JP2004364481A - 半導体集積回路を備えた電気自動車用蓄電池 - Google Patents

Abstract

【課題】１日の走行距離が制限されていた電気自動車を、制限なく走行できるようにするとともに、電気自動車のコストを安くする。
【解決手段】電気自動車の主電池の他に、この主電池の容量が小さくなった場合、これに充電する第２の蓄電池を複数個接続できるようにし、この第２の蓄電池を追加、交換することにより、長距離走行を可能とするとともに、その追加、交換を容易にするため、第２の蓄電池に、この電池への充電又は放電を検知し、製造時からの充電回数又は放電回数を記憶する回路、製造時からの経過時間を計測し、その時間を記憶する回路及び充放電の制御回路等を有する半導体集積回路を備えて、第２の蓄電池の商品価値の数値化を行う。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電力にて走行する電気自動車に使用する蓄電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃料の補給を行うには、自動車本体に設備された蓄電池に直接充電を行っており、充電に要する時間が５〜６時間かかっているため、１日の走行距離は、１回の充電にて走行できる距離に限定されていた。そして、蓄電池のエネルギー密度も十分でないため、１日の走行距離も短く、価格も高いので、その使用は、ごく１部に限定されていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
１回の充電で走行できる距離を大きくするには、容量の大きい蓄電池を搭載すれば良いが、現行の技術では形状が非常に大きくなるとともに価格も非常に高くなる。これを満足する小型で安価な大容量の蓄電池は、当分開発されそうにないまた、満充電を行うのに必要な時間を短くすることも考えられるが、通常、充電は、化学反応により行っているため、より短時間の充電は、蓄電池の劣化を招くとともに、十分な充電はできない。
【０００４】
そこで、本案においては、充電時間の短時間化は、空になった蓄電池２を標準充電時間をかけて満充電した別の蓄電池２に交換することにより、そして、１充電走行距離の長距離化は、蓄電池２を複数個追加搭載し、順次切り替えて使用することにより、この課題を解決した。ただし、この場合、交換・追加が容易であるように小型にする必要がある。従って、大型自動車の蓄電池２の数は、通常は３〜８個になると考えられる。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
しかし、蓄電池を交換する側（通常自動車の使用者）、交換する蓄電池を提供する側（例えばガソリンスタンド）どちらかに無視できない損失が生じる場合はこの交換は成立しない。そこで、本案においては、前記両蓄電池の製造日からの充放電サイクル数、経過日数および性能等を明示して、前記蓄電池の商品価値を数値化することにより、前記交換を容易にした。
蓄電池の劣化は、充放電の回数以外に、温度、充放電の電流、放電深さ、過充電及び過放電によっても生じるが、本案においては、充放電回路に同じ集積回路を使用しているので、充放電電流は同一の一定電流となり、また、放電深さも同一、過充電防止回路及び過放電防止回路も付加できるし、温度も大部分常温での使用となると考えられるので、劣化は、充放電の回数のみで良いと考えられ、前記商品価値の数値化に問題はないと考えられる。
商品価値の数値化の１例を下記に記す。
蓄電池の寿命は、通常放電容量が、初期の８０％になるまでの充放電サイクル数で表示されているので、完全に使えなくなることはない。そこで、その時点での商品価値を１／２とする。また、経年による商品価値の劣化が考えられるのでそれを５年で１／２とする。性能係数を１とし、蓄電池の製造日からの充放電回数をＸ回、経過日数をＹ日，サイクル寿命を１，０００回とすれば、商品価値の値は、下記となる。
（２，０００−Ｘ）／２，０００×（３６５×１０−Ｙ）／３６５×１０Ｘが１００、Ｙが５０の場合は、
（２，０００−１００）／２，０００×（３，６５０−５０）／３，６５０＝０．９３７
Ｘが１、０００、Ｙが１，８２５（５年）の場合は
（２，０００−１，０００）／２，０００×（３，６５０−１，８２５／３，６５０＝０．２５
となる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
