JP2012188096A - バッテリー収容器支持体 - Google Patents

Abstract

【課題】 ロック状態の安定化が図られたバッテリー収容器支持体を提供する。
【解決手段】
本発明に係るバッテリー収容器支持体（バッテリー固定装置３０）においては、たとえば車両が水平状態にあるときには、バッテリーケース２１をロック状態にするために、フック３４をロック位置にしたとき、ロッド部材２４が、バッテリー固定装置３０の固定軸３２の鉛直下方に位置する。それにより、ロッド部材２４から負荷されるバッテリーユニット２０の重力の方向と、ロッド部材２４と固定軸３２とが並列する方向とが一致することとなり、ロック状態におけるモーメントの発生が抑制されるため、ロック状態の安定化が実現される。
【選択図】 図５

Description

本発明は、バッテリーを自動車に搭載するためのバッテリー収容器を支持するバッテリー収容器支持体に関する。

従来、電気自動車の分野において、着脱可能なバッテリーに関する研究が進められている。このようなバッテリーを支持する技術は、たとえば、下記特許文献１に開示されている。この特許文献１には、フックにより、バッテリーを収容する収容器から延出するシャフトを支持した状態で、当該収容器をロックする技術が開示されている。

米国特許出願公開２０１０／００７１９７９号明細書

しかしながら、上述した従来技術には、以下に示すような課題が存在している。すなわち、バッテリー収容器をロックした状態において、ロックが解除される向きの力（モーメント）が常に負荷されており、不安定な状態であった。そのため、ロック状態を維持するためには、その力との均衡を保つ必要があり、そのための補強や機構追加といった無駄が生じていた。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、ロック状態の安定化が図られたバッテリー収容器支持体を提供することを目的とする。

本発明に係るバッテリー収容器支持体は、バッテリーを自動車に搭載するためのバッテリー収容器を、自動車に対して着脱可能に下方より支持するバッテリー収容器支持体であって、バッテリー収容器から水平方向に延びるシャフトに対して平行な固定軸と、固定軸に回動可能に取り付けられ、バッテリー収容器のシャフトを下方から支持するフックと、フックを、固定軸周りに回動させる回動手段とを備え、フックは、回動手段により、シャフトをロック状態にするロック位置とシャフトのロック状態が解かれた開放位置との間で固定軸周りに回動され、フックがロック位置のときに、固定軸の鉛直下方にシャフトを位置させる。なお、固定軸の鉛直下方とは、自動車が水平に配置された状態における固定軸の真下方向を示す。また、バッテリー収容器から水平方向とは、バッテリー収容器が水平に配置された自動車に取り付けられた状態における水平方向を示す。

このバッテリー収容器支持体においては、バッテリー収容器をロック状態にするために、フックをロック位置にしたとき、シャフトが、バッテリー収容器支持体の固定軸の鉛直下方に位置する。それにより、シャフトに負荷される重力の方向と、シャフトと固定軸とが並列する方向とが一致することとなり、ロック状態におけるモーメントの発生が抑制されるため、本発明に係るバッテリー収容器支持体によれば、ロック状態の安定化が実現される。

また、フックは、固定軸に取り付けられる軸受部と、軸受部と一体的に設けられ、固定軸の軸線に関して周方向に延在するシャフト支持部とを有し、フックがロック位置のときに、シャフト支持部が、固定軸の鉛直下方の位置でシャフトを支持する態様であってもよい。

さらに、フックが板状であり、フックが、バッテリー収容器の側面に対して平行に配置され、かつ、側面に沿って回動する態様であってもよい。この場合、バッテリー収容器支持体の設置および支持動作に必要なスペースの低減が図られる。

本発明によれば、ロック状態の安定化が図られたバッテリー収容器支持体が提供される。

図１は、本発明の実施形態に係る電気自動車のバッテリーユニットの搭載状態を示した図である。 図２は、図１に示す電気自動車の底面を示した図である。 図３は、図１に示すバッテリーユニットを示した図である。 図４は、図２に示すバッテリー固定装置を示した図である。 図５は、図４に示すバッテリー固定装置のロック位置および開放位置を示した図である。 図６は、従来技術に係るバッテリー固定装置を示した図である。 図７は、図４とは異なる態様のバッテリー固定装置を示した図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。

