JP3829250B2 - バッテリ交換システムのバッテリ充電制御装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動車両のバッテリを貸し出すバッテリ交換システムのバッテリ充電制御装置に係り、特に、メモリ効果による充電不良を防止するために、返却されたバッテリを定期的に放電させるバッテリ交換システムのバッテリ充電制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
電動車両の動力源であるバッテリに関して、これまでは個人所有が基本であったが、近年ではバッテリ交換システムへの関心が高まりつつある。従来のバッテリ交換システムは、バッテリ交換装置およびこのバッテリ交換装置を通信回線を介して管理する中央管理装置を備えている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
充電可能なバッテリとして普及しているニッカド系のバッテリでは、放電しきっていない状態から重畳的に充電を行う使用方法が多い。特に、家電製品等のバッテリでは、いわゆるメモリ効果によって十分な充電量を得られなくなることが知られている。このようなメモリ効果による充電不良を防止するためには、充電開始前にバッテリを予め十分に放電させるリフレッシュ放電が定期的に必要となることから、バッテリ交換システムでも、返却されたバッテリに強制的なリフレッシュ放電を定期的に行ってから充電することが考えられる。
【0004】
しかしながら、メモリ効果を防止するためであっても、このようなリフレッシュ放電は毎回行う必要はなく、所定の充電回数ごとに行えば十分である。また、バッテリ交換システムでは流通するバッテリ数が膨大であり、返却されたバッテリの中には、充電残量が比較的多いものが含まれている場合もある。したがって、返却されたバッテリの全てを無条件で一律に強制放電させると、多くのエネルギが無駄に消費されることになって好ましくない。また、放電エネルギを消費する際に多量の熱が発生するという問題もあった。
【0005】
本発明の目的は、上記した従来技術の問題点を解決し、エネルギの浪費や発熱を抑えながらバッテリのメモリ効果を効果的に防止することを可能にしたバッテリ交換システムのバッテリ充電制御装置を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために、本発明は、返却されたバッテリを貸出し可能なバッテリと交換し、返却されたバッテリを充電して貸出し可能なバッテリとしてストックするバッテリ交換システムのバッテリ充電制御装置において、返却されたバッテリをメモリ効果が解消される状態まで放電させ、この放電エネルギを他の蓄電手段に充電する充電制御手段を具備したことを特徴とする。
【0007】
上記した構成によれば、メモリ効果が生じ得る返却バッテリを放電させた際の放電エネルギを蓄積することができるので、返却バッテリの残存エネルギを有効利用することができる。
【0008】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。図1は、本発明が適用されるバッテリ交換システムの構成図であり、バッテリ充電機能を備えた無人自動バッテリ交換装置1と、無人自動バッテリ交換装置1を通信回線2を介して集中管理する中央管理装置3とにより構成される。
【0009】
このバッテリ交換システムでは、多くの地域に複数の無人自動バッテリ交換装置1が配置される。利用者が本システムを利用する場合には、例えばバッテリ交換システム会社との間で、直接または代理店等を介してバッテリ交換システム利用に関する契約を行う。利用者は、バッテリ交換システム会社から利用者登録番号(レンタルID)の設定を受ける。
【0010】
前記無人自動バッテリ交換装置1は、交換用バッテリ7が格納される格納部15と、格納部表示灯15aと、警報装置16と、ディスプレイ装置17と、可聴表示器17aと、照明機器22とを備えて構成される。
【0011】
利用者は、無人自動バッテリ交換装置1を利用する際、無人自動バッテリ交換装置1のバッテリ返却用格納部15へ使用済みバッテリ7を挿入し、無人自動バッテリ交換装置1に当該バッテリの識別番号を認識させる。無人自動バッテリ交換装置1は、使用済みのバッテリの返却を確認すると、利用者にフル充電済みのバッテリの格納位置を知らせる。利用者は、指定された格納部15に格納されているバッテリを抜き出して使用する。
【0012】