通常、蓄電池２は、コネクタによって自動車本体に接続され、そのコネクタは雌型で、所定のコネクタに接続されなければ、蓄電池２の出力は、外部に出力されないようになっている。従って、蓄電池２を取り出し、外部で充電及び取り付けを行っても安全と言える。コネクタの接続図の１実施例を図１に示す。そして蓄電池２の外形及びコネクタは、車種に関係なく同一で、互換性があるものとする。その蓄電池の種類は、１種類が望ましいが、コスト及び取扱性を考慮して、２〜３種類になる場合もあると考えられる。また、蓄電池の技術が進歩して、エネルギー密度の高い蓄電池が製造されるようになると、外形及びインタフェース等が同一の性能係数の大きい種類の蓄電池が存在するようになると考えられる。
そして、その蓄電池２の搭載可能の数は自動車の大きさによって決定され、２〜８個程度である。実際の蓄電池２の搭載する数は、通常の一日当たりの走行距離によって決定され、その走行距離の短い車の蓄電池２の数は１個のみとなる。
出発時、蓄電池１及び２とも満充電されているとすると、蓄電池１の容量がある一定値（通常、蓄電池２の容量分引いた値より十分小さい値）に下がるまで、蓄電池２の出力は「断」となっている。
そして、蓄電池１の容量が前記一定値以下になると、蓄電池２の一定電流の放電、つまり蓄電池１への充電が始まり、蓄電池２がほぼ空になった時点で充電が終了する。
１日の走行が終了して車庫に戻ったら、蓄電池１及び２に、自動車本体及び蓄電池２の充電回路によって充電を行う。１日の走行中に蓄電池１の容量が一定値以下にならない場合は、翌日の走行予定によって、蓄電池１への充電を行うかを決定する。また、１日の走行距離が１充電走行距離より遥かに長く、蓄電池２の交換の回数が多くなり、時間的に問題となることが予想される場合は、近くのガソリンスタンド叉は自動車販売会社の修理工場等（以降”ガソリンスタンド等”とする）で蓄電池２の追加を行う。その追加する数は、その走行距離における許せる蓄電池２の交換回数による。また、走行中に予定が変更になって、現在の蓄電池１及び２の容量では足らなくなることが予想される場合は、蓄電池２の放電終了後の適当な時期に、ガソリンスタンド等にて蓄電池２を満充電された別の蓄電池２と交換する。
交換する場合は、ガソリンスタンド等に交換手数料、ガソリンスタンド等の利益分、充電電気代及び蓄電池２の商品価値の差分の合計を支払う。追加する場合は、追加するガソリンスタンド等には取り付け手数料及びガソリンスタンド等の利益分等を、取り外すガソリンスタンド等には取り外し手数料、充電費用、ガソリンスタンド等の利益分等及び蓄電池２の商品価値の差分の合計を支払う。ただしガソリンスタンド等には、前記の他に蓄電池の売買（叉は借用、返却の手続きでもよい）の手続きが生じる。つまり追加したガソリンスタンド等には販売した額が払い込まれ、取り外したガソリンスタンド等は購入した額を払い込む。これは、自動車使用者のキャッシュカード等を介して行われ、自動車使用者は差引ゼロとなり、自動車使用者の支払額は、前記の額のみとなる。
【０００７】
次に、現在の技術で実現可能な具体的な数値を使って説明する。
蓄電池１は、低価格で高出力密度の鉛蓄電池［２４０Ｖ、７５ＡＨ（１８ｋＷ／ｈ）］を使用し、蓄電池２は、エネルギー密度の高いリチウムイオン蓄電池［３６０Ｖ２０Ａｈ７．２ｋＷ］を使用し、その容量は蓄電池１の２／５以下とする。蓄電池２の外形は、３０×４０×２０（ｃｍ）程度、重量は、６０ｋｇ程度であるので、簡易な手動のリフトカーで蓄電池２の交換作業は可能と考えられる。この場合の１充電走行距離は約１７０ｋｍ｛［１８＋７．２×０．９（充電効率９０％とした）］×７＝１７１．３６｝となる。そして、蓄電池１の容量がほぼ３７．５Ａｈ（９ｋＷ）になった時、蓄電池２の放電つまり蓄電池１への充電が始まるこの電流は蓄電池２には１Ｃの放電電流で、蓄電池１には０．４Ｃ程度の充電電流に相当するので、この充電による、蓄電池１の劣化は殆どないと考えられる。
ここで、この方式による費用の概算をしてみる。
１ヶ月の走行距離を８００ｋｍ、この内、１日の走行距離２５０ｋｍを１回、その他を１００ｋｍ以内とし、蓄電池２の寿命を充放電１，０００回、価格を８０万円とする。また、交換の手数料を１回７００円（時給４、２００÷６＝７００）ガソリンスタンド等の利益等を５００円、取り付け及び取り外しの手数料を４００円及び充電費用を電気代４３．２円（７．２×６＝４３．２）に管理費２０１．８円を加えて２４５円とする。また、交換する蓄電池は、製造年月が同じで、充放電回数も同じとすると、経過日数は無視できて、
