JP2011168127A

JP2011168127A - 蓄電装置交換システム

Info

Publication number: JP2011168127A
Application number: JP2010032510A
Authority: JP
Inventors: Kengo Matsuo; 研吾松尾
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2010-02-17
Filing date: 2010-02-17
Publication date: 2011-09-01

Abstract

【課題】車両に搭載されたバッテリーについて、その取り外しの効率化を図る蓄電装置交換システムの提供。
【解決手段】電気自動車に搭載されたバッテリーを交換するバッテリー交換システムであって、電気自動車に搭載されてバッテリーの落下を規制するラッチ装置と、ラッチ装置の落下規制を解除して電気自動車からバッテリーを落下させて取り外すアクチュエーターと、上記落下による衝撃を緩和して、上記取り外されたバッテリーを受け止めるバッテリー受け止め機構と、を有するという構成を採用する。
【選択図】図１

Description

本発明は、蓄電装置交換システムに関するものである。

近年、環境問題やエネルギー問題の対策として、化石燃料に代わって電気を利用して走行する車両の開発が活発に行われている。しかし、この種の車両は、電気を動力源として用いるために、化石燃料と比べて走行距離が短く、また、バッテリー（蓄電装置）の充電時間が長いという課題がある。
下記特許文献１及び非特許文献１には、上記課題を解決するべく、予め充電しておいたバッテリーと、車両に搭載された使用済みのバッテリーとを交換することにより、バッテリー充電時間を省いて短時間で車両を走行可能とさせるバッテリー交換ステーションが開示されている。

特開２００９−１３７３６６号公報

日経トレンディネット、"バッテリー交換式電気自動車はＥＶ本格普及の決め手になるか"、［online］、平成２１年８月２８日、ベタープレイス・ジャパン、［平成２２年１月２１日検索］、インターネット＜URL: http://trendy.nikkeibp.co.jp/article/pickup/20090827/1028452/＞

ところで、従来のバッテリーの交換手段では、非特許文献１にあるような昇降装置を用いて、使用済みバッテリーを取り外し、また、充電済みバッテリーを取り付けている。
しかし、この交換手段では、使用済みバッテリーの取り外しにおいても昇降装置を駆動させるため、充電済みバッテリーの取り付けと同様のエネルギーが必要となり、また、取り外しに時間が掛かるという問題がある。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、車両に搭載されたバッテリーについて、その取り外しの効率化を図る蓄電装置交換システムの提供を目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明は、車両に動力源として搭載された蓄電装置を交換する蓄電装置交換システムであって、上記車両に搭載されて上記蓄電装置の落下を規制するラッチ装置と、上記ラッチ装置の落下規制を解除して上記車両から上記蓄電装置を落下させて取り外すラッチ解除装置と、上記落下による衝撃を緩和して、上記取り外された上記蓄電装置を受け止める緩衝装置と、を有するという構成を採用する。
この構成を採用することによって、本発明では、ラッチ装置による落下規制を解除することで蓄電装置を落下させ、その落下衝撃を緩衝装置で和らげて受け止めることで、蓄電装置の取り外しを行う。

また、本発明においては、上記車両が載置される床面よりも下方に上記緩衝装置を配置させる床下空間と、上記床下空間の天部と上記床面との間を連通させて、上記蓄電装置の落下経路を形成する開口部と、を有するという構成を採用する。
この構成を採用することによって、本発明では、床下空間を形成して、その空間に蓄電装置を落下させる開口部を設けることで、車両の下方にスペースの制限を受けることなく緩衝装置を配置することが可能となる。

また、本発明においては、上記緩衝装置を上記床下空間において移動自在とさせる移動機構を有するという構成を採用する。
この構成を採用することによって、本発明では、蓄電装置の落下位置に対応する適切な位置に緩衝装置を移動させることが可能となる。

また、本発明においては、上記緩衝装置は、所定高さで上記蓄電装置の落下を受ける第１の位置と、上記第１の位置よりも下方であって上記受け止めた上記蓄電装置が上記床下空間の天部と接触しない第２の位置との間で移動自在な受け止め部を有するという構成を採用する。
この構成を採用することによって、本発明では、蓄電装置の受け止め前は受け止め部を所定高さの第１の位置に位置させて蓄電装置の落下衝撃を小さくし、蓄電装置の受け止め後は受け止め部を第１の位置より下方の第２の位置に位置させて、受け止めた蓄電装置と床下空間の天部との衝突を回避させることが可能となる。

