the method according to the invention provides that each compartment of the tanks is hydraulically connected to the half-cells by means of a corresponding loading duct and a corresponding discharge duct.

Preferibilmente, il passaggio dell?elettrolita tra ciascun compartimento e il relativo condotto di carico o scarico sono regolati attraverso un dispositivo di regolazione di flusso, gestito dal sistema di gestione della batteria. Preferably, the passage of the electrolyte between each compartment and the relative loading or unloading duct is regulated through a flow regulation device, managed by the battery management system.

In questo modo, ? vantaggiosamente possibile gestire l?elettrolita, presente nei vari compartimenti e caratterizzato da rispettivi stati di carica, a seconda delle condizioni operative della batteria in modo da ottimizzare la potenza scambiata tra la batteria stessa e la rete elettrica nonch? modulare il livello di tensione a vuoto presentato al sistema di gestione della potenza che esegue l?interfaccia con la rete elettrica stessa. In this way, ? it is advantageously possible to manage the electrolyte, present in the various compartments and characterized by respective states of charge, according to the operating conditions of the battery in order to optimize the power exchanged between the battery itself and the electricity grid as well as? modulate the no-load voltage level presented to the power management system that interfaces with the power grid itself.

Preferibilmente l?azione di regolazione di flussi di elettrolita tra i compartimenti dei serbatoi e le semi-celle dell?almeno un modulo comprende: azionare selettivamente detti dispositivi di regolazione di flusso. Preferably the action of regulating electrolyte flows between the compartments of the tanks and the half-cells of the at least one module comprises: selectively operating said flow regulating devices.

In una forma di realizzazione, il metodo comprende le azioni di: identificare lo stato di carica della batteria mediante la rilevazione dello stato di carica di un primo modulo, di un secondo modulo e di un terzo modulo, e gestire il livello di tensione a vuoto presentato dalla batteria modulando lo stato di carica di ciascun modulo per mezzo di un?azione di regolazione di flussi di elettrolita tra i compartimenti dei serbatoi e le semi-celle dei moduli. Secondo il metodo, l?azione di regolazione di flussi di elettrolita tra i moduli e i serbatoi ? attuata attraverso una pluralit? di valvole deviatrici, disposte lungo i condotti di carico e scarico che collegano i serbatoi rispettivamente alle semi-celle positive e alle semi-celle negative di ciascun modulo, dette valvole deviatrici essendo regolate dal sistema di gestione della batteria. In one embodiment, the method comprises the actions of: identifying the state of charge of the battery by detecting the state of charge of a first module, a second module and a third module, and managing the no-load voltage level presented by the battery by modulating the state of charge of each module by means of an action of regulation of electrolyte flows between the compartments of the tanks and the half-cells of the modules. According to the method, the action of regulating electrolyte flows between the modules and the tanks is implemented through a plurality? of diverter valves, arranged along the loading and discharge ducts which connect the tanks respectively to the positive half-cells and to the negative half-cells of each module, said diverter valves being regulated by the battery management system.

In questo modo, ? vantaggiosamente possibile gestire in maniera programmata l?alimentazione delle semi-celle di ciascun modulo, regolando a piacere lo stato di carica delle soluzioni di elettrolita immesse nei moduli stessi; ci? permette inoltre di controllare, in modo estremamente flessibile, la tensione in uscita della batteria al variare dello stato di carica complessivo. In this way, ? it is advantageously possible to manage the power supply of the half-cells of each module in a programmed manner, regulating the state of charge of the electrolyte solutions introduced into the modules themselves as desired; There? it also allows you to control, in an extremely flexible way, the battery output voltage as the overall state of charge varies.

Ulteriori caratteristiche e scopi della presente invenzione appariranno maggiormente chiari dalla descrizione che segue. Further characteristics and purposes of the present invention will become clearer from the following description.

BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

L?invenzione verr? descritta qui di seguito con riferimento ad alcuni esempi, forniti a scopo esplicativo e non limitativo, ed illustrati nei disegni annessi. Questi disegni illustrano differenti aspetti e forme di realizzazione della presente invenzione e, dove appropriato, numeri di riferimento illustranti strutture, componenti, materiali e/o elementi simili in differenti figure sono indicati da numeri di riferimento similari. The invention will come described hereinafter with reference to some examples, provided for explanatory and non-limiting purposes, and illustrated in the accompanying drawings. These drawings illustrate different aspects and embodiments of the present invention and, where appropriate, reference numerals illustrating similar structures, components, materials and/or elements in different figures are indicated by like reference numerals.

La Figura 1 illustra uno schema di una porzione di una batteria a flusso redox configurata per operare secondo una forma di realizzazione della presente invenzione; Figure 1 illustrates a schematic of a portion of a redox flow battery configured to operate in accordance with an embodiment of the present invention;

la Figura 2 ? uno schema a blocchi di un particolare della batteria a flusso redox di Figura 1; Figure 2 ? a block diagram of a detail of the redox flow battery of Figure 1;

la Figura 3 mostra schematicamente una prima porzione della batteria di Figura 1, secondo una forma di realizzazione preferita; Figure 3 schematically shows a first portion of the battery of Figure 1, according to a preferred embodiment;

la Figura 4 mostra schematicamente una seconda porzione della batteria di figura 1, secondo una forma di realizzazione preferita; Figure 4 schematically shows a second portion of the battery of Figure 1, according to a preferred embodiment;

la Figura 5 illustra uno schema di una batteria a flusso redox configurata per operare secondo una forma di realizzazione della presente invenzione; e Figure 5 illustrates a schematic of a redox flow battery configured to operate in accordance with an embodiment of the present invention; And

la Figura 6 ? un diagramma di flusso di un metodo di gestione dello stato di carica di una batteria a flusso redox secondo una forma di realizzazione della presente invenzione. Figure 6 ? a flowchart of a method of managing the state of charge of a redox flow battery according to an embodiment of the present invention.

DESCRIZIONE DETTAGLIATA DELL?INVENZIONE DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Mentre l?invenzione ? suscettibile di varie modifiche e costruzioni alternative, alcune forme di realizzazione preferite sono mostrate nei disegni e saranno descritte qui di seguito in dettaglio. Si deve intendere, comunque, che non vi ? alcuna intenzione di limitare l?invenzione alla specifica forma di realizzazione illustrata, ma, al contrario, l?invenzione intende coprire tutte le modifiche, costruzioni alternative, ed equivalenti che ricadano nell?ambito dell?invenzione come definito nelle rivendicazioni. While the invention? susceptible to various modifications and alternative constructions, some preferred embodiments are shown in the drawings and will be described in detail below. It must be understood, however, that there is no no intention of limiting the invention to the specific embodiment illustrated, but, on the contrary, the invention is intended to cover all modifications, alternative constructions, and equivalents which fall within the scope of the invention as defined in the claims.

L?uso di ?ad esempio?, ?ecc.?, ?oppure? indica alternative non esclusive senza limitazione a meno che non altrimenti indicato. L?uso di ?include? significa ?include, ma non limitato a? a meno che non sia altrimenti indicato. The use of ?for example?, ?etc.?, ?or? indicates non-exclusive alternatives without limitation unless otherwise indicated. Using ?include? means ?includes, but not limited to? unless otherwise indicated.

Con rifermento alla Figura 1, ? illustrata una batteria a flusso redox 100, o RFB (acronimo dell'espressione inglese ?Redox Flow Battery?) comprendente una pluralit? di celle ? di cui solamente una cella 10 ? mostrata illustrandone i dettagli ? una coppia di serbatoi 20 e 30, una coppia di pompe 40 e 50, un sistema di gestione della potenza 60, o PMS (acronimo dell'espressione inglese ?Power Management System?), e un sistema di gestione della batteria 70, o BMS (acronimo dell'espressione inglese ?Battery Management System?). With reference to Figure 1, ? illustrated a redox flow battery 100, or RFB (acronym of the English expression ?Redox Flow Battery?) comprising a plurality? of cells ? of which only one cell 10 ? shown illustrating the details ? a pair of tanks 20 and 30, a pair of pumps 40 and 50, a power management system 60, or PMS (acronym of the English expression ?Power Management System?), and a battery management system 70, or BMS (acronym of the English expression ?Battery Management System?).

