JP2012192782A - 車両のバッテリ交換装置及び車両のバッテリ交換方法 - Google Patents

Abstract

【課題】装置の複雑化や大型化を招くことなく、バッテリ交換位置に停止した車体が傾斜した状態であっても支障なくバッテリ交換を行う。
【解決手段】バッテリ交換装置１１は、電気自動車４１に設けられたバッテリ支持部４３に車両の下方からバッテリユニット４２を脱着する。そして、車両がバッテリ交換のために停止する車両停止部と、車両停止部に停止した車両のバッテリ支持部４３と対応する位置に設けられ、バッテリ載置部１６をバッテリ支持部４３に支持されているバッテリユニット４２を受け取る上昇位置と、下方の待機位置との間で昇降させるバッテリ昇降手段１３とを備えている。また、車両停止部に停止した車両の少なくとも車体の一部を上昇させて車両の姿勢をバッテリ支持部４３が水平になるように調整する車両昇降手段１４を備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両のバッテリ交換装置及び車両のバッテリ交換方法に関する。

電気自動車においては、バッテリの充電量が所定量以下になると電気自動車に搭載された状態でバッテリの充電を行うか、消耗したバッテリを満充電されたバッテリと交換する必要がある。電気自動車のバッテリを交換する方式として、車両の下方に位置する昇降手段を用いて複数のバッテリを収納したバッテリユニットを出し入れする装置が公開されている（特許文献１参照）。このように、車両の下方に位置する昇降手段を用いてバッテリユニットを交換する方式では、対応するバッテリユニットを、車両の床面に沿った、薄く広い形状にできる。電気自動車用のバッテリユニットは、内部に多数のバッテリを有する重いものである為、バッテリを広い面積に分散して配置できる前記の構造は、車両の後方や側方からバッテリを水平に移動させて交換を行う方式に比べて、大型で重いバッテリを使用する電気自動車にて、車両の重量バランスに優れる。

ところが、特許文献１に記載の技術にあっては、バッテリユニットを単に上下に昇降させるのみであるため、乗員や荷物といった車載重量物の影響により車体フロアが傾斜している状態では、着脱時、車両下面やバッテリユニットの一部に強い荷重が加わるという問題があった。この問題を解消するため、車体フロアの傾斜に拘らずバッテリを着脱可能なバッテリ交換装置が提案されている（特許文献２参照）。特許文献２に記載のバッテリ交換装置は、バッテリを載置して固定するバッテリ固定手段の傾斜状態を調整し、この調整された傾斜状態で車両の下面からバッテリを取り付けることとした。具体的には、車両用基台に停止した車両に対し、位置検出センサにより車体フロアのピッチ方向の傾きを検出し、その傾きに応じて回転駆動アクチュエータの第１回転軸周りの回転量を補正し、傾斜状態を調整する。また、位置検出センサにより車体フロアのロール方向の傾きを検出し、その傾きに応じて回転駆動アクチュエータの第２回転軸周りの回転量を補正し、傾斜状態を調整する。

特開平６−２６２９５１号公報 特開２０１０−１７３３６４号公報

特許文献２に記載のバッテリ交換装置は、特許文献１に記載の装置と異なり車体フロアが傾斜している状態であってもバッテリの着脱（交換）を支障なく行うことができる。しかし、特許文献２に記載のバッテリ交換装置は、バッテリを載置して固定するバッテリ固定手段が配置された回転体である多面体治具と、車幅方向に延びる第１回転軸と、車両進行方向に延び第１回転軸の向きを回動する第２回転軸とにより、多面体治具を所定位置及び所定傾斜状態に駆動する回転駆動アクチュエータを有する。また、車幅方向運転席側に配置された一本の支柱を有し、支柱内に収容された回転駆動アクチュエータを支持するとともに、回転駆動アクチュエータを介して支持された多面体治具を片持ち支持する昇降アクチュエータを有する。そのため、バッテリ交換装置が大型化し、特に車両用基台の下に、高く広い床下スペースを必要とするという問題がある。

本発明は、前記従来の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、装置の複雑化や大型化を招くことなく、バッテリ交換位置に停止した車体が傾斜した状態であっても支障なくバッテリ交換を行うことができる車両のバッテリ交換装置及び車両のバッテリ交換方法を提供することにある。

前記の目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、車両に設けられたバッテリ支持部に車両の下方からバッテリを脱着する車両のバッテリ交換装置である。そして、車両がバッテリ交換のために停止する車両停止部と、前記車両停止部に停止した車両の前記バッテリ支持部と対応する位置に設けられ、バッテリ載置部を前記バッテリ支持部に支持されているバッテリを受け取る上昇位置と、下方の待機位置との間で昇降させるバッテリ昇降手段とを備えている。また、前記車両停止部に停止した車両の少なくとも車体の一部を上昇又は下降させて車両の姿勢を前記バッテリ支持部が水平になるように調整する車両昇降手段を備えている。ここで、「バッテリ」とは、１個の裸の状態のバッテリに限らず、複数のバッテリがバッテリケースに搭載されたバッテリユニットをも意味し、一般にはバッテリユニットの状態で使用される。

乗員及び積載物を含めた車両の左右又は前後の重量バランスにはバラツキが存在する。また、車両に取り付けられた複数のタイヤの状態（空気圧や摩耗の状態）やサスペンションの状態は異なる。そのため、車両がバッテリ交換位置に停止すると、車両のバッテリ支持部（バッテリ収納部）には水平方向に対する傾きが存在する。

