JP2019156081A - 交換型の車載用蓄電池の取付構造 - Google Patents

Abstract

【課題】車体の中央、かつ底面に設置するバッテリーを交換する場合、専門家や特定の場所でしか作業できず、また時間かかっていたため、速やかに交換可能なバッテリー搭載構造を提供する【解決手段】車載用蓄電池を車体にとりつけたのち、さらに車載用蓄電池を車体底盤に引き寄せて密着させ、車載用蓄電池の上面を防水する構造とする【選択図】図７

Description

この発明は、電気自動車の蓄電池の交換を容易にする構造である。

電気自動車は、走行中にＣＯ２を排出しないという点で地球環境に優しい自動車と言える。

原油ベースでのエネルギー変換効率を比較すると、電気自動車３４％、ガソリンエンジン自動車１４％、ガソリンハイブリッド自動車２２％、ディーゼルエンジン自動車１９％という試算が示されているように、電気自動車へのシフトは地球温暖化対策の点でも優れている。

日本国内における超高齢化と地方の過疎化の課題として、公共交通インフラの後退に起因する高齢者ドライバーによる事故の多発が挙げられる。その対策の一つに自動運転技術がある。各種のセンサーを用い、危険を回避し、目的地に効率的に移動することが可能となる。自動運転を効率的に実現するためには、制御が容易な電気自動車が適している。

燃料電池自動車の開発を進めるものもある。しかしながら、その燃料である水素ステーション建設に必要な現状のコスト（平均４．６億円）はガソリンスタンド建設費用（８千万円〜１億円程度）に比べると高く、全体の７割が１箇所のガソリンスタンドのみを運営する中小零細企業が大半を占める揮発油販売業者にとっては、現時点では、水素ステーション事業への参画は容易ではない。

水素ステーションは、ガソリンスタンドからの転換が想定されている。最近の自動車の燃費向上は、多くのガソリンスタンドの閉鎖を招いており、水素ステーションの新設も困難になると考えられる。

水素は反応性が高い気体で、空気中での水素濃度が約4〜75%の範囲になると、着火源があれば燃焼反応が一気に進み、いわゆる水素爆発を起こす。取り扱いに注意が必要なことも燃料電池自動車の普及を阻んでいる。

２０１８年初での市販のとある電気自動車の仕様は、車両重量１４９０ｋｇ、最大積載重量３００ｋｇ、バッテリー重量３００ｋｇ、航続距離４００ｋｍである。充電時間は、急速充電でも時間４０分である。

自動車においては、車体重量を１０％減らすと、６％燃費が向上すると言われている。電気自動車においては、蓄電池の重量は車体重量の２０％にも達する。何時でも充電や交換が可能な状態であれば、例えば蓄電池容量を半分とし、６％の燃費向上を図ることも可能となる。

蓄電池には色々な種類がある。鉛蓄電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池があり、全固体電池の開発を進めるメーカーも現れており、車載用蓄電池の性能の向上と価格の低下はすすみ続けている。現在の自動車のガソリンに当たる共通の蓄電池の仕様は創造されていない。

電気自動車では、蓄電池の電力供給能力がそのまま自動車の出力になり、加速度や航続距離となる。電気自動車にとって蓄電池はエンジンであるといわれる所以である。

車体の耐久性と車載用蓄電池の寿命を考えると、一つの車体に対して蓄電池交換は複数回行われることとなる。蓄電池交換により蓄電池の能力が向上すればそれは、カローラがフェラーリになったり、ポルシェに変わるという、現在のブランドの考え方とは異なったものとなる可能性がある。

世界では自動車の自動運転の技術開発、実地試験に取り組んでおり、あと少しで到達するものと思われる。自動運転では、センサーなどによる自動車周辺の情報取得も行われるが、ＶＩＣＳ（登録商標）（Vehicle Information and Communication Systemの略で渋滞や交通規制などの道路交通情報をリアルタイムに送信し、ナビゲーションなどの車載機に文字・図形で表示する情報通信システム）や、ＥＴＣ（登録商標）（電子料金収受システムElectronic Toll Collection System）を利用して広域の情報も取り込みながら、停止することなく決済も行うシステムが完成している。

自動車での移動は、運転を楽しむ事では無く、どの程度安全かとか、移動時間中に何を行うかとか、どの程度快適な時間が過ごせるかということで評価されるようになる。

特願2005-39544 電池パックおよび自動車 特願2006-262293 車載電源装置の搭載構造 特願2009-181617 次世代エネルギースタンドのネットワーク及び当該ネットワークにおいて使用する次世代エネルギースタンド 特願2010-136080 充電予約サーバ、充電予約システム、充電予約方法および充電予約プログラム。 特願2010-515564 自動車のバッテリ取り付け構成 特願2012-244139 車両のバッテリ支持構造 特願2014-175173 バッテリレイアウト 特願2015-104307 自動車用床下ユニット 特願2015-152212 電池モジュール交換

車載用蓄電池は車体重量の２０％に達するため、車載用蓄電池を搭載する位置はおのずと定まる。重心は低い方が安定性が当然高まる。車体の左右のバランスから、車載用蓄電池は車体の中央に搭載することも必要である。これは乗員が乗車する位置と重なる。そのため車載用蓄電池は車体の中央部に配置のうえ、薄型蓄電池とすることが必要条件となる。

車載用蓄電池には、液体電解質を用いる為、事故や劣化により有害物質が漏れ出す危険がある。車載用蓄電池は搭乗者空間に設置しないことが望ましい。

電気自動車のエンジンは蓄電池であると言われている。その車載用蓄電池は開発の途上であり、車載用蓄電池の仕様の向上は短いサイクルで永久に続く。そのため１０年以上に及ぶ車体の耐久性との大きなギャップが発生する。

車載用蓄電池の開発は進み、軽量化と蓄電容量は年々向上している。一方で車載用蓄電池の充電時間はガソリンスタンドで給油するようには短くできないため、大量の蓄電池を搭載することで、ガソリンエンジン自動車のような航続距離を実現している。しかし、車載用蓄電池の重量のアップが燃費の向上を妨げる。

自動車に搭載する車載用充電池は、車体の中央、かつ底面に設置することが走行安定性と車内の快適性の上から重要であるが、現状では車体の下部に取り付ける為に、車体のリフトアップ装置もしくはピットが必要であり、交換には専門家が必要である。そのため特定の場所、例えば自動車修理工場、ガソリンスタンドでしか作業できない。その上、ガソリンスタンドの数は減少傾向である。

車載用蓄電池を車体の下部に取り付けるため、砂利の跳ねあげ、雨水の跳ねあげなどに対して車載用蓄電池の底盤の耐久性と接続部分の防水性能が求められる。

自動車は各所に大きな加速度がかかり、各部品は強固に取り付ける必要がある。一方ではボルト等で固定した部品の取り外しは時間がかかり、速やかな車載用蓄電池の交換には不向きである。

電気自動車の駆動電圧は、４００ボルトと高電圧となっており、車載用蓄電池も高電圧となっている。蓄電池を交換するなどの作業の最中に、電極に手が触れたり、近接物に触れたりした場合は、怪我や火災、無駄な放電を招く。

現状では電気自動車メーカーは、各電気自動車用の車載用蓄電池を用意している。仕様も形状も異なり、共通化されていない。

特許文献７ 特願２０１４−１７５１７３ バッテリレイアウト では、バッテリを、運転席と助手席等、隣り合う座席間に配置するため、セルガスを車両の外部へ排気する経路を設ける必要がある。そのため、「セルガスを車両の外部へ排気する経路であるセルガス主排出経路」と、「セルガス副排出経路を備えることを特徴」としている。

電気自動車の車体底盤の下部に、下方から取り付ける車載用蓄電池により、電気自動車の重心が低く抑えられ安定走行性能が向上する。また、搭乗スペースの外に車載用蓄電池を配置することで、セルガスでの搭乗スペース空気汚染や車載用蓄電池の故障、破損等から発生する液体電解質などからの搭乗スペースの汚損、搭乗者への傷害を防止することができる。

電気自動車メーカー、蓄電池メーカーに関わらず、車載用蓄電池を共通の形式とすることで、例えばコンビニエンスストアで充電済の車載用蓄電池と交換して走行することで充電時間にとらわれない快適で省エネの移動が可能となる。共通形式であれば、車体の寿命と関わりなく車載用蓄電池の交換時期になった時に、改良された車載用蓄電池に交換できるため、最新の性能の快適性と省エネ性を得ることが出来る。

車載用蓄電池の固定を複数回に分けて行い、異なる固定方法をもって行うことで、ミスや故障による車載用蓄電池の落下防止を図ることができる。

車載用蓄電池の電極に電極カバーを設け、その電極カバーの操作を、車載用蓄電池の固定の操作の一環とすることで、無駄な電極カバーの開放を行わず、電極での感電防止、電極の保護を図る。

車載用蓄電池の固定の際に、車載用蓄電池の周囲にパッキンなどを設けることで電極の防水を図ることが出来る。

電気自動車に備えたナビゲーションプログラムにより、車載用蓄電池の状態を把握し、走行予定から、データセンター若しくはインターネットから得た交換スタンド及び充電スタンドの情報を利用し、走行プランをつくり、そのプランに基づき走行するシステムにより、電気自動車は時間を有効に使う移動手段となる。その結果、電気自動車が普及し、地球環境に寄与することができる。

電気自動車の車載用蓄電池を共通の形状とすれば、新たな仕様の車載用蓄電池も既存の電気自動車に搭載することができるので、車載用蓄電池の開発投資は小さくて良く、車載用蓄電池の開発速度は向上し、優れた性能の車載用蓄電池が開発され続ける。

共通の車載用蓄電池とすることで、どのメーカーの電気自動車であっても、どの交換スタンドでも車載用蓄電池の交換が可能となり、航続距離を意識することなく移動できる。

車載用蓄電池の在庫や予約状況の情報を入手し、ナビゲーションシステムや自動運転システム、道路交通情報通信システム、ＥＴＣ（登録商標）を併用することで、予定する行程から、車載用蓄電池への充電と交換を適切に組み合わせ、スマートな移動が可能となる。