以下、本発明の実施形態に係る電気自動車のバッテリーユニットについて、図１−３を参照しつつ説明する。なお、図中の座標軸は、車両を基準としており、Ｘ軸は車両の前後方向、Ｙ軸は車両の左右方向、Ｚ軸は車両の高さ方向を指している。

図１および図２に示すように、電気自動車１０の底部１１には、後述するバッテリーユニット２０を車両下方より脱着可能なバッテリー固定部１２が設けられている。

バッテリー固定部１２は、車両底部のフロアパン、サイドメンバロッカー部や左右のサイドメンバロッカー部間に橋渡しされるリンフォース等の車両底面骨格部１４、および、バッテリー固定部１２に取り付けられたバッテリーユニット２０を保護する枠体１３によって構成されている。枠体１３は、車両前後方向に延びる長方形の外形を有し、鉄材によって枠組みされ、車両底面骨格部１４に取り付けられている。

車両底面骨格部１４には、枠体１３の内周に接するように、バッテリー固定装置（バッテリー収容器支持体）３０が取り付けられている。本実施形態では、４つのバッテリー固定装置３０が、枠体１３の四隅に、車両側面側に位置する左右の辺に接するように取り付けられている。

また、枠体１３には、各辺に、車両下方に向けてテーパ状に広がる車両側ガイド片１５が２つずつ取り付けられている。さらに、枠体１３には、車両に搭載された自動車機器とバッテリーユニット２０とを電気的に接続するための、車両側電気コネクタ(図示せず)が取り付けられている。

図３に示すように、電気自動車１０に取り付けられるバッテリーユニット２０は、バッテリーケース（バッテリー収容器）２１の中に、バッテリーセル及びコントローラ(ともに図示せず)が収容されている。

バッテリーケース２１の外面には、バッテリー固定装置３０に支持されることでバッテリーユニット２０を車両に固定するためのストライカ２２が取り付けられている。ストライカ２２は、ボルト等でバッテリーケース２１に固定されるベースプレート２３と、ベースプレート２３の側面２１ａに対して垂直方向（図のＹ方向）に延びる円筒突起状のロッド部材（シャフト）２４とによって構成されている。本実施形態においては、バッテリーケース２１の外面のうち、車両側面側に位置する両側面２１ａに、それぞれ２つのストライカ２２が取り付けられている。

また、バッテリーユニット２０を車両のバッテリー固定部１２に取り付けた状態で、車両側ガイド片１５に対応する箇所には、半円筒状のバッテリー側ガイド片２５が取り付けられている。さらに、バッテリーケース２１における車両側電気コネクタに対応した箇所には、バッテリーケース側電気コネクタ(図示せず)が設けられており、バッテリーユニット２０がバッテリー固定部１２に配置された状態では、車両側電気コネクタとバッテリー側電気コネクタが接触し、電気的に接続された状態となる。

図４および図５に示すように、バッテリー固定装置３０は、固定軸３２と、フック３４と、回動リンク機構（回動手段）３６とによって構成されている。

固定軸３２は、バッテリー固定部１２の枠体１３に固定されており、バッテリーユニット２０を車両のバッテリー固定部１２に取り付けた状態で、ストライカ２２のロッド部材２４と平行になるように、Ｙ軸方向に延在している。

フック３４は、略Ｖ字状を有する薄型プレート部材であり、たとえば金属プレート等からの切り出しによって形成される。フック３４は、その一端部が上記固定軸３２に取り付けられる軸受部３４ａとなっており、他端部がロッド部材２４を支持する支持部（シャフト支持部）３４ｂとなっており、これらの端部が一体的に設けられている。

フック３４は、バッテリーユニット２０を車両のバッテリー固定部１２に取り付けた状態で、バッテリーケース２１の側面２１ａと平行となるように、固定軸３２に回動可能に取り付けられる。そのため、フック３４は、Ｙ軸に直交する面（Ｘ−Ｚ面）内において、バッテリーケース２１の側面２１ａと平行な状態のまま、回動することができる。

