JP2014204657A - 工事用可搬性蓄電池電源の盗難抑制装置 - Google Patents

Abstract

【課題】可搬性蓄電装置のための盗難抑制装置を提供する。【解決手段】工事用に独立して設置される蓄電池装置に於いて、入出力に無線、有線としてＵＳＢポート２７さらにＧＰＳモジュール２４を備え、ＣＰＵ２９を搭載して当該蓄電池の使用状態をリアルタイムで管理する手段を備える。放電あるいは充電時には、最初に当該蓄電池の有効使用期間が照合され、次に当該畜電池に内蔵されたＧＰＳモジュール２４での位置情報を基に、予め許可された放電あるいは充電エリアをプログラムで識別し、放電あるいは充電の可否の判断をする機能を備える。さらに暗証コードが要求され、コードの照合が出来ないと放電あるいは充電機能が作動出来ないように設定する。そして、これらの機能が蓄電池の外装筐体に明示されることによって盗難が抑制される。【選択図】図２

Description

発明の詳細な説明

従来、充放電可能な電池としては１００年以上の歴史がある鉛蓄電池が代表的なものであった。現在でも自動車用をはじめ、無停電電源等に広く使われているが、容積が大きく重く、さらに、低温特性が悪いことなどの短所があるのにもかかわらず、大量に使用されているのは、容量当たりの価格が他の二次電池に対して、圧倒的に安いこと、大電流の放電が可能なためである。近年登場した新しい畜電池としては、ニッカド電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池などがあり、それぞれ特徴がある。そして１９９０年代には現在主流となっているリチウムイオン電池が登場した。

ニッケル水素電池はニッカド電池に似た特性を有するものとして登場し、ニッカド電池で大きな問題となっているメモリー効果は、ニッケル水素電池においては、一度、深放電させれば解消するといわれており、容積容量密度はリチウムイオン電池と同等であり、かつリチウムイオンより安価であることから、ノートパソコンの廉価版等に多量に使用された。しかし、メモリー効果は程度の差はあれ実用的には問題となり、また重量容量密度が劣っている（同容量のリチウムイオン電池に比較して、重い）ため、現在はリチウムイオンが主流となってきている。

工事現場においては、夜間道路工事の広い範囲の照明や手元作業用照明、安全誘導用の照明、規制表示に、また、同じく照明を必須とするトンネル工事等において、これらに必要な電力供給のために、従来のガソリンや重油などの化石燃料を使う発動機型発電機から、自然環境への影響の少ない蓄電池型電源あるいは蓄電池型照明機器等を用いることで、なるべく化石燃料を使わず二酸化炭素排出量を減らし、騒音が発生しない、環境に配慮された現場が望まれている。リチウムイオン蓄電池の登場により、軽くて可搬性に優れ、かつ大容量の、現場で使えるものが出てきた。一方、蓄電池が小型軽量になったことで盗難の可能性が増大した。

先行技術

特許文献１には、車両などの電池搭載機器および盗難防止装置が搭載された蓄電池に於いて盗難防止のために盗難防止センサを備えて盗難を検知する。防止センサは加速度を検知して、検知後に盗難防止信号を発する。盗難防止信号は、車輛の場合はエンジン停止信号あるいはハンドルロック信号等が発生される。
これらの盗難防止装置は、蓄電池を搭載している車両等の盗難を防止する物が多く、蓄電池そのものの盗難防止装置ではない。
公開特許公報 特開 ２００３−１３２９５４

従来、電力容量が１ＫＷｈで重量が３０Ｋｇ以下の可搬性の蓄電池装置が工事用現場で使用される例は少なかった。従来主流の鉛蓄電池では、重さ当たりの電力容量はリチウムイオン電池の４倍から５倍になるので、１ＫＷｈの電力容量では、蓄電池の重量が１００Ｋｇ程度になってしまい、可搬性に乏しく移動させるのには機動力を必要とした。この結果盗難防止には、比較的単純な機械的装置で充分であった。

しかし、最近リチウムイオン電池で小型軽量の蓄電池が商品化されると、１ＫＷｈの電力容量のもので２０Ｋｇ以下の重量になり可搬性も飛躍的良くなり、また、リチウムイオン電池は高価な商品ですので、盗難防ぐために本格的な機構を蓄電池に備える必要に迫られた。

また、リチウムイオン電池は温度や使用条件によってその寿命が左右されることもあり、使用履歴や使用環境条件を記録することはその電池の維持管理にとって重要な事項となった。

このように小型軽量で可搬性の優れた独立して設置された蓄電池装置の盗難防止装置として、本発明では蓄電池の放電あるいは充電動作の可否を判断する機能を、当該蓄電池に備え、同時にその機能があることを当該蓄電池の筐体の外側に明示して、盗難抑制装置とした。