交換できる車載用蓄電池の設置位置を示す。（ａ）は、車載用蓄電池を搭載した乗用電気自動車の車体断面図である。車載用蓄電池は車体の底部、搭乗席の下部に位置する。（ｂ）は、車載用蓄電池を搭載した乗用電気自動車の上から見た車体平面図である。重量のある車載用蓄電池は左右対称となる位置に配置する。図で示す通り偶数の車載用蓄電池を左右に搭載する、若しくは車体の中心軸沿って一列に搭載する。 交換できる車載用蓄電池の形状を示す。本図では、図１（ｂ）平面図の左下に搭載した車載用蓄電池を例として示す。よって、本図（ａ）平面図の左側が電気自動車の進行方向である。本図（ａ）図の車載用蓄電池固定突起がある方向を車載用蓄電池の前部とする。（ａ）は、車載用蓄電池の上から見た平面図である。（ｂ）は、車載用蓄電池の右側面図である。（ｃ）は、車載用蓄電池の背面図である。（ｄ）〜（ｆ）は、本図（ａ）図に示す う〜う矢視の断面図である。（ｄ）は車載用蓄電池の電極カバーの構造を示す。電極カバーが閉じた状態である。（ｅ）は、車載用蓄電池の電極カバーの構造を示す。車載用蓄電池保持枠のデッドボルトにより電極カバーボタンが押しこまれ、電極カバーが移動し、電極カバーが開いた状態である。（ｆ）は、車載用蓄電池の電極カバーの構造を示す。電極カバーが開いた状態で、電極ブレードが電極に挿入された状態である。（ｇ）は、本図（ｄ）図に示す、え〜え矢視の平面図である。（ｇ）は、車載用蓄電池の電極カバーの詳細構造を示す。車載用蓄電池保持枠のデッドボルトがデッドボルト受け金具に挿入されることで、電極カバーボタンが押しこまれ、電極カバーが移動し、電極カバーの開口が移動し、電極が開いた状態のものを、上部から俯瞰した図である。（ｈ）は、本図（ｆ）を拡大した図で、車載用蓄電池の電極カバーの詳細構造を示す。車載用蓄電池保持枠のデッドボルトにより電極カバーボタンが押しこまれ、電極カバーが移動し、電極カバーが開き、電極ブレードが挿入された状態の断面図である。 交換できる車載用蓄電池を固定する車載用蓄電池保持枠を示す。車載用蓄電池保持枠の前後左右は、車載用蓄電池にならう。本図では、図１（ｂ）平面図の左下に搭載した車載用蓄電池保持枠を例として示す。よって、本図（ａ）図の左側が電気自動車の進行方向である。（ａ）は、車載用蓄電池保持枠の上から見た平面図である。（ｂ）は、車載用蓄電池保持枠の右側面図である。（ｃ）は、車載用蓄電池保持枠の背面図である。（ｄ）、（ｅ）は、本図（ａ）図に示す お〜お矢視の断面図である。（ｄ）は、車載用蓄電池保持枠のデッドボルト部分の断面図である。デッドボルトが引っ込んだ状態であり、車載用蓄電池が外された際の状態を示す。（ｅ）は、車載用蓄電池保持枠のデッドボルト部分の断面図である。車載用蓄電池が搭載され、2段階目の固定状態であり、デッドボルトが車載用蓄電池のデッドボルト受け金具に挿入された状態を示す。（ｆ）は、本図（ａ）図に示す か〜か矢視の断面図であり、車載用蓄電池保持枠のラッチ部分の断面図である。（ｆ）は、車載用蓄電池が搭載された状態で、ラッチが車載用蓄電池のラッチ受け金具に挿入された状態を示す。 車載用蓄電池を固定する工具である車載用蓄電池ドライバーを示す。（ａ）は、車載用蓄電池ドライバーの側面図である。（ｂ）は、車載用蓄電池ドライバーのリフトアップレバーを引き下げ、リフトアップアームを押し上げ、車載用蓄電池の後部を持ち上げた状態である。車載用蓄電池保持枠のラッチに固定する際の動作を示す。（ｃ）は、車載用蓄電池ドライバーの台車部分の詳細図である。 図１（ｂ）図に示す 電気自動車車体底部のあ〜あ矢視の断面図である。車載用蓄電池を車体に固定する手順を示す。（ａ）は、車載用蓄電池を自動車に取り付ける為に、車載用蓄電池ドライバーにより運搬する状態である。（ｂ）は、車体の下部に車載用蓄電池ドライバーに載せた車載用蓄電池を滑り込ませた状態である。（ｃ）は、車体の下部に滑り込ませた状態の車載用蓄電池の前部を持ち上げた状態である。車載用蓄電池ドライバーの先端にあるカメラで、車載用蓄電池の位置をディスプレイで確認することができる。（ｄ）は、車載用蓄電池の前部の車載用蓄電池固定突起を、車載用蓄電池保持枠の車載用蓄電池固定突起受け金具の空洞部に押し入れた状態である。（ｅ）は、車載用蓄電池の前部の車載用蓄電池固定突起を、車載用蓄電池保持枠の車載用蓄電池固定突起受け金具の空洞部に押し入れた状態で、車載用蓄電池ドライバーのリフトアップレバーを押し下げ、リフトアップアームにより、車載用蓄電池の後部を押し上げた状態である。車載用蓄電池の後部にあるラッチ受け金具の空洞部に車載用蓄電池保持枠に設けられたラッチが掛かり、固定された１段階目の固定状態である。（ｆ）は、車載用蓄電池保持枠のデッドボルトを車載用蓄電池のデッドボルト受け金具に挿入し、車載用蓄電池を車載用蓄電池保持枠に固定した２段階目の固定状態である。デッドボルトは、車体の下部にあるデッドボルト操作ハンドルにより行う。（ｇ）は、車載用蓄電池保持枠全体を車体側に引き上げ、車載用蓄電池を車体に引き寄せ、車体に固定し、同時に車載用蓄電池の備えた一次防水パッキン、二次防水パッキンを車体に押し付け、電極開口を二重に防水した状態である。 図１（ｂ）図に示す い〜い矢視の断面図である。車体の車載用蓄電池の搭載スペースの断面図を示す。車載用蓄電池の固定の際の電極カバーの動作手順を（ａ）〜（ｆ）の順で示す。（ａ）は、車体の車載用蓄電池の搭載スペースに、車載用蓄電池が搭載されていない状態である。（ｂ）は、車体の車載用蓄電池の搭載スペースの下部に、車載用蓄電池を滑り込ませ、前部を持ち上げた状態である。（ｃ）は、（ｂ）ののち、車載用蓄電池の前部の車載用蓄電池固定突起を車載用蓄電池保持枠の車載用蓄電池固定突起受け金具に挿入したのち、車載用蓄電池の後部をリフトアップアームで持ち上げ、車載用蓄電池保持枠のラッチを車載用蓄電池のラッチ受け金具に挿入した1段階目の固定状態である。（ｄ）は、（ｃ）ののち、車載用蓄電池保持枠のデッドボルトを車載用蓄電池のデッドボルト受け金具に挿入した状態である。デッドボルトが挿入されたことで、電極カバーボタンが押し込まれ、電極カバーが開放された２段階目の固定状態である。（ｅ）は、（ｄ）ののち、車載用蓄電池保持枠を車載用蓄電池保持枠操作ボタンを操作することで、車体に引き寄せた状態である。一次防水パッキン、二次防水パッキンが車体に押し付けられ、車載用蓄電池の上部の電極の防水性が完成された状態である。（ｆ）は、（ｅ）ののち、電極ブレードを操作し、電極ブレードが、車載用蓄電池の電極に挿入され、車載用蓄電池から車体に給電出来る状態を示す。 図６の各図に示す車載用蓄電池保持枠の右側の断面詳細図である。この図により固定手順を示す。（ａ）は、車載用蓄電池を搭載する前の状態を示す。電気自動車の車体の底盤にある車載用蓄電池搭載スペースとそれに付属する車載用蓄電池保持枠ホルダーと当該車載用蓄電池保持枠ホルダーに設置した車載用蓄電池保持枠がある。車載用蓄電池保持枠操作ボタンの閉鎖操作により、車載用蓄電池保持枠を上方に引き寄せる。（ａ）は、車載用蓄電池保持枠操作ボタンを開放操作した状態である。（ｂ）は、車載用蓄電池が車載用蓄電池保持枠に、１段階目の固定された状態である。（ｃ）は、（ｂ）ののち、デッドボルト操作ハンドルの閉鎖操作により、車載用蓄電池保持枠に設置したデッドボルトが、車載用蓄電池のデッドボルト受け金具に挿入され、２段階目の固定された状態である。車載用蓄電池のデッドボルト受け金具に挿入されたことにより、デッドボルト受け金具の内部にある電極カバーボタンが押し込まれ、電極カバーがスライドし、電極開口と電極カバーに設けた開口が合致し、電極が現れる。（ｄ）は、（ｃ）ののち車載用蓄電池保持枠操作ボタンの閉鎖操作し、車載用蓄電池を車体に引き寄せた状態である。一次防水パッキン、二次防水パッキンが押しつぶされ、電極が防水されている。（ｅ）は、（ｄ）ののち電極ブレードを電極に差し込んだ状態である。電気自動車に電気を供給できる状態である。電極ブレードの動作は電極ブレード制御ボックスにより行う。 車載用蓄電池を用いる交換、充電のシステムを示す。（ａ）は、走行する車両、データセンター、インターネット、充電スタンド、交換スタンド、通信衛星・通信アンテナの関係を模式的に示した図である。車載用蓄電池が有する情報と車両が有する情報、充電スタンドの情報、交換スタンドの情報は、通信衛星や通信アンテナを経由して、データセンターへの保存又はインターネット上にアップロードされ、車載用蓄電池の充電や交換が必要な際に、前述の情報を利用することで適切な位置で充電や交換が出来ることを示す。（ｂ）は、走行する車両が、車載用蓄電池の交換や充電をする際のフローを示す図である。走行する車両は、車載用蓄電池の情報と走行する車両の情報から、車載用蓄電池の交換や充電が必要となると判断した時に、車載用蓄電池の交換や充電をする場所の情報をデータセンター又はインターネット上から収集し、走行ルート、交通状況を加味して、交換する車載用蓄電池や充電をする場所を予約する。予約された車載用蓄電池や充電スタンドは車両到着までに準備を終える。予約した車両が到着した際に契約し、予約したサービスを受け、決済する手順を示す。随時各々の新たな情報がデータセンター又はインターネット上に蓄えられる。 電気自動車での行程のフローチャートである。

電気自動車の安定走行のためには重心を低くすることが必要条件となる。車載用蓄電池は重量物であり、重心を低くする為には、車体底盤付近に設ける必要がある。
さらに、車載用蓄電池の必要条件は、安全確保に関する条件である。車載用蓄電池の劣化や損傷を受けてもセルガスの発散や液体電解質の飛散が搭乗スペースでは起きないことである。車載用蓄電池は車体の底盤の下側に設けることが最適条件となる。
電気自動車の搭乗者空間の確保のため、車載用蓄電池は薄型であることも求められる。

交換型の車載用蓄電池は工具による運搬の必要性から一つの重量はおよそ５０キログラム以下が適当である。蓄電池は一般に比重２程度であるから、容積はおよそ２５リットル以下が適当となる。

前述の規格の蓄電池では、蓄電池１基で電気自動車で使用する全電力は賄えないため、蓄電池を複数配置する必要がある。複数の車載用蓄電池をレイアウトすることが必要条件であるから、無駄なスペースなく搭載するため、矩形平面が蓄電池の形状となる。以上の条件を総合すると、交換する車載用蓄電池の形状は、縦４０ｃｍ〜６０ｃｍ、横５０ｃｍ〜８０ｃｍ、高さ５ｃｍ〜１０ｃｍの寸法の概ね直方体の形状となる。

電気自動車に搭載する車載用蓄電池の形式を共通形式とすることは、蓄電池メーカーにとっては市場規模が拡大し、開発投資の集中が出来るという利点があり、電気自動車の使用者にとっては途中で車載用蓄電池を交換するという走行プランの自由度が増え、かつ車載用蓄電池の更新間隔毎に電気自動車の性能向上を受益できるとういう利点があり、電気自動車メーカーにとっては、電気自動車への転換が加速されることで開発投資の集中ができるという利点があり、社会にとっては環境問題の解決が促進されるという利点がある。
前述の車載用蓄電池の配置、重量、大きさは、電気自動車の安定走行と搭乗者の安全と車載用蓄電池交換の利便性に寄与し、将来生産される車載用蓄電池においても実現することが可能かつ容易である。したがって、車載用蓄電池の共通形式として期待できるものである。

電気自動車の車体下部には、走行に必要な車載用蓄電池の数を装着できる車載用蓄電池搭載スペースを設ける。車載用蓄電池搭載スペースには、車載用蓄電池保持枠ホルダーを有し、その中に車載用蓄電池保持枠を有する。車載用蓄電池保持枠は車載用蓄電池保持枠操作ボタンを操作することで車載用蓄電池保持枠ホルダーの中で上下に移動させることが出来る。車載用蓄電池搭載スペースには電極ブレード制御ボックスがあり、その中に電極ブレードが設けられ、電気自動車本体の制御により、電極ブレードの出し入れを行う。電極ブレードは電力の出し入れの他、車載用蓄電池の情報のやり取りを行うことも可能である。

車載用蓄電池保持枠は、前部に車載用蓄電池固定突起受け金具を有し、後部にラッチを有する。さらにその他の箇所にデッドボルトを有する。ラッチとデッドボルトを別々の仕組みとすることで、誤った状態で車載用蓄電池を取り付けて運転し、車載用蓄電池が落下するという危険を排除するフェイルセーフの構造とする。そのためラッチ開放ボタンとデッドボルト操作ハンドルの位置は、誤って開放しないように十分に離隔をもって配置する。

ラッチはスプリングにより常時は飛び出た位置にあり、車体の側面下部にあるラッチ開放ボタンを操作するとラッチはラッチケース内部に引き込まれ、保持していた車載用蓄電池を開放することができる。デッドボルトは、スプリングにより常時は飛び出た位置にあり、車体の側面下部にあるデッドボルト操作ハンドルの開放操作でデッドボルトケースに収納され、車載用蓄電池を開放することができる。

車載用蓄電池の上面に給電の為の電極があり、可動する電極カバーで塞がれている。車載用蓄電池は、防水のために車載用蓄電池ツバに一次防水パッキンと車載用蓄電池外函に二次防水パッキンを有し、電極は二重の防水構造により保護されている。

車載用蓄電池は、前部に車載用蓄電池固定突起を有し、後部にはラッチ受け金具を有する。車載用蓄電池は、デッドボルト受け金具を有し、一部のデッドボルト受け金具は、内部に電極カバーボタンを有し、当該電極カバーボタンは電極カバーに連結されている。デッドボルトが挿しこまれた際にデッドボルトが電極カバーボタンを押しこみ、電極カバーが移動して電極を露出させる構造である。

