JP5343745B2

JP5343745B2 - 車両のバッテリ交換装置

Info

Publication number: JP5343745B2
Application number: JP2009173295A
Authority: JP
Inventors: 光隆柴垣; 彰彦本谷; 直弥梅山; 嘉男尾島; 泰孝宮崎
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2009-07-24
Filing date: 2009-07-24
Publication date: 2013-11-13
Anticipated expiration: 2029-07-24
Also published as: JP2011025819A

Description

本発明は、車両のバッテリ交換装置に係り、詳しくは動力源として大型のバッテリを搭載した車両のバッテリ交換装置に関する。

電気自動車やハイブリッドカーのように動力源として大型のバッテリを搭載した車両のうち、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バッテリ（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を交換する方式では、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、バッテリを車両中央に配置することが可能となる為、車両の重量バランスに優れる。

特開平６−２６２９５１号公報

昇降手段に移載されたバッテリあるいはバッテリユニット（バッテリケース）の向きと、車両のバッテリ収納部の向きとが一致していれば、バッテリとバッテリ収納部とが前後または左右方向に多少ずれても、ガイド手段を設けることで、バッテリを車両に設けられたバッテリ収納部に支障なく収納することができる。ここで、ガイド手段としては、例えば、バッテリ収納部の外縁に配置したテーパ状の案内プレート、等を用いることができる。しかし、図８に示すように、車両５１の向き（即ちバッテリ収納部の向き）と、昇降手段（図示せず）上に載置されたバッテリ５２の向きとがずれた場合（車両５１とバッテリ５２とが水平面上で傾いてずれた場合）には、車両５１又はバッテリ５２のいずれかを回動させて向きを一致させる必要がある。これは、ガイド手段で対応できるずれ量に限りが有るのに対し、斜めに傾いてずれた場合、ずれ量の最大値が大きくなり、ガイド手段のみで対応することが難しくなる為である。

特許文献１のバッテリ交換装置は、図９及び図１０に示すように、車両５１のバッテリ収納部５３の開口縁５３ａを検知するレーザー変位センサ５４を備えた位置検知ユニット５５を備えている。また、図９に示すように、位置検知ユニット５５の下方に設けられた位置合せガイドバーユニット５６と、位置合せガイドバーユニット５６と対向する位置に設けられた押出しシリンダユニット５７とを備えている。そして、位置合せガイドバーユニット５６のガイドバー５６ａを制御装置の制御でバッテリ収納部５３の位置に合わせて移動させる。また、押出しシリンダユニット５７のロッド５７ａでバッテリユニット（図示せず）を位置合せガイドバーユニット５６のガイドバー５６ａに押し当てて位置合せを行う。そのため、昇降手段上に載置されたバッテリユニットとバッテリ収納部５３との位置合せを行う位置合せ手段の構成が複雑になる。

なお、昇降手段をターンテーブルとし、移載されたバッテリを回動させることも可能であるが、やはり装置が複雑になると共に、昇降手段が昇降機能と回転機能を備える為に、装置の全高が高くなり、装置が大型化する。

