JP2014008890A - バッテリー交換方式の電気車充電ステーションシステム - Google Patents

Abstract

【課題】充電インフラ問題を緩和する。
【解決手段】バッテリー交換方式の電気車充電ステーションシステムであって、電気自動車の進入及び進出を妨げない構造に形成され、前記電気自動車のバッテリー装着モジュールに設置される充電式のバッテリーの収納のためのバッテリー積載部が備えられた充電ステーション本体、前記充電ステーション本体に設置され、前記バッテリーの交替作業を行うバッテリー交替ロボット、及び前記バッテリー交替ロボットを制御し、前記電気自動車のバッテリー交替作業が行われるようにする充電ステーション制御部、を含むことを特徴とする、バッテリー交換方式の電気車充電ステーションシステム。
【選択図】図１

Description

本発明は、バッテリー交換方式の電気車充電ステーションシステムに関する。

人間の生活や社会活動に必須の手段として位置付けられる自動車は、石油のような化石エネルギーをエネルギー源として動く移動手段である。しかし、化石エネルギーは埋蔵量が限られた資源であるので、時間が進むほど枯渇し、その価格も持続的に上昇している実情にある。

特に、化石エネルギーはその使用過程において大気環境を汚染する多様な排気ガスが排出されるだけでなく地球温暖化の主要原因として作用する二酸化炭素を多量に排出する問題により、世界各国では全産業分野にわたり二酸化炭素排出量低減のための多様な研究開発活動を行っており、その代案として電気をエネルギー源に移動する電気自動車が開発されている。

電気自動車は純粋電気自動車（Ｂａｔｔｅｒｙ ｐｏｗｅｒｅｄ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｖｅｈｉｃｌｅ）、電動機とエンジンを利用するハイブリッド電気自動車（Ｈｙｂｒｉｄ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｖｅｈｉｃｌｅ）、燃料電池電気自動車（Ｆｕｅｌ ｃｅｌｌ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｖｅｈｉｃｌｅ）等が開発されている。また、電気自動車の活性化と普及拡大のためには、いつでもどこでも容易に充電できる充電インフラの構築が必要不可欠であるので、これについても多様な研究が進められている。

しかし、電気自動車は石油（揮発油、軽油等）や天然ガスを利用する自動車と違って、プラグイン方式でバッテリーに電力を充電するので、消費者は長い待機時間を強いられ、非常に不便であり、充電施設を運営する業者は余りにも長い待機時間のため経済性がない実情にある。

上記の問題点を解決するため、最近では、電気自動車のバッテリーに電源を直接充電することなくあらかじめバッテリーを充電して緩衝（充電）されたバッテリー自体を交換する方式（以下、「バッテリー交替方式」とする。）の充電技術が提案されている。

このようなバッテリー交替方式は、充電を必要とする消費者が充電ステーションを訪問すると、既使用のバッテリーをあらかじめ充電されたバッテリーと交替、装着するので、別途の充電時間を要することなく便利に利用することができるという利点がある。

米国特許第８０１３５７１号明細書 米国特許第８１６４３００号明細書

しかし、消費者がバッテリーを交替するために充電ステーションに訪問するようになると、電気自動車に既に装着されているバッテリーをいちいち分解して除去し、電気自動車の種類や既に装着されているバッテリーの種類に合ったバッテリーを探し出した後、再度装着しなければならないので、依然として多くの時間が掛かる問題がある。そして、バッテリーの交替作業のためには専門的なバッテリー交替技術を習得した作業者が必要なので、交替費用も嵩み消費者負担が加重される欠点がある。

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、充電インフラ問題を緩和するための、新規かつ改良されたバッテリー交換方式の電気車充電ステーションシステムを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、バッテリー交換方式の電気車充電ステーションシステムであって、電気自動車のバッテリー装着モジュールに設置される充電式のバッテリー、前記電気自動車の進入及び進出を妨げない構造に形成され、前記バッテリーの収納のためのバッテリー積載部が備えられた充電ステーション本体、前記充電ステーション本体に設置され、前記バッテリーの交替作業を行うバッテリー交替ロボット、及び前記バッテリー交替ロボットを制御し、前記電気自動車のバッテリー交替作業が行われるようにする充電ステーション制御部、を含むことを特徴とする、バッテリー交換方式の電気車充電ステーションシステムが提供される。

前記バッテリー交換方式の電気車充電ステーションシステムは、前記電気自動車からバッテリー交替予約情報を受信し、交替可否の確認情報を提供するための通信モジュールを更に含んでもよい。

前記充電ステーション本体は、前記バッテリーの交替時、外部環境に伴う悪影響がもたらされないように、電気自動車の進入時に前記バッテリーが内蔵された前記バッテリー装着モジュールを密閉する保護ガイドを含んでもよい。