車載用蓄電池を運搬し取り付けるための台車が車載用蓄電池ドライバーである。台車に車輪が取り付けられ、台車を押すハンドルと車載用蓄電池の後部を押し上げるリフトアップアームとそれを動かすリフトアップレバーを有する。台車の先端に設けられたカメラの映像をハンドルに設けたディスプレイで表示することで、車載用蓄電池を正確に車載用蓄電池保持枠に取り付けることが出来る。

自動車修理工場に設置されているリフトやピットを用いずに、車載用蓄電池ドライバーを用いて車体底盤の下側に車載用蓄電池を取り付ける方法を以下に示す。

車載用蓄電池の前部である車載用蓄電池固定突起のある側を前にして車載用蓄電池ドライバーの台車に載せ、ハンドルを押して電気自動車の下部に滑り込ませる。カメラとその映像が映るディスプレイを用いて、車載用蓄電池を車載用蓄電池保持枠の下に移動させ、車載用蓄電池ドライバーのハンドルを倒し、車載用蓄電池の前部を持ち上げ、車載用蓄電池固定突起を車載用蓄電池保持枠にある車載用蓄電池固定突起受け金具に挿し入れる。そのままの位置でリフトアップレバーを操作し、車載用蓄電池の後部を持ち上げ、車載用蓄電池のラッチ受け金具を車載用蓄電池保持枠にあるラッチに挿入し１段階目の固定をする。

１段階目の固定を終えて、電気自動車の車体の側面下側にあるデッドボルト操作ハンドルを閉鎖方向に操作する。デッドボルトが車載用蓄電池のデッドボルト受け金具に挿入され、２段階目の固定となる。

車載用蓄電池のデッドボルト受け金具の内部に、電極カバーボタンが設置されており、車載用蓄電池保持枠のデッドボルトが車載用蓄電池のデッドボルト受け金具に挿入されると同時に、電極の手前にある電極カバーの開口部が電極部分に移動し電極ブレードが挿入できる状態となる。

車載用蓄電池が車載用蓄電池保持枠に２段階目の固定された状態で、電気自動車の車体の側面下部にある車載用蓄電池保持枠操作ボタンを閉鎖方向に操作する。車載用蓄電池保持枠操作ボタンの操作により車載用蓄電池保持枠は車体に押しつけられ、車載用蓄電池のツバにある一次防水パッキンと車載用蓄電池の上面にある二次防水パッキンを押しつぶし、車載用蓄電池の上面にある電極の防水となる。

電気自動車本体の電極ブレード制御ボックスの構造により車載用蓄電池の電極に電極ブレードを挿し入れて、車載用蓄電池から電気自動車に給電を行うことができる。電極ブレードの挿入と引き出しは電気自動車の運転システムによることが望ましい。

車載用蓄電池の取り外し方法を以下に示す。

車載用蓄電池の電極から電気自動車本体の電極ブレードを引き出す。

電気自動車の車体にある車載用蓄電池保持枠操作ボタンを開放方向に操作する。車載用蓄電池保持枠は２段階目の固定された状態の車載用蓄電池と共に車載用蓄電池保持枠ホルダーの移動範囲で自重により下方に落下する。

車載用蓄電池保持枠のデッドボルト操作ハンドルを開放方向に操作する。デッドボルトがデッドボルト受け金具から引き抜かれ、同時に電極カバーボタンはスプリングにより戻され、電極カバーの開口部が移動し、電極を隠蔽する。

電気自動車の車体の下に車載用蓄電池ドライバーを差し入れ、リフトアップレバーを操作しリフトアップアームを持ち上げて、さらに台車の前輪を持ち上げて車載用蓄電池を受ける準備をする。

ラッチ開放ボタンを押すことで、車載用蓄電池保持枠のラッチが引きこまれ、車載用蓄電池の後部が落下し、リフトアップアームで受け取る。リフトアップレバーを戻したうえで、車載用蓄電池ドライバーの前輪を下げ水平にし、車載用蓄電池を車体下から引き出す。

車載用蓄電池ドライバーの車輪にはブレーキ及びロック機構があり、車載用蓄電池の１段階目の固定の際に車載用蓄電池がずれないように車輪ロックが可能となる。リフトアップレバーにレバーロック機構があり、車載用蓄電池取り外しの際に、落下した車載用蓄電池の反動によってレバーが動くことなく、徐々に下げる事が出来る。

車載用蓄電池の交換と充電をスマートに選択し、快適かつ省エネの電気自動車の運転システム例を以下に示す。

電気自動車は、ナビゲーションシステムや自動運転システムを有効に活用しながら走行プランに従い走行する。電気自動車に搭載した車載用蓄電池の主要情報である現在蓄電容量、現在起電力量、現在蓄電量、販売価格、所有者と付属情報であるメーカー、仕様、製造年月、製品状態、使用履歴、交換予約状況、充電予約状況等は、随時行われる情報通信によりデータセンター若しくはインターネット上に登録される。

電気自動車のナビゲーションシステムは、走行予定に従い、搭載している車載用蓄電池の状態から走行途中での交換や充電の要否を判断する。交換又は充電が必要な場合は、データセンター及びインターネット上のデータから交換スタンドと充電スタンドに関する必要情報を収集し、具体的な走行プランである走行する道路と時刻、交換又は充電する場所と時刻、サービスの内容、料金を算定し運転者に提案する。
交換スタンドに関する情報は、交換スタンドが交換用に有している車載用蓄電池の主要情報である現在蓄電容量、現在起電力量、現在蓄電量、販売価格、所有者と付属情報であるメーカー、仕様、製造年月、製品状態、使用履歴、交換予約状況、充電予約状況、サービス方法、サービス時刻、サービス料金等である。
充電スタンドに関する情報はサービス方法、サービス時刻、交換予約状況、充電予約状況、サービス料金である。

運転者は提案された走行プラン案から、適当なプランを選択する。
選択した走行プランに従い、交換スタンド若しくは充電スタンドを予約する。
走行中はＶＩＣＳ（登録商標）などから道路渋滞状況の情報を得て随時走行プランを見直す。

交換や充電のサービス予約は、データセンター若しくはインターネットを通じて行う。
予約情報は、交換スタンドや充電スタンドに登録される。ナビゲーションシステムから送られる走行情報から到着時刻が導き出され、交換スタンド若しくは充電スタンドがサービスの準備を行うことが出来る。予約される情報は、交換であれば、料金、交換する車載用蓄電池の情報、交換予約時刻、サービスの内容（フルサービスかセルフか、現金かカードか、等）、充電であれば、料金、充電方式、充電予約時刻、サービス内容（フルサービスかセルフか、現金かカードか、等）となる。予約後の走行状態、道路渋滞状況をフィードバックし、予約の変更も随時更新する。

走行車両が予約済の交換スタンド又は充電スタンドに到着した時は、予約内容の確認を行う。契約後は予約した内容に従って、交換や充電が行われ、現金やカードでの決済が行われる。

車載用蓄電池の交換の場合は、搭載中の車載用蓄電池と交換予約された車載用蓄電池を相互に売買して行う。交換スタンドはデータセンター及びインターネット上に、在庫している車載用蓄電池及び入荷を予定している車載用蓄電池の情報と価格を登録する。
運転者は予約の際に、データセンター若しくはインターネット上から買い取ることとなる車載用蓄電池の情報と料金を得て、確認する。
搭載中の車載用蓄電池の売却価格は所有者自らが決定する。売却価格を決定するに当たり、搭載中の車載用蓄電池と同程度の状態の車載用蓄電池の売却価格事例情報、交換予定地域の車載用蓄電池の売却価格事例情報はデータセンター及びインターネットから得ることが出来る。

交換や充電された車載用蓄電池の新たな情報、走行車両の新たな情報、交換スタンドの新たな情報、充電スタンドの新たな情報はデータセンター及びインターネット上に即座に登録される。

排気ガスを出すことなく走行する電気自動車は、次世代の乗用車やトラックとして期待されている。水素を動力源とする燃料電池システムの提案もあるが、燃料電池システムに必要な水素供給システムの構築や安全な取り扱いについては、技術的に確立されていない。
それに比べ、蓄電池交換システムは、既存の電気配電網を利用することで新たなインフラを用意する必要もない。また、蓄電池を遍在させることで電気の備蓄や電力使用の平準化にもつながる。

地上走行自動車から空中走行自動車（ドローン）に代わる可能性がある。ドローンの場合はさらに車体軽量化が求められ、蓄電池交換方式によって実現できる蓄電池質量の軽減はそれを加速する技術である。

01 電気自動車車体
02 車載用蓄電池
03 ラッチ開放ボタン
04 デッドボルト操作ハンドル
05 車載用蓄電池保持枠操作ボタン
06 電極ブレード
07 電極ブレード制御ボックス
08 車載用蓄電池保持枠ホルダー
09 車載用蓄電池搭載スペース
11 車載用蓄電池外函
12 車載用蓄電池ツバ
13 電極開口
14 電極
15 電極カバー
16 車載用蓄電池固定突起
17 ラッチ受け金具
18 デッドボルト受け金具
19 電極カバーボタン
20 スプリング
21 防水筒
22 防水リング
23 一次防水パッキン
24 二次防水パッキン
31 車載用蓄電池保持枠
32 車載用蓄電池保持枠外函
33 デッドボルト
34 デッドボルトケース
35 ラッチ
36 ラッチケース
37 車載用蓄電池固定突起受け金具
41 車載用蓄電池ドライバー
42 台車
43 ハンドル
44 前輪
45 後輪
46 車軸
47 ズレ止めピン
48 リフトアップアーム
49 リフトアップレバー
50 リフトアップレバー回転軸
51 カメラ
52 ディスプレイ
61 走行車両
62 データセンター・インターネット
63 充電スタンド
64 交換スタンド
65 情報通信
66 通信衛星・通信アンテナ

この発明は、電気自動車の車載用蓄電池の交換を容易にする取付構造である。

電気自動車は、走行中にＣＯ２を排出しないという点で地球環境に優しい自動車と言える。

原油ベースでのエネルギー変換効率を比較すると、電気自動車３４％、ガソリンエンジン自動車１４％、ガソリンハイブリッド自動車２２％、ディーゼルエンジン自動車１９％という試算が示されているように、電気自動車へのシフトは地球温暖化対策の点でも優れている。

日本国内における超高齢化と地方の過疎化の課題として、公共交通インフラの後退に起因する高齢者ドライバーによる事故の多発が挙げられる。その対策の一つに自動運転技術がある。各種のセンサーを用い、危険を回避し、目的地に効率的に移動することが可能となる。自動運転を効率的に実現するためには、制御が容易な電気自動車が適している。

燃料電池自動車の開発を進めるものもある。しかしながら、その燃料である水素ステーション建設に必要な現状のコスト（平均４．６億円）はガソリンスタンド建設費用（８千万円〜１億円程度）に比べると高く、全体の７割が１箇所のガソリンスタンドのみを運営する中小零細企業が大半を占める揮発油販売業者にとっては、現時点では、水素ステーション事業への参画は容易ではない。

水素ステーションは、ガソリンスタンドからの転換が想定されている。最近の自動車の燃費向上は、多くのガソリンスタンドの閉鎖を招いており、水素ステーションの新設も困難になると考えられる。

水素は反応性が高い気体で、空気中での水素濃度が約4〜75%の範囲になると、着火源があれば燃焼反応が一気に進み、いわゆる水素爆発を起こす。取り扱いに注意が必要なことも燃料電池自動車の普及を阻んでいる。

２０１８年初での市販のとある電気自動車の仕様は、車両重量１４９０ｋｇ、最大積載重量３００ｋｇ、バッテリー重量３００ｋｇ、航続距離４００ｋｍである。充電時間は、急速充電でも時間４０分である。

自動車においては、車体重量を１０％減らすと、６％燃費が向上すると言われている。電気自動車においては、蓄電池の重量は車体重量の２０％にも達する。何時でも充電や交換が可能な状態であれば、例えば蓄電池容量を半分とし、６％の燃費向上を図ることも可能となる。

蓄電池には色々な種類がある。鉛蓄電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池があり、全固体電池の開発を進めるメーカーも現れており、車載用蓄電池の性能の向上と価格の低下はすすみ続けている。現在の自動車のガソリンに当たる共通の蓄電池の仕様は創造されていない。