支持部３４ｂは、フック３４の回動方向（すなわち、固定軸３２の軸線に関して周方向）に延在しており、固定軸３２の周りを所定距離だけ離間した状態で回動する。このように、フック３４の支持部３４ｂが回動することで、軸受部３４ａと支持部３４ｂとの間の開口部３５から、ロッド部材２４が導入されたり排出されたりする。

フック３４は、開口部３５とは反対側に位置する屈曲部３４ｃにおいて、回動リンク機構３６の先端部に接続されている。

回動リンク機構３６は、２つのリンク（第１のリンク３６ａ、第２のリンク３６ｂ）によって構成されている。この回動リンク機構３６は、第１のリンク３６ａの駆動軸がモータＭによって回動制御されることで、第２のリンク３６ｂを移動させ、それにより、第２のリンク３６ｂの先端部に接続されたフック３４を回動させる。なお、モータＭは、車内に配置された制御システムによって制御され、バッテリーユニット２０とは別に車両に設けられた車体側バッテリーから給電されるように接続されている。モータＭは、制御システムからの指示によって駆動電流が供給されると、駆動電流に応じて軸が正逆回転するモータ部と、モータ部の軸に取り付けられる図示しないモータギヤ部とで構成される。モータＭは図示しないホルダによって枠体１３に取り付けられている。なお、モータＭは、駆動電流が供給されていない状態では、モータが回転しないように制御されている。

回動リンク機構３６は、図５に実線で示すように、バッテリーユニット２０をロック状態にするときは、伸張するように回動制御され、このとき、フック３４は、開口部３５から導入されたロッド部材２４を支持部３４ｂにおいて下方から支持する位置（以下、ロック位置と称す。）に配置される。一方、図５に仮想線（二点鎖線）で示すように、バッテリーユニット２０のロック状態を解くときは、回動リンク機構３６は屈曲するように回動制御され、このとき、フック３４は、上記ロック位置から回動リンク機構３６側に引き上げられた位置（以下、開放位置と称す）に配置される。

次に、電気自動車１０のバッテリーユニット２０を交換するバッテリー交換装置６０について説明する。

図１に記載されているように、バッテリー交換装置６０は、下部は地下に配置され、上部は地上に配置されている。バッテリー交換装置６０の上部には、電気自動車１０を積載可能な水平な積載台６１が設けられ、積載台６１にはバッテリーユニット２０及びバッテリーユニット２０を昇降する昇降手段６２が昇降及び通過可能な開口部６３が設けられている。さらに、積載台６１の上部には、開口部６３を挟んで、電気自動車１０のバッテリー固定部１２が開口部６３の上方に配置されるように、電気自動車１０の車幅方向の位置決めを行う一対の位置決めレール６４が設置される。そして、位置決めレール６４の端には、電気自動車１０のバッテリー固定部１２が開口部６３の上方に配置されるように、電気自動車１０の前後方向の位置決めを行う二コブ山形状の車輪止め６５が設置されている。

なお、電気自動車１０において、前輪１６の車軸に対するバッテリー固定部１２の位置は全車種において規格化し統一しておく事が望ましい。そして、電気自動車１０のバッテリー交換の際には、電気自動車１０の前輪１６間に位置決めレール６４が配置されるように電気自動車１０を移動する。そして、前輪１６がニコブ山形状の車輪止め６５の中央に位置するように停車することで、電気自動車１０のバッテリー固定部１２とバッテリー交換装置６０の昇降手段６２とにおいて、ある程度の位置合せを行う。これによって、車輪止め６５へのタイヤの当接状態の違いに起因する車両前後方向におけるバッテリー固定部１２の位置と、昇降手段６２との位置のずれを数十ｍｍ程度に抑えることが可能である。