前記保護ガイドは、前記充電ステーション本体内部に収納された状態で、バッテリー交替時に前記バッテリー装着モジュールに向かって広がりながら排出され、交替完了時に元の位置に戻るしわ管体で構成されてもよい。

前記充電ステーション本体は、道路に接して垂直方向に配置されるように形成される垂直本体、及び前記垂直本体の上側に道路側に向かって延長、形成される水平本体を備え、前記水平本体の底面に前記バッテリーの引出のための少なくとも一つ以上の引出口が形成され、前記引出口に前記保護ガイドが構成されてもよい。

前記バッテリー積載部は、複数の前記バッテリーが一列をなすように左右に配列され、前記一列の前記バッテリーの上側に多層に積層される形態となるように前記垂直本体に構成される積層式保管台方式、複数の前記バッテリーが前記水平本体に前後及び左右方向に沿って保管される平衡式保管台方式、及び前記積層式保管台方式と前記平衡式保管台方式を混合した混合型保管台方式のうちのいずれか一つの方式で構成されてもよい。

前記電気車充電ステーションシステムは、前記充電ステーション本体に進入した電気自動車の停車位置がバッテリーの交換位置と一致するように誘導する車両停車位置誘導手段を含んでもよい。

前記バッテリー装着モジュールは、電気自動車のフレームに設置され、前記バッテリーが安着して電気的に接続されるように端子部を備えた安着ベース、前記バッテリーを前記安着ベースに固定させる複数のバッテリー固定手段、及び前記バッテリーが密閉されるように前記安着ベースに設置され、前記バッテリーの交替時に開放されるように構成された装着モジュールドアを含んでもよい。

前記バッテリー装着モジュールは、前記安着ベースに前記バッテリーが定位置に設置されるように、前記バッテリーに形成されたガイドホールに挿入される複数の位置決定部材を更に備え、前記バッテリー固定手段は、前記安着ベースの縁部に設置され前記バッテリーを固定する係止フックと、前記係止フックに弾性力を印加してその固定状態が維持されるようにする弾性部材を含んで構成されてもよい。

前記装着モジュールドアは、前記バッテリーの交替時に外部環境に露出されないように前記保護ガイドにより覆われた内部空間において開閉される構造で構成されてもよい。

前記バッテリー交替ロボットは、前記バッテリー装着モジュールに既に装着されている放電バッテリーを除去し、前記バッテリー積載部から排出される充電バッテリーを移送し、前記バッテリー装着モジュールに装着するバッテリー移送及び装着ロボット、前記バッテリー積載部に保管された充電バッテリーを引き出して前記バッテリー移送及び装着ロボットに提供するか、又は前記バッテリー移送及び装着ロボットから放電バッテリーを引き継いで前記バッテリー積載部に収納するバッテリー引出及び収納ロボットを含んでもよい。

前記バッテリー移送及び装着ロボットは、前記充電ステーション本体の上部に設置される固定レール、前記固定レールに対し直交する方向に移動するように設置される移送レール、前記移送レールの長さ方向及び前記移送レールと直交する方向に移動するように設置される昇降ロード、及び前記昇降ロードの下段に設置され、前記バッテリーの交替時にロッキング及びアンロッキングを行うクランプ手段を含んでもよい。

以上説明したように本発明によれば、充電インフラ問題を緩和することが可能である。

本発明の一実施例によるバッテリー交換方式の電気車充電ステーションシステムを説明するためのブロック図である。 本発明の一実施例によるバッテリー交換方式の電気車充電ステーションシステムを説明するための概略的な構成図である。 本発明の一実施例によるバッテリー交換方式の電気車充電ステーションシステムの外観構造を示す斜視図である。 本発明の一実施例によるバッテリー交換方式の電気車充電ステーションシステムのバッテリー交替時の外部構造を示す凹部拡大斜視図である。 本発明の一実施例によるバッテリー交換方式の電気車充電ステーションシステムのバッテリー交替時の内部構造を示す凹部拡大斜視図である。 本発明の一実施例によるバッテリー交換方式の電気車充電ステーションシステムのバッテリー積載部を説明するための斜視図である。 本発明の一実施例によるバッテリー交換方式の電気車充電ステーションシステムのバッテリー積載部を説明するための斜視図である。 本発明の一実施例によるバッテリー交換方式の電気車充電ステーションシステムにおいてバッテリー交替ロボットとバッテリー装着モジュールの構造及び作用を説明するための正面図である。 本発明の一実施例によるバッテリー交換方式の電気車充電ステーションシステムにおいてバッテリー交替ロボットとバッテリー装着モジュールの構造及び作用を説明するための斜視図である。 本発明の一実施例によるバッテリー交換方式の電気車充電ステーションシステムにおいてバッテリー交替ロボットとバッテリー装着モジュールの構造及び作用を説明するための正面図である。 本発明の一実施例によるバッテリー交換方式の電気車充電ステーションシステムにおいてバッテリー交替ロボットとバッテリー装着モジュールの構造及び作用を説明するための斜視図である。 本発明の一実施例によるバッテリー交換方式の電気車充電ステーションシステムの変形例を示すブロック図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

