(57)【要約】【課題】電気自動車の再走行までにかかる時間、走行距離、二次電池の形状と電気特性の差異による汎用性の低さ、車体と二次電池の寿命の差、リサイクルと生産コスト及び二次電池を交換可能にし共用運用した場合の運用方法【解決手段】二次電池の全体の形状及び入出力電圧等の電気的特性を規格化し、かつ逆計量防止機能付きの電力量計を２台内蔵することで入出力電力量を管理できる機能を二次電池自体に持たせる。これにより二次電池の汎用性が高くなる上、入出力電力量計によって他電源から個人で充電した場合でも適正な電力量料金を本体のみで算定できる。また、この二次電池を充電し安全かつ迅速に交換する機能と料金を徴収する機能を持った電力ステーションを作り、この電力ステーション業者にこの二次電池を所有させ、他社の二次電池を利用する場合には処理手数料を利用者から徴収することで、二次電池の明確な運用と競争原理の導入を行うことができる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
全体の形状及び入出力電圧等の電気的特性が規格化された交換可能な二次電池であり、かつ逆計量防止機能付きの電力量計を内蔵し、入出力電力量を管理できる機能を持っている二次電池。
【請求項２】
前記の電力量計付き規格化交換式二次電池の実質的な出力電力量に対して料金を徴収する機能と、それら二次電池を集合的に充電する機能と、電気自動車から使用済みの二次電池を安全かつ迅速に充電済みの二次電池と交換する機能を持つ電力ステーション。
【請求項３】
前記の電力量計付き規格化交換式二次電池の実質的な出力電力量に対して料金を徴収する機能と、電気自動車から使用済みの二次電池を安全かつ迅速に充電済みの二次電池と交換する機能と、それら二次電池を複数積載可能な機能を持つ規格化交換式二次電池宅配サービス車両。
【請求項４】
前記の電力量計付きの規格化された交換可能な二次電池と電力ステーションの運用方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、交換可能な二次電池を規格化し、さらに逆計量防止機能付きの電力量計を二次電池本体に内蔵することで、電気自動車や電力貯蔵用電源などに用いる二次電池の効率的な共用運用を可能とする発明である。
【０００２】
【従来の技術】
二次電池を用いた電気自動車はエネルギー発生源を選ばず風力・水力・地熱・太陽光のようなクリーンエネルギーで充電することができ、従来の化石燃料を用いた自動車と異なり二酸化炭素を排出しないため、環境に適した輸送手段として注目されている。しかし、従来の二次電池を内蔵した電気自動車は、車体と二次電池が一体化しており、充電に長い時間がかかり、その時間中は車両を使えないという問題点があった。また、内蔵している二次電池の容量の問題から走行可能距離が制限され行動範囲が狭いという決定的な欠点があった。
【０００３】
また、二次電池は電気自動車の車体に比べ寿命が短いのでいずれ交換する必要があり、交換の際には車体と一体化しているため電気自動車の製造会社などで分解して取り外す必要があった。また、形状が独自な場合が多く統一されていないため、二次電池をリサイクルすることが困難である上、生産コストが高いという問題があった。
【０００４】
従来の技術でも、この車体と二次電池が一体化している課題の対策として二次電池のパッケージ化や、車両の外部に二次電池台車を取り付けるなどの方法が提案されているが、交換用として複数の二次電池を個人で所有し管理する必要があった。また、それでも二次電池の形状が各車両によって異なるためそれぞれの車両用のものを用意する必要があるという欠点もあった。
【０００５】
また従来の技術でも、二次電池をパッケージ化する方法も提案されているが、それを共用運用した場合に使用済み二次電池を充電済み二次電池に交換する時に支払う料金が、使用した電力量に見合った料金でなければ、電池を使い切って交換する場合と途中で交換する場合とで料金において不公平が発生していた。また、二次電池から出力した電力量を正確に計量する方法やそれに対して公平に料金を徴収することが困難であるという問題があった。
【０００６】
さらに従来の技術では、交換式二次電池を誰が所有するかという問題がある。使用済み二次電池を任意の場所の電力ステーションで充電済みの二次電池に交換するためには個人で二次電池を所有するという運用方法は事実上不可能である。国などの公的な第３者が二次電池を共用のために所有することが考えられるが、それでは二次電池が完全な共用品となり市場原理が働きにくくなる恐れがある。また例として、国などの第３者が二次電池を所有し、入出力電力の効率の悪い交換式二次電池が多く集まる電力ステーションと、効率の良い交換式二次電池が多く集まる電力ステーションが何らかの原因で存在したとする。この場合、電力会社などから購入する電力量に対する二次電池の出力電力量の比率に差が発生するため、収入に格差が発生するという問題がある。