電気自動車では、蓄電池の電力供給能力がそのまま自動車の出力になり、加速度や航続距離となる。電気自動車にとって蓄電池はエンジンであるといわれる所以である。

車体の耐久性と車載用蓄電池の寿命を考えると、一つの車体に対して蓄電池交換は複数回行われることとなる。蓄電池交換により蓄電池の能力が向上すればそれは、カローラがフェラーリになったり、ポルシェに変わるという、現在のブランドの考え方とは異なったものとなる可能性がある。

世界では自動車の自動運転の技術開発、実地試験に取り組んでおり、あと少しで到達するものと思われる。自動運転では、センサーなどによる自動車周辺の情報取得も行われるが、ＶＩＣＳ（登録商標）（Vehicle Information and Communication Systemの略で渋滞や交通規制などの道路交通情報をリアルタイムに送信し、ナビゲーションなどの車載機に文字・図形で表示する情報通信システム）や、ＥＴＣ（登録商標）（電子料金収受システムElectronic Toll Collection System）を利用して広域の情報も取り込みながら、停止することなく決済も行うシステムが完成している。

自動車での移動は、運転を楽しむ事では無く、どの程度安全かとか、移動時間中に何を行うかとか、どの程度快適な時間が過ごせるかということで評価されるようになる。

特願2005-39544 電池パックおよび自動車 特願2006-262293 車載電源装置の搭載構造 特願2009-181617 次世代エネルギースタンドのネットワーク及び当該ネットワークにおいて使用する次世代エネルギースタンド 特願2010-136080 充電予約サーバ、充電予約システム、充電予約方法および充電予約プログラム。 特願2010-515564 自動車のバッテリ取り付け構成 特願2012-244139 車両のバッテリ支持構造 特願2014-175173 バッテリレイアウト 特願2015-104307 自動車用床下ユニット 特願2015-152212 電池モジュール交換

車載用蓄電池は車体重量の２０％に達するため、車載用蓄電池を搭載する位置はおのずと定まる。重心は低い方が安定性が当然高まる。車体の左右のバランスから、車載用蓄電池は車体の中央に搭載することも必要である。これは乗員が乗車する位置と重なる。そのため車載用蓄電池は車体の中央部に配置のうえ、薄型蓄電池とすることが必要条件となる。

車載用蓄電池には、液体電解質を用いる為、事故や劣化により有害物質が漏れ出す危険がある。車載用蓄電池は搭乗者空間に設置しないことが望ましい。

電気自動車のエンジンは蓄電池であると言われている。その車載用蓄電池は開発の途上であり、車載用蓄電池の仕様の向上は短いサイクルで永久に続く。そのため１０年以上に及ぶ車体の耐久性との大きなギャップが発生する。

車載用蓄電池の開発は進み、軽量化と蓄電容量は年々向上している。一方で車載用蓄電池の充電時間はガソリンスタンドで給油するようには短くできないため、大量の蓄電池を搭載することで、ガソリンエンジン自動車のような航続距離を実現している。しかし、車載用蓄電池の重量のアップが燃費の向上を妨げる。

自動車に搭載する車載用充電池は、車体の中央、かつ底面に設置することが走行安定性と車内の快適性の上から重要であるが、現状では車体の下部に取り付ける為に、車体のリフトアップ装置もしくはピットが必要であり、交換には専門家が必要である。そのため特定の場所、例えば自動車修理工場、ガソリンスタンドでしか作業できない。その上、ガソリンスタンドの数は減少傾向である。

車載用蓄電池を車体の下部に取り付けるため、砂利の跳ねあげ、雨水の跳ねあげなどに対して車載用蓄電池の底盤の耐久性と接続部分の防水性能が求められる。

自動車は各所に大きな加速度がかかり、各部品は強固に取り付ける必要がある。一方ではボルト等で固定した部品の取り外しは時間がかかり、速やかな車載用蓄電池の交換には不向きである。

電気自動車の駆動電圧は、４００ボルトと高電圧となっており、車載用蓄電池も高電圧となっている。蓄電池を交換するなどの作業の最中に、電極に手が触れたり、近接物に触れたりした場合は、怪我や火災、無駄な放電を招く。

現状では電気自動車メーカーは、各電気自動車用の車載用蓄電池を用意している。仕様も形状も異なり、共通化されていない。

特許文献７ 特願２０１４−１７５１７３ バッテリレイアウト では、バッテリを、運転席と助手席等、隣り合う座席間に配置するため、セルガスを車両の外部へ排気する経路を設ける必要がある。そのため、「セルガスを車両の外部へ排気する経路であるセルガス主排出経路」と、「セルガス副排出経路を備えることを特徴」としている。

電気自動車の車体底盤の下部に、下方から取り付ける車載用蓄電池により、電気自動車の重心が低く抑えられ安定走行性能が向上する。また、搭乗スペースの外に車載用蓄電池を配置することで、セルガスでの搭乗スペース空気汚染や車載用蓄電池の故障、破損等から発生する液体電解質などからの搭乗スペースの汚損、搭乗者への傷害を防止することができる。

電気自動車メーカー、蓄電池メーカーに関わらず、車載用蓄電池を共通の形式とすることで、例えばコンビニエンスストアで充電済の車載用蓄電池と交換して走行することで充電時間にとらわれない快適で省エネの移動が可能となる。共通形式であれば、車体の寿命と関わりなく車載用蓄電池の交換時期になった時に、改良された車載用蓄電池に交換できるため、最新の性能の快適性と省エネ性を得ることが出来る。

車載用蓄電池の固定を複数回に分けて行い、異なる固定方法をもって行うことで、ミスや故障による車載用蓄電池の落下防止を図ることができる。

車載用蓄電池の電極に電極カバーを設け、その電極カバーの操作を、車載用蓄電池の固定の操作の一環とすることで、無駄な電極カバーの開放を行わず、電極での感電防止、電極の保護を図る。

車載用蓄電池の固定の際に、車載用蓄電池の周囲にパッキンなどを設けることで電極の防水を図ることが出来る。

電気自動車に備えたナビゲーションプログラムにより、車載用蓄電池の状態を把握し、走行予定から、データセンター若しくはインターネットから得た交換スタンド及び充電スタンドの情報を利用し、走行プランをつくり、そのプランに基づき走行するシステムにより、電気自動車は時間を有効に使う移動手段となる。その結果、電気自動車が普及し、地球環境に寄与することができる。

電気自動車の車載用蓄電池を共通の形状とすれば、新たな仕様の車載用蓄電池も既存の電気自動車に搭載することができるので、車載用蓄電池の開発投資は小さくて良く、車載用蓄電池の開発速度は向上し、優れた性能の車載用蓄電池が開発され続ける。

共通の車載用蓄電池とすることで、どのメーカーの電気自動車であっても、どの交換スタンドでも車載用蓄電池の交換が可能となり、航続距離を意識することなく移動できる。

車載用蓄電池の在庫や予約状況の情報を入手し、ナビゲーションシステムや自動運転システム、道路交通情報通信システム、ＥＴＣ（登録商標）を併用することで、予定する行程から、車載用蓄電池への充電と交換を適切に組み合わせ、スマートな移動が可能となる。

交換できる車載用蓄電池の設置位置を示す。（ａ）は、車載用蓄電池を搭載した乗用電気自動車の車体断面図である。車載用蓄電池は車体の底部、搭乗席の下部に位置する。（ｂ）は、車載用蓄電池を搭載した乗用電気自動車の上から見た車体平面図である。重量のある車載用蓄電池は左右対称となる位置に配置する。図で示す通り偶数の車載用蓄電池を左右に搭載する、若しくは車体の中心軸沿って一列に搭載する。 交換できる車載用蓄電池の形状を示す。本図では、図１（ｂ）平面図の左下に搭載した車載用蓄電池を例として示す。よって、本図（ａ）平面図の左側が電気自動車の進行方向である。本図（ａ）図の車載用蓄電池固定突起がある方向を車載用蓄電池の前部とする。（ａ）は、車載用蓄電池の上から見た平面図である。（ｂ）は、車載用蓄電池の右側面図である。（ｃ）は、車載用蓄電池の背面図である。（ｄ）〜（ｆ）は、本図（ａ）図に示す う〜う矢視の断面図である。（ｄ）は車載用蓄電池の電極カバーの構造を示す。電極カバーが閉じた状態である。（ｅ）は、車載用蓄電池の電極カバーの構造を示す。車載用蓄電池保持枠のデッドボルトにより電極カバーボタンが押しこまれ、電極カバーが移動し、電極カバーが開いた状態である。（ｆ）は、車載用蓄電池の電極カバーの構造を示す。電極カバーが開いた状態で、電極ブレードが電極に挿入された状態である。（ｇ）は、本図（ｄ）図に示す、え〜え矢視の平面図である。（ｇ）は、車載用蓄電池の電極カバーの詳細構造を示す。車載用蓄電池保持枠のデッドボルトがデッドボルト受け金具に挿入されることで、電極カバーボタンが押しこまれ、電極カバーが移動し、電極カバーの開口が移動し、電極が開いた状態のものを、上部から俯瞰した図である。（ｈ）は、本図（ｆ）を拡大した図で、車載用蓄電池の電極カバーの詳細構造を示す。車載用蓄電池保持枠のデッドボルトにより電極カバーボタンが押しこまれ、電極カバーが移動し、電極カバーが開き、電極ブレードが挿入された状態の断面図である。 交換できる車載用蓄電池を固定する車載用蓄電池保持枠を示す。車載用蓄電池保持枠の前後左右は、車載用蓄電池にならう。本図では、図１（ｂ）平面図の左下に搭載した車載用蓄電池保持枠を例として示す。よって、本図（ａ）図の左側が電気自動車の進行方向である。（ａ）は、車載用蓄電池保持枠の上から見た平面図である。（ｂ）は、車載用蓄電池保持枠の右側面図である。（ｃ）は、車載用蓄電池保持枠の背面図である。（ｄ）、（ｅ）は、本図（ａ）図に示す お〜お矢視の断面図である。（ｄ）は、車載用蓄電池保持枠のデッドボルト部分の断面図である。デッドボルトが引っ込んだ状態であり、車載用蓄電池が外された際の状態を示す。（ｅ）は、車載用蓄電池保持枠のデッドボルト部分の断面図である。車載用蓄電池が搭載され、2段階目の固定状態であり、デッドボルトが車載用蓄電池のデッドボルト受け金具に挿入された状態を示す。（ｆ）は、本図（ａ）図に示す か〜か矢視の断面図であり、車載用蓄電池保持枠のラッチ部分の断面図である。（ｆ）は、車載用蓄電池が搭載された状態で、ラッチが車載用蓄電池のラッチ受け金具に挿入された状態を示す。 車載用蓄電池を取り付ける工具である車載用蓄電池ドライバーを示す。（ａ）は、車載用蓄電池ドライバーの側面図である。（ｂ）は、車載用蓄電池ドライバーのリフトアップレバーを引き下げ、リフトアップアームを押し上げ、車載用蓄電池の後部を持ち上げた状態である。車載用蓄電池保持枠のラッチに固定する際の動作を示す。（ｃ）は、車載用蓄電池ドライバーの台車部分の詳細図である。 図１（ｂ）図に示す 電気自動車車体底部のあ〜あ矢視の断面図である。車載用蓄電池を車体に取り付ける手順を示す。（ａ）は、車載用蓄電池を自動車に取り付ける為に、車載用蓄電池ドライバーにより運搬する状態である。（ｂ）は、車体の下部に車載用蓄電池ドライバーに載せた車載用蓄電池を滑り込ませた状態である。（ｃ）は、車体の下部に滑り込ませた状態の車載用蓄電池の前部を持ち上げた状態である。車載用蓄電池ドライバーの先端にあるカメラで、車載用蓄電池の位置をディスプレイで確認することができる。（ｄ）は、車載用蓄電池の前部の車載用蓄電池固定突起を、車載用蓄電池保持枠の車載用蓄電池固定突起受け金具の空洞部に押し入れた状態である。（ｅ）は、車載用蓄電池の前部の車載用蓄電池固定突起を、車載用蓄電池保持枠の車載用蓄電池固定突起受け金具の空洞部に押し入れた状態で、車載用蓄電池ドライバーのリフトアップレバーを押し下げ、リフトアップアームにより、車載用蓄電池の後部を押し上げた状態である。車載用蓄電池の後部にあるラッチ受け金具の空洞部に車載用蓄電池保持枠に設けられたラッチが掛かり、固定された１段階目の固定状態である。（ｆ）は、車載用蓄電池保持枠のデッドボルトを車載用蓄電池のデッドボルト受け金具に挿入し、車載用蓄電池を車載用蓄電池保持枠に固定した２段階目の固定状態である。デッドボルトは、車体の下部にあるデッドボルト操作ハンドルにより行う。（ｇ）は、車載用蓄電池保持枠全体を車体側に引き上げ、車載用蓄電池を車体に引き寄せ、車体に固定し、同時に車載用蓄電池の備えた一次防水パッキン、二次防水パッキンを車体に押し付け、電極開口を二重に防水した状態である。 図１（ｂ）図に示す い〜い矢視の断面図である。車体の車載用蓄電池の搭載スペースの断面図を示す。車載用蓄電池の取付の際の電極カバーの動作手順を（ａ）〜（ｆ）の順で示す。（ａ）は、車体の車載用蓄電池の搭載スペースに、車載用蓄電池が搭載されていない状態である。（ｂ）は、車体の車載用蓄電池の搭載スペースの下部に、車載用蓄電池を滑り込ませ、前部を持ち上げた状態である。（ｃ）は、（ｂ）ののち、車載用蓄電池の前部の車載用蓄電池固定突起を車載用蓄電池保持枠の車載用蓄電池固定突起受け金具に挿入したのち、車載用蓄電池の後部をリフトアップアームで持ち上げ、車載用蓄電池保持枠のラッチを車載用蓄電池のラッチ受け金具に挿入した1段階目の固定状態である。（ｄ）は、（ｃ）ののち、車載用蓄電池保持枠のデッドボルトを車載用蓄電池のデッドボルト受け金具に挿入した状態である。デッドボルトが挿入されたことで、電極カバーボタンが押し込まれ、電極カバーが開放された２段階目の固定状態である。（ｅ）は、（ｄ）ののち、車載用蓄電池保持枠を車載用蓄電池保持枠操作ボタンを操作することで、車体に引き寄せた状態である。一次防水パッキン、二次防水パッキンが車体に押し付けられ、車載用蓄電池の上部の電極の防水性が完成された状態である。（ｆ）は、（ｅ）ののち、電極ブレードを操作し、電極ブレードが、車載用蓄電池の電極に挿入され、車載用蓄電池から車体に給電出来る状態を示す。 図６の各図に示す車載用蓄電池保持枠の右側の断面詳細図である。この図により取付手順を示す。（ａ）は、車載用蓄電池を搭載する前の状態を示す。電気自動車の車体の底盤にある車載用蓄電池搭載スペースとそれに付属する車載用蓄電池保持枠ホルダーと当該車載用蓄電池保持枠ホルダーに設置した車載用蓄電池保持枠がある。車載用蓄電池保持枠操作ボタンの閉鎖操作により、車載用蓄電池保持枠を上方に引き寄せる。（ａ）は、車載用蓄電池保持枠操作ボタンを開放操作した状態である。（ｂ）は、車載用蓄電池が車載用蓄電池保持枠に、１段階目の固定された状態である。（ｃ）は、（ｂ）ののち、デッドボルト操作ハンドルの閉鎖操作により、車載用蓄電池保持枠に設置したデッドボルトが、車載用蓄電池のデッドボルト受け金具に挿入され、２段階目の固定された状態である。車載用蓄電池のデッドボルト受け金具に挿入されたことにより、デッドボルト受け金具の内部にある電極カバーボタンが押し込まれ、電極カバーがスライドし、電極開口と電極カバーに設けた開口が合致し、電極が現れる。（ｄ）は、（ｃ）ののち車載用蓄電池保持枠操作ボタンの閉鎖操作し、車載用蓄電池を車体に引き寄せた状態である。一次防水パッキン、二次防水パッキンが押しつぶされ、電極が防水されている。（ｅ）は、（ｄ）ののち電極ブレードを電極に差し込んだ状態である。電気自動車に電気を供給できる状態である。電極ブレードの動作は電極ブレード制御ボックスにより行う。 車載用蓄電池を用いる交換、充電のシステムを示す。（ａ）は、走行する車両、データセンター、インターネット、充電スタンド、交換スタンド、通信衛星・通信アンテナの関係を模式的に示した図である。車載用蓄電池が有する情報と車両が有する情報、充電スタンドの情報、交換スタンドの情報は、通信衛星や通信アンテナを経由して、データセンターへの保存又はインターネット上にアップロードされ、車載用蓄電池の充電や交換が必要な際に、前述の情報を利用することで適切な位置で充電や交換が出来ることを示す。（ｂ）は、走行する車両が、車載用蓄電池の交換や充電をする際のフローを示す図である。走行する車両は、車載用蓄電池の情報と走行する車両の情報から、車載用蓄電池の交換や充電が必要となると判断した時に、車載用蓄電池の交換や充電をする場所の情報をデータセンター又はインターネット上から収集し、走行ルート、交通状況を加味して、交換する車載用蓄電池や充電をする場所を予約する。予約された車載用蓄電池や充電スタンドは車両到着までに準備を終える。予約した車両が到着した際に契約し、予約したサービスを受け、決済する手順を示す。随時各々の新たな情報がデータセンター又はインターネット上に蓄えられる。 電気自動車での行程のフローチャートである。

