JP2010172122A - バッテリ交換装置及びバッテリ交換方法 - Google Patents

Abstract

【課題】バッテリのポテンシャルを有効活用する。
【解決手段】制御部６が、バッテリ交換の際に引き取った使用済みバッテリ１１を構成する複数の電池モジュールの劣化状態を測定し、測定結果に基づいて各電池モジュールにランクを付与し、ユーザからのバッテリの交換要求に応じて、バッテリデータベース４から交換要求を満足するランクの電池モジュールを検索し、検索された電池モジュールを組み合わせることにより交換要求を満足する交換用バッテリ２１を構成する。これにより、劣化状態を考慮して複数の電池モジュールを組み合わせることにより交換用バッテリ２１を構成できるので、バッテリのポテンシャルを有効活用することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、電気自動車等の車両に搭載されたバッテリを再利用するためのバッテリ交換装置及びバッテリ交換方法に関する。

従来より、電気自動車に搭載されたバッテリを交換する必要性が生じた際、バッテリ集積所に使用済みのバッテリを返還し、バッテリ集積所において交換用バッテリを入手して電気自動車に装着するように構成された、バッテリ交換システムが知られている。

特開２００１−５７７１１号公報

従来のバッテリ交換システムは、バッテリを構成する複数の電池モジュールの状態を考慮せずに使用済みのバッテリを充電して交換用バッテリとして再利用する構成になっている。このため従来のバッテリ交換システムによれば、劣化した電池モジュールの充電状態（State Of Charge : SOC）に他の電池モジュールの充電状態を合わせる必要が生じる等、劣化した電池モジュールの影響によって交換用バッテリ全体の性能が低下し、その結果、バッテリのポテンシャルを有効活用できないことがある。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、その目的はバッテリのポテンシャルを有効活用することが可能なバッテリ交換装置及びバッテリ交換方法を提供することにある。

本発明は、バッテリ交換の際に引き取った使用済みバッテリを構成する複数の電池モジュールの劣化状態を測定し、測定結果に基づいてユーザからのバッテリの交換要求を満足する電池モジュールを選択し、選択された電池モジュールを組み合わせることにより、ユーザからのバッテリの交換要求を満足する交換用バッテリを構成する。

本発明によれば、劣化状態を考慮して複数の電池モジュールを組み合わせることにより交換用バッテリを構成するので、バッテリのポテンシャルを有効活用することができる。

本発明の実施形態となるバッテリ交換装置の構成を示すブロック図である。 バッテリの内部構成の一例を示す模式図である。 本発明の実施形態となるバッテリ交換処理の流れを示すフローチャート図である。 時間経過に伴う電池モジュールの自己放電量の変化の一例を示す図である。 時間経過に伴う電池モジュールの劣化度の変化の一例を示す図である。 劣化度と自己放電量に基づく電池モジュールのランク分けの一例を示す図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態となるバッテリ交換装置及びそのバッテリ交換方法について説明する。

〔バッテリ交換装置の構成〕
始めに、図１を参照して、本発明の実施形態となるバッテリ交換装置の構成について説明する。

本発明の実施形態となるバッテリ交換装置１は、図１に示すように、恒温槽２，モジュール編成機３，バッテリデータベース４，車両データベース５，及び制御部６を主な構成要素として備える。恒温槽２は、使用済みバッテリ１１の充放電設定及び特性確認を均一な温度環境下で実施するための設備である。なお本実施形態におけるバッテリ３０（使用済みバッテリ１１，交換用バッテリ２１）は、図２に示すように、複数の電池モジュール３１により構成されている組電池であり、各電池モジュール３１はさらに複数の電池３３により構成されている。また本実施形態におけるバッテリ３０は、固有の識別情報（固有ＩＤ）及び使用履歴に関する情報を記憶するメモリ（図示せず）を内蔵する。