また誰が二次電池の交換時期の判定し、その交換費用及びリサイクル費用をどのように負担するかという問題もある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明で解決しようとする課題は、電気自動車の車体と二次電池が一体化していることにより発生していた充電時間の長時間化の課題と、走行距離の課題と、二次電池の形状及び特性の差異による汎用性の低さの課題と、車体と二次電池の寿命の差の課題と、リサイクルの課題と、生産コストの課題と、二次電池を交換可能にパッケージ化して共用運用した場合の運用方法の課題である。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
二次電池を交換可能にするためにパッケージ化し、その全体の形状及び電気的特性を規格化する。さらに入出力電力量を計量できるように逆計量防止機能付きの電力量計を内蔵させる。この電力量計には通常の取引用電力量計と同じように封印を取り付けてあり、改造などの不正を行えないようにする。また、この電力量計にはバックアップ用の電池が入っており、規格化交換式二次電池の電力残量が完全に無くなっても電力量などの情報を保持する仕組みとする。この規格化交換式二次電池を用いた電気自動車は、走行中に電力残量が少なくなった場合に最寄りの電力ステーションに行く。電力ステーションは、車体から規格化交換式二次電池を取り出し、二次電池本体に取り付けてある電力量計から出力電力量と入力電力量を読みとり、それに見合った電力料金と交換手数料を電気自動車の利用者から徴収し、充電済みの規格化交換式二次電池に交換する。使用済みの規格化交換式二次電池は電力ステーションで安価な夜間電力や分散型電源などによって集合的に充電される。規格化交換式二次電池は基本的に電力ステーション業者の所有とし、業者が自主的に充電回数を把握することで使用寿命となった規格化交換式二次電池をリサイクルする。電力ステーション業者はより性能の高い規格化交換式二次電池を所有することで集客能力を高めることができ、従来の化石燃料を用いた商品競争よりも有効な競争が可能となる。規格化交換式二次電池は文字通り規格化されているため、利用者は全ての電力ステーション業者の規格化交換式二次電池を利用することができる。電力ステーション業者が自社所有のものではない規格化交換式二次電池を交換する場合の問題は、利用者に別途処理手数料をもらうことで解決できる。また、規格化交換式二次電池の大きさは乾電池のようにいくつかのパターンで規格化されており、電気自動車の大きさによってそれを選択できる。トラックなどの大型車両では、大型の規格化交換式二次電池を複数個搭載することで対応することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
交換可能な二次電池の形状と電気的特性を規格化し、その仕様を広く公開することで、各車両メーカ、二次電池メーカ、及び電力ステーション業者の参入を容易にし、かつ開発コストを下げられるようにする。形状などが規格化されているため、リサイクルが容易に行うことができる上、生産コストを下げることができる。また、従来のように二次電池残量が少なくなったときに電力ステーションで充電するのではなく、充電済みの規格化交換式二次電池を電力ステーションで交換するだけで済むため、極めて短時間で再走行可能である。
【００１０】
また課金方法は、入出力電力量計を読みとることで、充電電力量や交換時の定額料金ではなく、二次電池の実質的な出力電力量に対して課金することで公平に課金する。具体的には、使用済み規格化交換式二次電池を充電済み規格化交換式二次電池に交換した電力ステーションは、使用済み規格化交換式二次電池の出力電力量計から入力電力量を引いた値を読みとり、その電力量料金と交換などの手数料を利用者に課金する。入力電力量とは、電気自動車の回生ブレーキや家庭内電源によって入力（充電）された電力量であり、それを出力電力量から適切に引くことで実質的な出力電力量を読みとることができる。入力電力量はただそのまま引くのではなく、規格化交換式二次電池の入出力効率から計算した「効率倍率」を各規格化交換式二次電池に設定し、その値をかけた値を出力電力量から引く。つまり、１０ｋＷｈの電力を入力（充電）しても実際に有効に二次電池に保存され出力できる電力が８ｋＷｈなら倍率は０．８で設定し、入力電力量にその倍率をかけて出力電力量から引くようにする。これによって、実際に規格化交換式二次電池が出力する電力に換算されるため、入力電力量が出力電力量を上回るような矛盾は発生せず、適正な電力量料金の徴収が可能になる。
【００１１】