図１は本発明の一実施例によるバッテリー交換方式の電気車充電ステーションシステムを説明するためのブロック図、図２は本発明の一実施例によるバッテリー交換方式の電気車充電ステーションシステムを説明するための概略的な構成図、図３は本発明の一実施例によるバッテリー交換方式の電気車充電ステーションシステムの外観構造を示す斜視図である。

図１〜図３を参照すると、本発明の一実施例によるバッテリー交換方式の電気車充電ステーションシステムは、電気自動車（２００）のバッテリー装着モジュール（２１０）に設置される充電式のバッテリー（１０）、充電されたバッテリーが保管され実質的なバッテリーの交替作業が行われる充電ステーション本体（２０）、バッテリー交替ロボット（３０）、情報認識部（４０）、及び情報認識部（４０）から獲得された情報に基づきバッテリー交替ロボット（３０）を制御しバッテリー（１０）の交替作業が行われるようにする充電ステーション制御部（５０）を備えたもので、電気自動車のエネルギー源として適用されるバッテリーをロボット技術に基づいて迅速且つ正確に交替できるようにバッテリー全体を交換するバッテリー交換方式に具現したものである。

図４は本発明の一実施例によるバッテリー交換方式の電気車充電ステーションシステムのバッテリー交替時の外部構造を示す凹部拡大斜視図、図５は本発明の一実施例によるバッテリー交換方式の電気車充電ステーションシステムのバッテリー交替時の内部構造を示す凹部拡大斜視図である。

充電ステーション本体（２０）は電気自動車（２００）が進入した後バッテリーの交替作業が実質的に行われる領域の構造体であって、電気自動車の進入及び進出を妨げない構造に形成され、バッテリーの収納のためのバッテリー積載部（７０）が備えられている。

そして、充電ステーション本体（２０）は電気自動車（２００）の進入及び進出が容易であるとともにバッテリーの交替作業を便利に行うことができればその構造や形態に制限はないが、本実施例では雨、雪等の悪天候でもバッテリー交替作業を行うことができるように図２に示すように道路に接して垂直方向に形成される垂直本体（２１）と、垂直本体（２１）の上側に道路側に向かって延長、形成される水平本体（２２）を備えた構造に構成されている。

また、垂直本体（２１）と道路との間には搭乗客が利用することができる乗降場（２４）が設けられており、水平本体（２２）の底部にはバッテリー（１０）の引出のための少なくとも一つ以上の引出口（２２ａ）が形成されている。

特に、充電ステーション本体（２０）はバッテリー（１０）の交替時、外部環境の変化に伴う悪影響がもたらされないようにするために、電気自動車の進入時にバッテリーが内蔵されたバッテリー装着モジュール（２１０）を密閉する保護ガイド（２３）を備えている。この保護ガイド（２３）は、バッテリーの交替過程においてバッテリーを含むバッテリー装着モジュール（２１０）を効果的に密閉、保護することができる構造であれば制限なく多様な構造に形成することができるが、本実施例では、充電ステーション本体（２０）内部に収納された状態で、バッテリー交替時にバッテリー装着モジュール（２１０）に向かって広がりながら排出され、バッテリーの交替完了後に元の位置に戻るしわ管体で構成されている。

そして、図３及び図４に示すように、保護ガイド（２３）は、水平本体（２２）の底面に形成された引出口（２２ａ）に設置されるジャバラホースに似た形態の密閉膜と、この密閉膜を充電ステーション制御部（５０）の制御下で上下方向に作動させるドア駆動部（未図示）を含んで構成される。

そして、ドア駆動部は、具体的に図示してはいないが、圧縮空気により作動される空圧シリンダーと、この空圧シリンダーの作動を制御する制御弁を含む空圧ユニットを含んで構成され得るか、又は電気により作動される電動アクチュエータで構成され得る。

添付の図面、図６及び図７は本発明の一実施例によるバッテリー交換方式の電気車充電ステーションシステムのバッテリー積載部を説明するための斜視図であって、図６は積層式保管台方式のバッテリー積載部を示す図面であり、図７は平衡式保管台方式のバッテリー積載部を示す図面である。