電気自動車の安定走行のためには重心を低くすることが必要条件となる。車載用蓄電池は重量物であり、重心を低くする為には、車体底盤付近に設ける必要がある。
さらに、車載用蓄電池の必要条件は、安全確保に関する条件である。車載用蓄電池の劣化や損傷を受けてもセルガスの発散や液体電解質の飛散が搭乗スペースでは起きないことである。車載用蓄電池は車体の底盤の下側に設けることが最適条件となる。
電気自動車の搭乗者空間の確保のため、車載用蓄電池は薄型であることも求められる。

交換型の車載用蓄電池は工具による運搬の必要性から一つの重量はおよそ５０キログラム以下が適当である。蓄電池は一般に比重２程度であるから、容積はおよそ２５リットル以下が適当となる。

前述の規格の蓄電池では、蓄電池１基で電気自動車で使用する全電力は賄えないため、蓄電池を複数配置する必要がある。複数の車載用蓄電池をレイアウトすることが必要条件であるから、無駄なスペースなく搭載するため、矩形平面が蓄電池の形状となる。以上の条件を総合すると、交換する車載用蓄電池の形状は、縦４０ｃｍ〜６０ｃｍ、横５０ｃｍ〜８０ｃｍ、高さ５ｃｍ〜１０ｃｍの寸法の概ね直方体の形状となる。

電気自動車に搭載する車載用蓄電池の形式を共通形式とすることは、蓄電池メーカーにとっては市場規模が拡大し、開発投資の集中が出来るという利点があり、電気自動車の使用者にとっては途中で車載用蓄電池を交換するという走行プランの自由度が増え、かつ車載用蓄電池の更新間隔毎に電気自動車の性能向上を受益できるとういう利点があり、電気自動車メーカーにとっては、電気自動車への転換が加速されることで開発投資の集中ができるという利点があり、社会にとっては環境問題の解決が促進されるという利点がある。
前述の車載用蓄電池の配置、重量、大きさは、電気自動車の安定走行と搭乗者の安全と車載用蓄電池交換の利便性に寄与し、将来生産される車載用蓄電池においても実現することが可能かつ容易である。したがって、車載用蓄電池の共通形式として期待できるものである。

電気自動車の車体下部には、走行に必要な車載用蓄電池の数を装着できる車載用蓄電池搭載スペースを設ける。車載用蓄電池搭載スペースには、車載用蓄電池保持枠ホルダーを有し、その中に車載用蓄電池保持枠を有する。車載用蓄電池保持枠は車載用蓄電池保持枠操作ボタンを操作することで車載用蓄電池保持枠ホルダーの中で上下に移動させることが出来る。車載用蓄電池搭載スペースには電極ブレード制御ボックスがあり、その中に電極ブレードが設けられ、電気自動車本体の制御により、電極ブレードの出し入れを行う。電極ブレードは電力の出し入れの他、車載用蓄電池の情報のやり取りを行うことも可能である。

車載用蓄電池保持枠は、前部に車載用蓄電池固定突起受け金具を有し、後部にラッチを有する。さらにその他の箇所にデッドボルトを有する。ラッチとデッドボルトを別々の仕組みとすることで、誤った状態で車載用蓄電池を取り付けて運転し、車載用蓄電池が落下するという危険を排除するフェイルセーフの構造とする。そのためラッチ開放ボタンとデッドボルト操作ハンドルの位置は、誤って開放しないように十分に離隔をもって配置する。

ラッチはスプリングにより常時は飛び出た位置にあり、車体の側面下部にあるラッチ開放ボタンを操作するとラッチはラッチケース内部に引き込まれ、保持していた車載用蓄電池を開放することができる。デッドボルトは、スプリングにより常時は飛び出た位置にあり、車体の側面下部にあるデッドボルト操作ハンドルの開放操作でデッドボルトケースに収納され、車載用蓄電池を開放することができる。

車載用蓄電池の上面に給電の為の電極があり、可動する電極カバーで塞がれている。車載用蓄電池は、防水のために車載用蓄電池ツバに一次防水パッキンと車載用蓄電池外函に二次防水パッキンを有し、電極は二重の防水構造により保護されている。

車載用蓄電池は、前部に車載用蓄電池固定突起を有し、後部にはラッチ受け金具を有する。車載用蓄電池は、デッドボルト受け金具を有し、一部のデッドボルト受け金具は、内部に電極カバーボタンを有し、当該電極カバーボタンは電極カバーに連結されている。デッドボルトが挿しこまれた際にデッドボルトが電極カバーボタンを押しこみ、電極カバーが移動して電極を露出させる構造である。

車載用蓄電池を運搬し取り付けるための台車が車載用蓄電池ドライバーである。台車に車輪が取り付けられ、台車を押すハンドルと車載用蓄電池の後部を押し上げるリフトアップアームとそれを動かすリフトアップレバーを有する。台車の先端に設けられたカメラの映像をハンドルに設けたディスプレイで表示することで、車載用蓄電池を正確に車載用蓄電池保持枠に取り付けることが出来る。

自動車修理工場に設置されているリフトやピットを用いずに、車載用蓄電池ドライバーを用いて車体底盤の下側に車載用蓄電池を取り付ける方法を以下に示す。

車載用蓄電池の前部である車載用蓄電池固定突起のある側を前にして車載用蓄電池ドライバーの台車に載せ、ハンドルを押して電気自動車の下部に滑り込ませる。カメラとその映像が映るディスプレイを用いて、車載用蓄電池を車載用蓄電池保持枠の下に移動させ、車載用蓄電池ドライバーのハンドルを倒し、車載用蓄電池の前部を持ち上げ、車載用蓄電池固定突起を車載用蓄電池保持枠にある車載用蓄電池固定突起受け金具に挿し入れる。そのままの位置でリフトアップレバーを操作し、車載用蓄電池の後部を持ち上げ、車載用蓄電池のラッチ受け金具を車載用蓄電池保持枠にあるラッチに挿入し１段階目の固定をする。

１段階目の固定を終えて、電気自動車の車体の側面下側にあるデッドボルト操作ハンドルを閉鎖方向に操作する。デッドボルトが車載用蓄電池のデッドボルト受け金具に挿入され、２段階目の固定となる。

車載用蓄電池のデッドボルト受け金具の内部に、電極カバーボタンが設置されており、車載用蓄電池保持枠のデッドボルトが車載用蓄電池のデッドボルト受け金具に挿入されると同時に、電極の手前にある電極カバーの開口部が電極部分に移動し電極ブレードが挿入できる状態となる。

車載用蓄電池が車載用蓄電池保持枠に２段階目の固定された状態で、電気自動車の車体の側面下部にある車載用蓄電池保持枠操作ボタンを閉鎖方向に操作する。車載用蓄電池保持枠操作ボタンの操作により車載用蓄電池保持枠は車体に押しつけられ、車載用蓄電池のツバにある一次防水パッキンと車載用蓄電池の上面にある二次防水パッキンを押しつぶし、車載用蓄電池の上面にある電極の防水となる。

電気自動車本体の電極ブレード制御ボックスの構造により車載用蓄電池の電極に電極ブレードを挿し入れて、車載用蓄電池から電気自動車に給電を行うことができる。電極ブレードの挿入と引き出しは電気自動車の運転システムによることが望ましい。

車載用蓄電池の取り外し方法を以下に示す。

車載用蓄電池の電極から電気自動車本体の電極ブレードを引き出す。

電気自動車の車体にある車載用蓄電池保持枠操作ボタンを開放方向に操作する。車載用蓄電池保持枠は２段階目の固定された状態の車載用蓄電池と共に車載用蓄電池保持枠ホルダーの移動範囲で自重により下方に落下する。