恒温槽２は、電圧調整装置１２と電圧センサ１３を有する。電圧調整装置１２は、使用済みバッテリ１１を構成する電池モジュールの充放電設定を行うための装置である。電圧センサ１３は、使用済みバッテリ１１を構成する電池モジュールの充電状態（劣化度及び特性ばらつき）及び充電完了後の自己放電特性を測定するための装置である。モジュール編成機３は、バッテリの交換を希望するユーザから送信される予約情報に基づいて、交換用バッテリ２１のポテンシャルを最大限に発揮できる電池モジュール３１の組み合わせを編成する装置であり、電圧調整装置２２を備える。

バッテリの交換を希望するユーザから送信される予約情報（交換要求）には、交換用バッテリ２１を搭載する車種，希望する交換用バッテリ２１の電池種（リチウムイオン電池やニッケル水素蓄電池等），電池モジュール３１のランク（詳しくは後述），ＳＯＣ，及び交換希望日時に関する情報が少なくとも含まれる。電圧調整装置２２は、予約情報内に含まれるＳＯＣに合わせて交換用バッテリ２１を構成する電池モジュール３１の充放電設定を行う。

バッテリデータベース４は、恒温槽２で充放電設定した使用済みバッテリー１１に付与されている固有ＩＤ及びその特性確認結果を関連づけして記憶する。車両データベース５は、電池モジュール３１の必要搭載数，交換用バッテリー２１の定格容量，及び冷却システム構成（バッテリ冷却風が電池モジュール３１に当たる順序：冷却効率が高い電池モジュール３１の順序）に関する情報を車種毎に記憶する。制御部６は、バッテリ交換装置１全体の動作を制御する。

〔バッテリ交換処理〕
このような構成を有するバッテリ交換装置１は、以下に示すバッテリ交換処理を実行することにより、バッテリ全体のポテンシャルを有効活用するように交換用バッテリ２１を編成する。以下、図３に示すフローチャートを参照して、このバッテリ交換処理を実行する際のバッテリ交換装置１の動作について説明する。

図３に示すフローチャートは、ユーザやサービス業者から使用済みバッテリ１１を受領したタイミングで開始となり、バッテリ交換処理はステップＳ１の処理に進む。

ステップＳ１の処理では、制御部６が、使用済みバッテリ１１に内蔵されているメモリから固有ＩＤ及び使用履歴に関する情報を取得した後（個別チェック）、使用済みバッテリ１１を恒温槽２内の電圧調整装置１２に設置する。これにより、ステップＳ１の処理は完了し、バッテリ交換処理はステップＳ２の処理に進む。

ステップＳ２の処理では、制御部６が、電圧調整装置１２を制御することにより、ステップＳ１の処理により電圧調整装置１２に設置された使用済みバッテリ１１の充電を開始する。これにより、ステップＳ２の処理は完了し、バッテリ交換処理はステップＳ３の処理に進む。

ステップＳ３の処理では、制御部６が、電圧センサ１３を制御することにより、使用済みバッテリ１１を構成する各電池モジュール３１の劣化度及び特性ばらつきを測定する（状態チェック）。これにより、ステップＳ３の処理は完了し、バッテリ交換処理はステップＳ４の処理に進む。

ステップＳ４の処理では、制御部６が、電圧調整装置１２を制御することにより使用済みバッテリ１１の充電を停止した後、電圧センサ１３を制御することにより所定時間内における各電池モジュール３１の電圧値の時間変化を所定時間内における自己放電量として測定する（自己放電チェック）。これにより、ステップＳ４の処理は完了し、バッテリ交換処理はステップＳ５の処理に進む。

ステップＳ５の処理では、制御部６が、ステップＳ３の処理により測定された劣化度及びステップＳ４の処理により測定された自己放電量に応じて各電池モジュール３１のランク分けを行う。具体的には、自己放電量及び劣化度は図４及び図５に示すように使用時間の経過と共に大きくなる。そこで制御部６は、自己放電量及び劣化度が大きくなるにつれてランクがランクＡ，ランクＢ，ランクＣ，ランクＤ，ＮＧ（再利用不可）の順に低下する図６に示すようなマップを予め保持し、ステップＳ３の処理により測定された劣化度及びステップＳ４の処理により測定された自己放電量がどのランクに対応するのかをマップから検索することにより各電池モジュール３１をランク分けする。なお電池モジュール３１のランクは、例えばランクが低い電池モジュール３１により構成された交換用バッテリ１１の費用は安くする等して、バッテリー交換費用に反映される。またランクがＮＧとなった電池モジュール３１は、要求出力を満足する車両システムに利用して資源を有効活用することが望ましい。これにより、ステップＳ５の処理は完了し、バッテリ交換処理はステップＳ６の処理に進む。