バッテリー積載部（７０）は充電ステーション本体（２０）に施設されてバッテリー交替作業時に用いられる充電及び放電バッテリー（１０）を保管する積載台であって、充電ステーション本体（２０）の形状により多様に構成され得る。例えば、バッテリー積載部（７０）は図６に示すように、複数のバッテリーが一列をなすように左右に配列され、この一列のバッテリー上側にさらにバッテリーが多層に積層される形態となるように垂直本体（２１）内部に構成される積層式保管台方式で構成され得る。

そして、バッテリー積載部（７０）は図７に示すように、複数のバッテリー（１０）が水平本体に前後及び左右方向に沿って保管される平衡式保管台方式でも構成され得る。それ以外にも、上記の積層式保管台方式と平衡式保管台方式を混合した混合保管台方式でも構成することができる。

あわせて、図６の未説明符号７１は、後述するバッテリー引出及び収納ロボット（３２）によるバッテリーの引出及び収納過程をより効果的に行うためにバッテリー積載部（７０）上で移動する移動台車型積載台である。そして、図７の未説明符号７２は、平衡式保管台方式のバッテリー積載部（７０）上に設置される積載台である。

一方、図７の未説明符号３００は、外部の充電施設で放電されたバッテリーを充電した後バッテリー積載部（７０）に移送、保管する場合に用いるバッテリー供給車両であり、３１０は、バッテリーを昇降させるリフトである。

そして、本発明によるバッテリー交換方式の電気車充電ステーションシステムは大量の放電バッテリーを連続的に交替しなければならないので、放電されたバッテリーは外部の充電所で充電した後バッテリー供給車両を用いて搬入されてもよい。また、充電ステーション本体（２０）は、放電された多数のバッテリーを主体的に充電する電源充電装置を備えてもよい。

情報認識部（４０）は充電ステーション本体（２０）に進入する電気自動車及び／又は装着された上記バッテリーの種類、規格、充電状態、出庫日、充電日等のデータを獲得する構成で、充電ステーション制御部（５０）の制御下でバッテリーのイメージを撮像し、撮像されたイメージデータと既に貯蔵されたイメージデータを比較してバッテリーの種類を判断するイメージセンサーモジュール、ＲＦＩＤ技術に基づくリーダー機等情報認識分野において活用されている多様な技術及び装置を適用することができる。

一方、本発明によるバッテリー交換方式の電気車充電ステーションシステムは、有線及び／又は無線通信手段を介して充電ステーション制御部（５０）及び電気自動車と通信を行うか、又は中継する通信モジュール（６０）を備える。この通信モジュール（６０）は電気自動車に設けられた送信部（未図示）との通信を可能にするため、電気自動車との通信を通じてバッテリーの交替予約、車両の位置、バッテリーの種類等の情報を受信し、充電ステーション制御部（５０）の制御下で予めバッテリー交替ロボット（３０）等を制御して準備することによって、更に迅速にバッテリーの交替作業を行うことができる。

添付の図面、図８ａ〜図９ｂは本発明の一実施例によるバッテリー交換方式の電気車充電ステーションシステムにおいてバッテリー交替ロボットとバッテリー装着モジュールの構造及び作用を説明するための図面であって、図８ａ及び図８ｂは放電バッテリーの除去過程を説明するための正面図及び斜視図であり、図９ａ及び図９ｂは充電バッテリーの設置過程を説明するための正面図及び斜視図である。

バッテリー交替ロボット（３０）は充電ステーション本体（２０）に設置されて実質的にバッテリーの交替作業を行う構成で、バッテリーの交替作業を効果的に行うことができれば制限なく多様な産業分野で適用されている移送ロボットを採用することができる。

例えば、バッテリー交替ロボット（３０）は、本実施例において、充電ステーション本体（２０）が、垂直本体（２１）と水平本体（２２）からなる略「¬」字形態に構成されることによって、この充電ステーション本体（２０）に適するように、バッテリー移送及び装着ロボット（３１）と、バッテリー引出及び収納ロボット（３２）で構成されている。

バッテリー移送及び収納ロボット（３２）は、電気自動車のバッテリー装着モジュール（２１０）に既に装着されている放電バッテリー（１０）を除去し、バッテリー積載部（７０）から排出される充電バッテリーを移送してバッテリー装着モジュール（２１０）に装着するロボットであり、バッテリー引出及び収納ロボット（３２）は、バッテリー積載部（７０）に保管された充電バッテリーを引き出してバッテリー移送及び装着ロボット（３１）に提供するか、又はバッテリー移送及び装着ロボットから放電バッテリーを引き継いでバッテリー積載部（７０）に収納するロボットであって、バッテリー移送及び装着ロボット（３１）とバッテリー引出及び収納ロボット（３２）は、充電ステーション本体（２０）の大きさ、バッテリー（１０）の処理規模等に応じて少なくとも一対以上で適切に配置して構成する。

