JP6181482B2 - 電動車両用バッテリ交換システム及びプログラム - Google Patents
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Description
具体的に説明すると,本発明は以下の構成を有する。
本発明のシステムは,複数の電動車両2と,複数のバッテリステーション3と,管理サーバ4とを,備える。
複数の電動車両2は,車両に搭載された一又は複数の交換可能なバッテリ1によってモータを駆動することにより走行することができる。電動車両2の例は,電動自動車,電動スクーター,及び電動アシスト自転車である。バッテリステーション3は,バッテリ1を充電可能な機構を備える。管理サーバ4は,電動車両2及びバッテリステーション3に通信網を介して相互に接続されたサーバ装置である。
本発明のシステムにおいて,バッテリ1は,バッテリの電池残量及び充電回数等を計測及び算出し,識別番号(ID)を含むそれらバッテリ充電情報を外部へ通信する機能をもつBMS(Battery Management System)10を有することとしてもよい。
また,本発明のシステムにおいて,電動車両2は,制御装置20と,残容量計21と,位置情報取得装置(GPS)22と,通信装置23と,を有する。
制御装置20は,残容量計21,位置情報取得装置(GPS)22,通信装置23にそれぞれ接続されている。これにより,制御装置20は,残容量計21により取得されたバッテリ1の電池残量等を含むバッテリ情報,位置情報取得装置(GPS)22により取得された自車の現在の位置情報等を適宜得ることができる。また,制御装置20は,各種機器から得られた情報の演算処理を行い,通信装置23を介して,管理サーバに送信できる。制御装置20は,電動車両2に備え付けられた装置であってもよいし,例えば汎用的な携帯通信端末(例えばスマートフォン)が備える情報演算処理装置を利用したものであってもよい。
残容量計21は,電動車両2に搭載された一又は複数のバッテリ1の識別番号及び電池残量等を含むバッテリ充電情報を取得する。残容量計21は,バッテリ1が備えるBMS10からバッテリ充電情報を取得することとしてもよいし,バッテリ1が接続されたときにバッテリ1の識別番号及び電池残量等を直接検出及び測定することとしてもよい。また残容量計21は,電動車両2に備え付けられた装置であってもよいし,例えば汎用的な携帯通信端末(例えばスマートフォン)が備える情報受信表示装置を利用したものであってもよい。
位置情報取得装置(GPS)22は,電動車両2の現在の位置情報を取得する。位置情報取得装置(GPS)22は,電動車両2に備え付けられた装置であってもよいし,例えば汎用的な携帯通信端末(例えばスマートフォン)が備えるGPSを利用したものであってもよい。
通信装置23は,バッテリ充電情報と位置情報と共に,バッテリの交換要求を管理サーバ4へと送信することができる。通信装置23は,電動車両2に備え付けられた装置であってもよいし,例えば汎用的な携帯通信端末(例えばスマートフォン)が備える通信装置を利用したものであってもよい。
本発明のシステムにおいて,バッテリステーション3は,充電速度を調節して,装填されたバッテリの充電を行うことができる一又は複数の充電器31を有している。
さらに,本発明のシステムにおいて,管理サーバ4は,制御部40と通信部41を有する。
管理サーバ4の制御部40は,ステーション選定手段40a,到着時間予測手段40b,及び充電速度決定手段40cを有している。
ステーション選定手段40aは,電動車両2からバッテリの交換要求を受信したときに,当該電動車両2に搭載されているバッテリの識別番号及び電池残量等を含むバッテリ充電情報と当該電動車両2の位置情報とに基づいて,当該電動車両2が到達可能な一又は複数のバッテリステーション3を,「候補ステーション」として選定する。到着時間予測手段40bは,少なくとも電動車両2の位置情報に基づいて,当該電動車両2が候補ステーションに到着する時間を予測する。充電速度決定手段40cは,少なくとも候補ステーションに電動車両2が到着する予想時間に基づいて,当該候補ステーションの充電器31に装填されているバッテリの充電速度を決定する。