本発明の目的は、車両の前後方向とバッテリ交換装置の搬送手段の搬送方向とが斜めにずれた状態でも、複雑な装置を用いることなくバッテリの傾きを適切に修正し、搬送手段上のバッテリを車両に設けられたバッテリ収納部に支障なく収納することができる車両のバッテリ交換装置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、上下方向に移動する昇降台を用いて、車両床下の取付位置に配置されたバッテリを、バッテリ交換時に車両下方に取出し、新たなバッテリを車両下方より上昇させ供給する車両のバッテリ交換装置である。そして、独立に駆動可能な左側搬送ベルト及び右側搬送ベルトを備え、かつバッテリを前記両ベルト上に載置し、前記昇降台への移載位置へ搬送あるいは前記移載位置から搬送する搬送手段と、前記左側搬送ベルト及び右側搬送ベルトを各々独立して駆動制御可能な駆動制御手段とを備え、前記取付位置から前記昇降台上に載置されたバッテリ、または、前記昇降台より前記搬送手段上に移載された前記バッテリ、の水平面における傾きを検出する傾き検出手段を備え、前記駆動制御手段は新たなバッテリが前記昇降台に移載される前に、前記新たなバッテリの水平面における傾きを前記傾き検出手段により検出された傾きに合わせるように、前記左側搬送ベルト及び右側搬送ベルトを制御するものであって、前記左側搬送ベルト及び右側搬送ベルト上に載置されて搬送される新たなバッテリと当接してその移動を規制するストッパを備え、前記駆動制御手段は、新たなバッテリを前記移載位置へ搬送する際、先ず前記左側搬送ベルト及び右側搬送ベルトを同時に駆動して新たなバッテリを前記ストッパに当接させた後、前記左側搬送ベルト及び右側搬送ベルトを必要な量、逆転駆動させて、新たなバッテリの前記傾きを前記取付位置から前記搬送手段上に移載されたバッテリの前記傾きに合わせるように制御する。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。また、「取付位置」とはバッテリが支持される位置を意味し、バッテリが車両に取り付けられる構成として、収納部のようにバッテリの周囲を囲む壁がある状態でバッテリが床下に脱着可能に取り付けられる構成に限らず、平面状の車両底部にバッテリが脱着可能に取り付けられる構成も含む。また、「バッテリの水平面における傾き」とは、搬送手段上に載置されたバッテリの側面と仮想水平面との交線と、搬送手段の搬送方向とのなす角度を意味する。

この発明では、搬送手段が独立に駆動可能な左側搬送ベルト及び右側搬送ベルトを備えているので、左側搬送ベルト及び右側搬送ベルトの駆動量を変えることにより、バッテリを水平面において回動させることが可能になる。そのため、バッテリ交換の際、車両の前後方向とバッテリ交換装置の搬送手段の搬送方向とが斜めにずれた状態に車両が停止した場合でも、左側搬送ベルト及び右側搬送ベルトの駆動量を調整することによりバッテリの水平面における傾きを調整できる。したがって、新たなバッテリを昇降台で上昇させる前に搬送手段上のバッテリの位置を必要に応じて調整することにより、複雑な装置を用いることなくバッテリの傾きを適切に修正し、バッテリを車両に設けられた取付位置（バッテリ収納部）に支障なく収納することができる。

この発明では、取付位置（バッテリ収納部）から前記昇降台により前記搬送手段上に移載されたバッテリの水平面における傾きが傾き検出手段により検出される。そして、駆動制御手段は新たなバッテリが昇降台に移載される前に、新たなバッテリの水平面における傾きをバッテリ収納部から搬送手段上に移載された際のバッテリの水平面における傾きに合わせるように、左側搬送ベルト及び右側搬送ベルトを制御する。したがって、車両の停止位置が車両の前後方向と搬送手段の搬送方向とが斜めにずれているか否かに拘わらず、新たなバッテリは、車両に設けられたバッテリ収納部に支障なく収納される。