In dettaglio, la cella 10 comprende un setto 11 configurato per operare come membrana a scambio ionico. Il setto 11 suddivide la cella 10 in due semicelle: una semi-cella positiva 13 e una semi-cella negativa 15. In ciascuna semicella 13 e 15 ? disposto un corrispondente elettrodo 17 e 19; gli elettrodi 17 delle semi-celle positive 13 di tutte le celle 10 della batteria 100 sono collegati elettricamente in serie tra loro e, in modo analogo, gli elettrodi 19 delle semi-celle negative 15 di tutte le celle 10 della pila sono collegati elettricamente in serie tra loro. Infine, la serie di elettrodi 17 e la serie di elettrodi 19 sono elettricamente collegati al sistema di gestione della potenza 60. In detail, the cell 10 comprises a septum 11 configured to operate as an ion exchange membrane. The septum 11 subdivides the cell 10 into two half-cells: a positive half-cell 13 and a negative half-cell 15. In each half-cell 13 and 15 ? arranged a corresponding electrode 17 and 19; the electrodes 17 of the positive half-cells 13 of all the cells 10 of the battery 100 are electrically connected in series with each other and, in a similar way, the electrodes 19 of the negative half-cells 15 of all the cells 10 of the battery are electrically connected in series with each other. Finally, the electrode array 17 and the electrode array 19 are electrically connected to the power management system 60.

Preferibilmente, come mostrato nelle figure 3 e 5, pi? celle 10 sono poste in accostamento tra di loro, elettricamente collegate in serie e alimentate idraulicamente in parallelo, in modo da formare un modulo (o substack) 110, 120 130. Preferably, as shown in figures 3 and 5, more? cells 10 are placed side by side, electrically connected in series and hydraulically powered in parallel, so as to form a module (or substack) 110, 120 130.

Secondo una conformazione preferita, come mostrato nelle figure 1, 3 e 5, le celle 10 sono separate tra loro attraverso piastre bipolari 12, ognuna delle quali ? posta in contatto elettrico con rispettivi elettrodi 17, 19, configurate in modo da essere collegate elettricamente tra loro in serie. Pi? in dettaglio, ad esempio l?elettrodo 17 di una semi-cella positiva 13 ? elettricamente collegato in serie con l?elettrodo 19 della semi-cella negativa 15 della cella adiacente, tale contatto essendo attuato tramite la medesima piastra bipolare 12. According to a preferred configuration, as shown in figures 1, 3 and 5, the cells 10 are separated from each other by bipolar plates 12, each of which ? placed in electrical contact with respective electrodes 17, 19, configured so as to be connected electrically to each other in series. Pi? in detail, for example the electrode 17 of a positive half-cell 13 ? electrically connected in series with the electrode 19 of the negative half-cell 15 of the adjacent cell, this contact being made through the same bipolar plate 12.

Ciascun modulo 110, 120, 130 comprende inoltre piastre bipolari periferiche 12?, poste a ciascuna estremit? del rispettivo modulo, e collegate al sistema di gestione di potenza 60; nel caso in cui la batteria 100 sia costituita da pi? di un modulo 110, 120, 130, come ad esempio mostrato in Fig. 5, le piastre periferiche 12? sono configurate per collegare elettricamente tra loro i moduli che compongono la batteria 100. Each module 110, 120, 130 further comprises peripheral bipolar plates 122, located at each end of the respective module, and connected to the power management system 60; in the event that the battery 100 is made up of more? of a module 110, 120, 130, as for example shown in Fig. 5, the peripheral plates 12? are configured to electrically connect the modules that make up the battery 100 to each other.

Nella batteria secondo l?invenzione, in ogni sua forma di realizzazione preferita, la semi-cella positiva 13 ? idraulicamente connessa a un primo serbatoio 20 della coppia di serbatoi. Un primo condotto di carico 21 collega in serie tra loro il primo serbatoio 20, la pompa 40 e la semi-cella positiva 13 (come mostrato nella forma di realizzazione di fig. 1) o una prima valvola deviatrice 41 (come mostrato nella forma di realizzazione di fig. 5); un primo condotto di scarico 23 collega tra loro la semi-cella positiva 13 e il primo serbatoio 20 (come mostrato nella forma di realizzazione di fig. 1) o una seconda valvola deviatrice 42 (come mostrato nella forma di realizzazione di fig.5). Analogamente, la semicella negativa 15 ? idraulicamente connessa a un secondo serbatoio 30 della coppia di serbatoi. Un secondo condotto di carico 31 collega in serie tra loro il secondo serbatoio 30, la pompa 50 e la semi-cella negativa 15 (come mostrato nella forma di realizzazione di fig.1) o una valvola deviatrice (non mostrata nelle figure) le cui funzioni sono equivalenti a quelle svolte dalla relativa prima valvola deviatrice 41, mentre un secondo condotto di scarico 33 collega tra loro la semi-cella negativa 15 e il secondo serbatoio 30 (come mostrato nella forma di realizzazione di fig. 1) o una valvola deviatrice (non mostrata nelle figure) le cui funzioni sono equivalenti a quelle svolte dalla relativa seconda valvola deviatrice 42. Naturalmente i condotti 21, 23, 31 e 33 possono comprendere una o pi? valvole di esclusione e/o di sicurezza (non mostrati). In the battery according to the invention, in any of its preferred embodiments, the positive half-cell 13 is hydraulically connected to a first tank 20 of the pair of tanks. A first charging conduit 21 connects in series the first tank 20, the pump 40 and the positive half-cell 13 (as shown in the embodiment of Fig. 1 ) or a first diverter valve 41 (as shown in the form of realization of Fig. 5); a first discharge duct 23 connects the positive half-cell 13 and the first tank 20 (as shown in the embodiment of fig. 1) or a second diverter valve 42 (as shown in the embodiment of fig. 5) . Similarly, the negative half cell 15 ? hydraulically connected to a second tank 30 of the pair of tanks. A second charge duct 31 connects in series the second tank 30, the pump 50 and the negative half-cell 15 (as shown in the embodiment of fig. 1) or a diverter valve (not shown in the figures) whose functions are equivalent to those performed by the related first diverter valve 41, while a second discharge duct 33 connects the negative half-cell 15 and the second tank 30 (as shown in the embodiment of fig. 1) or a diverter valve (not shown in the figures) whose functions are equivalent to those performed by the relative second diverter valve 42. Naturally the ducts 21, 23, 31 and 33 can comprise one or more? shut-off and/or safety valves (not shown).

Nelle forme di realizzazione preferite secondo la presente invenzione, la batteria 100 ? una batteria a flusso redox basata sul Vanadio (V). Di conseguenza, la semi-cella positiva 13 e il primo serbatoio 20 contengono un primo elettrolita (positivo) ottenuto da una soluzione di pentossido di vanadio (V2O5, per esempio, 1,6 M) in acido solforico (H2SO4, per esempio 4,5 M) comprendente ioni VO<2+>, o V(IV), e VO2<+>, o V(V), in elevata concentrazione, per esempio compresa tra 0,8 mol/L e 2,5 mol/L, come uguale 1,6 mol/L. Diversamente, la semi-cella negativa 15 e il secondo serbatoio 30 contengono un secondo elettrolita (negativo) basato sulla medesima soluzione di vanadio in acido solforico ma comprendente, gli ioni V<2+>, o V(II), e V<3+>, o V(III), in elevata concentrazione, per esempio anche in questo caso compresa tra 0,8 mol/L e 2,5 mol/L, come uguale 1,6 mol/L. In the preferred embodiments of the present invention, the battery 100 is a redox flow battery based on Vanadium (V). Accordingly, the positive half-cell 13 and the first tank 20 contain a first (positive) electrolyte obtained from a solution of vanadium pentoxide (V2O5, for example, 1.6 M) in sulfuric acid (H2SO4, for example 4, 5 M) comprising VO<2+>, or V(IV), and VO2<+>, or V(V), ions in high concentration, for example between 0.8 mol/L and 2.5 mol/L , as equals 1.6 mol/L. Conversely, the negative half-cell 15 and the second tank 30 contain a second (negative) electrolyte based on the same solution of vanadium in sulfuric acid but comprising the ions V<2+>, or V(II), and V<3 +>, or V(III), in high concentration, for example also in this case between 0.8 mol/L and 2.5 mol/L, equal to 1.6 mol/L.