この発明では、バッテリ交換のために車両停止部に停止した車両の姿勢が、バッテリ交換に先立って車両昇降手段により調整される。車両昇降手段は、車両の少なくとも車体の一部を上昇又は下降させて、車両の姿勢をバッテリ支持部が水平になるように調整する。そして、バッテリ支持部が水平になった状態で、バッテリ載置部がバッテリ支持部からバッテリを受け取る上昇位置にバッテリ昇降手段により配置され、バッテリをバッテリ支持部から受け取る。その後、バッテリ載置部が待機位置まで下降し、使用済みのバッテリが搬出され、バッテリ載置部上に充電済みの新たなバッテリが載置されると、バッテリ支持部が水平に保持された状態で、バッテリ載置部は充電済みの新たなバッテリをバッテリ支持部に受け渡す位置まで上昇移動されて、バッテリ支持部にバッテリを受け渡す。そのため、車両がバッテリ交換位置に停止した状態で車両のバッテリ支持部に水平方向の傾きが存在しても、バッテリ載置部がバッテリ支持部との間でバッテリを受け取ったり受け渡したりする位置に上昇移動される際には、車両はバッテリ支持部が水平になった状態に保持される。そのため、バッテリ昇降手段に傾きに対応する機構を設ける必要がない。したがって、装置の複雑化や大型化を招くことなく、バッテリ交換位置に停止した車体が傾斜した状態であっても支障なくバッテリ交換を行うことができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記車両昇降手段は、車両の前後方向に延びる棒状に形成されるとともに、前記バッテリ支持部に支持されているバッテリの側方において車体と当接可能な支持面を備える一対の車両持上げ部材を備えている。

車両を安定した状態で支持するには少なくとも３点で、かつ車両の重心がその３点で囲まれる範囲内に存在する必要がある。この発明では、車両持上げ部材は車両の前後方向に延びる棒状に形成されるとともに、バッテリ支持部に支持されたバッテリの側方において昇降されて車体と当接するため、車両の傾き方向に関わらず、２部材の上昇のみで車体を水平にでき、また、車両を安定した状態で支持し易い。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記一対の車両持上げ部材は、バッテリ昇降手段の両側に配置されたシリンダにより、同期して昇降する。したがって、シリンダに対し、直角方向にバッテリの搬送が可能になる。

請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記車両昇降手段は、車両の水平方向に対する傾きを検出する傾き検出手段の検出情報に基づいて、少なくとも車体の一部を下げるようにして車両の姿勢を調整する。車両の姿勢を水平に調整する場合、一般に車体を持ち上げて調整するが、この発明では、車体を下げるようにして調整する。したがって、車両を持ち上げて車両の姿勢を調整する構成に比べて、姿勢が調整された状態における待機位置に配置されたバッテリ載置部上面からバッテリ支持部までの距離が短くなる。その結果、バッテリ昇降手段が新たなバッテリをバッテリ支持部まで上昇させる距離が短くなり、必要なエネルギー消費量が少なくなる。

請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の発明において、前記車両昇降手段は、前記車両停止部に停止した車両の前後左右の車輪を独立に支持し、かつ独立に昇降駆動される昇降支持部を備えており、前記昇降支持部の一部を下降させて車両の姿勢を調整する。この発明では、車両の姿勢を調整する際、必要最小限の駆動エネルギーで車両の姿勢調整が可能になる。

請求項６に記載の発明は、車両に設けられたバッテリ支持部に車両の下方からバッテリを脱着する車両のバッテリ交換方法である。そして、バッテリ交換位置に停止した車両の姿勢を前記バッテリ支持部が水平になるように車両昇降手段を用いて調整した状態で、バッテリ昇降手段を用いてバッテリの前記バッテリ支持部からの脱離あるいは前記バッテリ支持部への装着を行う。

この発明では、バッテリ交換位置に停止した車両の姿勢が、バッテリ支持部が水平になるように車両昇降手段を用いて調整された状態で、バッテリ昇降手段を用いてバッテリのバッテリ支持部からの脱離あるいはバッテリ支持部への装着が行われる。そのため、車両がバッテリ交換位置に停止した状態で車両のバッテリ支持部に水平方向に対する傾きが存在しても、バッテリ昇降手段によるバッテリの脱着作業時には、バッテリ支持部は水平状態に保持され、バッテリをバッテリ支持部にロックするロック手段のロックあるいはロック解除を支障なく行うことができる。したがって、装置の複雑化や大型化を招くことなく、バッテリ交換位置に停止した車体が傾斜した状態であっても支障なくバッテリ交換を行うことができる。

本発明によれば、装置の複雑化や大型化を招くことなく、バッテリ交換位置に停止した車両の姿勢が傾斜した状態であっても支障なくバッテリ交換を行うことができる。

第１の実施形態のバッテリ交換装置の模式正面図。 （ａ）はバッテリ交換装置の模式側面図、（ｂ）は模式平面図。 （ａ）は車両がバッテリ交換位置に停止した状態の模式正面図、（ｂ）は車両持上げ部材が最上昇位置に移動した状態の模式図、（ｃ）はバッテリ載置部が最上昇位置に移動しロック装置のロックが解除された状態の模式図、（ｄ）はバッテリを載置したバッテリ載置部が待機位置に移動した状態の模式図。 （ａ）は待機位置のバッテリ載置部上に新たなバッテリが移載された状態の模式図、（ｂ）はバッテリ載置部が最上昇位置に移動してバッテリがロック装置によりロックされる直前の状態の模式図、（ｃ）はバッテリ載置部が待機位置に移動した状態の模式図、（ｄ）は車両持上げ部材が下降位置に移動した状態の模式図。 （ａ）は第２の実施形態のバッテリ交換装置の模式正面図、（ｂ）は同じく模式側面図。 （ａ）は車両がバッテリ交換位置に停止した状態の模式正面図、（ｂ）は車輪支持昇降部が下降して車両が水平になった状態の模式図、（ｃ）はバッテリ載置部が最上昇位置に移動しロック装置のロックが解除された状態の模式図、（ｄ）はバッテリを載置したバッテリ載置部が待機位置に移動した状態の模式図。

