特許 7415288 バッテリ交換ステーション及びバッテリの温度管理方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-01-09

(45)【発行日】2024-01-17

(54)【発明の名称】バッテリ交換ステーション及びバッテリの温度管理方法

(51)【国際特許分類】

   H01M 10/6572 20140101AFI20240110BHJP

   H01M 10/625 20140101ALI20240110BHJP

   H01M 10/613 20140101ALI20240110BHJP

   H01M 10/615 20140101ALI20240110BHJP

   H01M 10/653 20140101ALI20240110BHJP

【ＦＩ】

H01M10/6572

H01M10/625

H01M10/613

H01M10/615

H01M10/653

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2022049353

(22)【出願日】2022-03-25

(65)【公開番号】P2023142436

(43)【公開日】2023-10-05

【審査請求日】2022-09-26

(73)【特許権者】

【識別番号】000000170

【氏名又は名称】いすゞ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107238

【弁理士】

【氏名又は名称】米山 尚志

(72)【発明者】

【氏名】山口 進作

【審査官】柳下 勝幸

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０２０／０５９８３３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０２０／０２７１９６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１３－１２０６４０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｍ １０／６５７２

Ｈ０１Ｍ １０／６２５

Ｈ０１Ｍ １０／６１３

Ｈ０１Ｍ １０／６１５

Ｈ０１Ｍ １０／６５３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

放電された使用済みのバッテリを車両から取外して充電済みのバッテリに交換するバッテリ交換ステーションであって、
前記充電済みのバッテリを保管するバッテリ保管領域と、
前記充電済みのバッテリの外面に着脱自在に取付け可能であり、熱媒体が流通する熱媒流通路を有することなく発熱及び吸熱の少なくとも一方が可能な温調部材を保管する温調部材保管領域と、を備える
ことを特徴とするバッテリ交換ステーション。

【請求項2】

請求項１に記載のバッテリ交換ステーションであって、
所定の停車位置に停車した前記車両から前記使用済みのバッテリを取外し、前記充電済みのバッテリを前記車両に取付けるバッテリ交換動作部と、前記バッテリ保管領域の前記充電済みのバッテリを前記バッテリ交換動作部へ搬送するバッテリ搬送部と、前記温調部材保管領域から前記温調部材を搬送する温調部材搬送部と、前記バッテリ搬送部によって搬送される前又は搬送途中の前記充電済みのバッテリの外面に、前記温調部材搬送部によって搬送された前記温調部材を取付ける温調部材取付動作部と、を有するバッテリ交換システムを備える
ことを特徴とするバッテリ交換ステーション。

【請求項3】

請求項２に記載のバッテリ交換ステーションであって、
前記温調部材保管領域は、温度管理された領域であり、
前記温調部材搬送部は、前記使用済みのバッテリの交換を要求する前記車両が前記バッテリ交換ステーションに到着する予定時刻に応じて前記温調部材保管領域からの前記温調部材の搬出を開始する
ことを特徴とするバッテリ交換ステーション。

【請求項4】

請求項１に記載のバッテリ交換ステーションにおけるバッテリの温度管理方法であって、
前記バッテリ保管領域から前記充電済みのバッテリを搬出するバッテリ搬出工程と、
前記温調部材保管領域から前記温調部材を搬出して前記充電済みのバッテリの外面に取付ける温調部材取付工程と、を備え、
前記温調部材取付工程では、前記バッテリ保管領域から前記充電済みのバッテリを搬出する前又は搬出した直後に、前記温調部材を前記充電済みバッテリの外面に取付ける
ことを特徴とするバッテリの温度管理方法。

【請求項5】

請求項４に記載のバッテリの温度管理方法であって、
前記温調部材保管領域は、温度管理された領域であり、
前記温調部材取付工程では、前記使用済みのバッテリの交換を要求する前記車両が前記バッテリ交換ステーションに到着する予定時刻に応じて前記温調部材保管領域からの前記温調部材の搬出を開始する
ことを特徴とするバッテリの温度管理方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、電気自動車から使用済みのバッテリを取外して充電済みのバッテリに交換するバッテリ交換ステーション及びバッテリ交換ステーションにおけるバッテリの温度管理方法に関する。