車載用蓄電池保持枠のデッドボルト操作ハンドルを開放方向に操作する。デッドボルトがデッドボルト受け金具から引き抜かれ、同時に電極カバーボタンはスプリングにより戻され、電極カバーの開口部が移動し、電極を隠蔽する。

電気自動車の車体の下に車載用蓄電池ドライバーを差し入れ、リフトアップレバーを操作しリフトアップアームを持ち上げて、さらに台車の前輪を持ち上げて車載用蓄電池を受ける準備をする。

ラッチ開放ボタンを押すことで、車載用蓄電池保持枠のラッチが引きこまれ、車載用蓄電池の後部が落下し、リフトアップアームで受け取る。リフトアップレバーを戻したうえで、車載用蓄電池ドライバーの前輪を下げ水平にし、車載用蓄電池を車体下から引き出す。

車載用蓄電池ドライバーの車輪にはブレーキ及びロック機構があり、車載用蓄電池の１段階目の固定の際に車載用蓄電池がずれないように車輪ロックが可能となる。リフトアップレバーにレバーロック機構があり、車載用蓄電池取り外しの際に、落下した車載用蓄電池の反動によってレバーが動くことなく、徐々に下げる事が出来る。

車載用蓄電池の交換と充電をスマートに選択し、快適かつ省エネの電気自動車の運転システム例を以下に示す。

電気自動車は、ナビゲーションシステムや自動運転システムを有効に活用しながら走行プランに従い走行する。電気自動車に搭載した車載用蓄電池の主要情報である現在蓄電容量、現在起電力量、現在蓄電量、販売価格、所有者と付属情報であるメーカー、仕様、製造年月、製品状態、使用履歴、交換予約状況、充電予約状況等は、随時行われる情報通信によりデータセンター若しくはインターネット上に登録される。

電気自動車のナビゲーションシステムは、走行予定に従い、搭載している車載用蓄電池の状態から走行途中での交換や充電の要否を判断する。交換又は充電が必要な場合は、データセンター及びインターネット上のデータから交換スタンドと充電スタンドに関する必要情報を収集し、具体的な走行プランである走行する道路と時刻、交換又は充電する場所と時刻、サービスの内容、料金を算定し運転者に提案する。
交換スタンドに関する情報は、交換スタンドが交換用に有している車載用蓄電池の主要情報である現在蓄電容量、現在起電力量、現在蓄電量、販売価格、所有者と付属情報であるメーカー、仕様、製造年月、製品状態、使用履歴、交換予約状況、充電予約状況、サービス方法、サービス時刻、サービス料金等である。
充電スタンドに関する情報はサービス方法、サービス時刻、交換予約状況、充電予約状況、サービス料金である。

運転者は提案された走行プラン案から、適当なプランを選択する。
選択した走行プランに従い、交換スタンド若しくは充電スタンドを予約する。
走行中はＶＩＣＳ（登録商標）などから道路渋滞状況の情報を得て随時走行プランを見直す。

交換や充電のサービス予約は、データセンター若しくはインターネットを通じて行う。
予約情報は、交換スタンドや充電スタンドに登録される。ナビゲーションシステムから送られる走行情報から到着時刻が導き出され、交換スタンド若しくは充電スタンドがサービスの準備を行うことが出来る。予約される情報は、交換であれば、料金、交換する車載用蓄電池の情報、交換予約時刻、サービスの内容（フルサービスかセルフか、現金かカードか、等）、充電であれば、料金、充電方式、充電予約時刻、サービス内容（フルサービスかセルフか、現金かカードか、等）となる。予約後の走行状態、道路渋滞状況をフィードバックし、予約の変更も随時更新する。

走行車両が予約済の交換スタンド又は充電スタンドに到着した時は、予約内容の確認を行う。契約後は予約した内容に従って、交換や充電が行われ、現金やカードでの決済が行われる。

車載用蓄電池の交換の場合は、搭載中の車載用蓄電池と交換予約された車載用蓄電池を相互に売買して行う。交換スタンドはデータセンター及びインターネット上に、在庫している車載用蓄電池及び入荷を予定している車載用蓄電池の情報と価格を登録する。
運転者は予約の際に、データセンター若しくはインターネット上から買い取ることとなる車載用蓄電池の情報と料金を得て、確認する。
搭載中の車載用蓄電池の売却価格は所有者自らが決定する。売却価格を決定するに当たり、搭載中の車載用蓄電池と同程度の状態の車載用蓄電池の売却価格事例情報、交換予定地域の車載用蓄電池の売却価格事例情報はデータセンター及びインターネットから得ることが出来る。

交換や充電された車載用蓄電池の新たな情報、走行車両の新たな情報、交換スタンドの新たな情報、充電スタンドの新たな情報はデータセンター及びインターネット上に即座に登録される。

排気ガスを出すことなく走行する電気自動車は、次世代の乗用車やトラックとして期待されている。水素を動力源とする燃料電池システムの提案もあるが、燃料電池システムに必要な水素供給システムの構築や安全な取り扱いについては、技術的に確立されていない。
それに比べ、蓄電池交換システムは、既存の電気配電網を利用することで新たなインフラを用意する必要もない。また、蓄電池を遍在させることで電気の備蓄や電力使用の平準化にもつながる。

地上走行自動車から空中走行自動車（ドローン）に代わる可能性がある。ドローンの場合はさらに車体軽量化が求められ、蓄電池交換方式によって実現できる蓄電池質量の軽減はそれを加速する技術である。

01 電気自動車車体
02 車載用蓄電池
03 ラッチ開放ボタン
04 デッドボルト操作ハンドル
05 車載用蓄電池保持枠操作ボタン
06 電極ブレード
07 電極ブレード制御ボックス
08 車載用蓄電池保持枠ホルダー
09 車載用蓄電池搭載スペース
11 車載用蓄電池外函
12 車載用蓄電池ツバ
13 電極開口
14 電極
15 電極カバー
16 車載用蓄電池固定突起
17 ラッチ受け金具
18 デッドボルト受け金具
19 電極カバーボタン
20 スプリング
21 防水筒
22 防水リング
23 一次防水パッキン
24 二次防水パッキン
31 車載用蓄電池保持枠
32 車載用蓄電池保持枠外函
33 デッドボルト
34 デッドボルトケース
35 ラッチ
36 ラッチケース
37 車載用蓄電池固定突起受け金具
41 車載用蓄電池ドライバー
42 台車
43 ハンドル
44 前輪
45 後輪
46 車軸
47 ズレ止めピン
48 リフトアップアーム
49 リフトアップレバー
50 リフトアップレバー回転軸
51 カメラ
52 ディスプレイ
61 走行車両
62 データセンター・インターネット
63 充電スタンド
64 交換スタンド
65 情報通信
66 通信衛星・通信アンテナ

この発明は、電気自動車の車載用蓄電池の交換を容易にする取付構造である。

電気自動車は、走行中にＣＯ２を排出しないという点で地球環境に優しい自動車と言える。

原油ベースでのエネルギー変換効率を比較すると、電気自動車３４％、ガソリンエンジン自動車１４％、ガソリンハイブリッド自動車２２％、ディーゼルエンジン自動車１９％という試算が示されているように、電気自動車へのシフトは地球温暖化対策の点でも優れている。

日本国内における超高齢化と地方の過疎化の課題として、公共交通インフラの後退に起因する高齢者ドライバーによる事故の多発が挙げられる。その対策の一つに自動運転技術がある。各種のセンサーを用い、危険を回避し、目的地に効率的に移動することが可能となる。自動運転を効率的に実現するためには、制御が容易な電気自動車が適している。

燃料電池自動車の開発を進めるものもある。しかしながら、その燃料である水素ステーション建設に必要な現状のコスト（平均４．６億円）はガソリンスタンド建設費用（８千万円〜１億円程度）に比べると高く、全体の７割が１箇所のガソリンスタンドのみを運営する中小零細企業が大半を占める揮発油販売業者にとっては、現時点では、水素ステーション事業への参画は容易ではない。

水素ステーションは、ガソリンスタンドからの転換が想定されている。最近の自動車の燃費向上は、多くのガソリンスタンドの閉鎖を招いており、水素ステーションの新設も困難になると考えられる。

水素は反応性が高い気体で、空気中での水素濃度が約4〜75%の範囲になると、着火源があれば燃焼反応が一気に進み、いわゆる水素爆発を起こす。取り扱いに注意が必要なことも燃料電池自動車の普及を阻んでいる。

２０１８年初での市販のとある電気自動車の仕様は、車両重量１４９０ｋｇ、最大積載重量３００ｋｇ、バッテリー重量３００ｋｇ、航続距離４００ｋｍである。充電時間は、急速充電でも時間４０分である。

自動車においては、車体重量を１０％減らすと、６％燃費が向上すると言われている。電気自動車においては、蓄電池の重量は車体重量の２０％にも達する。何時でも充電や交換が可能な状態であれば、例えば蓄電池容量を半分とし、６％の燃費向上を図ることも可能となる。

蓄電池には色々な種類がある。鉛蓄電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池があり、全固体電池の開発を進めるメーカーも現れており、車載用蓄電池の性能の向上と価格の低下はすすみ続けている。現在の自動車のガソリンに当たる共通の蓄電池の仕様は創造されていない。

電気自動車では、蓄電池の電力供給能力がそのまま自動車の出力になり、加速度や航続距離となる。電気自動車にとって蓄電池はエンジンであるといわれる所以である。

車体の耐久性と車載用蓄電池の寿命を考えると、一つの車体に対して蓄電池交換は複数回行われることとなる。蓄電池交換により蓄電池の能力が向上すればそれは、カローラがフェラーリになったり、ポルシェに変わるという、現在のブランドの考え方とは異なったものとなる可能性がある。

世界では自動車の自動運転の技術開発、実地試験に取り組んでおり、あと少しで到達するものと思われる。自動運転では、センサーなどによる自動車周辺の情報取得も行われるが、ＶＩＣＳ（登録商標）（Vehicle Information and Communication Systemの略で渋滞や交通規制などの道路交通情報をリアルタイムに送信し、ナビゲーションなどの車載機に文字・図形で表示する情報通信システム）や、ＥＴＣ（登録商標）（電子料金収受システムElectronic Toll Collection System）を利用して広域の情報も取り込みながら、停止することなく決済も行うシステムが完成している。

自動車での移動は、運転を楽しむ事では無く、どの程度安全かとか、移動時間中に何を行うかとか、どの程度快適な時間が過ごせるかということで評価されるようになる。

特願2005-39544 電池パックおよび自動車 特願2006-262293 車載電源装置の搭載構造 特願2009-181617 次世代エネルギースタンドのネットワーク及び当該ネットワークにおいて使用する次世代エネルギースタンド 特願2010-136080 充電予約サーバ、充電予約システム、充電予約方法および充電予約プログラム。 特願2010-515564 自動車のバッテリ取り付け構成 特願2012-244139 車両のバッテリ支持構造 特願2014-175173 バッテリレイアウト 特願2015-104307 自動車用床下ユニット 特願2015-152212 電池モジュール交換

車載用蓄電池は車体重量の２０％に達するため、車載用蓄電池を搭載する位置はおのずと定まる。重心は低い方が安定性が当然高まる。車体の左右のバランスから、車載用蓄電池は車体の中央に搭載することも必要である。これは乗員が乗車する位置と重なる。そのため車載用蓄電池は車体の中央部に配置のうえ、薄型蓄電池とすることが必要条件となる。

車載用蓄電池には、液体電解質を用いる為、事故や劣化により有害物質が漏れ出す危険がある。車載用蓄電池は搭乗者空間に設置しないことが望ましい。

電気自動車のエンジンは蓄電池であると言われている。その車載用蓄電池は開発の途上であり、車載用蓄電池の仕様の向上は短いサイクルで永久に続く。そのため１０年以上に及ぶ車体の耐久性との大きなギャップが発生する。

車載用蓄電池の開発は進み、軽量化と蓄電容量は年々向上している。一方で車載用蓄電池の充電時間はガソリンスタンドで給油するようには短くできないため、大量の蓄電池を搭載することで、ガソリンエンジン自動車のような航続距離を実現している。しかし、車載用蓄電池の重量のアップが燃費の向上を妨げる。

自動車に搭載する車載用充電池は、車体の中央、かつ底面に設置することが走行安定性と車内の快適性の上から重要であるが、現状では車体の下部に取り付ける為に、車体のリフトアップ装置もしくはピットが必要であり、交換には専門家が必要である。そのため特定の場所、例えば自動車修理工場、ガソリンスタンドでしか作業できない。その上、ガソリンスタンドの数は減少傾向である。