（第１の実施形態）
以下、本発明を電気自動車のバッテリ交換装置に具体化した第１の実施形態を図１〜図４にしたがって説明する。

図１及び図２に示すように、バッテリ交換装置１１は床面上に設けられ、バッテリ交換装置１１の上方には車両としての電気自動車４１を支持し、上面が水平な支持プレート１２が、バッテリ交換の際に電気自動車４１が停止可能に設けられている。支持プレート１２は、車両がバッテリ交換のために停止する車両停止部を構成する。支持プレート１２上にはバッテリ交換の際に電気自動車４１の前輪に当接して電気自動車４１のバッテリ交換位置への位置決めを行う車輪止め（図示せず）が設けられている。支持プレート１２は、図示しないスロープから電気自動車４１が前進移動で走行してバッテリ交換位置に停止するように構成されている。

電気自動車４１には複数のバッテリを収納したバッテリユニット４２を車体の下方にて支持するバッテリ支持部４３が設けられている。バッテリ支持部４３は、車両の底部に車両の前後方向に延びるように配設された左右一対のアンダリーンフォース４４の間に設けられている。バッテリ支持部４３には、バッテリユニット４２の落下を防止するロック装置４５が設けられており、ロック装置４５の操作によりバッテリユニット４２は着脱可能とされている。ロック装置４５は、ピストンロッド４５ａがバッテリケースに形成された掛止孔（図示せず）に進入、離脱可能に配設されたシリンダで構成され、バッテリユニット４２を複数個所（例えば、４箇所）でロック可能に構成されている。バッテリユニット４２は、バッテリユニット４２の上外周縁が電気自動車４１のフロアの下面に当接する状態で、バッテリ支持部４３にロック装置４５によりロックされた状態で支持される。

支持プレート１２には、電気自動車４１が前輪を車輪止めに当接させてバッテリ交換位置に停止した状態において、バッテリ支持部４３とバッテリ交換装置１１との間におけるバッテリユニット４２の移動に支障を来さない大きさの開口１２ａが形成されている。

バッテリ交換装置１１は、バッテリ昇降手段１３、車両昇降手段１４を備えている。バッテリ昇降手段１３は、バッテリ載置部１６を備えており、バッテリ交換位置に停止した電気自動車４１のバッテリ支持部４３と対向する位置で、バッテリ載置部１６をバッテリ支持部４３に支持されているバッテリユニット４２を受け取る上昇位置と、隣接する搬送手段１５との間でバッテリユニット４２の授受を行う待機位置との間で昇降させる。

バッテリ昇降手段１３はパンタグラフ式の構成で、バッテリ載置部１６を昇降させるパンタグラフ機構は２組の第１リンク１７及び第２リンク１８を備えている。両リンク１７，１８は、同じ長さで中央部が軸により回動可能に連結され、上端がバッテリ載置部１６に固定された一対の上側支持部材１９に連結され、下端が一対の下側支持部材２０に連結されている。第１リンク１７は下端が下側支持部材２０に回動可能に連結され、上端が上側支持部材１９に形成された長孔１９ａに沿って移動可能に設けられた上側支軸２１に回動可能に連結されている。第２リンク１８は下端が下側支持部材２０に形成された長孔２０ａに沿って移動可能に設けられた下側支軸２２に回動可能に連結され、上端が上側支持部材１９に回動可能に連結されている。下側支軸２２はモータ２３（図２（ａ）にのみ図示）によって回動されるねじ軸２４により、ねじ軸２４に沿って移動するスライダ（図示せず）に固定されている。そして、モータ２３の正転駆動時には第１リンク１７及び第２リンク１８の端部の間隔が狭くなってバッテリ載置部１６が上昇し、モータ２３の逆転駆動時には第１リンク１７及び第２リンク１８の端部の間隔が広くなってバッテリ載置部１６が下降するようになっている。

車両昇降手段１４は、車両停止部に停止した車両の少なくとも車体の一部を上昇させて車体の姿勢をバッテリ支持部４３が水平になるように調整する。詳述すると、この実施形態では車両昇降手段１４は、水平に延びる棒状の車両持上げ部材２５、及びこの車両持上げ部材２５を上下方向に昇降するシリンダ２６、の一対を備えている。各車両持上げ部材２５は、それぞれシリンダ２６により、同期して昇降される。各車両持上げ部材２５は、車体に当接する支持面を備え、それぞれが、バッテリ支持部４３の左右に配置されている各アンダリーンフォース４４の底面に当接して電気自動車４１を支持できる位置に配置されている。