【背景技術】

【0002】

放電された使用済みのバッテリを電気自動車から取外して充電済みのバッテリに交換するバッテリ交換ステーションを整備する構想がある。また、特許文献１には、液体媒体を用いて熱を伝達する温度制御回路をバッテリに設け、液温制御回路を車の温度制御システムから独立させることが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】実用新案登録第３２３６３７９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

バッテリ特性は周囲の温度の影響を受けるため、車両（電気自動車）への取付け時のバッテリの温度を所望の範囲内に管理することが好ましく、特許文献１のように、車両の温度制御システムから独立した液温制御回路をバッテリに設けることにより、車両への取付時のバッテリの温度を管理することが可能となる。

【0005】

しかし、特許文献１のように熱媒体が流通する熱媒流通路を設けたバッテリでは、バッテリの重量化や構造の複雑化を招く。

【0006】

そこで本開示は、バッテリの重量化や構造の複雑化を招くことなく、充電済みのバッテリの車両への取付時の温度を管理することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記目的を達成すべく、本開示の第１の態様は、放電された使用済みのバッテリを車両から取外して充電済みのバッテリに交換するバッテリ交換ステーションであって、充電済みのバッテリを保管するバッテリ保管領域と、充電済みのバッテリの外面に着脱自在に取付け可能であり、熱媒体が流通する熱媒流通路を有することなく発熱及び吸熱の少なくとも一方が可能な温調部材を保管する温調部材保管領域と、を備える。

【0008】

本開示の第２の態様は、第１の態様のバッテリ交換ステーションであって、バッテリ交換システムを備える。バッテリ交換システムは、所定の停車位置に停車した車両から使用済みのバッテリを取外し、充電済みのバッテリを車両に取付けるバッテリ交換動作部と、バッテリ保管領域の充電済みのバッテリをバッテリ交換動作部へ搬送するバッテリ搬送部と、温調部材保管領域から温調部材を搬送する温調部材搬送部と、バッテリ搬送部によって搬送される前又は搬送途中の充電済みのバッテリの外面に、温調部材搬送部によって搬送された温調部材を取付ける温調部材取付動作部と、を有する。

【0009】

本開示の第３の態様は、第２の態様のバッテリ交換ステーションであって、温調部材保管領域は、温度管理された領域であり、温調部材搬送部は、使用済みのバッテリの交換を要求する車両がバッテリ交換ステーションに到着する予定時刻に応じて温調部材保管領域からの温調部材の搬出を開始する。

【0010】

本開示の第４の態様は、第１の態様のバッテリ交換ステーションにおけるバッテリの温度管理方法であって、バッテリ保管領域から充電済みのバッテリを搬出するバッテリ搬出工程と、温調部材保管領域から温調部材を搬出して充電済みのバッテリの外面に取付ける温調部材取付工程と、を備える。温調部材取付工程では、バッテリ保管領域から充電済みのバッテリを搬出する前又は搬出した直後に、温調部材を充電済みバッテリの外面に取付ける。

【0011】

本開示の第５の態様は、第４の態様のバッテリの温度管理方法であって、温調部材保管領域は、温度管理された領域であり、温調部材取付工程では、使用済みのバッテリの交換を要求する車両がバッテリ交換ステーションに到着する予定時刻に応じて温調部材保管領域からの温調部材の搬出を開始する。

【発明の効果】

【0012】

本開示によれば、バッテリの重量化や構造の複雑化を招くことなく、充電済みのバッテリの車両への取付時の温度を管理することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の一実施形態に係る車両の側面図であり、（ａ）はバッテリ交換前の状態を、（ｂ）はバッテリ交換中の状態を示す。