バッテリー交換装置６０には、積載台６１の開口部６３を通り、上下方向に昇降可能な位置に昇降手段６２が設けられている。昇降手段６２は、電気自動車１０より取り外したバッテリーユニット２０をバッテリー交換装置６０内に収容、又は、バッテリー交換装置６０内に保管されていたバッテリーユニットを電気自動車１０のバッテリー固定部１２へ移載するための装置であり、基台６６、移載テーブル６７、アーム６８、移載テーブルを昇降させるための油圧シリンダ６９によって構成されている。

バッテリー交換装置６０内の昇降手段６２の周りに、はチェーンコンベア７１からなる運搬手段７０が設置されている。運搬手段７０は、バッテリーユニット２０を昇降手段６２との聞で移載する移載位置と、図示しないバッテリー貯蔵手段との間において、バッテリーユニット２０を運搬する装置である。なお、バッテリー貯蔵手段とは、回収された使用済みのバッテリーユニット２０を一時貯蔵するとともに、充電された充電済みバッテリーユニット２０を貯蔵する装置であり、例えば、自動倉庫で構成される。

このように構成されたバッテリー交換装置６０によって、電気自動車１０に搭載されているバッテリーユニット２０が交換される。バッテリーユニット２０の交換時には、電気自動車１０を、バッテリー交換装置の積載台６１上に移動させ、電気自動車１０の前輪１６を車輪止め６５の二コブ山形状の中央に位置するように停止させる。停止後、バッテリー交換の指令がだされると、バッテリー交換装置６０は、油圧シリンダ６９を駆動することで、移載テーブル６７を上昇させ、バッテリー固定部１２に収容されているバッテリーユニット２０の底面に移載テーブル６７を当接させる。

当接後、車内に設けられた制御システムにより上述のモータＭを駆動して、電気自動車１０にバッテリーユニット２０を固定しているバッテリー固定装置３０のロックを解除し、フック３４を開放位置に配置させる。その後、バッテリー交換装置６０は油圧シリンダ６９を駆動することで移載テーブル６７を下降させ、バッテリーユニット２０はバッテリー交換装置６０内に収容される。収容されたバッテリーユニット２０は、運搬手段７０により、バッテリー貯蔵手段に運ばれ保管される。

そして、バッテリー貯蔵手段に貯蔵されていた他の充電済みのバッテリーユニット２０がバッテリー貯臓手段より取り出され、運搬手段７０によって昇降手段６２まで運ばれる。昇降手段６２に運ばれたバッテリーユニット２０は、昇降手段６２によって上昇される。バッテリー固定部１２とバッテリーユニット２０との位置のずれは、バッテリーユニット２０が上昇時に、バッテリーユニット２０に取り付けられたバッテリー側ガイド片２５と車両側ガイド片１５とが接触することによって修正される。バッテリーユニット２０の上昇を続けると、双方のガイド片１５、２５によってバッテリーユニット２０の位置ずれや傾きが補正され、バッテリーユニット２０がバッテリー固定部１２に挿入される。

なお、車両の底部１１のバッテリー固定部１２の周囲には、図示しない複数の押圧スイッチが取り付けられており、全てのスイッチが移載テーブル６７によって押圧されると、バッテリーユニット２０がバッテリー固定部１２に収容された状態として検知される。バッテリー固定部１２にバッテリーユニット２０が収納された状態が検知されたら、車内に設けられた上述の制御システムによりモータＭを駆動し、バッテリー固定装置３０をロック状態にしてフック３４をロック位置に配置させることで、バッテリーユニット２０がロックされ、電気自動車のバッテリーが交換される。

ここで、バッテリー固定装置３０がロック状態のときのフック３４の位置（ロック位置）について説明する。

図５に実線で示したように、バッテリー固定装置３０は、フック３４がロック位置にあるときに、固定軸３２とロッド部材２４とがＺ軸方向に並ぶ。なお、Ｚ軸方向は車両の高さ方向であるため、車両が水平状態にあるときには、Ｚ軸方向は鉛直方向に相当する。

すなわち、バッテリー固定装置３０は、バッテリーケース２１を含むバッテリーユニット２０をロック状態にするために、フック３４をロック位置にしたとき、車両が水平状態にあるときにはロッド部材２４が固定軸３２の鉛直下方に位置する。