搬送手段１５は、一対のチェーン２７ａを備えたチェーンコンベア２７で構成され、一対のチェーン２７ａ上にバッテリユニット４２を載置した状態でバッテリユニット４２を搬送する。両チェーン２７ａは脚部２８ａを備えたフレーム２８に支持され、正逆回転可能な駆動モータ２９により同時に駆動される。搬送手段１５は、バッテリユニット４２をバッテリ昇降手段１３との間の移載位置と、バッテリ貯蔵部へのバッテリ搬送手段（いずれも図示せず）との間で搬送する。バッテリ貯蔵部とは、回収された使用済みバッテリを一時貯蔵するとともに、充電された充電済みバッテリを貯蔵する装置で、例えば、自動倉庫で構成される。

搬送手段１５のバッテリ昇降手段１３寄りには、搬送手段１５の一端まで搬送された新たなバッテリユニット４２を搬送手段１５上からバッテリ昇降手段１３のバッテリ載置部１６上に移載する移載装置３０が設けられている。移載装置３０は、リフタ３１により昇降される支持部材３２と、支持部材３２上にピストンロッド３３ａが搬送手段１５の搬送方向に延びるように固定されたシリンダ３３とを備えている。ピストンロッド３３ａの先端には押圧板３４が固定されている。シリンダ３３は、押圧板３４が搬送手段１５上のバッテリユニット４２に当接してバッテリ載置部１６上へ移動可能な上昇位置と、押圧板３４が搬送手段１５上のバッテリユニット４２に当接不能な待機位置（下降位置）とにリフタ３１により移動される。上昇位置においてピストンロッド３３ａが突出することにより押圧板３４がバッテリユニット４２を搬送手段１５上からバッテリ昇降手段１３上に移載する。なお、バッテリ昇降手段１３を挟んで移載装置３０と反対側には、バッテリ昇降手段１３のバッテリ載置部１６上に載置されたバッテリユニット４２を搬送手段１５上に移載する移載装置（図示せず）が設けられている。

バッテリ昇降手段１３、車両昇降手段１４、搬送手段１５及び移載装置３０等は、制御装置３５により制御される。制御装置３５は、バッテリ交換要求信号が入力されると、車両昇降手段１４の上昇駆動制御、バッテリ昇降手段１３の上昇駆動制御、ロック装置４５のロック解除制御、バッテリ昇降手段１３の下降駆動制御を順次行うことにより充電を必要とするバッテリユニット４２をバッテリ支持部４３から離脱させて搬送手段１５への受け渡し位置まで移動させる。また、制御装置３５は、充電された新たなバッテリユニット４２がバッテリ載置部１６上に載置されると、バッテリ昇降手段１３の上昇駆動制御、ロック装置４５のロック制御、バッテリ昇降手段１３の下降駆動制御、車両昇降手段１４の下降駆動制御を順次行うことにより、新たなバッテリユニット４２のバッテリ支持部４３への装着を行う。なお、ロック装置４５のロック解除制御及びロック制御は正確には、制御装置３５が直接制御するのではなく、車両に装備された図示しない制御装置に対してロック装置４５のロック解除あるいはロックの駆動を行う指令を行い、車両側の制御装置がロック解除あるいはロックの制御を行う。

次に前記のように構成されたバッテリ交換装置１１の作用を説明する。
電気自動車４１は、図示されないスロープを経由して支持プレート１２上まで走行し、支持プレート１２の車輪止めに前輪を載せた状態で停止する。電気自動車４１がバッテリ交換のためバッテリ交換位置に停止すると、図１及び図２（ａ）に示すように、バッテリ支持部４３がバッテリ昇降手段１３のバッテリ載置部１６と対向する状態になる。電気自動車４１は、複数のタイヤの状態（空気圧や摩耗の状態）やサスペンションの状態、さらには、乗員及び積載物を含めた車両左右又は前後の重量バランスにはバラツキが存在する。そのため、電気自動車４１がバッテリ交換位置に停止すると、例えば、図３（ａ）に示すように、電気自動車４１の車体は標準状態より水平方向に対して傾き、バッテリ支持部４３もバッテリ載置部１６の上面に対して傾きが存在する状態になる。この状態からバッテリ交換装置１１はバッテリ交換を開始する。

先ず、車両昇降手段１４が上昇駆動されて、車両持上げ部材２５が上昇移動される。上昇移動の途中に車両持上げ部材２５が電気自動車４１のアンダリーンフォース４４の下面の一部に当接する状態になり、さらに車両持上げ部材２５の上昇移動に伴い電気自動車４１の車体が持ち上げられ、車両持上げ部材２５の上昇に伴って車体の傾きが修正されて水平になった時点、つまり一対の車両持上げ部材２５が、車両持上げ部材２５上の車両前後方向でアンダリーンフォース４４に当接した状態で車両昇降手段１４の駆動が停止される。このとき電気自動車４１の車輪は、一部の車輪のダンパ（図示省略）が伸びた状態であり、図３（ｂ）に示すように、全ての車輪が支持プレート１２に接触している状態で水平になる。

車両昇降手段１４の上昇駆動が開始された後、バッテリ昇降手段１３の上昇駆動が開始され、バッテリ載置部１６はその上面が水平に保持された状態で、図３（ｃ）に示すように、バッテリ支持部４３に支持されているバッテリユニット４２の下面と当接する最上昇位置まで上昇移動される。このとき、電気自動車４１は車両持上げ部材２５により水平に保持されているため、バッテリ載置部１６はバッテリユニット４２に片当たりすることなく最上昇位置まで上昇されて、バッテリユニット４２の下面に当接する。バッテリ載置部１６が最上昇位置で停止した後、ロック装置４５が駆動されてバッテリユニット４２のバッテリ支持部４３に対するロックが解除される。