車載用蓄電池を車体の下部に取り付けるため、砂利の跳ねあげ、雨水の跳ねあげなどに対して車載用蓄電池の底盤の耐久性と接続部分の防水性能が求められる。

自動車は各所に大きな加速度がかかり、各部品は強固に取り付ける必要がある。一方ではボルト等で固定した部品の取り外しは時間がかかり、速やかな車載用蓄電池の交換には不向きである。

電気自動車の駆動電圧は、４００ボルトと高電圧となっており、車載用蓄電池も高電圧となっている。蓄電池を交換するなどの作業の最中に、電極に手が触れたり、近接物に触れたりした場合は、怪我や火災、無駄な放電を招く。

現状では電気自動車メーカーは、各電気自動車用の車載用蓄電池を用意している。仕様も形状も異なり、共通化されていない。

特許文献７ 特願２０１４−１７５１７３ バッテリレイアウト では、バッテリを、運転席と助手席等、隣り合う座席間に配置するため、セルガスを車両の外部へ排気する経路を設ける必要がある。そのため、「セルガスを車両の外部へ排気する経路であるセルガス主排出経路」と、「セルガス副排出経路を備えることを特徴」としている。

電気自動車の車体底盤の下部に、下方から取り付ける車載用蓄電池により、電気自動車の重心が低く抑えられ安定走行性能が向上する。また、搭乗スペースの外に車載用蓄電池を配置することで、セルガスでの搭乗スペース空気汚染や車載用蓄電池の故障、破損等から発生する液体電解質などからの搭乗スペースの汚損、搭乗者への傷害を防止することができる。

電気自動車メーカー、蓄電池メーカーに関わらず、車載用蓄電池を共通の形式とすることで、例えばコンビニエンスストアで充電済の車載用蓄電池と交換して走行することで充電時間にとらわれない快適で省エネの移動が可能となる。共通形式であれば、車体の寿命と関わりなく車載用蓄電池の交換時期になった時に、改良された車載用蓄電池に交換できるため、最新の性能の快適性と省エネ性を得ることが出来る。

車載用蓄電池の固定を複数回に分けて行い、異なる固定方法をもって行うことで、ミスや故障による車載用蓄電池の落下防止を図ることができる。

車載用蓄電池の電極に電極カバーを設け、その電極カバーの操作を、車載用蓄電池の固定の操作の一環とすることで、無駄な電極カバーの開放を行わず、電極での感電防止、電極の保護を図る。

車載用蓄電池の固定の際に、車載用蓄電池の周囲にパッキンなどを設けることで電極の防水を図ることが出来る。

電気自動車に備えたナビゲーションプログラムにより、車載用蓄電池の状態を把握し、走行予定から、データセンター若しくはインターネットから得た交換スタンド及び充電スタンドの情報を利用し、走行プランをつくり、そのプランに基づき走行するシステムにより、電気自動車は時間を有効に使う移動手段となる。その結果、電気自動車が普及し、地球環境に寄与することができる。

電気自動車の車載用蓄電池を共通の形状とすれば、新たな仕様の車載用蓄電池も既存の電気自動車に搭載することができるので、車載用蓄電池の開発投資は小さくて良く、車載用蓄電池の開発速度は向上し、優れた性能の車載用蓄電池が開発され続ける。

共通の車載用蓄電池とすることで、どのメーカーの電気自動車であっても、どの交換スタンドでも車載用蓄電池の交換が可能となり、航続距離を意識することなく移動できる。

車載用蓄電池の在庫や予約状況の情報を入手し、ナビゲーションシステムや自動運転システム、道路交通情報通信システム、ＥＴＣ（登録商標）を併用することで、予定する行程から、車載用蓄電池への充電と交換を適切に組み合わせ、スマートな移動が可能となる。

交換できる車載用蓄電池の設置位置を示す。（ａ）は、車載用蓄電池を搭載した乗用電気自動車の車体断面図である。車載用蓄電池は車体の底部、搭乗席の下部に位置する。（ｂ）は、車載用蓄電池を搭載した乗用電気自動車の上から見た車体平面図である。重量のある車載用蓄電池は左右対称となる位置に配置する。図で示す通り偶数の車載用蓄電池を左右に搭載する、若しくは車体の中心軸沿って一列に搭載する。 交換できる車載用蓄電池の形状を示す。本図では、図１（ｂ）平面図の左下に搭載した車載用蓄電池を例として示す。よって、本図（ａ）平面図の左側が電気自動車の進行方向である。本図（ａ）図の車載用蓄電池固定突起がある方向を車載用蓄電池の前部とする。（ａ）は、車載用蓄電池の上から見た平面図である。（ｂ）は、車載用蓄電池の右側面図である。（ｃ）は、車載用蓄電池の背面図である。（ｄ）〜（ｆ）は、本図（ａ）図に示す う〜う矢視の断面図である。（ｄ）は車載用蓄電池の電極カバーの構造を示す。電極カバーが閉じた状態である。（ｅ）は、車載用蓄電池の電極カバーの構造を示す。車載用蓄電池保持枠のデッドボルトにより電極カバーボタンが押しこまれ、電極カバーが移動し、電極カバーが開いた状態である。（ｆ）は、車載用蓄電池の電極カバーの構造を示す。電極カバーが開いた状態で、電極ブレードが電極に挿入された状態である。（ｇ）は、本図（ｄ）図に示す、え〜え矢視の平面図である。（ｇ）は、車載用蓄電池の電極カバーの詳細構造を示す。車載用蓄電池保持枠のデッドボルトがデッドボルト受け金具に挿入されることで、電極カバーボタンが押しこまれ、電極カバーが移動し、電極カバーの開口が移動し、電極が開いた状態のものを、上部から俯瞰した図である。（ｈ）は、本図（ｆ）を拡大した図で、車載用蓄電池の電極カバーの詳細構造を示す。車載用蓄電池保持枠のデッドボルトにより電極カバーボタンが押しこまれ、電極カバーが移動し、電極カバーが開き、電極ブレードが挿入された状態の断面図である。 交換できる車載用蓄電池を固定する車載用蓄電池保持枠を示す。車載用蓄電池保持枠の前後左右は、車載用蓄電池にならう。本図では、図１（ｂ）平面図の左下に搭載した車載用蓄電池保持枠を例として示す。よって、本図（ａ）図の左側が電気自動車の進行方向である。（ａ）は、車載用蓄電池保持枠の上から見た平面図である。（ｂ）は、車載用蓄電池保持枠の右側面図である。（ｃ）は、車載用蓄電池保持枠の背面図である。（ｄ）、（ｅ）は、本図（ａ）図に示す お〜お矢視の断面図である。（ｄ）は、車載用蓄電池保持枠のデッドボルト部分の断面図である。デッドボルトが引っ込んだ状態であり、車載用蓄電池が外された際の状態を示す。（ｅ）は、車載用蓄電池保持枠のデッドボルト部分の断面図である。車載用蓄電池が搭載され、2段階目の固定状態であり、デッドボルトが車載用蓄電池のデッドボルト受け金具に挿入された状態を示す。（ｆ）は、本図（ａ）図に示す か〜か矢視の断面図であり、車載用蓄電池保持枠のラッチ部分の断面図である。（ｆ）は、車載用蓄電池が搭載された状態で、ラッチが車載用蓄電池のラッチ受け金具に挿入された状態を示す。 車載用蓄電池を取り付ける工具である車載用蓄電池ドライバーを示す。（ａ）は、車載用蓄電池ドライバーの側面図である。（ｂ）は、車載用蓄電池ドライバーのリフトアップレバーを引き下げ、リフトアップアームを押し上げ、車載用蓄電池の後部を持ち上げた状態である。車載用蓄電池保持枠のラッチに固定する際の動作を示す。（ｃ）は、車載用蓄電池ドライバーの台車部分の詳細図である。 図１（ｂ）図に示す 電気自動車車体底部のあ〜あ矢視の断面図である。車載用蓄電池を車体に取り付ける手順を示す。（ａ）は、車載用蓄電池を自動車に取り付ける為に、車載用蓄電池ドライバーにより運搬する状態である。（ｂ）は、車体の下部に車載用蓄電池ドライバーに載せた車載用蓄電池を滑り込ませた状態である。（ｃ）は、車体の下部に滑り込ませた状態の車載用蓄電池の前部を持ち上げた状態である。車載用蓄電池ドライバーの先端にあるカメラで、車載用蓄電池の位置をディスプレイで確認することができる。（ｄ）は、車載用蓄電池の前部の車載用蓄電池固定突起を、車載用蓄電池保持枠の車載用蓄電池固定突起受け金具の空洞部に押し入れた状態である。（ｅ）は、車載用蓄電池の前部の車載用蓄電池固定突起を、車載用蓄電池保持枠の車載用蓄電池固定突起受け金具の空洞部に押し入れた状態で、車載用蓄電池ドライバーのリフトアップレバーを押し下げ、リフトアップアームにより、車載用蓄電池の後部を押し上げた状態である。車載用蓄電池の後部にあるラッチ受け金具の空洞部に車載用蓄電池保持枠に設けられたラッチが掛かり、固定された１段階目の固定状態である。（ｆ）は、車載用蓄電池保持枠のデッドボルトを車載用蓄電池のデッドボルト受け金具に挿入し、車載用蓄電池を車載用蓄電池保持枠に固定した２段階目の固定状態である。デッドボルトは、車体の下部にあるデッドボルト操作ハンドルにより行う。（ｇ）は、車載用蓄電池保持枠全体を車体側に引き上げ、車載用蓄電池を車体に引き寄せ、車体に固定し、同時に車載用蓄電池の備えた一次防水パッキン、二次防水パッキンを車体に押し付け、電極開口を二重に防水した状態である。 図１（ｂ）図に示す い〜い矢視の断面図である。車体の車載用蓄電池の搭載スペースの断面図を示す。車載用蓄電池の取付の際の電極カバーの動作手順を（ａ）〜（ｆ）の順で示す。（ａ）は、車体の車載用蓄電池の搭載スペースに、車載用蓄電池が搭載されていない状態である。（ｂ）は、車体の車載用蓄電池の搭載スペースの下部に、車載用蓄電池を滑り込ませ、前部を持ち上げた状態である。（ｃ）は、（ｂ）ののち、車載用蓄電池の前部の車載用蓄電池固定突起を車載用蓄電池保持枠の車載用蓄電池固定突起受け金具に挿入したのち、車載用蓄電池の後部をリフトアップアームで持ち上げ、車載用蓄電池保持枠のラッチを車載用蓄電池のラッチ受け金具に挿入した1段階目の固定状態である。（ｄ）は、（ｃ）ののち、車載用蓄電池保持枠のデッドボルトを車載用蓄電池のデッドボルト受け金具に挿入した状態である。デッドボルトが挿入されたことで、電極カバーボタンが押し込まれ、電極カバーが開放された２段階目の固定状態である。（ｅ）は、（ｄ）ののち、車載用蓄電池保持枠を車載用蓄電池保持枠操作ボタンを操作することで、車体に引き寄せた状態である。一次防水パッキン、二次防水パッキンが車体に押し付けられ、車載用蓄電池の上部の電極の防水性が完成された状態である。（ｆ）は、（ｅ）ののち、電極ブレードを操作し、電極ブレードが、車載用蓄電池の電極に挿入され、車載用蓄電池から車体に給電出来る状態を示す。 図６の各図に示す車載用蓄電池保持枠の右側の断面詳細図である。この図により取付手順を示す。（ａ）は、車載用蓄電池を搭載する前の状態を示す。電気自動車の車体の底盤にある車載用蓄電池搭載スペースとそれに付属する車載用蓄電池保持枠ホルダーと当該車載用蓄電池保持枠ホルダーに設置した車載用蓄電池保持枠がある。車載用蓄電池保持枠操作ボタンの閉鎖操作により、車載用蓄電池保持枠を上方に引き寄せる。（ａ）は、車載用蓄電池保持枠操作ボタンを開放操作した状態である。（ｂ）は、車載用蓄電池が車載用蓄電池保持枠に、１段階目の固定された状態である。（ｃ）は、（ｂ）ののち、デッドボルト操作ハンドルの閉鎖操作により、車載用蓄電池保持枠に設置したデッドボルトが、車載用蓄電池のデッドボルト受け金具に挿入され、２段階目の固定された状態である。車載用蓄電池のデッドボルト受け金具に挿入されたことにより、デッドボルト受け金具の内部にある電極カバーボタンが押し込まれ、電極カバーがスライドし、電極開口と電極カバーに設けた開口が合致し、電極が現れる。（ｄ）は、（ｃ）ののち車載用蓄電池保持枠操作ボタンの閉鎖操作し、車載用蓄電池を車体に引き寄せた状態である。一次防水パッキン、二次防水パッキンが押しつぶされ、電極が防水されている。（ｅ）は、（ｄ）ののち電極ブレードを電極に差し込んだ状態である。電気自動車に電気を供給できる状態である。電極ブレードの動作は電極ブレード制御ボックスにより行う。