バッテリー移送及び装着ロボット（３１）は充電ステーション本体（２０）の上部に設置される固定レール（３１ａ）、この固定レール（３１ａ）に対し直交方向に移動するように設置される移送レール（３１ｂ）、移送レール（３１ｂ）の長さ方向や直交方向に移動するように設置される昇降ロード（３１ｃ）、昇降ロード（３１ｃ）の下段に設置されバッテリーの交替過程においてロッキング及びアンロッキング動作を行うクランプ手段（３１ｄ）を含んで構成される。そして、固定レール（３１ａ）、移送レール（３１ｂ）、及び昇降ロード（３１ｃ）は図面に具体的に示されてはいないが、その移送のための動力を生成、印加する駆動装置が備えられていることは勿論である。

一方、クランプ手段（３１ｄ）は、昇降ロード（３１ｃ）の下段に設置されるベースプレート（３１ｄ１）と、このベースプレート（３１ｄ１）に設置されバッテリー（１０）を固定又は解除するためにロッキング（ｌｏｃｋｉｎｇ）及びアンロッキング（ｕｎｌｏｃｋｉｎｇ）動作を行う複数のクランプ（３１ｄ２）を備えたもので、このクランプ（３１ｄ２）は、ベースプレートの縁部に対向するように一対に配置され、内外側に各運動しながらバッテリーに係止又は解除されるようになっている。そして、クランプ手段（３１ｄ）は、クランプを駆動させるためにベースプレート（３１ｄ１）の内部に構成されるクランプ駆動装置（未図示）を備える。

そして、クランプ手段（３１ｄ）は、バッテリー装着モジュール（２１０）に設置された放電バッテリーの分解時にその固定状態を解除するためのアンクランプ部材（３１ｄ３）と、バッテリー（１０）がベースプレート（３１ｄ１）に定位置となるようにする位置決定部材（３１ｄ４）がベースプレート（３１ｄ１）に構成されている。

アンクランプ部材（３１ｄ３）は、クランプ（３１ｄ２）の未設置部分に該当するベースプレート（３１ｄ１）部分に対向するように一対に配置されたもので、図８ａ及び図８ｂに示すように、放電バッテリー（１０）の分解時にはクランプ駆動装置（未図示）により一の字状に配置された状態で下降し、充電バッテリーの設置時には図９ａ及び図９ｂに示すように、外側に回動した状態（開いた状態）で下降するようになっている。そして、位置決定部材（３１ｄ４）は、バッテリーに形成されたガイドホールの上側に挿入されながらベースプレート（３１ｄ）の底面にバッテリーが正確に安着するようにする機能を果たす（参考までに、後述するバッテリー装着モジュール（２１０）の位置決定部材（２１５）は、バッテリーに形成されたガイドホールの下側に挿入されながら安着ベース（２１１）上にバッテリーが正確に安着するようにする機能を果たす）。

一方、バッテリー装着モジュール（２１０）は、電気自動車のフレーム（未図示）に設置されバッテリーが安着して電気的に接続されるように端子部を備えた安着ベース（２１１）、バッテリーを安着ベース（２１１）に固定させる複数のバッテリー固定手段（２１２）、安着ベース（２１１）部分を密閉するために設置されバッテリーの交替時に開放されるように構成された装着モジュールドア（２１３、図２参照）を備える。

装着モジュールドア（２１３）は、運行中バッテリーが安着する安着ベース（２１１）を効果的に密閉させ、バッテリーの交替時に開放されながらクランプ手段（３１ｄ）によるバッテリーの交替作業が迅速に行われるようにする構造であれば多様な形態に構成され得る。例えば、装着モジュールドア（２１３）は図４に示すように安着ベース（２１１）の前後方向に開閉される構造でも構成され得るが、バッテリー（１０）の交替時にバッテリーができるだけ外部環境に露出されないように図２に簡略に示すように保護ガイド（２３）により覆われた内部空間において開閉される構造で構成されることが好ましい。

そして、バッテリー装着モジュール（２１０）は、安着ベース（２１１）にバッテリー（１０）が定位置に設置されるように、バッテリーに形成されたガイドホールに挿入されるようにピン形態で構成される複数の位置決定部材（２１５）を更に備える。また、バッテリー 固定手段（２１２）は、安着ベース（２１１）の縁部に設置されバッテリーを固定する係止フック（２１２ａ）と、この係止フック（２１２ａ）に弾性力を印加して固定状態が維持されるようにする弾性部材（２１２ｂ）を含んで構成される。

そして、バッテリー（１０）は安着ベース（２１１）に対応する直六面体状に形成されるもので、すなわち、安着ベース（２１１）の安着溝部（２１４）の形状に対応する形状の本体内部にセル等を含む充電モジュールが内蔵され、その縁部に係止フック（２１２ａ）が安着、係止するように係止溝部（１２）が組み込まれた構造に形成されている。