そして,管理サーバ4の通信部41は,充電速度決定手段40cにより決定されたバッテリの充電速度に関する情報を,候補ステーションとして選定されたバッテリステーション3へと送信する。
これにより,バッテリステーション3は,管理サーバ4から受信した充電速度に関する情報に基づいて,充電器31に装填されているバッテリの充電速度を制御する。
検出機32は,充電器31に装填されているバッテリの識別番号及び電池残量等を含むバッテリ充電情報を取得する。検出機32は,バッテリ1が備えるBMS10からバッテリ充電情報を取得することとしてもよいし,バッテリ1が接続されたときにバッテリ1の識別番号及び電池残量等を直接検出及び測定することとしてもよい。
また,通信機33は,検出機32により検出されたバッテリ充電情報を管理サーバ4へと送信することができる。
この場合に,管理サーバ4の充電速度決定手段40cは,バッテリステーション3から受信したバッテリ充電情報と,候補ステーションに電動車両2が到着する予想時間とに基づいて,当該候補ステーションの充電器31に装填されているバッテリの充電速度を決定することが好ましい。
この場合に,管理サーバ4は,バッテリステーション3からバッテリ1の識別情報を受信した回数に基づいて,バッテリ毎にその充電回数を記録したバッテリデータベース42を,さらに有していることが好ましい。
そして,管理サーバ4の充電速度決定手段40cは,バッテリデータベース42に記録されているバッテリの充電回数に関する情報と,候補ステーションに電動車両2が到着する予想時間とに基づいて,当該候補ステーションの充電器31に装填されているバッテリの充電速度を決定することが好ましい。
この場合に,管理サーバ4の制御部40は,バッテリデータベース42に記録されているバッテリの充電回数と満充電容量に関する情報に基づいて,各バッテリの劣化度を求める劣化度算出手段40dを,有することが好ましい。
さらに,管理サーバ4の充電速度決定手段40cは,一つのバッテリステーション3内の一又は複数の充電器31に装填された複数のバッテリ1について,劣化度算出手段40dによって求められた劣化度が比較的小さく新しいバッテリの充電速度を比較的高速にし,当該劣化度が比較的大きく古いバッテリの充電速度を比較的低速に決定することが好ましい。なお,バッテリステーション3の形態として,一つの充電器31に複数のバッテリ1が装填される形態も想定される。
この場合に,管理サーバ4の充電速度決定手段40cは,一つのバッテリステーション3内の一又は複数の充電器31に装填された複数のバッテリ1について,電動車両2が候補ステーションに到着するまでの間に,複数のバッテリの電池残量が等しい値に近づくように,少なくとも一つのバッテリを電源として利用することを考慮して,各バッテリの充電速度を決定することが好ましい。
この場合,複数の充電器31のそれぞれは,他の充電器31に装填されたバッテリと共に,太陽光発電機34aを電源として,自己に装填されたバッテリの充電を行うことができる。
そして,管理サーバ4の充電速度決定手段40cは,太陽の日照時間帯と非日照時間帯とで異なる制御を行う。すなわち,充電速度決定手段40cは,一つのバッテリステーション3内の一又は複数の充電器31に装填された複数のバッテリ1について,太陽の非日照時間帯においては,複数のバッテリの電池残量が等しい値に近づくように,少なくとも一つのバッテリを電源として利用した場合の各バッテリの充電速度を決定する。他方,充電速度決定手段40cは,太陽の日照時間帯においては,電動車両2が候補ステーションに到着するまでの間に,複数のバッテリの電池残量が等しい値に近づくように,太陽光発電機34aを電源として利用した場合の各バッテリの充電速度を決定する。
また,本願明細書において,「電池残量」とは,バッテリの電気容量の残量値を意味する。
図1を参照して,本発明に係る電動車両用のバッテリ交換システムの概要を説明する。