また、規格化交換式二次電池の性能差による収入格差やリサイクル費用の問題は、電力ステーション業者がそれぞれ規格化交換式二次電池を所有することで解決できる。電力ステーション業者は運用に問題ない数の規格化交換式二次電池を所有し、それを自社管理する。電力ステーション業者は、自社の規格化交換式二次電池を自社の充電済みのものと交換する場合には、実質的な出力電力量料金と交換手数料のみ課金する。しかし、電力ステーション業者Ａ社の規格化交換式二次電池を電力ステーション業者Ｂ社で交換する場合は、規格化交換式二次電池から出力した電力量に対する料金は、それを充電した電力ステーション業者Ａ社に支払わなければならない上、Ｂ社は規格化交換式二次電池をＡ社に運送する必要がある。従って、この場合は電力ステーションＢ社は利用者に対して別途の処理手数料を請求する。これによって電力量料金の代理徴収に伴う手数料や規格化交換式二次電池本体の運送賃などを適切に処理できる上、規格化された二次電池の汎用性を保ったまま、電力ステーション業者間でのサービスの差別化が行える。本発明では、電力ステーション業者は自社の規格化交換式二次電池のみを管理し、運用責任を持つという非常に明確な運用ルールで運用することができる。これによって前述した規格化交換式二次電池の性能差によって生じる収入格差の問題は電力ステーション業者内でのみ解決すれば済み、その性能差によって各電力ステーション業者の間にサービスとその料金に差が生じ、市場原理を用いた効果的な導入及び運用が可能になる。
【００１２】
また、遠隔地の電気自動車あるいは路上で電池切れになった電気自動車に対しては、規格化交換式二次電池の宅配サービス車両によって対応する。この宅配サービス車両は図６に示すように、規格化交換式二次電池交換、料金計算、料金徴収などの電力ステーションの持つ機能の内、充電以外の機能を持ち、電力ステーションで充電済みの規格化交換式二次電池を複数個車載することができる。これによって遠隔地や路上で電池切れになった場合でも迅速に対応することができる。
【００１３】
【実施例】
図１は規格化交換式二次電池の形状の実施例を示す。二次電池の全体の形状は汎用性の高い長方形を基本とする形状で、かつ挿入方向誤りを防ぐための形状２を持っており、取り付けの際に方向を誤らない工夫がされている。大きさの種類はいくつか用意されており、電気自動車の大きさなどによって適した物を選べるようになっている。また形状の規格には二次電池の廃熱口などの位置も規格化されており、高い汎用性を保つために細かに規格する。電極は感電防止及び異物混入などを防ぐために感電防止シャッター３が取り付けられており、電気自動車に取り付けるときや計測器などに入れるときにのみ開くように機械的に制限する。また、規格化交換式二次電池の見やすい位置に入出力電力量や充電回数を示す表示窓４が取り付けられている。またその入出力電力量計には、外から目視確認可能な封印が施されており、不正改造などの行為ができないようにする。
【００１４】
図２は規格化交換式二次電池と電気自動車（乗用車）５の実施例を示す。規格化交換式二次電池に対応した電気自動車には、規格化交換式二次電池を車載するためのケースがあり、走行距離などに応じたサイズの規格化交換式二次電池を車載する。取り付け方法は挿入方式を基本とし、取り替えが容易な構造とする。
【００１５】
図３は規格化交換式二次電池と電気自動車（貨物車）６の実施例を示す。大型の電気自動車の場合には、複数の規格化交換式二次電池を車載できるように複数のケースがあり、車両の使用目的、重量、走行距離などに応じた大きさ及び個数の規格化交換式二次電池を車載できるようにする。取り付け方法は挿入方式を基本とし、取り替えが容易な構造とする。
【００１６】
図４は電力ステーションの実施例を示す。電力ステーションにはそれと分かるように電力ステーションを明記する表示７が設置してあり、規格化交換式二次電池の交換、またはその順番を待つための場所８が確保されている。また、規格化交換式二次電池の充電設備及び料金支払い所９と電力受電設備１０を備えている。電力残量の少ない規格化交換式二次電池を積んだ車両１３は、電力ステーションに入り、使用済み規格化交換式二次電池１１を充電済み規格化交換式二次電池１２に取り替え料金を支払い、１４に示すように電力ステーションから出ていく。
【００１７】
図５は電力ステーションと電気自動車の運用例を示す。電力容量の少なくなった規格化交換式二次電池を使用している貨物車型電気自動車６が、ある地域の電力ステーション１５（Ａ地点とする）で使用済み規格化交換式二次電池１１を充電済み規格化交換式二次電池１２に取り替え料金を支払う。さらに移動し、別の地域の電力ステーション１６（Ｂ地点とする）で同様に規格化交換式二次電池を交換する。同様に乗用車型電気自動車５がＢ地点の電力ステーション１６で規格化交換式二次電池を交換し、さらに移動してＡ地点の電力ステーション１５で規格化交換式二次電池を交換することもできる。電力ステーションでは、載せる規格化交換式二次電池と同数の規格化交換式二次電池を下ろすため、規格化交換式二次電池を複数個必要な貨物型電気自動車６が来ても、１つで済む乗用車型電気自動車５が来ても電力ステーションの保有する規格化交換式二次電池の総数は変わらない。そのため来客数に応じた規格化交換式二次電池を確保すればよく、計画的に管理することが容易である。
