(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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
【請求項２】
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
【請求項３】
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。
【請求項４】
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
【請求項５】
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
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【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
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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