課題を解決する手段

第一の方法として、放電あるいは充電を始める時に、蓄電池の内部に保存された電子的な有効使用期間と充放電可能エリアは、ＧＰＳモジュールを通して当該蓄電池の置かれている場所と時刻を認識して、電子的に自動的に照合する機能を有する。

そして、さらに外部から、無線あるいは有線ポートをとして入力した暗証コードを、予め記憶させた暗証コードと照合する機能を備え、これら三つの事項が照合出来れば、蓄電池の放電あるいは充電動作が可能となる機能を備えさせた。これにより盗難抑制を可能とした。

蓄電池では、完全に放電した場合電力供給が無くなってしまうので、この時の特別な処理を備える必要がある。本発明ではＧＰＳからの現在の時刻と現在の位置情報を使い完全放電をした場合でも、盗難抑制装置が機能するようにした。

発明の実施するための形態

本発明は、蓄電池の放電あるいは充電の機能、一方を制御して、当該蓄電池の盗難抑制装置としているが、技術的には充電機能を制御する方が放電機能を制御するよりも優れている。その理由は、放電を制御する方式では放電時に盗難抑制回路を動作させるので、その分余分な電力を蓄電池に蓄えられた電力から使う。貴重な当該蓄電池の電力を本来の目的以外の用途に消費することになり無駄が発生する。
また、放電時は緊急事態になる場合もあり、放電時に制御をすることは使用上好ましくない事態もあるので、蓄電池の使用目的から、盗難抑制装置は充電時に動作させるのが好ましい。このことから、以降の技術説明に於いては原則的に充電時に盗難抑制装置を作動させる場合を述べる。当然、述べられる充電機能への制御は、同様な技術で放電機能の制御へ適用できる。

発明の具体的な説明

図１にリチウムイオン蓄電池の全体のブロック図を示す。
複数の電池セルを安全に管理するために。電池制御（５）が常に作動して、安全（５ａ）と電池の残量（５ｂ）等を管理している。そして電池制御システム（５）は放電（３）と充電（４）の制御を実行する。図１のブロック図の中に、盗難抑制装置を本発明では付け加える。

図２は盗難抑制機能を実装した蓄電池のブロック図を示す。蓄電池（バッテリーブロック２３）には無線（２５）、有線ＵＳＢ（２７）とＧＰＳモジュール（２４）と通信出来る入出力ポート（２６）が備えられている。同時にＥＥＰＲＯＭ（２８）を備えてＣＰＵ（２９）とも通信出来る。無線通信（２５）、ＵＳＢ（２７）端子は両方が必要なわけではなく、最低一つあれば盗難抑制装置は作動する。

満充電された本発明の盗難抑制装置が供えられた蓄電池に、予めＥＥＰＲＯＭ（２８）に蓄電池を使う前に、当該蓄電池の有効使用期間（２８ａ）、充電可能エリア（２８ｂ）、放電可能エリア（２８ｃ）と暗証コード（２８ｄ）を外部から、無線あるいは有線の通信で、タブレット端末等から書きこむ。その後の蓄電池を現場に運び、使用する場合は、放電動作は特に制限されない。有効期間は１日単位で入力できる。充電可能エリアと放電可能エリアは、目的とした地図上の２点の緯度と経度を入力して、この２点を対角とした正四角形を目的とする可能エリアと決める。
ここで放電可能エリアを指定するのは、完全放電した時の場合を想定している。

工事現場で蓄電池が通常に使用された後、当該蓄電池は所定の充電可能エリアに移動されて充電が行なわれる。図２に示されるように充電は、充電器（２１）が接続され、同時に、無線か有線のスマートフォンやタブレット等の携帯端末を接続して、蓄電池の充電動作を許可あるいは禁止するためのアプリケーションを立ち上げる。その後、制御スイッチ（２２）がＯＮされる。この制御スイッチＯＮの信号がＣＰＵ（２９）に伝えられ、本発明による盗難抑制装置のプログラムが始動する。プログラムは自動的に、当該蓄電池のＧＰＳモジュール（２４）から得られる現在の日付け（時刻）をＥＥＰＲＯＭ（２８）にある記憶させていた有効使用期間（２８ａ）と照合して、充電の可否を判断する。有効期限外の時は、「有効期限が過ぎている」旨の情報を繋げられた端末に表示する信号を出力する。