また、本発明においては、上記受け止め部を上記第１の位置に向かって付勢する付勢装置を有し、上記受け止め部は、上記受け止めた上記蓄電装置の自重により上記付勢に抗して上記第２の位置に移動するという構成を採用する。
この構成を採用することによって、本発明では、蓄電装置の受け止め前は受け止め部を第１の位置に位置させ、蓄電装置の受け止め後はその自重により受け止め部を自動的に第２の位置に移動させることが可能となる。

本発明によれば、車両に動力源として搭載された蓄電装置を交換する蓄電装置交換システムであって、上記車両に搭載されて上記蓄電装置の落下を規制するラッチ装置と、上記ラッチ装置の落下規制を解除して上記車両から上記蓄電装置を落下させて取り外すラッチ解除装置と、上記落下による衝撃を緩和して、上記取り外された上記蓄電装置を受け止める緩衝装置と、を有するという構成を採用することによって、ラッチ装置による落下規制を解除することで蓄電装置を落下させ、その落下衝撃を緩衝装置で和らげて受け止めることで、蓄電装置の取り外しを行う。
したがって、本発明では、ラッチ装置の落下規制の解除という最小限のエネルギーで、且つ、高速に車両から蓄電装置を取り外すことができるため、従来よりもその取り外しの効率化を図ることができる。

本発明の実施形態におけるバッテリー交換システムを示す構成図である。本発明の実施形態における電気自動車に搭載されたバッテリーの取り付け状態を示す内部構成図である。本発明の実施形態におけるバッテリーの構成を示す平面図である。本発明の実施形態におけるバッテリーに設けられた係合部の構成を示す図である。本発明の実施形態におけるバッテリー交換システムの電気自動車に搭載されたバッテリーの取り外し動作を説明するための図である。本発明の実施形態におけるバッテリー交換システムの電気自動車に搭載されたバッテリーの取り外し動作と取り付け動作を説明するための図である。

以下、本発明の実施形態におけるバッテリー交換システム（蓄電装置交換システム）について図面を参照して説明する。
図１は、本発明の実施形態におけるバッテリー交換システム１を示す構成図である。
バッテリー交換システム１は、電気自動車（車両）１０に搭載されたバッテリー（蓄電装置）２０を交換するための走行台車（移動機構）３０を備える。なお、本実施形態のバッテリー交換システム１は、本システムの各構成装置と無線あるいは有線で通信を行って、その動作を統括的に制御する不図示の制御部を備える構成となっている。

走行台車３０は、電気自動車１０が走行する路面（床面）２の下方に形成された路面下空間（床下空間）３内に配置されている。
路面下空間３には、ガイドレール４が敷設されており、走行台車３０は、このガイドレール４に沿って路面下空間３内を自走可能な構成となっている。また、走行台車３０の走行経路上に対応する路面下空間３の天部５の所定位置には、鉛直方向に貫通して、路面２と路面下空間３との間を連通させる開口部６が設けられている。開口部６は、バッテリー２０の通過（落下）経路を形成する構成となっている。

走行台車３０は、バッテリー取付シャトル３１と、バッテリー受け止め機構（緩衝装置）３２とを搭載している。
バッテリー取付シャトル３１は、充電済みバッテリー２０を電気自動車１０に取り付けるものであり、充電済みバッテリー２０が載置される支持台３３を昇降させる昇降装置３４を備える。昇降装置３４には、シザーリフト機構やジャッキリフト機構等の周知の機構を用いることができる。本実施形態の昇降装置３４には、電動式のシザーリフト機構を用いている。なお、バッテリー取付シャトル３１は、バッテリー２０を複数収容している自動倉庫７との間で、バッテリー２０の受渡を行う際にも用いられる。