無人自動バッテリ交換装置1は、新たに貸し出すバッテリの識別番号および充電残量、並びに返却された使用済みバッテリの識別番号および充電残量等を読み取ると、通信回線2を介して中央管理装置3へ伝送をする。中央管理装置3は、伝送された情報をデータベース(D/B)に記憶する。
【0013】
図2は、前記無人自動バッテリ交換装置1の主要部の構成を示したブロック図である。なお、以下の説明では、バッテリ7をその時点での状態に応じて区別し、使用者から返却された直後の使用済みバッテリを「返却バッテリ」と表現し、返却バッテリをリフレッシュ放電させた際の放電エネルギによる充電に備えて待機中の使用済みバッテリを「待機バッテリ」と表現し、充電が完了して貸し出し可能な状態にあるバッテリを「貸出バッテリ」と表現することもある。
【0014】
無人自動バッテリ交換装置1は、深夜電力により充電される比較的大容量の備蓄バッテリ31と、バッテリ7の識別番号や充電残量を認識する情報認識手段33と、バッテリ7および備蓄バッテリ31の充電を制御する充電制御手段32と、前記情報認識手段33と中央管理装置3との間での情報伝送を制御する通信手段34とを備える。
【0015】
図3は、前記無人自動バッテリ交換装置1の機能ブロック図であり、前記と同一の符号は同一または同等部分を表している。
【0016】
情報認識手段33は、前記中央管理装置3のデータベースに記憶された各バッテリ7の充放電履歴に基づいて、当該バッテリがメモリ効果による充電不良を発生し得る状態にあるか否かを判定するメモリ効果判定部331と、返却バッテリ7aの充電残量を検知する返却バッテリ充電残量検知部332と、備蓄バッテリ31の充電残量を検知する備蓄バッテリ充電残量検知部333と、待機バッテリ7bおよび貸出バッテリ7cのストック数を判定するストック管理部334とにより構成される。
【0017】
前記充電制御手段32は、AC100VをDC24Vに変換するDC−DC変換装置49と、充電器41、42と、各充電器41、42の出力端と返却バッテリ7aおよび待機バッテリ7bとの接続を制御する切換えスイッチ48と、充電器41の入力端の接続先を切換える切換えスイッチ43と、充電器41の出力端の接続先を切換える切換えスイッチ44と、切換えスイッチ45と、前記各切換えスイッチ43、44、45、47を制御して所定の充電元と充電先とを接続する充放電ルート切換部46と、返却バッテリ7aの電極を短絡してリフレッシュ放電させるリフレッシュ部47とにより構成される。
【0018】
次いで、本実施形態の動作を図4、5のフローチャートを参照して詳細に説明する。
【0019】
ステップS101では、バッテリ7が返却されたか否かが判定され、バッテリ7が返却されると、ステップS102では、返却されたバッテリ(返却バッテリ)の充電残量が、前記情報認識手段33の返却バッテリ充電残量検知部332により、例えば返却バッテリの端子電圧に基づいて検知される。ステップS103では、返却バッテリに登録されている固有の識別番号(BAT−ID)が情報認識手段33により読み取られる。
【0020】
ステップS104では、読み取られたBAT−IDに基づいて、前記メモリ効果判定部331により中央管理装置3のD/Bが照会される。このD/Bには、各バッテリの充電履歴がBAT−IDで管理されて記憶されている。ステップS105では、メモリ効果判定部331が返却バッテリ7aの充電履歴に基づいて、当該返却バッテリ7aがメモリ効果を発生し得る状態にあるか否か、すなわちメモリ効果を解消するためのリフレッシュ放電が必要であるか否かを判定する。
【0021】
返却バッテリ7aがメモリ効果による充電不良を発生し得る状態にあるか否かは、例えば充電残量が基準量(例えば60%)以上の状態から充電された回数をD/Bに記憶しておき、その回数が所定回数に達したことを条件に判断しても良いし、あるいはリフレッシュ放電することなく重畳的に充電した回数をD/Bに記憶しておき、その回数が所定回数に達したことを条件に判断しても良い。
【0022】
このステップS105において、リフレッシュ放電が必要であると判定されると、後述する図7のステップS121へ進み、リフレッシュ放電が必要ないと判定されるとステップS106へ進む。
【0023】
ステップS106では、今回の返却バッテリ7aの充電残量が60%以上であるか否かが判定される。充電残量が60%以上であると判定されると、ステップS110では、満充電状態にある貸出バッテリ7cのストック数が前記ストック管理部334により判定され、貸出バッテリ7cのストック数が十分であれば、ステップS111において待機モードタイマをスタートさせ、ステップS112において、当該返却バッテリを待機モードへ移行させる。