ステップＳ６の処理では、制御部６が、ステップＳ３の処理により測定された特性ばらつきを参照して、各電池モジュール３１の特性ばらつきが所定の数値範囲内にあるか否かを判別する。そして判別の結果、特性ばらつきが所定の数値範囲内にない電池モジュール３１がある場合、制御部６はバッテリ交換処理をステップＳ７の処理に進める。一方、全ての電池モジュール３１の特性ばらつきが所定の数値範囲内にある場合には、制御部６はバッテリ交換処理をステップＳ８の処理に進める。

ステップＳ７の処理では、制御部６が、電池モジュール３１がニッケル水素蓄電池により構成されていればトリクル充電，リチウムイオン電池により構成されていれば容量調整を行うことにより、電池モジュール３１の特性ばらつきが所定の数値範囲内になるように制御する。一般に、電池モジュールの特性ばらつきが大きいと、交換用バッテリ２１全体で使用可能な電池容量が制限され、結果として交換用バッテリ２１を搭載した車両の走行可能距離や燃費が制限される。従って、特性ばらつきを所定の数値範囲内に調整することにより、車両の走行可能距離や燃費の制限を抑制することができる。これにより、ステップＳ７の処理は完了し、バッテリ交換処理はステップＳ８の処理に進む。

ステップＳ８の処理では、制御部６が、バッテリの交換を希望するユーザから送信された予約情報を受信し、交換用バッテリ２１を搭載する車種，希望するバッテリの電池種，電池モジュール３１のランク，ＳＯＣ、及び交換希望日時に関する情報を抽出する。これにより、ステップＳ８の処理は完了し、バッテリ交換処理はステップＳ９の処理に進む。

ステップＳ９の処理では、制御部６が、車両データベース５を参照して交換用バッテリ２１を搭載する車種における電池モジュール３１の必要搭載数，交換用バッテリー１１の定格容量，及び冷却システム構成に関する情報を抽出し、バッテリデータベース４を参照して、車両データベース５から抽出された情報とステップＳ８の処理において受信した予約情報に適合する電池モジュール３１の固有ＩＤを検索する。そして制御部６は、モジュール編成機３を制御することにより、車両の冷却システム構成を考慮して検索された固有ＩＤに対応する電池モジュール３１を組み合わせることにより交換用バッテリ２１を構成する。具体的には、制御部６は、バッテリの冷却風の風向を考慮して、劣化度が相対的に大きい電池モジュール３１を風上から順に配置するようにモジュール編成機３を制御する。これにより、ステップＳ９の処理は完了し、バッテリ交換処理はステップＳ１０の処理に進む。

ステップＳ１０の処理では、制御部６が、電圧調整装置２２を制御することにより、ステップＳ８の処理により受信した予約情報内で規定されているＳＯＣに合わせてステップＳ９の処理により構成された交換用バッテリ２１の充放電設定を行う。これにより、ステップＳ１０の処理は完了し、一連のバッテリ交換処理は終了する。

以上の説明から明らかなように、本発明の実施形態となるバッテリ交換処理によれば、制御部６が、バッテリ交換の際に引き取った使用済みバッテリ１１を構成する複数の電池モジュール３１の劣化状態を測定し、測定結果に基づいて各電池モジュール３１にランクを付与し、ユーザからのバッテリの交換要求に応じて、バッテリデータベース４から交換要求を満足するランクの電池モジュール３１を検索し、検索された電池モジュール３１を組み合わせることにより交換要求を満足する交換用バッテリ２１を構成する。そしてこのような構成によれば、劣化状態を考慮して複数の電池モジュール３１を組み合わせることにより交換用バッテリ２１を構成し、必要に応じて性能が低下している電池モジュール３１のスクリーニングを行うこともできるので、バッテリのポテンシャルを有効活用することができる。