バッテリー受け止め機構３２は、電気自動車１０から取り外されて落下してくる使用済みバッテリー２０を衝撃を緩和して受け止めるものであり、使用済みバッテリー２０の落下を受け止める支持台（受け止め部）３５を備える。支持台３５の脚部３６には、バッテリー２０の落下時の衝撃や振動を低減するショックアブソーバー（バネダンパー）が内蔵されて上下方向に伸縮自在であり、支持台３５はその伸縮方向（鉛直方向）に移動自在な構成となっている。支持台３５は、バネ部材３７により上方に向かって付勢されており、常態では、路面下空間３の天部５の近傍の位置（以下、第１の位置と称する場合がある）に位置する構成となっている。

また、支持台３５上には、落下衝撃を緩和するための衝撃吸収部材３８が敷設されている。衝撃吸収部材３８としては、ウレタン、ゴム等の樹脂材からなる衝撃吸収パッドや、空気、衝撃吸収ゲル等を封入した衝撃吸収パッド等を用いることができる。本実施形態の衝撃吸収部材３８には、樹脂材からなる衝撃吸収パッドを用いている。

次に、図２〜図４を参照して本実施形態のバッテリー交換システム１に係る電気自動車１０及びバッテリー２０の構成について説明する。
図２は、本発明の実施形態における電気自動車１０に搭載されたバッテリー２０の取り付け状態を示す内部構成図である。図３は、本発明の実施形態におけるバッテリー２０の構成を示す平面図である。図４は、本発明の実施形態におけるバッテリー２０に設けられた係合部２４の構成を示す図である。

バッテリー２０は、図２に示すように、ラッチ装置１４により落下を規制されて、電気自動車１０の底部に取り付けられる構成となっている。バッテリー２０の頂部には、電気自動車１０側の端子１１と接触して電気的な接続を取る端子２１が設けられている。端子１１，２１は、取り付け状態で電気自動車１０側に設けられたゴム等からなるシール材１２によってその周りを囲まれて液密にシールされる構成となっている。また、バッテリー２０の頂部には、端子１１，２１の位置合せを行う位置決めピン２２が複数（本実施形態では４つ（図３参照））立設されている。位置決めピン２２は、電気自動車１０側に設けられた位置決め穴１３に挿入可能な径を有し、その先端部は先細りのテーパー形状を有する。

バッテリー２０の底部を構成するフランジ部２３には、ラッチ装置１４の爪部１５が係合する係合部２４が設けられている。係合部２４は、図３に示すように、バッテリー２０の重心位置を挟んだ対称の位置にそれぞれ２箇所、計４つ設けられる。係合部２４には、図４に示すように、水平方向に開口した矩形状の開口部２５が形成されている。
一方、爪部１５は、図３に示すように、アクチュエーター（ラッチ解除装置）１６によって水平方向に直動自在であり、係合部２４の開口部２５に対して水平方向に挿入することで係合し、バッテリー２０の落下を規制する構成となっている。アクチュエーター１６は、例えばモーター、ソレノイド等の駆動源、また、ストッパー、バネ部材等の規制／規制解除機構等から構成される。また、この爪部１５は、係合部２４に対応して複数（本実施形態では４つ）設けられている。

以下、図５及び図６を追加参照して、本実施形態のバッテリー交換システム１の一連の交換動作について説明する。
図５、図６（ａ）及び図６（ｂ）は、本発明の実施形態におけるバッテリー交換システム１の電気自動車１０に搭載されたバッテリー２０の取り外し動作を説明するための図である。図６（ｃ）は、本発明の実施形態におけるバッテリー交換システム１のバッテリー取り付け動作を説明するための図である。

先ず、電気自動車１０が、バッテリー交換位置に移動する（図１参照）。ここで、バッテリー交換位置とは、電気自動車１０の底部に搭載されたバッテリー２０と、路面２に開口する開口部６とが鉛直方向で向き合う位置である。
次に、自動倉庫７において充電済みバッテリー２０を受け取った走行台車３０が、電気自動車１０の直下のバッテリー受け止め位置に移動する。ここで、バッテリー受け止め位置とは、電気自動車１０の底部に搭載されたバッテリー２０とバッテリー受け止め機構３２の支持台３５とが開口部６を介して鉛直方向で向き合う位置である。
なお、これら位置合せは、不図示のセンサー、カメラ等を用いて対象の位置を検出しながら行う。