Il sistema di gestione della batteria 70 ? connesso alle pompe 40 e 50 cos? come al sistema di gestione della potenza 60 per controllarne il funzionamento. A tale scopo il sistema di gestione della batteria 70 (come illustrato in figura 2) preferibilmente comprende un'unit? di elaborazione 71 ? ad esempio, uno o pi? tra un PLC, un microcontrollore, un microprocessore, un'ASIC, un DSP, e una FPGA ? e un'unit? di memoria 73 configurata per memorizzare dati e/o istruzioni da eseguire (in modo volatile e/o non volatile) e, eventualmente, circuiteria ancillare (non illustrata) per garantirne il funzionamento di tali componenti. Preferibilmente, il sistema di gestione della batteria 70 comprende un'interfaccia utente 75 e/o un modulo di comunicazione 77 per scambiare dati con un'unit? di elaborazione remota (non illustrata). The Battery Management System 70 ? connected to the pumps 40 and 50 cos? as to the power management system 60 to control its operation. For this purpose, the battery management system 70 (as illustrated in figure 2 ) preferably comprises a unit processing 71 ? for example, one or more between a PLC, a microcontroller, a microprocessor, an ASIC, a DSP, and an FPGA ? is it a unit? of memory 73 configured to memorize data and/or instructions to be executed (in volatile and/or non-volatile mode) and, possibly, ancillary circuitry (not shown) to guarantee the functioning of these components. Preferably, the battery management system 70 comprises a user interface 75 and/or a communication module 77 for exchanging data with a battery unit. remote processing (not shown).

Vantaggiosamente, il sistema di gestione della batteria 70 ? connesso anche a uno o pi? sensori 80, configurati per fornire segnali indicativi di parametri operativi della batteria 100 e/o parametri ambientali. Nell'esempio considerato, i sensori 80 comprendono almeno un sensore di temperatura in grado di fornire un segnale (elettrico) indicativo di una temperatura di almeno uno dei due elettroliti nelle celle 10 del modulo 110, 120, 130, una tensione di circuito aperto o OCV (acronimo dell'espressione inglese ?Open Circuit Voltage?) di uno o pi? moduli 110, 120, 130, una temperatura dell'ambiente esterno. Preferibilmente, i sensori 80 sono configurati per fornire anche un'indicazione di una tensione tra gli elettrodi di ciascuna cella e/o una tensione complessiva esibita dai moduli con i quali ? formata la batteria 100 ? in particolare, una tensione a vuoto di ciascuna cella 10, una corrente erogata/assorbita da ciascuna cella e/o da uno o pi? moduli 110, 120, 130 formanti la batteria 100 e una tensione a vuoto di ciascun compartimento 90 dei serbatoi 20 e 30. Advantageously, the battery management system 70 ? also connected to one or more? sensors 80, configured to provide signals indicative of operating parameters of the battery 100 and/or environmental parameters. In the example considered, the sensors 80 comprise at least one temperature sensor capable of providing an (electrical) signal indicative of a temperature of at least one of the two electrolytes in the cells 10 of the module 110, 120, 130, an open circuit voltage or OCV (acronym of the English expression? Open Circuit Voltage?) of one or more? modules 110, 120, 130, an external ambient temperature. Preferably, the sensors 80 are configured to also provide an indication of a voltage between the electrodes of each cell and/or an overall voltage exhibited by the modules with which ? formed the battery 100 ? in particular, a no-load voltage of each cell 10, a current supplied/absorbed by each cell and/or by one or more? modules 110, 120, 130 forming the battery 100 and a no-load voltage of each compartment 90 of the tanks 20 and 30.

I sensori 80 possono essere inoltre configurati per fornire un?indicazione di un livello/volume di elettrolita nei serbatoi 20 e 30, una pressione all'interno delle semi-celle 13 e 15 e/o nei serbatoi 20 e 30, una portata di elettrolita in uno o pi? dei condotti 21, 23, 31 e 33, una temperatura degli elettroliti nei serbatoi 20 e 30, una temperatura di uno o pi? moduli 110, 120, 130 e/o una potenza assorbita da una o entrambe le pompe 40 e 50. The sensors 80 can also be configured to provide an indication of an electrolyte level/volume in the tanks 20 and 30, a pressure inside the half-cells 13 and 15 and/or in the tanks 20 and 30, an electrolyte flow in one or more of the ducts 21, 23, 31 and 33, a temperature of the electrolytes in the tanks 20 and 30, a temperature of one or more? modules 110, 120, 130 and/or a power absorbed by one or both pumps 40 and 50.

Secondo l?invenzione, il sistema di gestione della potenza 60 ? vantaggiosamente configurato per regolare l'erogazione e l'assorbimento di energia elettrica, in particolare i livelli di tensione e corrente erogati o assorbiti. A tale scopo, il sistema di gestione della potenza 60 (come illustrato in figura 2) comprende preferibilmente uno o pi? tra un convertitore DC/DC 61 e un inverter DC/AC 63, cos? come un'unit? di controllo 65, preferibilmente connessa al sistema di gestione della batteria 70 per governarne il funzionamento del sistema di gestione della potenza 60 e, eventualmente, circuiteria ancillare (non illustrata) per garantirne il funzionamento di tali componenti. According to the invention, the power management system 60 ? advantageously configured to regulate the supply and absorption of electrical energy, in particular the voltage and current levels supplied or absorbed. For this purpose, the power management system 60 (as illustrated in figure 2) preferably comprises one or more? between a DC/DC converter 61 and a DC/AC inverter 63, cos? as a unit? of control 65, preferably connected to the management system of the battery 70 to govern the operation of the power management system 60 and, possibly, ancillary circuitry (not shown) to ensure the operation of these components.

Come noto, durante il funzionamento in scarica il sistema di gestione della potenza 60 ? collegato a un carico L per erogare potenza elettrica generata dalle reazioni di ossidoriduzione che avvengono in prossimit? degli elettrodi 17 e 19 nelle semi-celle 13 e 15, rispettivamente. Diversamente, durante il funzionamento in carica il sistema di gestione della potenza 60 ? collegato a un generatore di energia elettrica G per immagazzinare energia elettrica sotto forma di energia chimica generando le specie di ioni V(II), V(III), V(IV) e V(V). Inoltre, gli elettroliti nelle semi-celle 13 e 15 sono progressivamente sostituiti dai corrispondenti elettroliti immagazzinati nei serbatoi 20 e 30 in modo da, in fase di scarica, erogare la totalit? dell'energia accumulata dalla batteria 100 o, in fase di carica, assorbire la massima quantit? di energia possibile dalla batteria 100. As is known, during discharge operation, the power management system 60 ? connected to a load L to deliver electric power generated by the redox reactions that take place in the vicinity? of the electrodes 17 and 19 in the half cells 13 and 15, respectively. Conversely, during charging operation, the power management system 60 ? connected to an electrical energy generator G to store electrical energy in the form of chemical energy by generating the ion species V(II), V(III), V(IV), and V(V). Furthermore, the electrolytes in the half-cells 13 and 15 are progressively replaced by the corresponding electrolytes stored in the tanks 20 and 30 so as to dispense all of the electrolytes during the discharge phase. of the energy accumulated by the battery 100 or, in the charging phase, absorb the maximum quantity? of energy possible from the 100 battery.