【0024】
この待機モードは前記待機モードタイマがタイムオーバとなるまで継続され、待機モード中のバッテリ(待機バッテリ)には、後に詳述するように、その後に返却されるバッテリをリフレッシュ放電させた際の放電エネルギによる充電(ステップS122)のみが許可される。
【0025】
このように、本実施形態では貸出バッテリ7cのストック数が多いと、返却バッテリ7aを直ちに充電することなく待機モードに移行させ、その後に返却されるバッテリのリフレッシュ放電を待って、その放電エネルギで充電するので、バッテリ不足による貸し出し不能を生じさせることなくエネルギの有効利用が可能になる。
【0026】
一方、前記ステップS110において、貸出バッテリ7cのストック数が不十分であると判定されると、図5のステップS115では、備蓄バッテリ31の充電残量が前記備蓄バッテリ充電残量検知部333の検知結果に基づいて判定され、例えば充電残量が20%以上であれば、返却バッテリ7aを備蓄バッテリ31で直ちに充電するためにステップS116へ進み、備蓄バッテリ31の充電残量が20%未満であると、返却バッテリ7aをAC電源で直ちに充電するためにステップS117へ進む。
【0027】
ステップS116では、図8に示したように、切換えスイッチ43によって充電器41の入力端と備蓄バッテリ31とが接続され、切換えスイッチ44、48によって充電器41の出力端と返却バッテリ7aとが接続されるように、前記充放電ルート切換部46により各切換えスイッチ43、44、45、48が制御される。この結果、返却バッテリ7aには備蓄バッテリ31の蓄積エネルギが充電器41によって充電される。
【0028】
図12は、前記各充電器41、42のブロック図であり、本実施形態では、トランジスタスイッチングレギュレータタイプのDC−DC変換装置を採用している。制御部402はA点を流れる充電電流IA の監視し、充電電流IA が常に所定値に保たれるように、トランジスタ403をスイッチング制御して出力電圧Vout を制御する。
【0029】
これに対して、ステップS117では、図8の切換えスイッチ43がAC電源側のDC−DC変換装置49に接続されるので、返却バッテリ7aには、AC電源から供給されるエネルギが充電器41によって充電される。
【0030】
なお、各充電器41、42の入力段には、返却バッテリ7a、DC−DC変換装置49および備蓄バッテリ31が選択的に接続される。ここで、バッテリ7の定格電圧が24Vであれば、その端子電圧は充電量に応じて18V〜24Vの範囲で変化する。また、バッテリ7を充電する際の印加電圧を、本実施形態では端子電圧よりも12V程高く設定している。すなわち、バッテリ7の端子電圧が20Vであれば32Vを印加し、24Vであれば36Vを印加する。したがって、各充電器41、42には、少なくとも18Vの入力電圧を36Vに変換して出力し得る能力が要求される。
【0031】
一方、前記図4のステップS106において、返却バッテリ7aの充電残量が60%未満と判定されると、ステップS107では、現在の時刻が電気料金に関する深夜(22時〜翌朝の8時)および深夜以外(8時〜22時)のいずれであるかが判定される。ここで、深夜であると判定されると、前記図5のステップS117へ進み、安価な深夜電力によって返却バッテリ7aが充電される。また、深夜以外であると判定されると、ステップS108では、備蓄バッテリ31の充電残量が判定され、20%以上の充電残量があれば、返却バッテリ7aを備蓄バッテリ31で充電するためにステップS109へ進む。
【0032】
ステップS109では、前記ステップS116と同様に各切換えスイッチ43、44、45、48が制御され、備蓄バッテリ31の蓄積エネルギが充電器41によって返却バッテリ7aへ充電される。また、前記ステップS108において備蓄バッテリ31の充電残量が20%未満と判定されると、前記ステップS110へ進む。
【0033】
このように、本実施形態では返却バッテリ7aを充電する際、その時間帯が深夜電力の時間帯であればAC電源から直接充電し、深夜電力以外の時間帯であれば、予め深夜電力で充電されている備蓄バッテリ31から充電するようにしたので、安価な電力を有効利用することができる。
【0034】
なお、前記ステップS101において、バッテリの返却が検知されないと、図6のステップS131では、待機バッテリ7bのストックがあるか否かが判定され、待機バッテリ7bのストックがあると、ステップS132では、ストックされている待機バッテリ7bの待機モードタイマがタイムオーバか否かが判定され、タイムオーバでなければ図4のステップS101へ戻り、タイムオーバであるとステップS133へ進む。