左側搬送ベルト及び右側搬送ベルトを最初から高速駆動させて新たなバッテリの位置調整を正確に行うことは難しい。しかし、この発明では、新たなバッテリがストッパに当接するまでは左側搬送ベルト及び右側搬送ベルトを高速で駆動し、逆転駆動を低速で行うことにより、最初から位置調整を正確に行うことができる低速で左側搬送ベルト及び右側搬送ベルトを駆動させる場合に比べて短時間で位置調整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、前記ストッパは、バッテリの姿勢を一定状態で停止させる構成であり、前記傾き検出手段は、２個の距離計測手段で前記バッテリとの距離を計測してその距離に基づいて前記傾きを検出する構成であり、前記駆動制御手段は新たなバッテリを前記ストッパに当接させた後、前記距離計測手段の計測値が前記取付位置から前記搬送手段上に移載されたバッテリの水平面における傾きに対応する値となるように前記左側搬送ベルト及び右側搬送ベルトを制御する。したがって、この発明では、新たなバッテリが一定の姿勢（傾き）で停止した状態から新たなバッテリの位置調整が開始される。そして、新たなバッテリの位置調整は、２個の距離計測手段の計測値に基づいて簡単に行うことができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記駆動制御手段は、前記傾き検出手段により検出された前記取付位置から前記搬送手段上に移載されたバッテリの水平面における傾きと、新たに前記搬送手段上に移載された新たなバッテリの水平面における傾きとを合わせるために必要な前記左側搬送ベルト及び右側搬送ベルトの駆動量との関係を示すデータが記憶された記憶装置を備え、前記傾き検出手段により検出された前記傾きと、前記データとに基づいて前記左側搬送ベルト及び右側搬送ベルトを制御する。したがって、この発明では、傾き検出手段による検出作業はバッテリがバッテリ収納部から搬送手段上に移載されたときのみ行うだけで、新たなバッテリの位置調整作業時には不要になる。
請求項４に記載の発明は、上下方向に移動する昇降台を用いて、車両床下の取付位置に配置されたバッテリを、バッテリ交換時に車両下方に取出し、新たなバッテリを車両下方より上昇させ供給する車両のバッテリ交換装置において、独立に駆動可能な左側搬送ベルト及び右側搬送ベルトを備え、かつバッテリを前記両ベルト上に載置し、前記昇降台への移載位置へ搬送あるいは前記移載位置から搬送する搬送手段と、前記左側搬送ベルト及び右側搬送ベルトを各々独立して駆動制御可能な駆動制御手段とを備え、前記取付位置から前記昇降台上に載置されたバッテリ、または、前記昇降台より前記搬送手段上に移載された前記バッテリ、の水平面における傾きを検出する傾き検出手段を備え、前記駆動制御手段は新たなバッテリが前記昇降台に移載される前に、前記新たなバッテリの水平面における傾きを前記傾き検出手段により検出された傾きに合わせるように、前記左側搬送ベルト及び右側搬送ベルトを制御するものであって、前記駆動制御手段は、前記傾き検出手段により検出された前記取付位置から前記搬送手段上に移載されたバッテリの水平面における傾きと、新たに前記搬送手段上に移載された新たなバッテリの水平面における傾きとを合わせるために必要な前記左側搬送ベルト及び右側搬送ベルトの駆動量との関係を示すデータが記憶された記憶装置を備え、前記傾き検出手段により検出された前記傾きと、前記データとに基づいて前記左側搬送ベルト及び右側搬送ベルトを制御する。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。また、「取付位置」とはバッテリが支持される位置を意味し、バッテリが車両に取り付けられる構成として、収納部のようにバッテリの周囲を囲む壁がある状態でバッテリが床下に脱着可能に取り付けられる構成に限らず、平面状の車両底部にバッテリが脱着可能に取り付けられる構成も含む。また、「バッテリの水平面における傾き」とは、搬送手段上に載置されたバッテリの側面と仮想水平面との交線と、搬送手段の搬送方向とのなす角度を意味する。
この発明では、搬送手段が独立に駆動可能な左側搬送ベルト及び右側搬送ベルトを備えているので、左側搬送ベルト及び右側搬送ベルトの駆動量を変えることにより、バッテリを水平面において回動させることが可能になる。そのため、バッテリ交換の際、車両の前後方向とバッテリ交換装置の搬送手段の搬送方向とが斜めにずれた状態に車両が停止した場合でも、左側搬送ベルト及び右側搬送ベルトの駆動量を調整することによりバッテリの水平面における傾きを調整できる。したがって、新たなバッテリを昇降台で上昇させる前に搬送手段上のバッテリの位置を必要に応じて調整することにより、複雑な装置を用いることなくバッテリの傾きを適切に修正し、バッテリを車両に設けられた取付位置（バッテリ収納部）に支障なく収納することができる。
また、取付位置（バッテリ収納部）から前記昇降台により前記搬送手段上に移載されたバッテリの水平面における傾きが傾き検出手段により検出される。そして、駆動制御手段は新たなバッテリが昇降台に移載される前に、新たなバッテリの水平面における傾きをバッテリ収納部から搬送手段上に移載された際のバッテリの水平面における傾きに合わせるように、左側搬送ベルト及び右側搬送ベルトを制御する。したがって、車両の停止位置が車両の前後方向と搬送手段の搬送方向とが斜めにずれているか否かに拘わらず、新たなバッテリは、車両に設けられたバッテリ収納部に支障なく収納される。
また、傾き検出手段による検出作業はバッテリがバッテリ収納部から搬送手段上に移載されたときのみ行うだけで、新たなバッテリの位置調整作業時には不要になる。