I serbatoi di accumulo 20 e 30, presentano preferibilmente una struttura equivalente, nonch? un?analoga modalit? di funzionamento; in ragione di ci? verr? di seguito descritta in dettaglio solamente la struttura del serbatoio 20, cos? come la modalit? di impiego dello stesso, considerando che quanto riportato ? del tutto congruente alle caratteristiche del rispettivo serbatoio 30. The accumulation tanks 20 and 30 preferably have an equivalent structure, as well as a?similar modality? of operation; because of what? will come only the structure of the tank 20 is described in detail below, so? how the mode? of use of the same, considering that what is reported ? entirely congruent with the characteristics of the respective tank 30.

Secondo una forma di realizzazione preferita (mostrata in fig. 4), il serbatoio 20 presenta una forma sostanzialmente cilindrica ed ? suddiviso in compartimenti 90, ottenuti tramite sezioni secondo piani sostanzialmente paralleli alle basi dello stesso; secondo tale conformazione, i compartimenti 90 si trovano ad essere adiacenti e sovrapposti uno all?altro in direzione verticale, lungo l?asse di simmetria del serbatoio 20, il quale coincide preferibilmente con l?asse di simmetria di ciascun compartimento. I compartimenti 90 risultano pertanto essere costituiti da settori di forma cilindrica sovrapposti e aventi preferibilmente basi di forma e dimensioni equivalenti; l?altezza di tali compartimenti 90 pu? avere uguale valore per tutti i compartimenti 90 che costituiscono il serbatoio 20 oppure dissimile, ottimizzando in fase di progetto i relativi volumi dei singoli compartimenti 90, in base alle specifiche esigenze della batteria 100 nella quale sono istallate. According to a preferred embodiment (shown in fig. 4), the tank 20 has a substantially cylindrical shape and is? divided into compartments 90, obtained through sections according to planes substantially parallel to the bases of the same; according to this conformation, the compartments 90 are adjacent to and superimposed on each other in a vertical direction, along the symmetry axis of the tank 20, which preferably coincides with the symmetry axis of each compartment. The compartments 90 are therefore made up of superimposed sectors of cylindrical shape and preferably having bases of equivalent shape and size; the height of these compartments 90 pu? have the same value for all the compartments 90 that make up the tank 20 or dissimilar, optimizing the relative volumes of the individual compartments 90 during the design phase, based on the specific needs of the battery 100 in which they are installed.

I compartimenti 90 pertanto, come detto, presentano una forma cilindrica e sono separati uno dall?altro per mezzo di un elemento di separazione 91 che costituisce la base superiore del compartimento posto in posizione inferiore e allo stesso tempo la base inferiore del compartimento soprastante e adiacente. L?elemento di separazione 91 ? interrotto da un?apertura 93 atta a consentire il passaggio per gravit? dell?elettrolita dal compartimento superiore a quello inferiore ad esso adiacente. The compartments 90 therefore, as mentioned, have a cylindrical shape and are separated from each other by means of a separation element 91 which constitutes the upper base of the compartment placed in the lower position and at the same time the lower base of the compartment above and adjacent . The separating element 91 ? interrupted by an? opening 93 able to allow the passage by gravity? of the electrolyte from the upper compartment to the lower one adjacent to it.

Secondo una forma preferita di realizzazione, mostrata nella figura 5, il serbatoio 20 (cos? come il serbatoio 30, la cui struttura ? del tutto similare) comprende tre compartimenti 90 sovrapposti, ciascuno dei quali ? atto a contenere un volume di elettrolita contraddistinto da un determinato stato di carica o SOC (acronimo dell'espressione inglese ?State of Charge?). In particolare, un primo compartimento 90? posto in posizione superiore contiene un volume di elettrolita caratterizzato da uno stato di carica SOC1, un secondo compartimento 90?? posto in posizione intermedia contiene un volume di elettrolita caratterizzato da uno stato di carica SOC2 e un terzo compartimento 90???, posto inferiormente, contiene un volume di elettrolita caratterizzato da uno stato di carica SOC3. Il serbatoio 20 in ogni caso pu? essere dimensionato in modo da prevedere un numero di compartimenti 90 diverso da quello descritto in tale forma di realizzazione preferita, ma comunque superiore o uguale a due. Tale scelta progettuale dipende dalla dimensione della batteria 100 che tali serbatoi 20 e 30 devono alimentare, nonch? dal grado di compartimentazione voluto, che sar? un compromesso tra la capacit? di gestione dello stato di carica del serbatoio e il grado di complessit? dell?impianto idraulico che alimenta detto serbatoio, nonch? del sistema di controllo. According to a preferred embodiment, shown in figure 5, the tank 20 (as well as the tank 30, the structure of which is entirely similar) comprises three superimposed compartments 90, each of which is designed to contain a volume of electrolyte characterized by a certain state of charge or SOC (acronym of the English expression ?State of Charge?). In particular, a first compartment 90? placed in the upper position, it contains a volume of electrolyte characterized by a state of charge SOC1, a second compartment 90?? placed in an intermediate position, it contains a volume of electrolyte characterized by a state of charge SOC2 and a third compartment 90???, placed below, contains a volume of electrolyte characterized by a state of charge SOC3. The tank 20 in any case pu? be sized so as to provide a number of compartments 90 different from that described in this preferred embodiment, but in any case greater than or equal to two. This design choice depends on the size of the battery 100 which these tanks 20 and 30 must feed, as well as from the desired degree of compartmentalization, what will it be? a compromise between the capacity? management of the state of charge of the tank and the degree of complexity? of?the hydraulic system that feeds said tank, as well as? of the control system.

I singoli compartimenti presentano aperture 92 atte all?immissione dell?elettrolita o alla fuoriuscita dell?elettrolita, preferibilmente ricavate su una parete laterale di ciascun compartimento 90. Preferibilmente, come mostrato in figura 5, il primo condotto di scarico 23 ? provvisto di opportune diramazioni 23?, 23??, 23??? configurate per consentire l?immissione dell?elettrolita proveniente dalle semi-celle positive 13 rispettivamente nel primo, secondo e terzo compartimento 90?, 90??, 90???, attraverso dette aperture. The individual compartments have openings 92 suitable for the introduction of the electrolyte or for the release of the electrolyte, preferably obtained on a side wall of each compartment 90. Preferably, as shown in figure 5, the first discharge duct 23 is provided with appropriate branches 23?, 23??, 23??? configured to allow the introduction of the electrolyte coming from the positive half-cells 13 respectively into the first, second and third compartment 90?, 90??, 90???, through said openings.

Secondo l?invenzione, tale immissione ? vantaggiosamente gestita mediante dispositivi di regolazione di flusso di elettrolita, preferibilmente posti lungo le suddette diramazioni 23?, 23??, 23???; secondo una forma preferita di realizzazione, detti dispositivi di regolazione di flusso sono costituiti da elettrovalvole vi. According to the invention, this entry is advantageously managed by means of electrolyte flow regulation devices, preferably placed along the aforementioned branches 23?, 23??, 23???; according to a preferred embodiment, said flow regulation devices consist of solenoid valves vi.

Secondo una forma preferita di realizzazione, una prima elettrovalvola v1 ? posizionata lungo la prima diramazione 23? ed ? atta a consentire l?immissione dell?elettrolita proveniente dalle semi-celle positive 13 nel primo compartimento 90?, una seconda elettrovalvola v2 ? posizionata lungo la seconda diramazione 23?? ed ? atta a consentire l?immissione dell?elettrolita proveniente dalle semicelle positive 13 nel secondo compartimento 90?? e una terza elettrovalvola v3 ? posizionata lungo la terza diramazione 23??? ed ? atta a consentire l?immissione dell?elettrolita proveniente dalle semi-celle positive 13 nel terzo compartimento 90???. According to a preferred embodiment, a first solenoid valve v1 ? positioned along the first branch 23? and ? adapted to allow the introduction of the electrolyte coming from the positive half-cells 13 into the first compartment 90?, a second solenoid valve v2 ? positioned along the second branch 23?? and ? adapted to allow the introduction of the electrolyte coming from the positive half-cells 13 into the second compartment 90?? and a third solenoid valve v3 ? positioned along the third branch 23??? and ? adapted to allow the introduction of the electrolyte coming from the positive half-cells 13 into the third compartment 90???.