次にバッテリ昇降手段１３が下降駆動され、バッテリユニット４２はバッテリ載置部１６に載置されて待機位置まで下降されて図３（ｄ）に示す状態になる。次に図示しない移載装置が駆動されて、バッテリユニット４２がバッテリ載置部１６上から搬送手段１５上に移載される。その後、搬送手段１５が駆動されて使用済みのバッテリユニット４２はバッテリ交換装置１１から搬出される。

次に満充電された新たなバッテリユニット４２がバッテリ貯蔵部からバッテリ搬送手段により搬送手段１５上に移載されてバッテリ交換装置１１に搬入される。そして、新たなバッテリユニット４２は搬送手段１５によりバッテリ昇降手段１３の近傍の移載位置まで搬送される。その状態で移載装置３０が駆動され、新たなバッテリユニット４２は搬送手段１５上からバッテリ昇降手段１３のバッテリ載置部１６上に移載されて図４（ａ）に示す状態になる。

次にバッテリ昇降手段１３が上昇駆動され、バッテリ載置部１６がバッテリユニット４２と共に最上昇位置まで上昇されて、図４（ｂ）に示すように、バッテリユニット４２がバッテリ支持部４３のロック位置に配置される。このとき電気自動車４１は車両持上げ部材２５により水平状態に保持されているため、バッテリユニット４２は水平に保持された状態で支障なくロック位置まで上昇される。次にロック装置４５が駆動されてバッテリユニット４２がバッテリ支持部４３にロックされた後、バッテリ昇降手段１３が下降駆動されてバッテリ載置部１６が待機位置まで下降移動され、図４（ｃ）に示す状態になる。また、バッテリ載置部１６の下降途中に車両昇降手段１４が下降駆動され、車両持上げ部材２５による電気自動車４１の支持が解除され、図４（ｄ）に示すように、電気自動車４１は元の傾いた状態になってバッテリユニット４２の交換作業が終了する。

なお、電気自動車４１がバッテリ交換位置に停止した際、レアケースとしてバッテリ支持部４３が水平状態となるように停止する場合がある。その場合も同様に、バッテリ昇降手段１３、車両昇降手段１４、ロック装置４５及び搬送手段１５等が同様に駆動制御されてバッテリユニット４２の交換作業が支障なく行われる。

この実施形態によれば、以下に示す効果を得ることができる。
（１）バッテリ交換方法は、バッテリ交換位置に停止した車両の姿勢をバッテリ支持部４３が水平になるように車両昇降手段１４を用いて調整した後、バッテリ昇降手段１３を用いてバッテリユニット４２のバッテリ支持部４３からの脱離あるいはバッテリ支持部４３への装着を行う。そのため、車両がバッテリ交換位置に停止した状態で車両のバッテリ支持部４３に水平方向に対する傾きが存在しても、バッテリ昇降手段１３によるバッテリユニット４２の脱着作業時には、バッテリ支持部４３は水平状態に保持され、バッテリ支持部４３への装着時に、バッテリユニット４２又はバッテリ支持部４３の一部に強い力が作用することもなく、バッテリユニット４２をバッテリ支持部４３にロックするロック装置４５のロックあるいはロック解除を支障なく行うことができる。

（２）バッテリ交換装置１１は、車両（電気自動車４１）に設けられたバッテリ支持部４３に車両の下方からバッテリユニット４２を脱着する。そして、車両がバッテリ交換のために停止する車両停止部（支持プレート１２）と、車両停止部に停止した車両のバッテリ支持部と対応する位置に設けられ、バッテリ載置部１６をバッテリ支持部４３に支持されているバッテリユニット４２を受け取る上昇位置と、下方の待機位置との間で昇降させるバッテリ昇降手段１３とを備えている。また、車両停止部に停止した車両の少なくとも一部の車輪を上昇させて車両の姿勢をバッテリ支持部４３が水平になるように調整する車両昇降手段１４を備えている。したがって、バッテリ昇降手段１３の大型化や、支持プレート１２下方の上下スペースの拡大を招くことなく、バッテリ交換位置に停止した車体が傾斜した状態であっても支障なくバッテリ交換を行うことができる。

（３）車両昇降手段１４は、車両の前後方向に延びる棒状に形成されるとともにバッテリ支持部４３に支持されているバッテリユニット４２の側方において車両の前後方向に延びる状態で昇降されて車体と当接係合可能な一対の車両持上げ部材２５を備えている。したがって、車両の傾き方向に関わらず２部材の上昇のみで車体を水平にでき、また、車両を安定した状態で支持し易い。

（４）車両持上げ部材２５は、バッテリ支持部４３の左右に配置されているアンダリーンフォース４４に当接して車両を支持する。車両持上げ部材２５が車両をロッカーで支持する構成の場合は意匠面に傷がつく虞があるが、この実施形態では、アンダリーンフォース４４の部分で車両を支持するため、意匠面に傷がつかずに車両を支持することができる。