本発明によれば、車両の前後方向とバッテリ交換装置の搬送手段の搬送方向とが斜めに傾いてずれた状態に車両が停止した場合でも、多数の駆動装置を追加したり、昇降手段を大型化することなく、バッテリの傾きを適切に修正し、前記搬送手段上のバッテリを車両に設けられたバッテリ収納部に支障なく収納することができる車両のバッテリ交換装置を提供することができる。

（ａ）はバッテリ交換装置の模式平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線に対応する模式断面図。はバッテリ交換装置の模式正面図。（ａ）は車両がバッテリ交換位置に斜め停止した状態のバッテリ交換装置と車両の関係を示す模式平面図、（ｂ）はバッテリがコンベア上に移載された状態の模式図。バッテリが自動倉庫の搬送コンベアへ移送される状態を示す模式平面図。（ａ）は新たなバッテリが移載位置へ搬送される途中の状態を示す模式平面図、（ｂ）は新たなバッテリがストッパと当接した状態を示す模式平面図。新たなバッテリの向きが適正な状態に変更された状態を示す模式平面図。第２の実施形態の新たなバッテリの向きが変更される状態を示す模式平面図。昇降手段上のバッテリと車両が水平方向で斜めにずれた状態を示す模式平面図。従来技術のバッテリ交換装置の位置合わせ手段を示す模式斜視図。同じく車両のバッテリ収納部と位置検知ユニットとの関係を示す模式図。

（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６にしたがって説明する。

図１に示すように、バッテリ交換装置１１は地上に設けられ、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４０を支持する支持台１２（図１（ｂ）及び図２に図示）が、バッテリ交換の際に電気自動車４０が水平状態で停止するように設けられている。図２に示すように、支持台１２上にはバッテリ交換の際に電気自動車４０の前輪４１に当接して電気自動車４０のバッテリ交換停止位置への位置決めを行う車輪止め１３が設けられている。車輪止め１３は、二コブ山形状の中央くぼみに前輪４１を停止させ、前輪４１の前後位置を位置決めする構造となっている。

電気自動車４０にはバッテリ４２（図３〜図６に図示）を車体の下方から出し入れ可能に収納する取付位置としてのバッテリ収納部４３が設けられている。バッテリ４２としては、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が使用されているが、単にバッテリと称す。バッテリ収納部４３の周囲には、バッテリ収納部４３に収納されたバッテリ４２の落下を防止するロック装置（図示せず）が設けられている。そして、支持台１２には、電気自動車４０が前輪４１を車輪止め１３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、バッテリ収納部４３とバッテリ交換装置１１との間におけるバッテリ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、バッテリ交換停止位置に停止した電気自動車４０のバッテリ収納部４３と対向する位置でバッテリ４２を昇降する昇降手段１４と、昇降手段１４との間でバッテリ４２の授受が可能で、搬送方向がバッテリ交換停止位置に停止した電気自動車４０の前後方向と直交するように設けられた搬送手段１５とを備えている。昇降手段１４は、ロッドが垂直方向に移動するシリンダ１４ａと、シリンダ１４ａにより水平状態で昇降される昇降台としてのテーブル１４ｂとを備えている。そして、昇降手段１４は、バッテリ４２をテーブル１４ｂ上に載置して、バッテリ交換位置に停止した電気自動車４０のバッテリ収納部４３から使用済みのバッテリ４２を取り出して（下降させて）搬送手段１５上に移載し、搬送手段１５上の充電済み（満充電）の新たなバッテリ４２を上昇させてバッテリ収納部４３に収納する。