In modo del tutto analogo, il primo condotto di carico 21 ? provvisto di opportune diramazioni 21?, 21??, 21???, lungo ciascuna delle quali sono presenti dispositivi di regolazione di flusso di elettrolita. Secondo una forma preferita di realizzazione, preferibilmente detti dispositivi di regolazione di flusso sono costituiti da elettrovalvole cos? che una quarta elettrovalvola v4 ? posizionata lungo la prima diramazione 21? ed ? atta a consentire la fuoriuscita dell?elettrolita dal primo compartimento 90? in modo che lo stesso sia convogliato per mezzo della pompa 40 alle semi-celle positive 13, una quinta elettrovalvola v5 ? posizionata lungo la seconda diramazione 21?? ed ? a consentire la fuoriuscita dell?elettrolita dal secondo compartimento 90??, mentre una sesta elettrovalvola v6 ? posizionata lungo la terza diramazione 21??? ed ? atta a consentire la fuoriuscita dell?elettrolita dal terzo compartimento 90??? in modo che lo stesso sia convogliato per mezzo della pompa 40 alle semi-celle positive 13. In a completely analogous way, the first loading duct 21 is provided with suitable branches 21?, 21??, 21???, along each of which there are devices for regulating the flow of electrolyte. According to a preferred embodiment, said flow regulation devices are preferably constituted by solenoid valves so that a fourth solenoid valve v4 ? positioned along the first branch 21? and ? adapted to allow the release of the electrolyte from the first compartment 90? so that the same is conveyed by means of the pump 40 to the positive half-cells 13, a fifth solenoid valve v5 ? positioned along the second branch 21?? and ? to allow the release of the electrolyte from the second compartment 90??, while a sixth solenoid valve v6 ? positioned along the third branch 21??? and ? adapted to allow the electrolyte to escape from the third compartment 90??? so that it is conveyed by means of the pump 40 to the positive half-cells 13.

Secondo una forma preferita di realizzazione, all?interno di ciascun compartimento 90 ? disposto un dispositivo mobile 25 il quale ? movimentato grazie dall?azione del flusso di elettrolita presente nel compartimento 90, nel momento in cui tale elettrolita viene posto in movimento mediante l?azionamento delle elettrovalvole v1, v2 v3, v4, v5 e v6. According to a preferred embodiment, inside each compartment 90 ? placed a mobile device 25 which ? moved thanks to the action of the flow of electrolyte present in the compartment 90, at the moment in which this electrolyte is set in motion by means of the actuation of the solenoid valves v1, v2 v3, v4, v5 and v6.

Preferibilmente detto dispositivo mobile 25 ? costituito da una girante comprendente una pluralit? di alette 26, conformate in modo da permettere all?elettrolita di fluire dall?alto verso il basso, rallentandone la discesa. Vantaggiosamente, i dispositivi mobili 25 di compartimenti 90 adiacenti e comunicanti attraverso la relativa apertura 93, sono predisposti in modo da consentire il passaggio dell?elettrolita attraverso l?apertura 93 per gravit?, a partire dal compartimento posizionato superiormente verso quello posizionato inferiormente, in seguito a una rotazione maggiore di circa 320? e minore di circa 350? dei dispositivi mobili 25 di compartimenti 90 adiacenti. Preferibilmente i dispositivi mobili 25 di compartimenti 90 adiacenti e comunicanti attraverso l?apertura 93, sono predisposti in modo da consentire il passaggio dell?elettrolita attraverso l?apertura 93, per gravit? dal compartimento posizionato superiormente a quello posizionato inferiormente, in seguito a una rotazione di circa 360? dei dispositivi mobili 25 dei compartimenti 90 adiacenti. Preferably said mobile device 25 ? constituted by an impeller comprising a plurality? of fins 26, shaped so as to allow the electrolyte to flow from top to bottom, slowing down its descent. Advantageously, the movable devices 25 of adjacent compartments 90 and communicating through the relative opening 93, are arranged in such a way as to allow the passage of the electrolyte through the opening 93 by gravity, starting from the compartment positioned above towards the one positioned below, in following a rotation greater than about 320? and less than about 350? of the mobile devices 25 of adjacent compartments 90. Preferably, the movable devices 25 of adjacent compartments 90 and communicating through the opening 93, are arranged so as to allow the passage of the electrolyte through the opening 93, by gravity. from the upper compartment to the lower compartment, following a rotation of approximately 360? of the mobile devices 25 of the adjacent compartments 90.

Preferibilmente, ? previsto un dispositivo di fermo meccanico (non mostrato nelle figure), configurato per consentire il movimento del dispositivo mobile 25 secondo un unico verso di rotazione. Preferably, ? a mechanical stop device is provided (not shown in the figures), configured to allow movement of the mobile device 25 according to a single direction of rotation.

Secondo la forma di realizzazione preferita dell?invenzione, la batteria 100 ? suddivisa in pi? moduli, ciascuno dei quali presenta una struttura equivalente a quella della batteria 100 sopra descritta. According to the preferred embodiment of the invention, the battery 100 is divided into more modules, each of which has a structure equivalent to that of the battery 100 described above.

Come schematicamente illustrato in figura 5, secondo una configurazione preferita la batteria 100 comprende tre moduli, ognuno dei quali come detto comprendente una pluralit? di semi-celle positive 13 e negative 15, collegate a condotti di carico e scarico che costituiscono il collegamento tra i serbatoi 20 e 30 e le semi-celle presenti nel singolo modulo. As schematically illustrated in figure 5, according to a preferred configuration the battery 100 comprises three modules, each of which as mentioned comprises a plurality of positive 13 and negative 15 half-cells, connected to loading and unloading ducts which constitute the connection between the tanks 20 and 30 and the half-cells present in the single module.

Pi? in dettaglio, lungo il primo condotto di carico 21 di un primo modulo 110 ? posizionata la prima valvola deviatrice 41, configurata per regolare il flusso di elettrolita alimentato dalla pompa 40 verso le semi-celle positive 13; tale prima valvola deviatrice 41 ? disposta lungo detto primo condotto di carico 21, preferibilmente in posizione intermedia tra la pompa 40 e il primo modulo 110. Preferibilmente, lungo il primo condotto di scarico 23 di tale primo modulo 110, ? posizionata la seconda valvola deviatrice 42, configurata per regolare il flusso di elettrolita proveniente dalle semi-celle positive 13 del primo modulo 110, verso il serbatoio 20. Pi? in detail, along the first loading duct 21 of a first module 110 ? positioned the first diverter valve 41, configured to regulate the flow of electrolyte fed by the pump 40 towards the positive half-cells 13; this first diverter valve 41 ? arranged along said first loading duct 21, preferably in an intermediate position between the pump 40 and the first module 110. Preferably, along the first discharge duct 23 of this first module 110, is positioned the second diverter valve 42, configured to regulate the flow of electrolyte coming from the positive half-cells 13 of the first module 110, towards the tank 20.

Il primo modulo 110 ? posto in serie a un secondo modulo 120 e a un terzo modulo 130, cos? da comporre la batteria 100. Preferibilmente una terza valvola deviatrice 43 ? posta lungo il condotto di scarico 23 proveniente dal secondo e dal terzo modulo 120, 130; preferibilmente, tale terza valvola deviatrice 43 ? atta a regolare il flusso di elettrolita proveniente dalle semi-celle positive 13 del secondo modulo 120, rispetto a quello proveniente dalle semi-celle positive 13 del terzo modulo 130. The first form 110 ? placed in series with a second module 120 and a third module 130, so? to compose the battery 100. Preferably a third diverter valve 43? located along the exhaust duct 23 coming from the second and third modules 120, 130; preferably, this third diverter valve 43 ? adapted to regulate the flow of electrolyte coming from the positive half-cells 13 of the second module 120, with respect to that coming from the positive half-cells 13 of the third module 130.