位置合せ終了後、バッテリー交換システム１は、電気自動車１０に無線通信を行い、ラッチ装置１４によるバッテリー２０の落下規制を解除させる。具体的には、図５に示すように、無線通信を受けたアクチュエーター１６が、爪部１５を水平方向に移動させ、係合部２４との係合を解除させることで、落下規制を解除する。ラッチ装置１４による落下規制が解除されると、バッテリー２０は、開口部６に向けて落下する。そして、その落下により、端子１１，２１の接触が解除され、バッテリー２０が電気自動車１０から取り外される。

電気自動車１０から取り外されたバッテリー２０は、開口部６を通過して、バッテリー受け止め機構３２の支持台３５上に落下する（図６（ａ）参照）。バッテリー２０と支持台３５とが接触した際に生じる衝撃は、支持台３５上に敷設された衝撃吸収部材３８と、支持台３５を支える脚部３６のショックアブソーバーとによって緩和される。これにより、バッテリー受け止め機構３２は、バッテリー２０を柔らかく受け止め、落下によるバッテリー２０の破損を防止する。

バッテリー２０を受け止めた支持台３５は、バッテリー２０の自重により、バネ部材３７の付勢に抗して沈み込み、受け止めを行う第１の位置より下方であって受け止めたバッテリー２０が路面下空間３の天部５と接触しない位置（以下、第２の位置と称する場合がある）に移動する（図６（ｂ）参照）。これにより、バッテリー２０の受け止め前は支持台３５を所定高さの第１の位置に位置させてバッテリー２０の落下衝撃を小さくし、バッテリー２０の受け止め後は支持台３５を第１の位置より下方の第２の位置に位置させて、走行台車３０がバッテリー受け止め位置から移動した時の、受け止めたバッテリー２０と路面下空間３の天部５との衝突を回避させることができる。

バッテリー２０の受け止め後、バッテリー交換システム１は、走行台車３０をバッテリー取り付け位置に移動させる（図６（ｃ）参照）。ここで、バッテリー取り付け位置とは、電気自動車１０の底部とバッテリー取付シャトル３１の支持台３３とが開口部６を介して鉛直方向で向き合う位置である。
なお、この位置合せは、不図示のセンサー、カメラ等を用いて対象の位置を検出しながら行う。

位置合せ終了後、バッテリー交換システム１は、バッテリー取付シャトル３１を駆動させ、充電済みバッテリー２０を支持した支持台３３を上昇させる。具体的には、バッテリー取付シャトル３１は、充電済みバッテリー２０を、開口部６を通過させ、電気自動車１０底部のバッテリー取付位置まで上昇させる。バッテリー取付位置においては、先ず、先端部がテーパー形状の位置決めピン２２が位置決め穴１３に挿入し、取り付け時の微小のズレを調節する。次に、端子１１，２１が接触して電気的接続が取られて、シール材１２がそれらの周りを液密にシールする。最後に、バッテリー交換システム１は、電気自動車１０に無線通信を行いアクチュエーター１６を駆動させて、爪部１５と係合部２４とを係合させることで、取り付けられたバッテリー２０の落下を規制する。
なお、バッテリー受け止め機構３２で受け止めた使用済みバッテリー２０は、自動倉庫７内部に不図示の受渡機構により収容されて、充電を受けることとなる。

従って、上述の本実施形態によれば、電気自動車１０に搭載されたバッテリー２０を交換するバッテリー交換システム１であって、電気自動車１０に搭載されてバッテリー２０の落下を規制するラッチ装置１４と、ラッチ装置１４の落下規制を解除して電気自動車１０からバッテリー２０を落下させて取り外すアクチュエーター１６と、上記落下による衝撃を緩和して、上記取り外されたバッテリー２０を受け止めるバッテリー受け止め機構３２と、を有するという構成を採用することによって、ラッチ装置１４の落下規制の解除という最小限のエネルギーで、且つ、高速に電気自動車１０からバッテリー２０を取り外すことができるため、従来よりもその取り外しの効率化を図ることができる。