搬送手段１５は、独立に駆動可能なチェーンベルトからなる左側搬送ベルト１６及び右側搬送ベルト１７を備えたコンベアにて、バッテリ４２を昇降手段１４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のバッテリ４２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。

詳述すると、搬送手段１５は、脚部１９ａによって支持された一対のフレーム１９を備え、両フレーム１９は連結部材２０により連結されている。各フレーム１９の一端にはそれぞれ駆動モータ２１，２２により独立して駆動可能な駆動スプロケット２３が設けられ、他端には被動スプロケット２４が両フレーム１９間に架設された支軸２５を介してそれぞれ独立回転可能に支持されている。そして、駆動スプロケット２３と被動スプロケット２４との間に、チェーン２６が巻き掛かけられてチェーンコンベアが構成されている。駆動モータ２１，２２は正逆回転駆動可能に構成され、駆動制御手段としての駆動制御装置２７（図１（ａ）にのみ図示）により、同時あるいは片側ずつ、各々独立して駆動制御可能となっている。左側搬送ベルト１６及び右側搬送ベルト１７は、駆動モータ２１，２２の正転時にはバッテリ４２を駆動スプロケット２３側から被動スプロケット２４側へ向かう方向に搬送し、逆転時にはその逆方向へ向かう方向にバッテリ４２を搬送するようになっている。

両フレーム１９の他端寄りに設けられた連結部材２０上には、左側搬送ベルト１６及び右側搬送ベルト１７間に固定されて、フレーム１９の一端側から他端側へ搬送される新たなバッテリ４２と当接してその移動を規制するとともに、バッテリ４２の傾きを基準状態に合わせるストッパ２８が設けられている。ストッパ２８は搬送手段１５の搬送方向と直交する方向に延びる当接面を備え、フレーム１９の一端側から他端側へ搬送されつつあるバッテリ４２が、昇降手段１４と対向する移載位置より他端側へ搬送された際にバッテリ４２と当接する位置に配設されている。

両フレーム１９の他端寄りには、バッテリ収納部４３から昇降手段１４により搬送手段１５上に移載されたバッテリ４２の水平面における傾きを検出する傾き検出手段２９が設けられている。バッテリ４２の水平面における傾きとは、搬送手段１５上に載置されたバッテリ４２の側面４２ａと、搬送手段１５の搬送方向とのなす角度を意味する。この実施形態では傾き検出手段２９は、２個の距離計測手段としてのレーザー距離センサ３０ａ，３０ｂでバッテリ４２との距離を計測してその距離に基づいて前記傾きを検出する構成である。両レーザー距離センサ３０ａ，３０ｂはレーザーの照射方向が搬送手段１５の搬送方向と平行になり、照射されるレーザーがストッパ２８の両側を通るように配置されている。