ＧＰＳモジュール（２４）で認識された現在の日付けが充電有効期限の中で有れば、プログラムはＧＰＳモジュール（２４）の情報から現在の位置を認識して、それがＥＥＰＲＯＭ（２８）に記憶された充電可能エリア（３２ａ，３２ｂ，・・・）かを照合して、充電可否の判断をする。充電可能エリアの外側の場合は、接続された端末に「充電可能エリアの外側にある」旨の情報を出力する信号を出す。

照合の結果が充電可能エリアの中の時は、次のステップに進む。端末側に暗証コードの入力を要求する。当該蓄電池の決められた暗証コードを入力することで充電動作がスタートする。

暗証コード（２８ｄ）情報を入力する端末は、現場という特性上から携帯利便性が良いものが求められ、スマートフォンやタブレット等の携帯端末が使える。これらは、Ｗｉｆｉ方式等の無線機能（２５）、ＵＳＢ（２７）のポートどちらも装備している。携帯端末側には、蓄電池の充電動作を許可あるいは禁止するためのアプリケーションがインストールされなければならない。Ｗｉｆｉ方式の場合はダイレクト接続等の接続手段を使って通信を行う。ＵＳＢ（２７）の場合は、端末側がＵＳＢデバイス、蓄電池側がホスト）となって接続し、同様に通信を行う。基本的にはアプリケーションから暗証コードを打ち込んで照合処理を蓄電池側で実行する動作となるが、複存されたコードの一つを単に送信するプログラムでも良い。

以上、本発明の盗難抑制装置では、充電開始の為の照合を、有効使用期限、充電可能エリアと暗証コードと３段階に設定したが、当該プログラムの僅かの変更によって容易に照合段階を変更できる。当該蓄電池の使用状況によっては、３つの中の一段階の有効使用期間だけの照合だけにすることも、他の何れの２段階を選ぶこともできる。

図３にＧＰＳを利用して蓄電池の充電の動作エリアを限定する場合の概念図を示す。
図２に示したように、蓄電池本体にＧＰＳモジュール（２４）を装備し、蓄電池自体の位置情報を、僅かな電力を使って定期的に取得する。蓄電池自体に充電可能エリアを複数個（３２ａ，３２ｂ，・・・）と放電可能エリア（３３ａ、・・・）を位置情報として、携帯端末やＰＣ等を使ってＥＥＰＲＯＭ（２８）に予め設定・保存しておく。プログラムとＣＰＵ（２９）により、充電動作を許可された複数のエリアに自分が存在しているかどうかの判断処理を定期的（１０分間隔程度）で実行する。充電可能エリア内（３２ａ，３２ｂ，・・）であれば、充電動作を許可し、エリア外であれば、充電動作を禁止する。充電可能エリア（３２ａ，３２ｂ，・・）を最小３０ｍ四方程度に充分に小さくすることで、この機能は盗難抑制機能になる。また、許可エリア外に持ち出されことが処理結果から判明した場合、ブザーや音声等の連呼手段で警告すると抑制効果が大きいと考える。蓄電池をレンタルする場合、機器を使用する場所を限定できるので、又貸し抑止や不正使用等抑止の対策に対応出来る。

畜電池が完全放電した場合の処理は、蓄電池自体が動作しないためリアルタイムに照合ができない。しかし、完全放電した場所がどこであったかは動作時に定期的（１０分間隔）に保存位置情報を保存しているので、最後の放電位置情報が何処であったかメモリーを辿ることで、知ることが出来る。

完全放電した場合、蓄電池内のメモリに格納された完全放電前の最後の位置情報が、放電許可エリア（３３ａ、・・・）であれば、次回の充電動作は許可されるとする。完全放電した位置が放電許可エリア外であった場合、エリア外に持ち出されたと判断して、次回の充電を禁止するように充電動作の可否設定をする。蓄電池に充電器を接続すると処理回路や制御回路は給電されて処理プログラムが開始することにより、充電可能エリア内に蓄電池自体が存在していることが判別できた場合、蓄電池は充電禁止動作を解除する。さらに、暗証コードの照合により充電禁止動作を停止させることも可能とする。以上により、バッテリーが完全放電をして、処理回路や制御回路が電源を失ったとしても盗難抑制機能は作動する。

発明の効果

図４には、本発明の蓄電池の外装筐体（４０）と当該筐体に盗難抑制を趣旨とした警告文「このバッテリーを充電するには暗証コードが必要です。また、決められた地区でしか充電出来ません。」の例を示す。このような警告文によって、当該蓄電池は盗んでも、暗証コードが解らなければ充電が出来ないことが理解され、盗難が抑制される。この警告文が明示されることは重要で必要なことになる。

蓄電池内に使用期間内の充放電データと環境指数データの計算処理や記録を行う補助機能を備えることによって、工事期間における環境指数データの把握が容易になる例を以下に示す。