（５）バッテリ昇降手段１３及び車両昇降手段１４は独立して駆動可能に構成されている。そして、バッテリユニット４２の取り外し作業のため車両昇降手段１４の上昇駆動により電気自動車４１を水平に保持する上昇位置に移動された車両持上げ部材２５は、新たなバッテリユニット４２がバッテリ支持部４３にロック装置４５によりロック状態で支持され、バッテリ昇降手段１３が下降するまで上昇位置に保持される。バッテリ載置部１６の昇降及び車両の昇降を同じ昇降手段が行う構成では、バッテリケースが車体に片当りした状態でも、安定した状態でバッテリケースを支持部の所定位置まで移動させるために、装置全体の強度に余裕を持たせ、装置全体が重くなる分だけ駆動装置も大型にする必要があるが、これに比べて、本実施形態の昇降手段の駆動装置は片当たりが生じない為、小型のもので済む。

（６）車両昇降手段１４は、電気自動車４１の全ての車輪が支持プレート１２から浮き上がる状態で電気自動車４１の車体を水平状態に支持するのではなく、全ての車輪が支持プレート１２に接触している状態で車体を水平に支持する。したがって、全ての車輪が支持プレート１２から浮き上がる状態で車体を支持する構成に比べて必要なエネルギー消費量が少なくなる。

（第２の実施形態）
次に、本発明を具体化した第２の実施形態を図５及び図６にしたがって説明する。この実施形態では、車両昇降手段の構成と、車両の傾き検出手段の検出情報に基づいて、車両昇降手段が駆動制御される点とが第１の実施形態と大きく異なっている。第１の実施形態と同一部分は同一符号を付して詳しい説明を省略する。

図５（ａ），（ｂ）に示すように、バッテリ交換装置１１の車両の停止位置には、停止した電気自動車４１の前後左右の車輪４６を独立に支持し、かつ独立に昇降駆動される昇降支持部としての車輪支持昇降部３６が設けられている。各車輪支持昇降部３６はそれぞれ油圧シリンダ３７のピストンロッド３７ａの先端に固定されている。車輪支持昇降部３６及び油圧シリンダ３７により車両昇降手段３８が構成されている。油圧シリンダ３７は図示しない油圧回路に設けられている制御弁により作動油の供給が制御される。なお、図示の都合上、図５（ａ）と図５（ｂ）とは異なる縮尺で示されている。

バッテリ載置部１６のプレートは第１の実施形態の場合より大きく形成され、バッテリ載置部１６の四隅には、車両停止部に停止した電気自動車４１（バッテリ支持部４３）の水平方向に対する傾きを検出する傾き検出手段３９が設けられている。この実施形態では傾き検出手段３９はレーザー距離センサで構成され、各傾き検出手段３９がアンダリーンフォース４４下面との距離を計測して、その距離に基づいて電気自動車４１の水平方向に対する傾きを検出する構成である。

制御装置３５は、傾き検出手段３９の検出情報に基づいて、各傾き検出手段３９とアンダリーンフォース４４下面との距離が同じになるようにするために必要な各油圧シリンダ３７の駆動量を演算し、制御弁を制御して油圧シリンダ３７をその駆動量となるように制御する。制御装置３５は、車両の傾き検出手段３９の検出情報に基づいて、少なくとも車体の一部を下げるように油圧シリンダ３７、即ち車両昇降手段３８を制御して車両の姿勢を調整する。

次に前記のように構成されたバッテリ交換装置１１の作用を説明する。
電気自動車４１がバッテリ交換のためバッテリ交換位置に停止すると、電気自動車４１の各車輪４６が車輪支持昇降部３６上に位置する状態になる。このとき各車輪支持昇降部３６は同じ高さに位置する。そして、図６（ａ）に示すように、電気自動車４１の車体は水平方向に対して傾き、バッテリ支持部４３もバッテリ載置部１６の上面に対して傾きが存在する状態になる。この状態からバッテリ交換装置１１はバッテリ交換を開始する。

まず、傾き検出手段３９により電気自動車４１の傾きが検出され、その検出情報が制御装置３５に送られる。制御装置３５はその検出情報に基づいて、バッテリ支持部４３が水平になるために必要な各油圧シリンダ３７の駆動量を演算し、油圧シリンダ３７をその駆動量となるように制御する。その結果、少なくとも電気自動車４１の車体の一部が下がるようにして、バッテリ支持部４３が水平になるように電気自動車４１の姿勢が調整されて図６（ｂ）に示す状態になる。

次にバッテリ支持部４３が水平に維持された状態でバッテリ昇降手段１３が上昇駆動され、バッテリ載置部１６が上昇位置に移動される。制御装置３５はバッテリ載置部１６の上昇量を傾き検出手段３９の検出情報に基づいて演算して、バッテリ昇降手段１３を制御する。そして、バッテリ載置部１６の上昇移動が完了してバッテリユニット４２の下面にバッテリ載置部１６の上面が当接した状態で、ロック装置４５のロック解除が行われて図６（ｃ）に示す状態となる。

次に、バッテリ昇降手段１３が下降駆動され、バッテリ載置部１６が待機位置まで下降移動されて図６（ｄ）に示す状態になる。この状態から、第１の実施形態と同様に、バッテリユニット４２の搬送手段１５上への移載、バッテリユニット４２のバッテリ交換装置１１からの搬出が順次行われる。また、充電済みの新たなバッテリユニット４２が待機位置に待機しているバッテリ載置部１６上へ移載された後、バッテリ昇降手段１３の上昇駆動、ロック装置４５の駆動によるバッテリユニット４２のバッテリ支持部４３へのロック、バッテリ昇降手段１３の下降駆動が行われる。そして、バッテリ昇降手段１３の下降駆動開始後、下降位置に保持されていた車輪支持昇降部３６に対応する油圧シリンダ３７が駆動され、車輪支持昇降部３６が元の位置まで上昇移動され、電気自動車４１は元の傾いた状態になってバッテリユニット４２の交換作業が終了する。