【図2】バッテリ交換ステーションの構成を模式的に示す図である。

【図3】バッテリ交換システムのブロック構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

【0015】

（第１実施形態）
車両１は、例えばバッテリ２から供給される電力によって走行する電気自動車であり、図１に示すように、バッテリ２が着脱可能に取付けられるバッテリ装着部３を備える。車両１の走行によって放電された使用済みのバッテリ２Ｂは、バッテリ装着部３から取外され、充電済みのバッテリ２Ａに交換される。なお、図１では、車両１としてトラックを例示しているが、車両１はトラック以外（例えばトレーラや乗用車など）であってもよい。また、以下の説明では、充電済みのバッテリ２Ａを単にバッテリ２と称する場合がある。

【0016】

バッテリ交換ステーション４は、使用済みのバッテリ２Ｂを充電済みのバッテリ２Ａに交換する施設であり、図２に示すように、バッテリ充電装置５、使用済みバッテリ保管庫６、充電済みバッテリ保管庫（バッテリ保管領域）７、温調部材保管庫（温調部材保管領域）８、及び交換作業管理装置９等を備える。

【0017】

図１及び図２に示すように、車両１から取外された使用済みのバッテリ２Ｂは、使用済みバッテリ保管庫６に保管され、バッテリ充電装置５によって順次充電される。バッテリ充電装置５によって充電された充電済みのバッテリ２Ａは、充電済みバッテリ保管庫７に保管される。

【0018】

温調部材保管庫８には、温調部材１０が保管される。温調部材１０は、充電済みのバッテリ２Ａの外面に着脱自在に取付け可能であって、熱媒体が流通する熱媒流通路を有することなく発熱及び吸熱の少なくとも一方が可能な部材である。

【0019】

バッテリ特性は周囲の温度の影響を受けるため、車両１への取付け時のバッテリ温度を所望の範囲内（例えば、２５℃～３５℃）に管理することが好ましい。

【0020】

温調部材１０は、車両１への取付け時及び取付け直後のバッテリ温度を所望の範囲内に管理するために、充電済みのバッテリ２Ａの外面に取付けられる。例えば、気温が上記範囲の上限温度（３５℃）を大きく上回る季節や地域（例えば熱帯地）では、温調部材１０の吸熱によって交換時のバッテリ２を冷却し、気温が上記範囲の下限温度（２５℃）を大きく下回る季節や地域（例えば寒冷地）では、温調部材１０の発熱によって交換時のバッテリ２を加熱する。このように、熱媒体が流通する熱媒流通路を有さない温調部材１０を用いるので、バッテリ２の重量化や構造の複雑化を招くことなく、充電済みのバッテリ２Ａの車両１への取付時の温度を好適に管理することができる。

【0021】

温調部材１０は、例えば潜熱蓄熱材や半導体熱電素子などによって構成することができる。温調部材１０を潜熱蓄熱材によって構成する場合は、温調部材保管庫８の温度を管理する。潜熱蓄熱材の凝固温度が気温よりも低く、吸熱によってバッテリ２を冷却する温調部材１０では、温調部材保管庫８を凝固温度よりも低温に管理する（庫内を冷房）。反対に、潜熱蓄熱材の凝固温度が気温よりも高く、発熱によってバッテリ２を加熱する温調部材１０では、温調部材保管庫８を凝固温度よりも高温に管理する（庫内を暖房）。

【0022】

温調部材１０の形状及びバッテリ２への取付方法は特に限定されないが、矩形板状の温調部材１０を用いることにより、６枚の温調部材１０によって箱型のバッテリ２の６面を覆い、各温調部材１０をボルト等でバッテリ２に取付けることができる。