建設現場での温室効果ガス削減への取り組みは、まず設計書等から、工事概要、機械・電気設備の仕様及び使用台数、使用期間、使用時間などＣＯ２排出量を算定するために必要な情報を収集し、ＣＯ２削減が効果的な工種と機械を絞って対策を立て、対象工種での建設機械からの標準的なＣＯ２排出量の算出と、対象工種でのＣＯ２削減計画を策定し、計画に基づいたＣＯ２排出量の算出を行う。これら「設計値」と「計画値」の差から当該現場のＣＯ２削減量を算出し、管理する機械の実稼働時間または稼働に要した燃料／電力数量を管理して、目標に対する進捗報告を行う、といった一連の作業が行われる。実施結果は記録され評価データとして使われる。

電動機（電気設備）による排出量の算定は電動機や照明等の電気設備の排出量は，内燃機関による排出量の算定式の「燃料使用量」を「使用電力量」に置き換えて算出する。ＣＯ２排出量（ｋｇ−ＣＯ２）＝使用電力量（ｋｗｈ）×ＣＯ２排出原単位（ｋｇ−ＣＯ２／ｋＷｈ）
使用電力量（ｋＷｈ）＝総稼働時間（ｈ）×実負荷出力（ｋＷ）
ここで実負荷出力は、定格出力に負荷率を乗じて算出する。 （１）
（１）ＣＯ_２排出原単位：環境省施行令排出係数一覧表（燃料別排出原単位）
ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｃｎｖ．ｇｏ．ｊｐ／ｃａｒｔｈ／ｏｎｄａｎｋａ／ｓａｎｔｃｉｈｏ／０２．ｐｄｆ

使用電力量の正確で緻密な管理が行われることによって、ＣＯ２排出量など環境指数データの正しい把握、そして今後の削減計画が可能となる。蓄電池は充電器によって充電されるが、充電を行う場所が必ずしもいつも同じ場所であって電力量が正確に把握できるとは限らないし、蓄電池を多く使用する現場においてはますます電力管理が煩雑となる。そこで、蓄電池本体に出力電流と出力電圧などを一定時間おきに記録するとともに、工事開始から工事終了までの期間の積算処理を行いメモリに保存しておく。工事開始時に積算処理をスタートする設定を行い、終了時に積算処理をストップする設定を行い、必要時にデータを蓄電池から外部へ読み出す。また、電力積算データのみならず、予め蓄電池内部へＣＯ２排出原単位をパラメータとしてＥＥＰＲＯＭ（２８）へ書き込んでおけば、内部処理してＣＯ２排出量として取り出すことは容易であり、データ使用者としては即時使用できるデータとなって便利である。
その他、工期中の充放電に関する電力データを取り出すことによって、節電を始めとする電力管理や期間中の変化を把握することも可能となる。

リチウムイオン蓄電池の全体のブロック図 盗難抑制機能を実装した全体のブロック図 ＧＰＳを利用した充電可能エリアと使用可能エリアの限定する概念図 盗難を抑制する注意書き

Claims (5)

1. 充放電が可能な、独立して設置される可搬性蓄電池（バッテリー）装置に置いて、前記蓄電池の現在の使用状態に相当する状態値を管理する手段及び、前記蓄電池が予め決められた有効使用期間の範囲にあるか、予め限定されたエリアでしか放電あるいは充電動作する機能を備えて、さらに前記蓄電池の暗証コードが照合されないと正規の使用者による放電あるいは充電状況でないと判断され前記蓄電池の放電あるいは充電が制限される機能を備えた工事用の蓄電池装置
2. 請求項１の蓄電池装置は有効使用期間、使用可能エリア等が予め決められ、あるいは使用する時は暗証コードの照合機能が備えられていることを蓄電池の外装筐体に明示されていることを特徴とする。
3. 請求項１と２の蓄電池装置は現在の状態値のデータ、有効試用期間や暗証コード等のデータ通信をスマートフォンなどの情報機器を使い無線あるいはＵＳＢ等の有線で通信出来ることを特徴とする。
4. 請求項１，２，と３の蓄電池装置は、放電あるいは充電時にＧＰＳスステムを利用して、予め決められた複数のエリア内に当該蓄電池が設置されているか判断し、エリア内であれば放電あるいは充電機能を作動状態にする機能を備えていることを特徴とする。
5. 請求項１，２，３と４の蓄電池装置は使用期間内の環境指数を容易に計算する補助機能を備える。例として、充放電の電力量の積算量、積算結果と設定可能な環境係数により使用積算電力、積算電力料金と積算二酸化炭素の排出量などが蓄電池装置内のメモリーに残されることを特徴とする。

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