また本発明の実施形態となるバッテリ交換処理によれば、制御部６は、複数の電池モジュール３１の劣化状態と合わせて自己放電特性を測定し、劣化状態と自己放電特性に基づいて各電池モジュール３１にランクを付与する。このような構成によれば、各電池モジュール３１の状態をより正確に把握することができるので、複数の電池モジュール３１をより最適に組み合わせて交換用バッテリ２１を構成し、バッテリのポテンシャルを有効活用することができる。

また本発明の実施形態となるバッテリ交換処理によれば、制御部６は、複数の電池モジュール３１の容量ばらつきを測定し、容量ばらつきが所定値以上である電池モジュール３１の容量ばらつきを補正するので、バッテリのポテンシャルをより有効活用することができる。

また本発明の実施形態となるバッテリ交換処理によれば、制御部６は、交換用バッテリ２１を搭載する車両におけるバッテリを冷却する冷却風の風向を考慮して電池モジュール３１の配置を決定するので、バッテリのポテンシャルをより有効活用することができる。

本発明に係るランク分け手段，検索手段，編成手段，及び補正手段は制御部６に対応する。

以上、本発明者らによってなされた発明を適用した実施の形態について説明したが、この実施形態による本発明の開示の一部をなす記述及び図面により本発明は限定されることはない。すなわち本実施形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施の形態、実施例及び運用技術等は全て本発明の範疇に含まれる。

１：バッテリ交換装置
２：恒温槽
３：モジュール編成機
４：バッテリデータベース
５：車両データベース
６：制御部
１１：使用済みバッテリ
１２，２２：電圧調整装置
１３：電圧センサ
２１：交換用バッテリ

Claims (5)

1. バッテリ交換の際に引き取った使用済みバッテリを構成する複数の電池モジュールの劣化状態を測定し、測定結果に基づいて各電池モジュールにランクを付与するランク分け手段と、
   前記ランク分け手段によって付与されたランクに関する情報を電池モジュール毎に記憶するバッテリデータベースと、
   ユーザからのバッテリの交換要求に応じて、前記バッテリデータベースから当該交換要求を満足するランクの電池モジュールを検索する検索手段と、
   前記検索手段により検索された電池モジュールを組み合わせることにより、前記交換要求を満足する交換用バッテリを構成する編成手段と
   を備えることを特徴とするバッテリ交換装置。
2. 請求項１に記載のバッテリ交換装置において、
   前記測定手段は、前記複数の電池モジュールの自己放電特性を測定し、劣化状態と自己放電特性に基づいて各電池モジュールにランクを付与することを特徴とするバッテリ交換装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載のバッテリ交換装置において、
   前記測定手段は、前記複数の電池モジュールの容量ばらつきを測定し、容量ばらつきが所定値以上である電池モジュールの容量ばらつきを補正する補正手段を備えることを特徴とするバッテリ交換装置。
4. 請求項１乃至請求項３のうち、いずれか１項に記載のバッテリ交換装置において、
   前記編成手段は、前記交換用バッテリを搭載する車両におけるバッテリを冷却する冷却風の風向を考慮して前記電池モジュールの配置を決定することを特徴とするバッテリ交換装置。
5. バッテリ交換の際に引き取った使用済みバッテリを構成する複数の電池モジュールの劣化状態を測定し、測定結果に基づいて各電池モジュールにランクを付与するランク分け工程と、
   ユーザからのバッテリの交換要求に応じて、当該交換要求を満足するランクの電池モジュールを検索する検索工程と、
   前記検索工程により検索された電池モジュールを組み合わせることにより、前記交換要求を満足する交換用バッテリを構成する編成工程と
   を有することを特徴とするバッテリ交換方法。

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