図1は,本発明に係る電動車両用のバッテリ交換システム100の概要を示す全体図である。図1に示されるように,本発明のシステム100は,交換可能なバッテリ1を搭載した複数の電動車両2と,交換用のバッテリ1の充電を行う複数のバッテリステーション3と,本システム全体の管理を行う管理サーバ4と,を備えている。図1に示されるように,電動車両2,バッテリステーション3,及び管理サーバ4は,互いに,情報の授受が可能な構成を備える。例えば,電動車両2は,通信局5と無線通信可能な通信装置を備える。また,バッテリステーション3,管理サーバ4,及び通信局5は,インターネットのような情報通信回線6を介して相互に接続されている。
続いて,本システムの具体的構成について説明する。
[2−1.電動車両]
図2は,電動車両2の構成を示したブロック図である。
図2に示されるように,電動車両2は,交換可能なバッテリ1,制御装置20,残容量計21,位置情報取得装置(GPS)22,通信機23,モータ24,インターフェイス25,速度計26,及びコントローラー27が備えられている。また,電動車両2には,必要に応じて制御装置20による情報を外部へ取り出すための情報接続端子28が備えられる。また,電動車両2は,バッテリ1を出し入れするための取出口を備える。電動車両2は,交換可能なバッテリ1により,コントローラー27を介してモータ24を駆動し,動力伝達機構により車輪を回転させることで走行する。
図3は,バッテリステーション3の構成を示したブロック図である。
図3に示されるように,バッテリステーション3は,制御器30,複数の充電器31,検出機32,通信機33,及び電源34を備えている。複数の充電器31のそれぞれには,バッテリ1を装填することができる。バッテリ1が装填された充電器31は,制御機30による制御に従って,電源から34からの電力供給を受け,バッテリ1を充電する。
また,充電器31は,制御機30からの制御信号に従って,バッテリ1の充電速度を可変させることができる。例えば,充電器31は,少なくとも,通常の速度で充電する普通充電と,普通充電よりも高速に充電する高速充電の2段階で,充電速度を可変できることが好ましい。また,充電器31は,普通充電と高速充電の他,普通充電よりも低速で充電する低速充電を行うことができるものであってもよい。また,定電流定電圧方式で充電するバッテリ1では,充電速度と充電電流値が,ほぼ正比例の関係となる。このため,充電器31からバッテリ1に供給される充電電流値を制御することで,バッテリ1の充電速度を自由に調節できる。例えば,バッテリ1は,主に安全性と耐久性の面から,充電速度と充電電流値に上限が設けられている。このため,充電速度と充電電流値の上限により近い充電は高速充電とし,充電速度と充電電流値の下限により近い充電は低速充電とし,高速充電と低速充電の間の電流値により行う充電を普通充電とすればよい。換言すると,一定範囲内の標準的な速度で行う充電を普通充電といい,普通充電の範囲よりもより高速な充電を高速充電といい,普通充電の範囲よりもより低速な充電を低速充電ということができる。充電器31による充電速度の調整についての詳細は,後述する。
図4は,管理サーバ4の構成を示したブロック図である。
図4に示されるように,管理サーバ4は,制御部40,通信部41,バッテリデータベース42,電動車両データベース43,及びステーションデータベース44を有している。管理サーバ4は,バッテリ1,電動車両2,及びバッテリステーション3に関する情報を一元管理することで,本システムを統制する機能を担う。管理サーバ4は,一つのサーバ装置によってこれらの機能を実行するものであってもよいし,複数のサーバ装置によってこれらの機能を実行するものであってもよい。管理サーバ4の制御部40は,メインメモリに記憶されたプログラムを読み出し,読み出したプログラムに従って所定の演算処理を行う。