Una quarta valvola deviatrice 44, ? posta inoltre lungo una porzione del condotto di carico 21, atta ad asservire il secondo e il terzo modulo 120, 130, in modo da regolare il flusso dell?elettrolita che provenendo dal serbatoio 20, attraversa in sequenza la pompa 40 e la prima valvola deviatrice 41 e pu? essere distribuito alternativamente alle semi-celle positive 13 del secondo modulo 120 o alle semi-celle positive 13 del terzo modulo 130. A fourth diverter valve 44, ? also placed along a portion of the loading duct 21, suitable for interlocking the second and third modules 120, 130, so as to regulate the flow of the electrolyte which, coming from the tank 20, passes through the pump 40 and the first diverter valve in sequence 41 and can? be distributed alternatively to the positive half-cells 13 of the second module 120 or to the positive half-cells 13 of the third module 130.

La struttura nonch? il funzionamento del circuito di valvole e condotti relativi al trasporto di elettrolita tra il serbatoio 30 e i moduli 110, 120 e 130 ? del tutto analoga a quanto previsto e sopra descritto relativamente al serbatoio 20; in ragione di ci?, una descrizione dettagliata della stessa sar? pertanto omessa. The structure as well as the operation of the circuit of valves and pipes relating to the transport of electrolyte between the tank 30 and the modules 110, 120 and 130 ? entirely analogous to what provided and described above in relation to the tank 20; because of this?, a detailed description of the same sar? therefore omitted.

Avendo descritto la struttura della batteria 100 verr? ora descritto un metodo 900 di gestione dello stato di carica della batteria 100 a flusso redox, secondo una forma di realizzazione (rappresentata dal diagramma di flusso di figura 6). Having described the structure of the battery 100 will come? now described a method 900 for managing the charge state of the redox flow battery 100, according to an embodiment (represented by the flow diagram of Figure 6).

Il metodo 900 di gestione dello stato di carica di una batteria a flusso redox 100, prevede di identificare (blocco 901) lo stato di carica della batteria 100 mediante la rilevazione dello stato di carica di uno o pi? moduli, a seconda della struttura della batteria 100 stessa. In particolare, nella forma di realizzazione preferita sopra descritta in cui la batteria 100 ? composta da un primo modulo 110, un secondo modulo 120 e un terzo modulo 130, il metodo 900 secondo l?invenzione prevede di identificare lo stato di carica di ciascun modulo 110, 120 e 130. Ad esempio questo pu? avvenire tramite misura della tensione a vuoto del singolo modulo per mezzo di una singola cella dedicata, o per mezzo di uno spettrometro per la misura di assorbanza delle soluzioni. The method 900 for managing the state of charge of a redox flow battery 100 provides for identifying (block 901) the state of charge of the battery 100 by detecting the state of charge of one or more? modules, depending on the structure of the battery 100 itself. In particular, in the preferred embodiment described above wherein the battery 100 is composed of a first module 110, a second module 120 and a third module 130, the method 900 according to the invention provides for identifying the state of charge of each module 110, 120 and 130. For example this can? take place by measuring the no-load voltage of the single module by means of a single dedicated cell, or by means of a spectrometer for measuring the absorbance of the solutions.

Il metodo 900 prevede inoltre di identificare (blocco 902) lo stato di carica di ciascun compartimento 90, in entrambi i serbatoi 20 e 30, considerando che lo stato di carica positivo ? dato da: The method 900 also provides for identifying (block 902) the state of charge of each compartment 90, in both tanks 20 and 30, considering that the positive state of charge ? given by:

in cui CIV ? la concentrazione dello ione VO<2+ >e CV ? la concentrazione dello ione VO2<+, >mentre lo stato di carica negativo ? dato da: in which CIV ? the concentration of the VO<2+ >and CV ion? the concentration of the VO2<+, > ion while the negative state of charge ? given by:

in cui CII ? la concentrazione d concentrazione dello ione V<3+.>in which CII ? the concentration d concentration of the ion V<3+.>

Prendendo ad esempio in considerazione la struttura del serbatoio 20, che come detto ? del tutto equivalente alla struttura del serbatoio 30, e considerando in particolare una configurazione preferita dello stesso che prevede la suddivisione in tre compartimenti 90?, 90??, 90???, in questa fase vengono pertanto identificati i rispettivi stati di carica SOC1, SOC2 e SOC3. Ad esempio questo pu? avvenire tramite misura della tensione a vuoto del singolo compartimento per mezzo di una singola cella dedicata o per mezzo di uno spettrometro per la misura di assorbanza delle soluzioni. Taking, for example, the structure of the tank 20 into consideration, which, as mentioned, is entirely equivalent to the structure of the tank 30, and considering in particular a preferred configuration of the same which provides for the subdivision into three compartments 90?, 90??, 90???, in this phase the respective charge states SOC1 are therefore identified, SOC2 and SOC3. For example, this can take place by measuring the no-load voltage of the single compartment by means of a single dedicated cell or by means of a spectrometer for measuring the absorbance of the solutions.

La presenza della suddivisione del serbatoio 20 in pi? compartimenti, consente vantaggiosamente di modulare lo stato di carica all?interno del serbatoio 20 stesso (e parallelamente del serbatoio 30). The presence of the subdivision of the tank 20 in pi? compartments, advantageously allows the state of charge to be modulated inside the tank 20 itself (and parallel to the tank 30).

Secondo l?invenzione inoltre, il dispositivo mobile disposto all?interno di ciascun compartimento 90 e posto in rotazione dall?azione del flusso di elettrolita allorch? quest?ultimo viene posto in movimento mediante l?azionamento delle elettrovalvole v1, v2 v3, v4, v5 e v6, permette all?elettrolita di fluire dall?alto verso il basso, passando attraverso le aperture 93, preferibilmente disposte secondo una direzione radiale, da un compartimento a quello adiacente situato in posizione inferiore. Furthermore, according to the invention, the movable device disposed inside each compartment 90 is rotated by the action of the electrolyte flow when it is turned on. the latter is set in motion by the activation of the solenoid valves v1, v2 v3, v4, v5 and v6, it allows the electrolyte to flow from top to bottom, passing through the openings 93, preferably arranged in a radial direction, from one compartment to the adjacent one located below.

In questo modo, ? possibile rallentare il processo di miscelamento dell?elettrolita presente in due compatimenti adiacenti, garantendo cos? in ogni istante la presenza di concentrazioni dell?elettrolita differenti (e pertanto di stati di carica diversi) nei due compartimenti. In this way, ? Is it possible to slow down the mixing process of the electrolyte present in two adjacent compartments, thus ensuring? at any instant the presence of different concentrations of the electrolyte (and therefore of different states of charge) in the two compartments.

In seguito all?individuazione sia dei valori degli stati di carica dei moduli che compongono la batteria 100, sia dei compartimenti 90?, 90??, 90??? che compongono ciascun serbatoio 20 e 30, il metodo 900 prevede di gestire (blocco 903) il livello di tensione a vuoto presentato da uno o pi? moduli 110, 120, 130 (a seconda della configurazione della batteria 100) al sistema di gestione di potenza 60, mediante un?azione di regolazione (blocco 904) di flussi di elettrolita tra i compartimenti 90?, 90??, 90??? dei serbatoi 20, 30 e le semi-celle 13, 15 di detto almeno un modulo 110, 120, 130. Following identification of both the state of charge values of the modules which make up the battery 100, and of the compartments 90?, 90??, 90??? which make up each tank 20 and 30, the method 900 provides for managing (block 903) the no-load voltage level presented by one or more? modules 110, 120, 130 (depending on the configuration of the battery 100) to the power management system 60, by means of a regulation action (block 904) of electrolyte flows between the compartments 90?, 90??, 90?? ? of the tanks 20, 30 and the half-cells 13, 15 of said at least one module 110, 120, 130.