したがって、この第２の実施形態によれば、第１の実施形態の（１），（３）〜（７）と同様な効果に加えて以下の効果を得ることができる。
（８）車両昇降手段３８は、車両の水平方向に対する傾きを検出する傾き検出手段３９の検出情報に基づいて、少なくとも車体の一部を下げるようにして車両の姿勢を調整する。そのため、車体を持ち上げて車両の姿勢を調整する構成に比べて、姿勢が調整された状態における待機位置に配置されたバッテリ載置部１６上面からバッテリ支持部４３までの距離が短くなる。その結果、バッテリ昇降手段１３が新たなバッテリユニット４２をバッテリ支持部４３まで上昇させる距離が短くなり、必要なエネルギー消費量が少なくなる。

（９）車両昇降手段３８は、車両停止部に停止した車両（電気自動車４１）の前後左右の車輪４６を独立に支持し、かつ独立に昇降駆動される車輪支持昇降部３６を備えており、車輪支持昇降部３６の一部を下降させて車両の姿勢を調整する。したがって、車両の姿勢を調整する際、必要最小限の駆動エネルギーで車両の姿勢調整が可能になる。

実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
○ 車両持上げ部材２５は車両の前後方向に延びる棒状に形成されて車両を線で持ち上げる構成に限らず、点で持ち上げる構成としてもよい。例えば、車両持上げ部材２５の形状を車両の前後方向に延びる棒状ではなく、棒状部材の両端に相当する位置にそれぞれ車両と当接可能な当接部が形成された形状としたり、シリンダ２６のピストンロッドが直接車両と当接する構成とするとともにシリンダ２６を４個設ける構成にしたりしてもよい。

○ 第１の実施形態のように車両持上げ部材２５の上昇で車両の姿勢を調整する構成において、傾き検出手段３９の検出情報に基づいて車両持上げ部材２５の上昇量を調整してもよい。傾き検出手段３９の検出情報を用いない構成では、車両持上げ部材２５の上昇量をバッテリ支持部４３の高さ及び車輪の大きさに対応して予め設定された値とする必要がある。そのため、その値が同じ車両についてのみバッテリ交換を行うこととした場合には問題はないが、その値が異なる車両に対してもバッテリ交換を行う場合は、バッテリ交換に先立ってその値の情報を入手して車両持上げ部材２５の上昇量を設定する必要がある。しかし、傾き検出手段３９の検出情報を利用する場合は、車種に拘らず車体が水平になる位置まで車両持上げ部材２５を上昇させればよい。

○ 車体を車両持上げ部材２５の上昇により持ち上げて水平状態に車両の姿勢を調整する際、全ての車輪が支持プレート１２から浮く状態となるまで車体を上昇させる構成としてもよい。この構成の場合、車両のバッテリ支持部４３までの高さが異なる複数種の車両に対して車両持上げ部材２５の上昇量を同じ値にして対処することが可能になる。

○ 第１の実施形態のように車両持上げ部材２５により車体を持ち上げることにより車両の姿勢を調整する場合、車両持上げ部材２５はバッテリ支持部４３の左右両側に位置するアンダリーンフォース４４と当接して車体を持ち上げる構成に限らず、例えば、ロッカーなど、その他の骨格部材で支持するようにしてもよい。また、バッテリ支持部４３の左右両側において車両を支持する構成に代えて、バッテリ支持部４３の前後両側において車両を支持する構成としてもよい。

○ 第２の実施形態のように前後左右の各車輪を支持する車輪支持昇降部３６が独立に昇降駆動される構成の場合、車両の姿勢を調整する際に、一部の車輪４６を上昇させることにより調整を行うようにしてもよい。

○ 車輪４６を車輪支持昇降部３６で支持した状態で傾き検出手段３９の検出情報に基づいて車輪支持昇降部３６の昇降により車両の姿勢を調整する構成において、前後左右の車輪４６のうちの３個の車輪４６をそれぞれ車輪支持昇降部３６で支持し、１個の車輪４６は支持プレート１２で支持する構成としてもよい。この構成では、傾き検出手段３９の検出情報によって支持プレート１２に支持された車輪４６に対応する車体の部分が最も低い場合は車輪支持昇降部３６を下降移動させて姿勢の調整を行い、支持プレート１２に支持された車輪４６に対応する車体の部分が最も高い場合は車輪支持昇降部３６を上昇移動させて姿勢の調整を行う。

○ 第２の実施形態において、傾き検出手段３９はアンダリーンフォース４４下面との距離を検出するのではなく、他の部分との距離を検出するようにしてもよい。
○ 第２の実施形態において、傾き検出手段３９をバッテリ載置部１６上に設けずに、バッテリ昇降手段１３の昇降と無関係な所定位置に設けてもよい。この場合、傾き検出手段３９を設ける位置の自由度が高くなる。

○ 車両（バッテリ支持部）の水平方向に対する傾きを検出する傾き検出手段３９を車両のバッテリ交換停止位置の上方に設けて、バッテリ交換停止位置に停止した車両の上方から車両の水平方向に対する傾きを検出するようにしてもよい。