左側搬送ベルト１６及び右側搬送ベルト１７を制御する駆動制御装置２７は、ＣＰＵ３１及び記憶装置としてのメモリ３２を備えており、ＣＰＵ３１は、メモリ３２に記憶された制御プログラムに従ってバッテリ交換作業時に、昇降手段１４、左側搬送ベルト１６及び右側搬送ベルト１７を駆動制御する。ＣＰＵ３１は、レーザー距離センサ３０ａ，３０ｂからの検出信号を入力して、搬送手段１５上に存在するバッテリ４２の水平面における傾きを検出する。ＣＰＵ３１は、バッテリ交換作業時に、昇降手段１４によりバッテリ収納部４３から搬送手段１５上にバッテリ４２が移載されると、バッテリ４２の水平面における傾きを検出し、その値をメモリ３２に記憶する。この実施形態では、バッテリ４２の水平面における傾きの値に代えて各レーザー距離センサ３０ａ，３０ｂからバッテリ４２の側面４２ａまでの距離（以下、単にバッテリ４２までの距離と言う）の値をメモリ３２に記憶する。そして、新たなバッテリ４２を昇降手段１４でバッテリ収納部４３に収納する際は、新たなバッテリ４２までの距離の値が記憶された値に一致するように、左側搬送ベルト１６及び右側搬送ベルト１７を駆動する。

次に前記のように構成されたバッテリ交換装置の作用を説明する。
電気自動車４０は、図示されないスロープを経由して支持台１２上まで走行し、支持台１２の車輪止め１３に前輪を載せた状態で停止する。バッテリ交換のためバッテリ交換停止位置に停止した場合、前輪４１の位置決めを行う車輪止め１３が存在しても、タイヤの状態やハンドル操作によっては、図３（ａ）に示すように、電気自動車４０の前後方向と搬送手段１５の搬送方向とが直交せずに斜めにずれた状態となる場合がある。この状態でバッテリ交換装置はバッテリ交換を開始する。なお、分かり易くするため、ずれ量を実際のずれ量より大きくした状態で図示している。

先ず、昇降手段１４が駆動されてテーブル１４ｂがバッテリ収納部４３内のバッテリ４２を支持する位置まで上昇された状態で車体側のバッテリ４２のロック装置が解除され、次いで、昇降手段１４が下降移動されて図３（ｂ）に示すように、バッテリ４２が搬送手段１５上に移載される。次にその状態でＣＰＵ３１はレーザー距離センサ３０ａ，３０ｂの検出信号を入力して、各レーザー距離センサ３０ａ，３０ｂとバッテリ４２までの距離をメモリ３２に記憶させる。

次に左側搬送ベルト１６及び右側搬送ベルト１７が同時に駆動されて、図４に示すように、バッテリ４２は搬送手段１５上に移載されたときの傾きのまま搬送手段１５により搬送される。そして、バッテリ４２は搬送手段１５から図示しないバッテリ搬送手段に移載されてバッテリ交換装置からバッテリ貯蔵部へ搬出される。

次に満充電された新たなバッテリ４２がバッテリ貯蔵部からバッテリ搬送手段によりバッテリ交換装置に搬入される。図５（ａ）に示すように、新たなバッテリ４２はその側面４２ａが搬送手段１５の搬送方向と直交する状態でバッテリ搬送手段から搬送手段１５上に移載される。そして、左側搬送ベルト１６及び右側搬送ベルト１７が同時に駆動されてバッテリ４２が昇降手段１４への移載位置へ向かう方向へ移動される。両搬送ベルト１６，１７は、新たなバッテリ４２が、その一側面がストッパ２８全体に当接するまで駆動され、図５（ｂ）に示すように、新たなバッテリ４２がストッパ２８に当接し、その傾きが基準状態となった状態で両搬送ベルト１６，１７は一時停止される。

次にＣＰＵ３１はレーザー距離センサ３０ａ，３０ｂの検出信号を入力して、各レーザー距離センサ３０ａ，３０ｂからバッテリ４２までの距離を検出する。そして、ＣＰＵ３１はその距離が、メモリ３２に記憶された値に一致するまで、駆動モータ２１，２２をそれぞれ逆転駆動制御する。即ち、ＣＰＵ３１はレーザー距離センサ３０ａ，３０ｂからバッテリ４２までの距離に基づいて駆動モータ２１，２２をフィードバック制御する。具体的には、駆動モータ２１，２２は同速度にて逆転駆動を開始し、フィードバック制御により、片側のモータが先に停止する。そして、図６に示すように、新たなバッテリ４２は水平面における傾きが、使用済みのバッテリ４２がバッテリ収納部４３から搬送手段１５上に移載された際の傾きと同じに調整される。次に昇降手段１４が上昇駆動されて新たなバッテリ４２がバッテリ収納部４３に収納される位置まで上昇される。そして、ロック装置のロックが行われた後、昇降手段１４が下降駆動されてテーブル１４ｂが下降位置に配置されることによりバッテリ交換作業が完了する。