【0023】

交換作業管理装置９は、バッテリ交換を要求する車両１がバッテリ交換ステーション４に到着する予定時刻（車両到着予定時刻）を管理する。

【0024】

バッテリ２の交換を要求する車両１がバッテリ交換ステーション４に到着すると、バッテリ交換ステーション４の作業者は、使用済みのバッテリ２Ｂを車両１から取外し、充電済みのバッテリ２Ａを車両１に取付ける。また、充電済みのバッテリ２Ａの取付けに先立ち、充電済みバッテリ保管庫７から充電済みのバッテリ２Ａを搬出する（バッテリ搬出工程）。また、温調部材保管庫８から温調部材１０を搬出して充電済みのバッテリ２Ａの外面に取付ける（温調部材取付工程）。温調部材取付工程では、充電済みバッテリ保管庫７から充電済みのバッテリ２Ａを搬出する前又は搬出した直後に、温調部材１０を充電済みバッテリ２Ａの外面に取付ける。

【0025】

また、温調部材保管庫８が温度管理されている場合、作業者は、車両到着予定時刻を交換作業管理装置９から取得し、車両１の到着予定時刻に応じて温調部材保管庫８からの温調部材１０の搬出を開始する。具体的には、温調部材１０によるバッテリ２の冷却効果又は加熱効果がバッテリ２の取付時に有効に発揮され得るタイミングで、温調部材１０を温調部材保管庫８から搬出する。これにより、温調部材１０による温度管理を効率良く行うことができる。

【0026】

（第２実施形態）
第２実施形態のバッテリ交換ステーション４は、バッテリ交換作業を自動化したバッテリ交換システム２０を備える。

【0027】

図３に示すように、バッテリ交換システム２０は、バッテリ交換制御部２１と、バッテリ交換動作部２２と、バッテリ搬送部２３と、温調部材搬送部２４と、温調部材取付動作部２５と、を有する。

【0028】

バッテリ交換制御部２１は、例えばＥＣＵ（Electronic Control Unit）によって構成され、バッテリ交換動作部２２、バッテリ搬送部２３、温調部材搬送部２４、及び温調部材取付動作部２５の動作を制御する。図１～図３に示すように、バッテリ交換動作部２２は、バッテリ交換ステーション４に予め設定された所定の停車位置に停車した車両１から使用済みのバッテリ２Ｂを取外し、充電済みのバッテリ２Ａを車両１に取付ける。バッテリ搬送部２３は、使用済みのバッテリ２Ｂをバッテリ交換動作部２２から使用済みバッテリ保管庫６へ搬送するとともに、充電済みバッテリ保管庫７の充電済みのバッテリ２Ａをバッテリ交換動作部２２へ搬送する。温調部材搬送部２４は、温調部材保管庫８から外部へ温調部材１０を搬送する。温調部材取付動作部２４は、バッテリ搬送部２３によって搬送される前又は搬送途中の充電済みのバッテリ２Ａの外面に、温調部材搬送部２４によって搬送された温調部材１０を取付ける。

【0029】

温調部材保管庫８が温度管理されている場合、バッテリ交換制御部２１は、車両到着予定時刻を交換作業管理装置９から取得する。バッテリ交換制御部２１の制御により、温調部材搬送部２４は、車両到着予定時刻に応じたタイミング（温調部材１０によるバッテリ２の冷却効果又は加熱効果がバッテリ２の取付時に有効に発揮され得るタイミング）で、温調部材保管庫８からの温調部材１０の搬出を開始する。

【0030】

以上、本発明について、上記実施形態に基づいて説明を行ったが、本発明は上記実施形態の内容に限定されるものではなく、当然に本発明を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。すなわち、この実施形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施形態、実施例及び運用技術等は全て本発明の範疇に含まれることは勿論である。

【符号の説明】

【0031】

１：車両
２：バッテリ
２Ａ：充電済みのバッテリ
２Ｂ：使用済みのバッテリ
３：バッテリ装着部
４：バッテリ交換ステーション
５：バッテリ充電装置
６：使用済みバッテリ保管庫
７：充電済みバッテリ保管庫（バッテリ保管領域）
８：温調部材保管庫（温調部材保管領域）
９：交換作業管理装置
１０：温調部材
２０：バッテリ交換システム
２１：バッテリ交換制御部
２２：バッテリ交換動作部
２３：バッテリ搬送部
２４：温調部材搬送部
２５：温調部材取付動作部

【図1】

【図2】

【図3】