交換費用は
７００＋２４５＋５００＋８００、０００／２、０００＝１，８４５（円）
追加費用は４００＋５００＝９００（円）
取り外し費用は
４００＋２４５＋５００＋８００，０００／２，０００＝１，５４５（円）
この場合の１ヶ月の費用は、交換費用が２回、追加、取り外し費用が各１回で、
その費用は、６、１３５円となり、これに残りの走行距離（８００−２５０＝５５０ｋｍ）の電気代５５０÷７×６（夜間の１ｋＷの価格）＝４７１となり、合計６、６０６円となる。ガソリンの場合は８００÷８×１００＝１０，０００円となり、ガソリン車より安くなる。さらに、１日の走行距離が全て１５０ｋｍ以下の場合は、８００÷７×６＝６８６円となり、大幅にガソリン車より安くなるまた、前記のガソリンスタンド等を無人化（セルフサービス）すれば、蓄電池の交換、追加及び取り外し費用が設備の償却費のみとなり、さらに安くなる。前記の例では、５、０００円以下になると考えられ、電気自動車の利点がさらに大きくなる。以上の数値は、考え方を説明するのに使用した値で、実際の値は、種々の角度から詳細に検討した別の値となるが、大幅の差はないと考える。
無人のガソリンスタンド等の実施例としては、キャッシュカード等を入れて、交換のボタンを押すと、何も乗っていないリフトカーを取り出すことができ、そのリフトカーに交換する蓄電池２をのせて、リフトカーを元の場所に入れると、別の充電済みの蓄電池２（適した商品価値の蓄電池２）が乗っているリフトカーを取り出すことができ、その蓄電池を車に乗せて、空になったリフトカーを元の位置に戻せば、キャッシュカードが取りだせるといった方法が考えられる。追加の場合は、充電済みの蓄電池２が乗っているリフトカーを取り出すことができ、取り外しの場合は、何も乗っていないリフトカーを取り出すことができ、それに蓄電池２を乗せてリフトカーを元の場所に入れると、キャッシュカードが取りだせる。キャッシュカードは、使用する自動車等を担保とした専用のものが望ましい。これにより、交換の場合のの商品価値の差額及び追加返却による大きな額のお金の動きはキャンセルされ、実際の支払いは、前記の額となる。
蓄電池２の収容場所によっては、自動化も可能である。
【０００８】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、自動車本体への充電なしで、１充電走行距離に関係なく、いかなる遠距離でも、蓄電器２の交換、追加によって走行可能である。蓄電池２は、電力のパックと考えられる。
【０００９】
燃料費もガソリン車より非常に安価である。
【００１０】
蓄電池２の数も、自分の走行距離にあった数を搭載すれば良く、通常の走行距離が短い場合は、０でもよい。これにより、自動車の価格も安くなり、重量も軽くなるため、燃費も良くなるという利点がある。
【００１１】
充電に夜間の電力を使用するので、電力消費のバランス化に貢献するとともに燃料消費において何も排出しないので、環境改善になる。燃料電池は、水を排出するので、環境改善になると考えられているが、燃料自動車が多くなると、水の排出が多くなり、気候の変化が起こるのではないかと危惧されるので、環境改善には、最も良いと考えられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
【符号の説明】
１ コネクタ（本体叉は充電器用）
２ コネクタ（蓄電池２用）
３ 接続検知回路
４ 充放電回数計測・制御回路
５ スイッチ回路及び電流制御回路
６ 蓄電池（主にリチウムイオン蓄電池）
７ スイッチ回路

Claims (3)

1. 蓄電池の電力にて走行する自動車の蓄電池において、当該蓄電池への充電を検知し、製造時からの充電回数を記憶する回路を有する半導体集積回路を備えていることを特徴とする蓄電池
2. 製造時からの経過時間を計測し、その時間を記憶する回路、充電の制御回路、過充電を防止する回路、過放電を防止する回路、残容量を検知してその値を記憶する回路、蓄電池の性能を表す係数を記憶する回路および自動車本体叉は所定の充電器に接続されていることを検出して蓄電池の出力を『接』にする回路の一つ以上の回路を有することを特徴とする請求項１の蓄電池
3. 従来の電気自動車に使用されている主電池（以降蓄電池１とする）を充電することを特徴とする請求項１、２の蓄電池（以降蓄電池２とする）及びこれらの蓄電池の出力によって走行する電気自動車

Images