電気自動車の安定走行のためには重心を低くすることが必要条件となる。車載用蓄電池は重量物であり、重心を低くする為には、車体底盤付近に設ける必要がある。
さらに、車載用蓄電池の必要条件は、安全確保に関する条件である。車載用蓄電池の劣化や損傷を受けてもセルガスの発散や液体電解質の飛散が搭乗スペースでは起きないことである。車載用蓄電池は車体の底盤の下側に設けることが最適条件となる。
電気自動車の搭乗者空間の確保のため、車載用蓄電池は薄型であることも求められる。

交換型の車載用蓄電池は工具による運搬の必要性から一つの重量はおよそ５０キログラム以下が適当である。蓄電池は一般に比重２程度であるから、容積はおよそ２５リットル以下が適当となる。

前述の規格の蓄電池では、蓄電池１基で電気自動車で使用する全電力は賄えないため、蓄電池を複数配置する必要がある。複数の車載用蓄電池をレイアウトすることが必要条件であるから、無駄なスペースなく搭載するため、矩形平面が蓄電池の形状となる。以上の条件を総合すると、交換する車載用蓄電池の形状は、縦４０ｃｍ〜６０ｃｍ、横５０ｃｍ〜８０ｃｍ、高さ５ｃｍ〜１０ｃｍの寸法の概ね直方体の形状となる。

電気自動車に搭載する車載用蓄電池の形式を共通形式とすることは、蓄電池メーカーにとっては市場規模が拡大し、開発投資の集中が出来るという利点があり、電気自動車の使用者にとっては途中で車載用蓄電池を交換するという走行プランの自由度が増え、かつ車載用蓄電池の更新間隔毎に電気自動車の性能向上を受益できるとういう利点があり、電気自動車メーカーにとっては、電気自動車への転換が加速されることで開発投資の集中ができるという利点があり、社会にとっては環境問題の解決が促進されるという利点がある。
前述の車載用蓄電池の配置、重量、大きさは、電気自動車の安定走行と搭乗者の安全と車載用蓄電池交換の利便性に寄与し、将来生産される車載用蓄電池においても実現することが可能かつ容易である。したがって、車載用蓄電池の共通形式として期待できるものである。

電気自動車の車体下部には、走行に必要な車載用蓄電池の数を装着できる車載用蓄電池搭載スペースを設ける。車載用蓄電池搭載スペースには、車載用蓄電池保持枠ホルダーを有し、その中に車載用蓄電池保持枠を有する。車載用蓄電池保持枠は車載用蓄電池保持枠操作ボタンを操作することで車載用蓄電池保持枠ホルダーの中で上下に移動させることが出来る。車載用蓄電池搭載スペースには電極ブレード制御ボックスがあり、その中に電極ブレードが設けられ、電気自動車本体の制御により、電極ブレードの出し入れを行う。電極ブレードは電力の出し入れの他、車載用蓄電池の情報のやり取りを行うことも可能である。

車載用蓄電池保持枠は、前部に車載用蓄電池固定突起受け金具を有し、後部にラッチを有する。さらにその他の箇所にデッドボルトを有する。ラッチとデッドボルトを別々の仕組みとすることで、誤った状態で車載用蓄電池を取り付けて運転し、車載用蓄電池が落下するという危険を排除するフェイルセーフの構造とする。そのためラッチ開放ボタンとデッドボルト操作ハンドルの位置は、誤って開放しないように十分に離隔をもって配置する。

ラッチはスプリングにより常時は飛び出た位置にあり、車体の側面下部にあるラッチ開放ボタンを操作するとラッチはラッチケース内部に引き込まれ、保持していた車載用蓄電池を開放することができる。デッドボルトは、スプリングにより常時は飛び出た位置にあり、車体の側面下部にあるデッドボルト操作ハンドルの開放操作でデッドボルトケースに収納され、車載用蓄電池を開放することができる。

車載用蓄電池の上面に給電の為の電極があり、可動する電極カバーで塞がれている。車載用蓄電池は、防水のために車載用蓄電池ツバに一次防水パッキンと車載用蓄電池外函に二次防水パッキンを有し、電極は二重の防水構造により保護されている。

車載用蓄電池は、前部に車載用蓄電池固定突起を有し、後部にはラッチ受け金具を有する。車載用蓄電池は、デッドボルト受け金具を有し、一部のデッドボルト受け金具は、内部に電極カバーボタンを有し、当該電極カバーボタンは電極カバーに連結されている。デッドボルトが挿しこまれた際にデッドボルトが電極カバーボタンを押しこみ、電極カバーが移動して電極を露出させる構造である。

車載用蓄電池を運搬し取り付けるための台車が車載用蓄電池ドライバーである。台車に車輪が取り付けられ、台車を押すハンドルと車載用蓄電池の後部を押し上げるリフトアップアームとそれを動かすリフトアップレバーを有する。台車の先端に設けられたカメラの映像をハンドルに設けたディスプレイで表示することで、車載用蓄電池を正確に車載用蓄電池保持枠に取り付けることが出来る。

自動車修理工場に設置されているリフトやピットを用いずに、車載用蓄電池ドライバーを用いて車体底盤の下側に車載用蓄電池を取り付ける方法を以下に示す。

車載用蓄電池の前部である車載用蓄電池固定突起のある側を前にして車載用蓄電池ドライバーの台車に載せ、ハンドルを押して電気自動車の下部に滑り込ませる。カメラとその映像が映るディスプレイを用いて、車載用蓄電池を車載用蓄電池保持枠の下に移動させ、車載用蓄電池ドライバーのハンドルを倒し、車載用蓄電池の前部を持ち上げ、車載用蓄電池固定突起を車載用蓄電池保持枠にある車載用蓄電池固定突起受け金具に挿し入れる。そのままの位置でリフトアップレバーを操作し、車載用蓄電池の後部を持ち上げ、車載用蓄電池のラッチ受け金具を車載用蓄電池保持枠にあるラッチに挿入し１段階目の固定をする。

１段階目の固定を終えて、電気自動車の車体の側面下側にあるデッドボルト操作ハンドルを閉鎖方向に操作する。デッドボルトが車載用蓄電池のデッドボルト受け金具に挿入され、２段階目の固定となる。

車載用蓄電池のデッドボルト受け金具の内部に、電極カバーボタンが設置されており、車載用蓄電池保持枠のデッドボルトが車載用蓄電池のデッドボルト受け金具に挿入されると同時に、電極の手前にある電極カバーの開口部が電極部分に移動し電極ブレードが挿入できる状態となる。

車載用蓄電池が車載用蓄電池保持枠に２段階目の固定された状態で、電気自動車の車体の側面下部にある車載用蓄電池保持枠操作ボタンを閉鎖方向に操作する。車載用蓄電池保持枠操作ボタンの操作により車載用蓄電池保持枠は車体に押しつけられ、車載用蓄電池のツバにある一次防水パッキンと車載用蓄電池の上面にある二次防水パッキンを押しつぶし、車載用蓄電池の上面にある電極の防水となる。

電気自動車本体の電極ブレード制御ボックスの構造により車載用蓄電池の電極に電極ブレードを挿し入れて、車載用蓄電池から電気自動車に給電を行うことができる。電極ブレードの挿入と引き出しは電気自動車の運転システムによることが望ましい。

車載用蓄電池の取り外し方法を以下に示す。

車載用蓄電池の電極から電気自動車本体の電極ブレードを引き出す。

電気自動車の車体にある車載用蓄電池保持枠操作ボタンを開放方向に操作する。車載用蓄電池保持枠は２段階目の固定された状態の車載用蓄電池と共に車載用蓄電池保持枠ホルダーの移動範囲で自重により下方に落下する。

車載用蓄電池保持枠のデッドボルト操作ハンドルを開放方向に操作する。デッドボルトがデッドボルト受け金具から引き抜かれ、同時に電極カバーボタンはスプリングにより戻され、電極カバーの開口部が移動し、電極を隠蔽する。

電気自動車の車体の下に車載用蓄電池ドライバーを差し入れ、リフトアップレバーを操作しリフトアップアームを持ち上げて、さらに台車の前輪を持ち上げて車載用蓄電池を受ける準備をする。

ラッチ開放ボタンを押すことで、車載用蓄電池保持枠のラッチが引きこまれ、車載用蓄電池の後部が落下し、リフトアップアームで受け取る。リフトアップレバーを戻したうえで、車載用蓄電池ドライバーの前輪を下げ水平にし、車載用蓄電池を車体下から引き出す。

車載用蓄電池ドライバーの車輪にはブレーキ及びロック機構があり、車載用蓄電池の１段階目の固定の際に車載用蓄電池がずれないように車輪ロックが可能となる。リフトアップレバーにレバーロック機構があり、車載用蓄電池取り外しの際に、落下した車載用蓄電池の反動によってレバーが動くことなく、徐々に下げる事が出来る。

排気ガスを出すことなく走行する電気自動車は、次世代の乗用車やトラックとして期待されている。水素を動力源とする燃料電池システムの提案もあるが、燃料電池システムに必要な水素供給システムの構築や安全な取り扱いについては、技術的に確立されていない。
それに比べ、蓄電池交換システムは、既存の電気配電網を利用することで新たなインフラを用意する必要もない。また、蓄電池を遍在させることで電気の備蓄や電力使用の平準化にもつながる。

地上走行自動車から空中走行自動車（ドローン）に代わる可能性がある。ドローンの場合はさらに車体軽量化が求められ、蓄電池交換方式によって実現できる蓄電池質量の軽減はそれを加速する技術である。

01 電気自動車車体
02 車載用蓄電池
03 ラッチ開放ボタン
04 デッドボルト操作ハンドル
05 車載用蓄電池保持枠操作ボタン
06 電極ブレード
07 電極ブレード制御ボックス
08 車載用蓄電池保持枠ホルダー
09 車載用蓄電池搭載スペース
11 車載用蓄電池外函
12 車載用蓄電池ツバ
13 電極開口
14 電極
15 電極カバー
16 車載用蓄電池固定突起
17 ラッチ受け金具
18 デッドボルト受け金具
19 電極カバーボタン
20 スプリング
21 防水筒
22 防水リング
23 一次防水パッキン
24 二次防水パッキン
31 車載用蓄電池保持枠
32 車載用蓄電池保持枠外函
33 デッドボルト
34 デッドボルトケース
35 ラッチ
36 ラッチケース
37 車載用蓄電池固定突起受け金具
41 車載用蓄電池ドライバー
42 台車
43 ハンドル
44 前輪
45 後輪
46 車軸
47 ズレ止めピン
48 リフトアップアーム
49 リフトアップレバー
50 リフトアップレバー回転軸
51 カメラ
52 ディスプレイ

Claims (6)

1. 電気自動車の車体底盤の下方から車体に着脱可能な電気自動車共通仕様の車載用蓄電池。
2. 請求項１記載の車載用蓄電池において、２段階の異なる固定方法により車体に取り付けする車載用蓄電池。
3. 請求項２記載の車載用蓄電池において、車載用蓄電池を車体に取り付けたのちさらに車載用蓄電池を車体底盤に引き寄せて密着させ、車載用蓄電池の上面を防水する構造。
4. 請求項２記載の車載用蓄電池において、車体底盤に取り付ける際の固定方法と連動して、当該車載用蓄電池の電極を露出し、車体底盤から取り外した際に当該車載用蓄電池の電極を隠蔽する感電防止の電極構造。
5. 請求項２記載の車載用蓄電池を載せるための台とハンドルと前述車載用蓄電池の後部を押し上げるレバーを有する、前述車載用蓄電池を車体底盤に下方から潜り込ませ電気自動車車体に固定する台車。
6. 車載用蓄電池の情報、交換スタンド及び充電スタンドの情報を車体、データセンター及びインターネット上から取得し、当該情報に基づき予定に適した走行プランを提案するナビゲーション機能と、運転者により承認された走行プランに基づき車載用蓄電池の交換及び充電の予約を行い、交通情報を取得し随時当該走行プランを修正し、交換及び充電のサービスを受け、決済する機能を含むプログラム。