【００１８】
図６は規格化交換式二次電池宅配サービス車両の実施例を示す。規格化交換式二次電池宅配サービス車両１７には、複数の電力量計付き規格化交換式二次電池を収納するスペース１８と電力量料金を精算する装置及び規格化交換式二次電池の交換装置２０とそれらの収納スペース１９がある。利用者から電力ステーションに連絡があった場合、充電済み規格化交換式二次電池を載せて現場に行き、二次電池を交換し、利用者から料金を徴収する。車体にはそれと明確にわかる表示２１があり、宅配中に別の利用者に呼び止められて交換することも可能である。
【００１９】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明の電力量計付き規格化交換式二次電池は、電気自動車本体から容易に取り外して交換可能であるため、今までの二次電池が一体化した電気自動車にあった充電時間の問題や走行距離の問題を解決できる。また、全体の形状及び入出力電圧等の電気的特性が規格化されているため車種に関係なく利用できる汎用性を持ち、さらにリサイクルの問題や生産コストの問題を解決することができる。また二次電池本体に入出力電力量を管理する電力量計をそれぞれ内蔵することで、回生ブレーキを使用した場合や家庭電源や分散型電源などを用いて個人で充電した場合であっても、入力電力量に入出力効率をかけた値を出力電力量から引くことで電力ステーションに二重の電力量料金の支払いが発生しないようになり、共用運用する際に難しかった料金徴収の問題を解決できる。また、電力量計付き規格化交換式二次電池の所有者を電力ステーションとすることで、今まで困難であった二次電池共用利用時の管理方法を明確化でき、この問題を解決することが出来る。また電力ステーション業者が他社の規格化交換式二次電池を交換する際でもあっても、別途処理手数料を取ることでこれによって発生する問題は解決できる。さらに電力ステーションが規格化交換式二次電池を所有する利点として、性能の高い二次電池を自社で持つことによって数多く顧客を確保することができる点が挙げられる。これによって、本発明の運用方法には市場の競争原理が導入でき、電気自動車の普及促進に貢献できる。また、規格化交換式二次電池宅配サービス車両に、充電以外の電力ステーションの持つ主な機能を持たせることで、遠隔地の電気自動車あるいは路上で電池切れになった電気自動車に対しても電力ステーションと同様のサービスを行うことができ、電気自動車の普及促進に貢献できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は電力量計付き規格化交換式二次電池の実施方法を示した図である。（実施例）
【図２】図２は電力量計付き規格化交換式二次電池と電気自動車（乗用車）の実施方法を示した図である。
【図３】図３は電力量計付き規格化交換式二次電池と電気自動車（貨物車）の実施方法を示した図である。
【図４】図４は電力ステーションの実施方法を示した図である。
【図５】図５は異なる場所での電力ステーションの使用方法を示した図である。
【図６】図６は電力量計付き規格化交換式二次電池の宅配サービス車両の実施方法を示した図である。
【符号の説明】
１    電力量計付き規格化交換式二次電池
２    挿入方向誤りを防ぐための形状
３    感電防止シャッター付き電極
４    入出力電力量等表示窓
５    電気自動車（乗用車）
６    電気自動車（貨物車）
７    電力ステーションを明記する表示
８    電力量計付き規格化交換式二次電池を交換する、またはその順番を待つための場所
９    電力量計付き規格化交換式二次電池の充電設備及び料金支払い所
１０    電力受電設備
１１    使用済み電力量計付き規格化交換式二次電池
１２    充電済み電力量計付き規格化交換式二次電池
１３    充電済み電力量計付き規格化交換式二次電池に交換する前の車両
１４    充電済み電力量計付き規格化交換式二次電池に交換した後の車両
１５    ある地域の電力ステーション
１６    １５とは異なる地域の電力ステーション
１７    電力量計付き規格化交換式二次電池の宅配サービス車両
１８    複数の電力量計付き規格化交換式二次電池を収納するスペース
１９    電力量料金を精算する装置及び２０に示す電力量計付き規格化交換式二次電池の交換装置の収納スペース
２０    電力量計付き規格化交換式二次電池の交換装置
２１    電力量計付き規格化交換式二次電池の宅配サービス車両を明記する表示
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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