In questo modo, ? possibile gestire in maniera programmata l?alimentazione delle semi-celle di ciascun modulo 110, 120, 130, regolando a piacere lo stato di carica delle soluzioni di elettrolita immesse nei moduli stessi; ci? permette vantaggiosamente di controllare, in modo estremamente flessibile, la tensione in uscita della batteria 100 al variare dello stato di carica complessivo, come si deduce dalla seguente equazione ricavata dalla legge di Nernst: In this way, ? it is possible to manage the power supply of the half-cells of each module 110, 120, 130 in a programmed manner, regulating the state of charge of the electrolyte solutions introduced into the modules themselves as desired; There? advantageously allows to control, in an extremely flexible way, the output voltage of the battery 100 as the overall state of charge varies, as can be deduced from the following equation obtained from Nernst's law:

la quale esprime la tensione a vuoto di ogni cella in funzione degli stati di carica delle due soluzioni di elettrolita immesse nelle sue semi-celle. In tale equazione, SOC+ ? relativo all?elettrolita immesso nelle semi-celle positive 13 e SOC+ ? relativo all?elettrolita immesso nelle semi-celle negative 15 (come sopra definiti), k ? la costante universale dei gas (k=8.314 J K<?1 >mol<?1>), F ? la costante di Faraday (F=96,485 C mol<?1>) e T ? la temperatura (misurata in Kelvin). which expresses the no-load voltage of each cell as a function of the charge states of the two electrolyte solutions introduced into its half-cells. In this equation, SOC+ ? relating to the electrolyte introduced into the positive half-cells 13 and SOC+ ? relating to the electrolyte introduced into the negative half-cells 15 (as defined above), k ? the universal gas constant (k=8.314 J K<?1 >mol<?1>), F ? Faraday's constant (F=96.485 C mol<?1>) and T ? the temperature (measured in Kelvin).

In particolare, l?azione di regolazione (blocco 904) di flussi di elettrolita viene svolta mediante: azionare (blocco 905) selettivamente detti dispositivi di regolazione di flusso. Secondo una forma preferita di attuazione, tali dispositivi di regolazione di flusso sono costituiti da elettrovalvole v1, v2 v3, v4, v5 e v6 comandate dal sistema di gestione della batteria 70. In particular, the action of regulating (block 904) of electrolyte flows is performed by: selectively actuating (block 905) said flow regulating devices. According to a preferred embodiment, these flow regulation devices consist of solenoid valves v1, v2 v3, v4, v5 and v6 controlled by the battery management system 70.

In particolare, la struttura della batteria 100 secondo la forma preferita dell?invenzione illustrata in figura 5, permette vantaggiosamente di azionare le elettrovalvole v1, v2 v3, in modo che l?elettrolita proveniente dalle semi-celle positive 13 possa confluire, attraverso le diramazioni 23?, 23??, 23???, rispettivamente nel primo 90?, secondo 90?? e terzo 90??? compartimento del serbatoio 20. In questo modo il sistema di gestione della batteria 70 pu?, a partire dai valori dello stato di carica del modulo 110, 120, 130 dalle cui semi-celle positive 13 proviene l?elettrolita, gestire il livello di carica presente in ciascun compartimento 90?, 90?? e 90??? azionando alternativamente una o pi? elettrovalvole v1, v2 v3. In particular, the structure of the battery 100 according to the preferred embodiment of the invention illustrated in figure 5, advantageously allows to actuate the solenoid valves v1, v2 v3, so that the electrolyte coming from the positive half-cells 13 can flow through the branches 23?, 23??, 23???, respectively in the first 90?, second 90?? and third 90??? compartment of the tank 20. In this way the management system of the battery 70 can, starting from the values of the state of charge of the module 110, 120, 130 from whose positive half-cells 13 the electrolyte comes, manage the level of charge present in each compartment 90?, 90?? and 90??? alternatively operating one or more? solenoid valves v1, v2 v3.

Ulteriormente, il sistema di gestione della batteria 70 pu? azionare una o pi? di tali elettrovalvole v4, v5 e v6, in modo da estrarre l?elettrolita da un compartimento avente un desiderato stato di carica SOC1, SOC2 e SOC3, cos? da farlo confluire, attraverso il condotto di carico 21 e l?azione della pompa 40, verso le semi-celle positive 13 di uno o pi? moduli 110, 120 o 130. Additionally, the Battery Management System 70 can? operate one or more? of such solenoid valves v4, v5 and v6, so as to extract the? electrolyte from a compartment having a desired state of charge SOC1, SOC2 and SOC3, so? to make it flow, through the loading duct 21 and the action of the pump 40, towards the positive half-cells 13 of one or more? modules 110, 120 or 130.

Secondo una forma di attuazione preferita del metodo 900, l?azione di regolazione dei flussi di elettrolita tra i compartimenti 90?, 90??, 90??? e le semicelle 13 di detti moduli 110, 120, 130 ? attuata mediante le valvole deviatrici 41, 42, 43, 44, anch?esse comandate dal sistema di gestione della batteria 70. According to a preferred embodiment of the method 900, the action of regulating the flows of electrolyte between the compartments 90?, 90??, 90??? and the half-cells 13 of said modules 110, 120, 130? implemented by means of the diverter valves 41, 42, 43, 44, also controlled by the battery management system 70.

Secondo l?invenzione ? pertanto possibile vantaggiosamente gestire l?elettrolita, presente nei vari compartimenti 90?, 90??, 90???e caratterizzato dai rispettivi stati di carica SOC1, SOC2 e SOC3, a seconda delle condizioni operative della batteria 100, in modo da ottimizzare la potenza scambiata tra la batteria 100 e la rete elettrica e modulare il livello di tensione a vuoto presentato al sistema di gestione della potenza 60 che esegue l?interfaccia con la rete elettrica stessa. According to the invention ? it is therefore possible to advantageously manage the electrolyte, present in the various compartments 90?, 90??, 90??? and characterized by the respective charge states SOC1, SOC2 and SOC3, according to the operating conditions of the battery 100, so as to optimize the power exchanged between the battery 100 and the electric grid and modulate the no-load voltage level presented to the power management system 60 which interfaces with the electric grid itself.

In particolare, ? possibile ottenere svariate configurazioni, intermedie tra un caso di perfetta immiscibilit? (esempio di configurazione 1) e un caso di perfetta miscibilit? (esempio di configurazione 2). In particular, ? Is it possible to obtain various configurations, intermediate between a case of perfect immiscibility? (example of configuration 1) and a case of perfect miscibility? (example of configuration 2).

Esempio di configurazione 1 Configuration example 1

Secondo tale configurazione delle elettrovalvole, si ottiene la condizione pi? vicina alla completa immiscibilit?. Per esempio, in un processo di scarica che parta da SOC+ = SOC_ = 90%, sar? possibile massimizzare il tempo in cui la batteria 100 ? alimentata con tale SOC=90%. Questo garantisce il permanere di una f.e.m. corrispondente a SOC+ = SOC_ = 90 % per un tempo maggiore rispetto al caso di competa miscibilit?. According to this configuration of the solenoid valves, is the best condition obtained? close to complete immiscibility. For example, in a process of discharge that starts from SOC+ = SOC_ = 90%, sar? possible to maximize the time in which the battery 100 ? fed with such SOC=90%. This guarantees the persistence of an e.m.f. corresponding to SOC+ = SOC_ = 90% for a longer time than in the case of complete miscibility.