【0035】
S133では、備蓄バッテリ31の充電残量が前記と同様にして判定され、例えば充電残量が20%以上であれば、待機バッテリ7bを備蓄バッテリ31で充電するためにステップS135へ進み、充電残量が20%未満であると、待機バッテリ7bをAC電源で充電するためにステップS134へ進む。
【0036】
前記ステップS135では、図9に示したように、切換えスイッチ43によって充電器41の入力端と備蓄バッテリ31とが接続され、切換えスイッチ44、48によって充電器41の出力端と待機バッテリ7bとが接続されるように、前記充放電ルート切換部46により各切換えスイッチ43、44、45、48が制御される。充電器41は備蓄バッテリ31の蓄積エネルギを待機バッテリ7bへ充電する。
【0037】
これに対して、ステップS134では、前記図9の切換えスイッチ43がAC電源側のDC−DC変換装置49に接続されるので、待機バッテリ7bにはAC電源から供給されるエネルギが充電器41によって充電される。
【0038】
一方、図4の前記ステップS105において、返却バッテリにリフレッシュ放電が必要と判定されると、図7のステップS121では、前記図4の前記ステップS112において待機モードに移行した待機バッテリ7bが存在するか否かが前記ストック管理部334により判定され、待機バッテリ7bが存在しないと、ステップS125では、備蓄バッテリ31の充電残量が前記備蓄バッテリ充電残量検知部333での検知結果に基づいて判定される。
【0039】
備蓄バッテリ31の充電残量が90%以上であると、ステップS127では、充放電ルート切換部46によりリフレッシュ部47が付勢され、返却バッテリ7aが強制的にリフレッシュ放電される。また、備蓄バッテリ31の充電残量が90%未満であると、ステップS126では、図10に示したように、切換えスイッチ44によって充電器41の出力端と備蓄バッテリ31とが接続され、切換えスイッチ45、48によって充電器41の入力端と返却バッテリ7aとが接続されるように、各切換えスイッチ43、44、45、48が制御される。充電器42は、返却バッテリ7aをメモリ効果が解消される状態まで放電させながら、その放電エネルギを備蓄バッテリ31へ充電する。
【0040】
一方、前記ステップS121において、待機バッテリ7bのストックがあると判定されると、ステップS122では、図11に示したように、返却バッテリ7aと充電器42の入力端とが接続され、充電器42の出力端と待機バッテリ7bとが接続されるように、各切換えスイッチ43、44、45、48が制御される。充電器42は、返却バッテリ7aをメモリ効果が解消される状態まで放電させながら、その放電エネルギを待機バッテリ7bへ充電する。
【0041】
上記したように、本実施形態によれば、返却バッテリ7aを、そのメモリ効果が解消される状態まで放電させる際、その放電エネルギを待機バッテリ7bや備蓄バッテリ31などの他の蓄電装置へ充電するようにしたので、返却バッテリの残存エネルギを有効利用することができる。
【0042】
【発明の効果】
本発明によれば、以下のような効果が達成される。
(1) 返却されたバッテリを、そのメモリ効果が解消される状態まで放電させる際、その放電エネルギを他の使用済みバッテリ(待機バッテリ)や備蓄バッテリなどの他の蓄電装置へ充電するようにしたので、返却バッテリの残存エネルギを有効利用することができる。
(2) 貸し出し可能な満充電状態のバッテリのストック数が多い場合には、返却バッテリを直ちに充電することなく待機モードに移行させ、その後に返却されるバッテリの放電エネルギで充電するようにしたので、バッテリ不足による貸し出し不能を生じさせることなくエネルギの有効利用が可能になる。
(3) 返却されたバッテリの充電残量が比較的多く、貸し出し可能な満充電状態のバッテリのストック数が少ない場合には、この返却バッテリを直ちに充電するようにしたので、バッテリ不足を短時間で解消できるようになる。
(4) 返却バッテリを充電する際、その時間帯が深夜電力の時間帯であればAC電源から直接充電し、深夜電力以外の時間帯であれば、予め深夜電力の時間帯にAC電源で充電された備蓄バッテリから充電するようにしたので、安価な電力を有効利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明が適用されるバッテリ交換システムの構成図である。
【図2】無人自動バッテリ交換装置のブロック図である。