また,バッテリデータベース42に,過去に使用された複数のバッテリに関する情報も記憶しておくことで,バッテリの統計データを得ることができる。各バッテリについて,過去に使用された同種のバッテリの統計データをバッテリデータベース42に記録しておくことで,管理サーバ4は,これらの情報から,バッテリの劣化度をより正確に把握することができる。すなわち,バッテリの劣化度は,バッテリ単体の充電回数及び満充電容量以外に,過去の同種バッテリ多数の統計データと比較することで,より正確な予測が可能になる。
図5及び図6は,本発明に係るバッテリ交換システムの動作例を示したフロー図である。
図5は,バッテリステーション3に新たにバッテリ1を装填した際のフローを示している。すなわち,図5に示すフローは,バッテリステーション3によってバッテリ1を充電しておく準備段階の処理を示している。
図6に示されるように,まず,電動車両2の制御装置20が,自車に搭載されているバッテリ1の交換要求を生成する(ステップS2−1)。バッテリ1の交換要求は,バッテリ1の電池残量が所定値以下になったことを契機として,制御装置20により自動的に生成されるものであってもよい。また,バッテリ1の交換要求は,電動車両1のユーザが,インターフェイス25を介して所定の入力操作を行うことで,制御装置20により手動で生成されるものであってもよい。
続いて,ステップS2−16において,管理サーバ4の充電速度決定手段40cにより行われる充電速度決定処理について詳しく説明する。充電速度決定処理の例は,図7〜図11に示されている。ただし,図7〜図11に示した処理は,飽くまで一例であり,本発明における充電速度決定処理は,図7〜図11に例示された処理に限定されるものではない。
例えば,図7(a)に示されるように,電動車両2の到着予測時間が30分以上であり,バッテリステーション3で充電されているバッテリの電池残量が90Ah以上である場合,そのバッテリは,「低速充電」すればよい。この場合は,バッテリを低速充電しても,電動車両1が到着するまでの間に,バッテリを満充電することができる。また,時間に余裕があるときには,バッテリを低速充電することで,バッテリの劣化を防止できる。
他方,電動車両2の到着予測時間が30分以上であっても,バッテリステーション3で充電されているバッテリの電池残量が70Ah以下である場合には,そのバッテリは,「高速充電」する。これにより,電動車両1が到着するまでの間に,バッテリを満充電することができる。
なお,図7(a)に示された実施例において,電動車両2の到着予測時間が15分以内であり,バッテリの電池残量が70Ah以下であるときに,そのバッテリを「普通充電」することとしている。このような処理を行う理由は,バッテリを高速充電しても,電動車両2の到着に間に合わないため,あえて普通充電を行いバッテリの劣化を防ぐことを優先したためである。
例えば,図7(b)に示されるように,バッテリステーション3で充電されているバッテリの電池残量が70Ahであることを想定したときに,電動車両2の到着予測時間が30分以内であり,電動車両2が候補ステーションに到着した後の走行可能距離が5km以内である場合は,その電動車両2のバッテリ交換の緊急性は高い。このため,このような場合は,バッテリを「高速充電」する。
他方,電動車両2の到着予測時間が30分以内であっても,電動車両2が候補ステーションに到着した後の走行可能距離が10km以上である場合は,その電動車両2のバッテリ交換の緊急性は低い。そこで,このような場合は,バッテリを「普通充電」し,バッテリの劣化防止を優先する。
例えば,天候別でバッテリステーション3の利用頻度をみると,晴れや曇りのときは利用頻度が多く,雨のときには利用頻度が少なくなる。また,曜日別でバッテリステーション3の利用頻度をみると,平日は利用頻度が多く,休日や祝日は利用頻度が少なくなる。また,時間帯別でバッテリステーション3の利用頻度をみると,朝方や夕方の通勤ラッシュ時は利用頻度が多く,夜間は利用頻度が少なくなる。そして,図7(c)に示された例では,これらの過去の利用履歴からバッテリ交換のタイミングを予測し,バッテリの「高速充電」,「普通充電」,「低速充電」を制御することとしている。