○ バッテリ昇降手段１３はパンタグラフ式の構成に限らず、例えば、油圧シリンダや電動シリンダ等のシリンダを利用してバッテリ載置部１６を昇降させる構成としてもよい。

○ ロック装置４５は、ロックピン（ピストンロッド４５ａ）を水平にスライドさせてバッテリユニット４２側に形成された孔に挿入してロックする構成に限らない。例えば、バッテリユニット４２側にピンを突設し、車両側にピンをつかむ把持装置を設けてもよい。また、ツメ形状のロック部材が垂直面内で回転することでバッテリを支えるロック位置と、ロック解除位置とに配置される構成の装置としてもよい。

○ ロック装置４５は、バッテリユニット４２の左右両側に配置される構成に限らず、バッテリユニット４２の前後両側に配置してもよい。また、ロック装置４５の数は４個より少なくてもあるいは多くてもよい。

○ 搬送手段１５の搬送方向と、バッテリ交換位置に停止した車両の前後方向との関係は、平行（同方向）に限らず直交であってもよい。
○ 車両が前進移動でバッテリ交換位置へ進んで停止するのではなく、後退移動でバッテリ交換位置へ進んで停止する構成としてもよい。この場合、車輪止めは、車両の後輪に当接して車両のバッテリ交換位置への位置決めを行う。

○ 搬送手段１５はチェーンコンベアに限らず、ベルトコンベアやローラコンベアで構成してもよい。ローラコンベアの場合、移載装置３０は、シリンダ３３が上昇位置と搬送手段１５の下方の下降位置とにリフタ３１により移動される構成は採用できず、ローラコンベアの上方で押圧板３４がバッテリユニット４２を押圧可能な位置と、押圧板３４がローラコンベア上のバッテリユニット４２と干渉しない位置とに移動可能に構成される。

○ 支持プレート１２は車両がバッテリ交換のために停止する停止位置を、車両が水平状態で停止するように形成された構造ではなく、車両が前上がりあるいは前下がりの状態で停止するように形成された構造であってもよい。

○ バッテリ交換の際に車両がバッテリ交換装置１１の上方で停止する構成として、バッテリ交換装置１１を地上に形成したピット内に設け、車両はそのピットを覆うプレート上、あるいはピットを跨ぐように地上で停止する構成としてもよい。

○ 車両は動力源として大型のバッテリを搭載した車両であればよく、バッテリのみを走行用動力源として備えた電気自動車４１に限らず、モータ及びエンジンの両方を備えたハイブリッドカーであってもよい。

以下の技術的思想（発明）は前記実施形態から把握できる。
（１）請求項１に記載の発明において、前記車両昇降手段は、前記バッテリ支持部に支持されているバッテリの前後又は左右の位置において車体と当接可能な車両持上げ部材を備えている。

（２）請求項２、請求項３及び前記技術的思想（１）のいずれか１項に記載の発明において、前記車両持上げ部材は、前記バッテリ支持部の左右に配置されているアンダリーンフォースに当接して車両を支持する。

１１…バッテリ交換装置、１３…バッテリ昇降手段、１４，３８…車両昇降手段、１６…バッテリ載置部、２５…車両持上げ部材、２６…シリンダ、３６…昇降支持部としての車輪支持昇降部、３９…傾き検出手段、４１…車両としての電気自動車、４２…バッテリとしてのバッテリユニット、４３…バッテリ支持部、４６…車輪。

Claims (6)

1. 車両に設けられたバッテリ支持部に車両の下方からバッテリを脱着する車両のバッテリ交換装置であって、
   車両がバッテリ交換のために停止する車両停止部と、
   前記車両停止部に停止した車両の前記バッテリ支持部と対応する位置に設けられ、バッテリ載置部を前記バッテリ支持部に支持されているバッテリを受け取る上昇位置と、下方の待機位置との間で昇降させるバッテリ昇降手段と、
   前記車両停止部に停止した車両の少なくとも車体の一部を上昇又は下降させて車両の姿勢を前記バッテリ支持部が水平になるように調整する車両昇降手段と
   を備えていることを特徴とする車両のバッテリ交換装置。
2. 前記車両昇降手段は、車両の前後方向に延びる棒状に形成されるとともに、前記バッテリ支持部に支持されているバッテリの側方において車体と当接可能な支持面を備える一対の車両持上げ部材を備えている請求項１に記載の車両のバッテリ交換装置。
3. 前記一対の車両持上げ部材は、バッテリ昇降手段の両側に配置されたシリンダにより、同期して昇降する請求項２に記載の車両のバッテリ交換装置。
4. 前記車両昇降手段は、車両の水平方向に対する傾きを検出する傾き検出手段の検出情報に基づいて、少なくとも車体の一部を下げるように車両の姿勢を調整する請求項１に記載の車両のバッテリ交換装置。
5. 前記車両昇降手段は、前記車両停止部に停止した車両の前後左右の車輪を独立に支持し、かつ独立に昇降駆動される昇降支持部を備えており、前記昇降支持部の一部を下降させて車両の姿勢を調整する請求項４に記載の車両のバッテリ交換装置。
6. 車両に設けられたバッテリ支持部に車両の下方からバッテリを脱着する車両のバッテリ交換方法であって、
   バッテリ交換位置に停止した車両の姿勢を前記バッテリ支持部が水平になるように車両昇降手段を用いて調整した状態で、バッテリ昇降手段を用いてバッテリの前記バッテリ支持部からの脱離あるいは前記バッテリ支持部への装着を行うことを特徴とする車両のバッテリ交換方法。

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