【図3】無人自動バッテリ交換装置の機能ブロック図である
【図4】本発明の一実施形態の動作を示したフローチャート(その1)である。
【図5】本発明の一実施形態の動作を示したフローチャート(その2)である。
【図6】本発明の一実施形態の動作を示したフローチャート(その3)である。
【図7】本発明の一実施形態の動作を示したフローチャート(その4)である。
【図8】返却バッテリを備蓄バッテリで充電する方法を示した図である。
【図9】待機バッテリを備蓄バッテリで充電する方法を示した図である。
【図10】備蓄バッテリを返却バッテリで充電する方法を示した図である。
【図11】待機バッテリを返却バッテリで充電する方法を示した図である。
【図12】充電器の構成を示したブロック図である。
【符号の説明】
1…無人自動バッテリ交換装置
2…通信回線
3…中央管理装置
7…バッテリ
15…格納部
Claims (5)
- 返却されたバッテリを貸出し可能なバッテリと交換し、前記返却されたバッテリを充電して貸出し可能なバッテリとしてストックするバッテリ交換システムのバッテリ充電制御装置において、
返却されたバッテリがメモリ効果を発生し得る状態にあるか否かを判定するメモリ効果判定手段と、
前記メモリ効果判定手段により前記返却されたバッテリがメモリ効果を生じ得る状態にあると判定されると、返却されたバッテリを、そのメモリ効果が解消される状態まで放電させ、この放電エネルギを他の蓄電手段に充電する充電制御手段と、
前記返却されたバッテリの充電残量を検知する返却バッテリ充電残量検知手段と、
バッテリのストック状態を判定するストック管理部とを具備し、
前記充電制御手段は、以下の3条件が満足されると、前記返却されたバッテリを前記他の蓄電手段として待機させることを特徴とするバッテリ交換システムのバッテリ充電制御装置。
条件1 : 前記メモリ効果判定手段によりメモリ効果を生じ得ない状態にあると判定されること
条件2 : 前記返却バッテリ充電残量検知手段により予定値以上の充電残量が検知されること
条件3 : 前記ストック管理部により貸出し可能なバッテリのストック数が十分であると判定されること - 深夜電力により充電される備蓄バッテリをさらに具備し、
前記充電制御手段は、以下の3条件が満足されると、前記返却された使用済みバッテリを直ちに充電することを特徴とする請求項1に記載のバッテリ交換システムのバッテリ充電制御装置。
条件1 : 前記メモリ効果判定手段によりメモリ効果を生じ得ない状態にあると判定されること
条件2 : 前記返却バッテリ充電残量検知手段により予定値以上の充電残量が検知されること
条件3 : 前記ストック管理部により貸出し可能なバッテリのストック数が不十分であると判定されること - 前記備蓄バッテリの充電残量を検知する備蓄バッテリ充電残量検知手段をさらに具備し、
前記充電制御手段は、前記返却された使用済みバッテリを、備蓄バッテリの充電残量が予定値以上であると備蓄バッテリにより充電し、備蓄バッテリの充電残量が予定値未満であると外部商用電源により充電することを特徴とする請求項2に記載のバッテリ交換システムのバッテリ充電制御装置。 - 深夜電力の時間帯であるか否かを判定する判定手段を具備し、
前記充電制御手段は、以下の3条件が満足されると、前記返却された使用済みバッテリを夜間電力で充電することを特徴とする請求項1に記載のバッテリ交換システムのバッテリ充電制御装置。
条件1 : 前記メモリ効果判定手段によりメモリ効果を生じ得ない状態にあると判定されること
条件2 : 前記返却バッテリ充電残量検知手段により予定値未満の充電残量が検知されること
条件3 : 前記判定手段により深夜電力の時間帯であると判定されること - 深夜電力の時間帯であるか否かを判定する判定手段と、
前記備蓄バッテリの充電残量を検知する備蓄バッテリ充電残量検知手段とを具備し、
前記充電制御手段は、以下の4条件が満足されると、前記返却された使用済みバッテリを備蓄バッテリで充電することを特徴とする請求項2に記載のバッテリ交換システムのバッテリ充電制御装置。
条件1 : 前記メモリ効果判定手段によりメモリ効果を生じ得ない状態にあると判定されること
条件2 : 前記返却バッテリ充電残量検知手段により予定値未満の充電残量が検知されること
条件3 : 前記判定手段により深夜電力以外の時間帯であると判定されること
条件4 : 前記備蓄バッテリ充電残量検知手段によって予定値以上の充電残量が検知されること
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