そこで,図11に示された例では,太陽の非日照時間帯においては,バッテリステーション3内のバッテリ1を電源として活用して,他のバッテリを充電することで,各バッテリ1の電池残量をなるべく均一化しておき,太陽の日照時間帯となったときに,電池残量が均一化された各バッテリの充電を一斉に行うこととしている。
4…管理サーバ 10…BMS
20…制御装置(電動車両) 21…残容量計 22…位置情報取得装置(GPS)
23…通信装置 24…モータ 25…インターフェイス
26…速度計 27…コントローラー 28…情報接続端子
30…制御機(バッテリステーション) 31…充電器
32…検出機 33…通信機 34…電源
34a…太陽光発電機 34b…電力網
40…制御部(管理サーバ) 40a…ステーション選定手段
40b…到着時間予測手段 40c…充電速度決定手段
40d…劣化度算出手段 41…通信部 42…バッテリデータベース
43…電動車両データベース 44…ステーションデータベース
100…バッテリ交換システム
Claims (3)
- 車両に搭載された一又は複数の交換可能なバッテリ(1)によってモータを駆動することにより走行可能な複数の電動車両(2)と,
前記バッテリ(1)を充電可能な複数のバッテリステーション(3)と,
前記電動車両(2)及び前記バッテリステーション(3)と通信網を介して相互に接続された管理サーバ(4)と,を備える
バッテリ交換システムであって,
前記電動車両(2)は,
前記バッテリの交換要求を前記管理サーバへと送信可能な通信装置(23)を有し,
前記バッテリステーション(3)は,
充電速度を調節して,装填されたバッテリの充電を行うことができる一又は複数の充電器(31)と,
前記充電器(31)に装填されているバッテリの識別番号を含むバッテリ充電情報を検出する検出機(32)と,
前記バッテリ充電情報を前記管理サーバ(4)へと送信可能な通信機(33)と,を有し,
前記管理サーバ(4)のバッテリデータベース(42)には,各バッテリの識別番号に関連付けて各バッテリの劣化度が記憶されており,
前記管理サーバ(4)の制御部(40)は,
前記電動車両(2)から前記バッテリの交換要求を受信したときに,少なくとも一つのバッテリステーション(3)から受信したバッテリの識別番号を参照して,前記バッテリデータベース(42)から,当該バッテリの識別番号に関連付けられているバッテリの劣化度を読み出し,読み出したバッテリの劣化度に基づいて,当該バッテリステーションの充電器(31)に装填されているバッテリの充電速度を決定する充電速度決定手段(40c)を有し,
前記管理サーバ(4)の通信部(41)は,
前記充電速度決定手段(40c)により決定されたバッテリの充電速度に関する情報を,前記バッテリステーション(3)へと送信し,
前記バッテリステーション(3)は,
前記管理サーバ(4)から受信した充電速度に関する情報に基づいて,前記充電器(31)に装填されているバッテリの充電速度を制御する
バッテリ交換システム。 - サーバ装置を,請求項1に記載のバッテリ交換システムにおける管理サーバ(4)として機能させるためのコンピュータプログラム。
- 車両に搭載された交換可能なバッテリ(1)によってモータを駆動することにより走行 可能な電動車両(2)と,前記バッテリを充電速度を調節して充電可能なバッテリステー ション(3)とに,通信網を介して接続された管理サーバ(4)であって,
前記管理サーバ(4)は,
各バッテリの識別番号に関連付けて各バッテリの劣化度を記憶したバッテリデータベー ス(42)を有し,
前記電動車両からバッテリの交換要求を受信したときに,前記バッテリステーションか ら受信した当該バッテリステーションの充電器(31)に装填されているバッテリの識別 番号を参照して,前記バッテリデータベースから当該バッテリの識別番号に関連付けられ ているバッテリの劣化度を読み出し,読み出したバッテリの劣化度に基づいて,当該バッ テリステーションの充電器に装填されているバッテリの充電速度を決定し,決定したバッ テリの充電速度に関する情報を当該バッテリステーションへと送信する
管理サーバ。
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