また、本実施形態においては、電気自動車１０が載置される路面２よりも下方にバッテリー受け止め機構３２を配置させる路面下空間３と、路面下空間３の天部５と路面２との間を連通させて、バッテリー２０の落下経路を形成する開口部６と、を有するという構成を採用することによって、電気自動車１０の下方にスペースの制限を受けることなくバッテリー受け止め機構３２を配置することができる。
また、本実施形態においては、バッテリー受け止め機構３２が、走行台車３０により路面下空間３において移動自在であるという構成を採用することによって、バッテリー２０の落下位置に対応する適切な位置にバッテリー受け止め機構３２を移動させることができる。

さらに、本実施形態においては、バッテリー受け止め機構３２は、所定高さでバッテリー２０の落下を受ける第１の位置と、第１の位置よりも下方であって受け止めたバッテリー２０が路面下空間３の天部５と接触しない第２の位置との間で移動自在な支持台３５を有するという構成を採用することによって、バッテリー２０の受け止め前は支持台３５を所定高さの第１の位置に位置させてバッテリー２０の落下衝撃を小さくし、バッテリー２０の受け止め後は支持台３５を第１の位置より下方の第２の位置に位置させて、受け止めたバッテリー２０と路面下空間３の天部５との衝突を回避させることができる。
また、本実施形態においては、支持台３５を第１の位置に向かって付勢するバネ部材３７を有し、支持台３５は、受け止めたバッテリー２０の自重により上記付勢に抗して第２の位置に移動するという構成を採用することによって、バッテリー２０の受け止め前は支持台３５を第１の位置に位置させ、バッテリー２０の受け止め後はその自重により支持台３５を自動的に第２の位置に移動させることができる。

以上、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

例えば、上述の実施形態では、爪部を水平方向に移動させて係合／係合解除させる直動式のラッチ装置を採用して説明したが、例えば、爪部を所定軸周りに移動させて係合／係合解除させる回転式のラッチ装置を採用してもよい。

また、例えば、上述の実施形態では、走行台車にバッテリー取付シャトルとバッテリー受け止め機構とを搭載した場合について説明したが、それぞれ別の走行台車に搭載させる構成であってもよい。
また、バッテリー受け止め機構の移動手段としては、走行台車に限られず、例えば、ワイヤーやベルトコンベヤーで牽引する構成であってもよい。

１…バッテリー交換システム（蓄電装置交換システム）、２…路面（床面）、３…路面下空間（床下空間）、５…天部、６…開口部、１０…電気自動車（車両）、１４…ラッチ装置、１６…アクチュエーター（ラッチ解除装置）、２０…バッテリー（蓄電装置）、３２…バッテリー受け止め機構（緩衝装置）、３０…走行台車（移動機構）、３５…支持台（受け止め部）、３７…バネ部材（付勢装置）

Claims

車両に動力源として搭載された蓄電装置を交換する蓄電装置交換システムであって、
前記車両に搭載されて前記蓄電装置の落下を規制するラッチ装置と、
前記ラッチ装置の落下規制を解除して前記車両から前記蓄電装置を落下させて取り外すラッチ解除装置と、
前記落下による衝撃を緩和して、前記取り外された前記蓄電装置を受け止める緩衝装置と、を有することを特徴とする蓄電装置交換システム。
前記車両が載置される床面よりも下方に前記緩衝装置を配置させる床下空間と、
前記床下空間の天部と前記床面との間を連通させて、前記蓄電装置の落下経路を形成する開口部と、を有することを特徴とする請求項１に記載の蓄電装置交換システム。
前記緩衝装置を前記床下空間において移動自在とさせる移動機構を有することを特徴とする請求項２に記載の蓄電装置交換システム。
前記緩衝装置は、所定高さで前記蓄電装置の落下を受ける第１の位置と、前記第１の位置よりも下方であって前記受け止めた前記蓄電装置が前記床下空間の天部と接触しない第２の位置との間で移動自在な受け止め部を有することを特徴とする請求項２または３に記載の蓄電装置交換システム。
前記受け止め部を前記第１の位置に向かって付勢する付勢装置を有し、
前記受け止め部は、前記受け止めた前記蓄電装置の自重により前記付勢に抗して前記第２の位置に移動することを特徴とする請求項４に記載の蓄電装置交換システム。