一方、バッテリー引出及び収納ロボット（３２）は、バッテリーの引出及び収納を迅速且つ正確に行うことができれば制限なく多様に構成され得るが、本実施例では図６に示すように、昇降ロード（３２ａ）とこの昇降ロード（３２ａ）の上段に形成された積載板（３２ｂ）を備えた昇降シリンダー状に構成されている。

添付の図面、図１０は本発明の一実施例によるバッテリー交換方式の電気車充電ステーションシステムの変形例を示すブロック図である。

本発明によるバッテリー交換方式の電気車充電ステーションシステムは、充電ステーション本体（２０）に進入した電気自動車（２００）の停車位置がバッテリーの交換位置と一致するように誘導する車両停車位置誘導手段（８０）を更に備え得る。

例えば、車両停車位置誘導手段（８０）は、電気自動車の進入位置を感知する進入感知部（未図示）と、進入感知部の感知信号に基づき充電ステーション制御部（５０）の制御下で電気自動車（２００）の現在位置、バッテリー交換位置、移動方向、移動距離等の位置情報を運転者に知らせる通知手段（未図示）を含んで構成される。

このとき、通知手段は、位置情報を文字、図案、映像等としてディスプレイするモニターのようなディスプレイ装置、位置情報を運転者が聴覚を通じて確認できるように音声信号を出力するスピーカ等のような音響放出部、及び位置情報をランプの点滅を通じて確認できるようにするランプ装置のうちの少なくとも一つ以上を含むように構成することができる。

一方、本発明によるバッテリー交換方式の電気車充電ステーションシステムは、電気自動車の停車位置がバッテリーの交換位置と一致しない場合、電気自動車をバッテリーの交換位置に移動させる車両移動手段（９０）を更に備えることができる。

この車両移動手段（９０）は、充電ステーション本体（２０）と接した道路上に設置され、電気自動車の停車位置がバッテリーの交換位置と一致しない場合には定められた位置に電気自動車を移動させることができる装置であれば制限なく構成することができる。例えば、車両移動手段（９０）は充電ステーション制御部（５０）の制御下で前後に移送されるベルトコンベアー、チェーンコンベアー、及びローラコンベアーの中からいずれか一つを選択して構成することができる。

あわせて、本発明によるバッテリー交換方式の電気車充電ステーションシステムは、バッテリーの使用履歴、充電履歴、再生履歴等各種情報を貯蔵することができるメモリ部（１１０）を更に備えることによって、充電ステーション制御部によるバッテリーの製造から廃棄までの期間中における管理、モニタリング等をより効果的に行うことができる。

そして、メモリ部（１１０）に貯蔵された情報は、充電ステーション制御部（５０）等により加工された後、通信モジュール（６０）やオフラインを通じて電気自動車の所有者又は運転者に付加サービスとして提供して、車両の管理等に活用できるようにする。

一方、前述のバッテリー交換方式の電気車充電ステーションシステムは公共交通に利用される代表的な車両であるバスを電気自動車で構成したことを基準に説明したが、これに制限されるのではなく、乗用車、乗合車、トラック等あらゆる車両を電気自動車の充電ステーションに適用することができる。

以下、本発明の一実施例によるバッテリー交換方式の電気車充電ステーションシステムの作用を簡略に説明する。

図１に示すように、電気自動車に設けられた送信部（未図示）と通信モジュール（６０）間の通信を通じて充電ステーションでのバッテリー交替が予約され、交換しようとするバッテリーの種類及び車両の位置等が入力されると、充電ステーション制御部（５０）は、通信モジュール（６０）に受信されたデータを加工し、予約された種類のバッテリーを予め準備するようにバッテリー交替ロボット（３０）を制御するようになる。勿論、この手続はバッテリーが１種類である場合、単に予約手続を進めることに単純化できる。

以降、電気自動車が充電ステーション本体（２０）に進入するようになると、情報認識部（４０）は進入した電気自動車の情報を認識して、充電ステーション制御部（５０）に印加するようになる。このように獲得された情報に基づき充電ステーション制御部（５０）は遠距離通信を通じてバッテリー交替を予約した車両であるか否かを判断し、予約車両である場合、バッテリー交替ロボット（３０）を駆動させ、既に予約されたバッテリーを引き出して交替作業を行うようになる。このとき、バッテリー交替を予約していない場合も、情報認識部（４０）により獲得される情報又は運転者の要求事項に合わせて制御動作を行うようになる。

以下、バッテリーの交替過程をより具体的に説明すると、図２及び図４に示すように、まず、電気自動車が充電ステーション本体（２０）に進入、定位置になると、充電ステーション制御部（５０）の制御動作により保護ガイド（２３）が下降し、バッテリー装着モジュール（２１０）を密閉させるようになる。このバッテリーの交替過程において電気自動車の停車位置がバッテリーの交換位置と一致しない場合、車両移動手段（９０）を用いて電気自動車をバッテリーの交換位置に移動させた後、交替作業を行うことができる。