このとき、ロッド部材２４に負荷される重力の方向（Ｚ軸方向）と、ロッド部材２４と固定軸３２との並列する方向（Ｚ軸方向）とが一致する。そのため、バッテリー固定装置３０においては、ロック状態におけるモーメントの発生が抑制され、ロック状態の安定化が実現されている。

一方、図６に示すように、従来技術に係るバッテリー固定装置３０Ａのフック３４Ａは、ロックした状態において、バッテリーユニットの自重Ｆにより、ロッド部材２４からフック３４Ａに対してロックが解除される向きの力Ｆａが常に負荷される状態であり、回転モーメントが生じ、不安定な状態である。

この従来技術においてロック状態を安定に維持させるには、その力やモーメントとの均衡を保つ必要があり、フックやリンク機構を補強したり補強機構を追加したりする等の対処が必要であった。特に、蓄電可能な電力容量を増やすためにバッテリーユニットの重量が重くなりがちな電気自動車においては、各構成部材の強度を十分に確保しておく必要がある。そのため、バッテリー固定装置３０において必要十分な強度および信頼性を確保するために、構成部品の大型化や質量の増大、コスト増大、燃費の悪化等が避けられなかった。

以上で説明したように、バッテリー固定装置３０は、バッテリーを電気自動車１０に搭載するためのバッテリーケース２１を、電気自動車１０に対して着脱可能に下方より支持するバッテリー固定装置であって、バッテリーケース２１からＹ方向（車両が水平状態にあるときには水平方向）に延びるロッド部材２４に対して平行な固定軸３２と、固定軸３２に回動可能に取り付けられ、バッテリーケース２１のロッド部材２４を下方から支持するフック３４と、フック３４を、固定軸３２周りに回動させる回動リンク機構３６とを備え、フック３４は、回動リンク機構３６により、ロッド部材２４をロック状態にするロック位置とロッド部材２４のロック状態が解かれた開放位置との間で固定軸３２周りに回動され、フック３４がロック位置のときに、固定軸３２のＹ軸方向下側（車両が水平状態にあるときには鉛直下方）にロッド部材２４を位置させる。

このバッテリー固定装置３０においては、たとえば車両が水平状態にあるときには、バッテリーケース２１をロック状態にするために、フック３４をロック位置にしたとき、ロッド部材２４が、バッテリー固定装置３０の固定軸３２の鉛直下方に位置する。それにより、ロッド部材２４から負荷されるバッテリーユニット２０の重力の方向と、ロッド部材２４と固定軸３２とが並列する方向とが一致することとなり、ロック状態におけるモーメントの発生が抑制されるため、ロック状態の安定化が実現される。

また、上述したように、フック３４が板状の薄型プレート部材であり、フック３４は、バッテリーケース２１の側面２１ａに対して平行に配置され、かつ、側面２１ａに沿って回動する。そのため、フック３４がバッテリーケース２１に接触する事態を有意に回避しつつ、フック３４をバッテリーケース２１の側面２１ａに近接配置することができる。したがって、バッテリーケース２１の側面２１ａに対して交差する面において、フック３４が延在したり回動したりする場合に比べて、バッテリー固定装置３０は、その設置および支持動作に必要なスペースの低減を図ることができる。

なお、上述した実施形態では、バッテリー固定装置３０が、枠体１３の左右の辺に接するように取り付けられ、バッテリーケース２１をその側面２１ａの側から固定する態様を示したが、図７に示すような態様であってもよい。

図７に示すバッテリー固定装置３０は、枠体１３の前後の辺に一対ずつ取り付けられ、バッテリーケース２１をその前後面２１ｂの側から固定するものである。バッテリーケース２１の後面２１ｂには、後面２１ｂに対して平行にＹ軸方向に延びるロッド部材２４Ａと、ロッド部材２４Ａを後面２１ｂに連結するために両端支持する一対の連結部２６とが設けられている。