Esempio di configurazione 2 Configuration example 2

Questo secondo caso (perfetta miscibilit?) pu? essere vantaggioso a seconda della richiesta che proviene dalla rete elettrica e lo stesso vale per configurazioni intermedie tra 1 e 2. This second case (perfect miscibility?) pu? be advantageous depending on the request that comes from the electricity grid and the same is true for intermediate configurations between 1 and 2.

Secondo l?invenzione, ? pertanto vantaggiosamente possibile realizzare tutte le combinazioni intermedie, tramite la gestione delle elettrovalvole v1, v2 v3, v4, v5 e v6 eseguita dal sistema di gestione della batteria 70 che governa il funzionamento della batteria 100. According to the invention, ? it is therefore advantageously possible to realize all the intermediate combinations, through the management of the solenoid valves v1, v2 v3, v4, v5 and v6 performed by the management system of the battery 70 which governs the operation of the battery 100.

L?invenzione cos? concepita ? suscettibile di numerose modifiche e varianti tutte rientranti nell?ambito della presente invenzione quale risulta dalle rivendicazioni allegate. The invention so? conceived ? susceptible to numerous modifications and variations, all of which are within the scope of the present invention as it results from the attached claims.

Ad esempio, il serbatoio pu? essere sostituito con un analogo di architettura idraulicamente equivalente ovvero che permetta di eseguire le stesse funzioni del serbatoio di Fig. 3. For example, the tank can? be replaced with a similar one having a hydraulically equivalent architecture, i.e. which allows the same functions to be performed as the tank in Fig. 3.

Infine, tutti i dettagli sono sostituibili da altri elementi tecnicamente equivalenti. Finally, all the details can be replaced by other technically equivalent elements.

In conclusione, i materiali impiegati, nonch? le forme e le dimensioni contingenti, potranno essere qualsiasi secondo le specifiche esigenze implementative senza per questo uscire dall?ambito di protezione delle seguenti rivendicazioni. In conclusion, the materials used, as well as? the contingent shapes and dimensions may be any according to the specific implementation requirements without thereby departing from the scope of protection of the following claims.

Claims

1. Redox flow battery (100) comprising:

- at least one module (110, 120, 130) comprising a plurality? of electrochemical cells (10), each cell (10) being divided into a pair of half-cells (13, 15) separated by an ion exchange septum (11), each half-cell (13, 15) housing a first quantity? of a respective electrolyte and a respective electrode (17, 19);

- a pair of tanks (20, 30), each tank housing a second quantity? of a corresponding electrolyte and being hydraulically connected to the half-cell (13, 15) which houses the same electrolyte by means of a corresponding loading duct (21, 31) and a corresponding discharge duct (23, 33);

- a battery management system (70) configured to control the operation of the battery (100);

- a power management system (60) connected to said at least one module (110, 120, 130), and configured to deliver electric energy generated by the battery (100) to a load (L) connected to the same or absorb electric energy from a generator (G) connected to the battery (100);

- sensor elements (80) configured to acquire at least one state of charge of said at least one module (110, 120, 130);

in which

- said tanks (20, 30) comprise at least two compartments (90) superimposed and separated by a separation element (91) comprising at least one opening (93); And

- each compartment (90) comprises at least one sensor (80) configured to acquire at least one state of charge of the compartment (90) itself and at least one mobile device (25) suitable for regulating the passage of the electrolyte between two adjacent compartments (90) , through said at least one opening (93); and in which

each compartment (90) ? in hydraulic connection with said loading and unloading ducts (21, 23, 31, 33), and the passage of the electrolyte between each compartment (90) and the relative loading (21, 31) or unloading (23, 33) duct ? regulated through a flow regulator device managed by the battery management system (70).

2. Redox flow battery (100) according to claim 1, wherein said flow regulation devices consist of solenoid valves (VI) managed by the battery management system (70) on the basis of at least the state of charge values of the individual compartments (90), detected by the sensors (80).

The redox flow battery (100) according to claim 2, wherein said mobile device (25) is consisting of an impeller configured to be rotated by moving the electrolyte inside the compartment (90), following the activation of the solenoid valves (vi).

The redox flow battery (100) according to claim 3, wherein said impeller comprises a plurality of of fins (26), configured in such a way as to allow the passage of electrolyte through the at least one? opening (93) between two adjacent compartments (90), by gravity? from the compartment placed in the upper position to the one placed in the lower position, following a rotation greater than about 320? and less than about 350? of the impellers (25) of the adjacent compartments (90).

The redox flow battery (100) according to claim 1, comprising:

- a first module (110), a second module (120) and a third module (130) electrically connected to each other;

- a plurality? diverter valves arranged along the loading and unloading ducts (21, 23, 31, 33) which connect the tanks (20, 30) respectively to the positive half-cells (13) and negative half-cells (15) of each module (110, 120, 130), said diverter valves being able to selectively regulate the flow of electrolyte between the modules (110, 120, 130) and the tanks (20, 30).

The redox flow battery (100) according to claim 1, wherein:

- said cells (10) are separated from each other through bipolar plates (12), configured so as to be electrically connected to each other in series, each of said bipolar plates (12) being placed in electrical contact with respective electrodes (17, 19) ;

- said at least one module (110, 120, 130) comprises peripheral bipolar plates (12?), located at each end? of the respective module (110, 120, 130); and in which

each peripheral bipolar plate (12?) of each module (110, 120, 130) ? electrically connected to the power management system (60) or to a corresponding peripheral bipolar plate (12?) of another module (110, 120, 130) of the battery (100).

7. Method (900) for managing the state of charge of a redox flow battery (100), said battery (100) comprising:

- a battery management system (70) and a power management system (60);

- one or more sensor elements (80) configured to acquire at least one state of charge of said at least one module (110, 120, 130);

- a pair of tanks (20, 30), each of which houses a second quantity? of a corresponding electrolyte and ? hydraulically connected to the half-cell (13, 15) which houses the same electrolyte, in which each tank (20, 30) comprises at least two compartments (90) superimposed and separated by a separation element (91) comprising at least one opening ( 93), and wherein each compartment (90) comprises at least one sensor (80) configured to acquire at least one state of charge of the compartment (90) itself;

the method providing that the battery management system (70) performs the steps of:

to. identifying (901) the state of charge of the battery (100) by detecting the state of charge of said at least one module (110, 120, 130);

b. identifying (902) the state of charge of each compartment (90) in both tanks (20) and (30);

c. manage (903) the no-load voltage level presented by said at least one module (110, 120, 130) to the power management system (60) by an action of regulation (904) of electrolyte flows between the compartments (90 ) of the tanks (20, 30) and the half-cells (13, 15) of said at least one module (110, 120, 130).

The method (900) according to claim 7, wherein each compartment (90) of the tanks (20, 30) is hydraulically connected to said half-cells (13, 15) by means of a corresponding loading duct (21, 31) and a corresponding discharge duct (23, 33), the passage of the electrolyte between each compartment (90) and the relative duct load (21, 31) or discharge (23, 33) being regulated through a flow regulation device managed by the battery management system (70).

9. Method (900) according to claim 8, wherein said regulating action (904) of electrolyte flows between the compartments (90) of the tanks (20, 30) and the half cells (13, 15) of said at least one module (110, 120, 130) includes:

- selectively actuating (905) said flow regulation devices.

The method (900) according to claim 7, comprising:

- identifying the state of charge of the battery (100) by detecting the state of charge of a first module (110), of a second module (120) and of a third module (130);

- managing the no-load voltage level presented by the battery (100) by modulating the state of charge of each module (110 120, 130) by means of an electrolyte flow regulation action between the compartments (90) of the tanks (20 , 30) and the half-cells (13, 15) of the modules (110, 120, 130); in which

said action of regulation (904) of electrolyte flows between the modules (110, 120, 130) and the tanks (20, 30) ? implemented through a plurality? diverter valves, arranged along the loading and unloading ducts (21, 23, 31, 33) which connect the tanks (20, 30) respectively to the positive half-cells (13) and to the negative half-cells (15) of each module (110, 120, 130), said diverter valves being regulated by the battery management system (70).