そして、保護ガイド（２３）によりバッテリー装着モジュール（２１０）が密閉されると、安着ベース（２１１）部分を密閉していた装着モジュールドア（２１３）が開放されながら内部の放電されたバッテリーが露出されるようになる。このとき、バッテリー移送及び装着ロボット（３１）により電気自動車に既に装着されていた放電バッテリーを除去する過程がまず行われる。すなわち、固定レール（３１ａ）に乗って移送される移送レール（３１ｂ）と、この移送レール（３１ｂ）に乗って移送される昇降ロード（３１ｃ）の動作により、クランプ手段（３１ｄ）が引出口（２２ａ）に定位置となった後下降し、放電バッテリーをロッキングして外部に分離、除去するようになる。

このように除去された放電バッテリーは、バッテリー移送及び装着ロボット（３１）からバッテリー引出及び収納ロボット（３２）に引き継がれてバッテリー積載部（７０）に収納、保管される。これと同時に、充電バッテリーを交替する他のバッテリー移送及び装着ロボット（３１）は、バッテリー引出及び収納ロボット（３２）から引き継ぐ充電されたバッテリーを安着ベース（２１１）上に装着するようになる。

そして、充電バッテリーの交替作業が完了すると図３に示すように、装着モジュールドア（２１３）の閉鎖動作によりバッテリー装着モジュール（２１０）が再度密閉され、以降、バッテリー装着モジュール（２１０）を密閉していた保護ガイド（２３）が上昇すると、バッテリーの交替作業が全て完了しながら電気自動車を再運行可能な状態に転換される。

前述のように、本発明によるバッテリー交換方式の電気車充電ステーションシステムは、バッテリーの交替を予め予約し、その予約情報に基づき事前に当該バッテリー（或いは単一種類のバッテリー）を準備した状態で、電気自動車の進入と共にロボットにより迅速な交替が行われるので、電気自動車を公共交通手段に適用する場合、乗客（搭乗者）が搭乗する３０秒程度の短い時間でも迅速にバッテリーの交替作業を行うことができる。

以上説明したように、本発明に係るバッテリー交換方式の電気車充電ステーションシステムによれば、バッテリーの交替を予め予約し、その予約情報に基づき事前に当該バッテリーを準備した状態で、電気自動車の進入と同時にロボットにより迅速に交替作業が行われるので、電気自動車を公共交通手段に適用する場合、乗客が搭乗する程度の短い時間でも迅速に実施することができ、全ての交替作業がロボットにより自動的に正確に処理されるので、便利で安全性が向上する効果がある。

これにより、電気車の普及と活性化の最も大きな障害となっている充電インフラ問題が解消されるので、電気車の普及と活性化を先導することができるとともに、多様な関連産業の発展と国際競争力の確保を通じて国益を創出することができる。

なお、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

１０ バッテリー
１２ 係止溝部
２０ 充電ステーション本体
２１ 垂直本体
２２ 水平本体
２２ａ 引出口
２３ 保護ガイド
２４ 乗降場
３０ バッテリー交替ロボット
３１ 装着ロボット
３１ａ 固定レール
３１ｂ 移送レール
３１ｃ 昇降ロード
３１ｄ クランプ手段
３１ｄ ベースプレート
３１ｄ１ ベースプレート
３１ｄ２ クランプ
３１ｄ３ アンクランプ部材
３１ｄ４ 位置決定部材
３２ 収納ロボット
３２ａ 昇降ロード
３２ｂ 積載板
４０ 情報認識部
５０ 充電ステーション制御部
６０ 通信モジュール
７０ バッテリー積載部
８０ 車両停車位置誘導手段
９０ 車両移動手段
１１０ メモリ部
２００ 電気自動車
２１０ バッテリー装着モジュール
２１１ 安着ベース
２１２ バッテリー固定手段
２１２ａ 係止フック
２１２ｂ 弾性部材
２１３ 装着モジュールドア
２１４ 安着溝部
２１５ 位置決定部材

Claims (12)