図７に示すバッテリー固定装置３０も、上述したバッテリー固定装置同様、バッテリー固定部１２の枠体１３に固定されてＹ軸方向に延びる固定軸３２と、固定軸３２に回動可能に取り付けられ、バッテリーケース２１の後面２１ｂから連結部２６を介してＹ軸方向に延びるロッド部材２４Ａを下方から支持するフック３４と、フック３４を固定軸３２周りに回動させる回動リンク機構３６とによって構成されている。

そして、図７に示すバッテリー固定装置３０においても、フック３４がロック位置にあるときに、固定軸３２とロッド部材２４ＡとがＺ軸方向に並ぶため、ロック状態におけるモーメントの発生が抑制され、ロック状態の安定化が実現される。

ただし、図７に示したバッテリー固定装置３０の配置は、図４に示したバッテリー固定装置３０の配置に比べて、その設置および支持動作のために、車両の枠体１３やバッテリーユニット２０の前後方向（図のＸ方向）に大きなスペースを確保する必要がある。その結果、バッテリースペースが減少し、バッテリー容量の削減が必要になる場合も考えられる。また、バッテリースペースを維持するためには、ホイールベースや車両の拡大等が必要となり、車両諸元に大きく影響してしまう。さらに、図３に示すように、バッテリーユニット２０が車両の前後に長い状態で配置される場合には、図７に示したバッテリー固定装置３０の配置は、図４に示したバッテリー固定装置３０の配置に比べて、その支持位置がバッテリー重心から離れてしまい、高い支持強度を確保するのが難しくなる。加えて、車両の前後方向からの衝撃の際、図７に示したバッテリー固定装置３０の配置は、図４に示したバッテリー固定装置３０の配置に比べて、バッテリー固定装置３０を介してその衝撃がバッテリーユニット２０に伝わりやすい。

以上に挙げた理由により、図４に示したバッテリー固定装置３０の配置のほうが、図７に示したバッテリー固定装置３０の配置に比べて好適である。

なお、本発明は上述した実施形態に限らず、様々な変形が可能である。たとえば、バッテリー固定装置３０に取り付けられるモータＭは、各装置に一つずつ取り付けて個々に回動制御する態様の他、Ｙ方向に並ぶ一対のバッテリー固定装置３０を一つのモータで回動制御する態様であってもよい。また、フック３４の形状は、Ｖ字状に限らず、支持部３４ｂにおいて固定軸３２のＹ軸方向下側の位置でロッド部材２４を支持する形状であれば、Ｕ字状やその他の形状であっても構わない。

１０…電気自動車、２０…バッテリーユニット、２１…バッテリーケース、２４、２４Ａ…ロッド部材、３０…バッテリー固定装置、３２…固定軸、３４…フック、３４ａ…軸受部、３４ｂ…支持部、３６…回動リンク機構。

Claims (3)

1. バッテリーを自動車に搭載するためのバッテリー収容器を、自動車に対して着脱可能に下方より支持するバッテリー収容器支持体であって、
   前記バッテリー収容器から水平方向に延びるシャフトに対して平行な固定軸と、
   前記固定軸に回動可能に取り付けられ、前記バッテリー収容器の前記シャフトを下方から支持するフックと、
   前記フックを、前記固定軸周りに回動させる回動手段と
   を備え、
   前記フックは、前記回動手段により、前記シャフトをロック状態にするロック位置と前記シャフトのロック状態が解かれた開放位置との間で前記固定軸周りに回動され、
   前記フックが前記ロック位置のときに、前記固定軸の鉛直下方に前記シャフトを位置させる、バッテリー収容器支持体。
2. 前記フックは、
   前記固定軸に取り付けられる軸受部と、
   前記軸受部と一体的に設けられ、前記固定軸の軸線に関して周方向に延在するシャフト支持部と
   を有し、
   前記フックが前記ロック位置のときに、前記シャフト支持部が、前記固定軸の鉛直下方の位置で前記シャフトを支持する、請求項１に記載のバッテリー収容器支持体。
3. 前記フックが板状であり、
   前記フックが、前記バッテリー収容器の側面に対して平行に配置され、かつ、前記側面に沿って回動する、請求項１または２に記載のバッテリー収容器支持体。

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