1. バッテリー交換方式の電気車充電ステーションシステムであって、
   電気自動車のバッテリー装着モジュールに設置される充電式のバッテリー；
   前記電気自動車の進入及び進出を妨げない構造に形成され、前記バッテリーの収納のためのバッテリー積載部が備えられた充電ステーション本体；
   前記充電ステーション本体に設置され、前記バッテリーの交替作業を行うバッテリー交替ロボット；及び
   前記バッテリー交替ロボットを制御し、前記電気自動車のバッテリー交替作業が行われるようにする充電ステーション制御部、
   を含むことを特徴とする、バッテリー交換方式の電気車充電ステーションシステム。
2. 前記電気自動車からバッテリー交替予約情報を受信し、交替可否の確認情報を提供するための通信モジュールを更に含むことを特徴とする、請求項１に記載のバッテリー交換方式の電気車充電ステーションシステム。
3. 前記充電ステーション本体は、前記バッテリーの交替時、外部環境に伴う悪影響がもたらされないように、電気自動車の進入時に前記バッテリーが内蔵された前記バッテリー装着モジュールを密閉する保護ガイドを含むことを特徴とする、請求項１に記載のバッテリー交換方式の電気車充電ステーションシステム。
4. 前記保護ガイドは、前記充電ステーション本体内部に収納された状態で、バッテリー交替時に前記バッテリー装着モジュールに向かって広がりながら排出され、交替完了時に元の位置に戻るしわ管体で構成されたことを特徴とする、請求項３に記載のバッテリー交換方式の電気車充電ステーションシステム。
5. 前記充電ステーション本体は、道路に接して垂直方向に配置されるように形成される垂直本体、及び前記垂直本体の上側に道路側に向かって延長、形成される水平本体を備え、
   前記水平本体の底面に前記バッテリーの引出のための少なくとも一つ以上の引出口が形成され、前記引出口に前記保護ガイドが構成されたことを特徴とする、請求項３に記載のバッテリー交換方式の電気車充電ステーションシステム。
6. 前記バッテリー積載部は、複数の前記バッテリーが一列をなすように左右に配列され、前記一列の前記バッテリーの上側に多層に積層される形態となるように前記垂直本体に構成される積層式保管台方式、複数の前記バッテリーが前記水平本体に前後及び左右方向に沿って保管される平衡式保管台方式、及び前記積層式保管台方式と前記平衡式保管台方式を混合した混合型保管台方式のうちのいずれか一つの方式で構成されることを特徴とする、請求項５に記載のバッテリー交換方式の電気車充電ステーションシステム。
7. 前記充電ステーション本体に進入した電気自動車の停車位置がバッテリーの交換位置と一致するように誘導する車両停車位置誘導手段を含むことを特徴とする、請求項１に記載のバッテリー交換方式の電気車充電ステーションシステム。
8. 前記バッテリー装着モジュールは、
   電気自動車のフレームに設置され、前記バッテリーが安着して電気的に接続されるように端子部を備えた安着ベース；
   前記バッテリーを前記安着ベースに固定させる複数のバッテリー固定手段；及び
   前記バッテリーが密閉されるように前記安着ベースに設置され、前記バッテリーの交替時に開放されるように構成された装着モジュールドアを含むことを特徴とする、請求項３に記載のバッテリー交換方式の電気車充電ステーションシステム。
9. 前記バッテリー装着モジュールは、前記安着ベースに前記バッテリーが定位置に設置されるように、前記バッテリーに形成されたガイドホールに挿入される複数の位置決定部材を更に備え、
   前記バッテリー固定手段は、前記安着ベースの縁部に設置され前記バッテリーを固定する係止フックと、前記係止フックに弾性力を印加してその固定状態が維持されるようにする弾性部材を含んで構成されたことを特徴とする、請求項８に記載のバッテリー交換方式の電気車充電ステーションシステム。
10. 前記装着モジュールドアは、前記バッテリーの交替時に外部環境に露出されないように前記保護ガイドにより覆われた内部空間において開閉される構造で構成されることを特徴とする、請求項８に記載のバッテリー交換方式の電気車充電ステーションシステム。
11. 前記バッテリー交替ロボットは、
    前記バッテリー装着モジュールに既に装着されている放電バッテリーを除去し、前記バッテリー積載部から排出される充電バッテリーを移送し、前記バッテリー装着モジュールに装着するバッテリー移送及び装着ロボット；
    前記バッテリー積載部に保管された充電バッテリーを引き出して前記バッテリー移送及び装着ロボットに提供するか、又は前記バッテリー移送及び装着ロボットから放電バッテリーを引き継いで前記バッテリー積載部に収納するバッテリー引出及び収納ロボットを含むことを特徴とする、請求項１〜１０のいずれかに記載のバッテリー交換方式の電気車充電ステーションシステム。
12. 前記バッテリー移送及び装着ロボットは、
    前記充電ステーション本体の上部に設置される固定レール；
    前記固定レールに対し直交する方向に移動するように設置される移送レール；
    前記移送レールの長さ方向及び前記移送レールと直交する方向に移動するように設置される昇降ロード；及び
    前記昇降ロードの下段に設置され、前記バッテリーの交替時にロッキング及びアンロッキングを行うクランプ手段を含むことを特徴とする、請求項１１に記載のバッテリー交換方式の電気車充電ステーションシステム。