なお、左側搬送ベルト１６及び右側搬送ベルト１７の駆動によって、搬送手段１５の幅方向へのバッテリ４２のずれを調整することはできない。しかし、電気自動車４０をバッテリ交換停止位置へ案内するガイド部を設けたり、バッテリ収納部４３の下側にテーパ状の案内プレートを設けたりすることで、電気自動車４０がバッテリ交換停止位置に停止した状態で、バッテリ収納部４３の搬送手段１５の幅方向のずれ量は支障のない値になる。

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）バッテリ交換装置は、独立に駆動可能な左側搬送ベルト１６及び右側搬送ベルト１７を備え、かつバッテリ４２をテーブル１４ｂへの移載位置へ搬送あるいは移載位置から搬送する搬送手段１５と、左側搬送ベルト１６及び右側搬送ベルト１７を同時あるいは片側のみ駆動制御可能な駆動制御手段（駆動制御装置２７）とを備えている。そのため、左側搬送ベルト１６及び右側搬送ベルト１７の駆動量を変えることにより、搬送手段１５上に載置されたバッテリ４２を水平面において回動させることができる。したがって、バッテリ交換の際、車両（電気自動車４０）の前後方向とバッテリ交換装置の搬送手段１５の搬送方向とが斜めにずれた状態に車両が停止した場合でも、左側搬送ベルト１６及び右側搬送ベルト１７の駆動量を調整することによりバッテリ４２の水平面における傾きを調整できる。その結果、新たなバッテリ４２をテーブル１４ｂで上昇させる前に搬送手段１５上のバッテリ４２の位置を必要に応じて調整することにより、車両に設けられたバッテリ収納部４３に支障なく収納することができる。

（２）バッテリ交換装置は、バッテリ収納部４３からテーブル１４ｂにより搬送手段１５上に移載されたバッテリ４２の水平面における傾きを検出する傾き検出手段２９を備えている。そして、駆動制御装置２７は新たなバッテリ４２がテーブル１４ｂに移載される前に、新たなバッテリ４２の水平面における傾きをバッテリ収納部４３から搬送手段１５上に移載された際のバッテリ４２の水平面における傾きに合わせるように、左側搬送ベルト１６及び右側搬送ベルト１７を制御する。したがって、車両の停止位置が車両の前後方向と搬送手段１５の搬送方向とが斜めにずれているか否かに拘わらず、新たなバッテリ４２は、車両に設けられたバッテリ収納部４３に支障なく収納される。

（３）バッテリ交換装置は、左側搬送ベルト１６及び右側搬送ベルト１７上に載置されて搬送される新たなバッテリ４２と当接してその移動を規制し、バッテリ４２の傾きを基準状態とするストッパ２８を備えている。そして、駆動制御装置２７は、新たなバッテリ４２の傾きを調整する際、新たなバッテリ４２がストッパ２８に当接した状態から、左側搬送ベルト１６及び右側搬送ベルト１７を逆転駆動させて、新たなバッテリ４２の傾きをバッテリ収納部から前記搬送手段上に移載されたバッテリ４２の傾きに合わせるように制御する。左側搬送ベルト１６及び右側搬送ベルト１７を高速駆動させた場合、載置された新たなバッテリ４２との間ですべりが生じる為、位置調整を正確に行うことが難しくなる。一方で、新たなバッテリ４２を搬送するにあたり、左側搬送ベルト１６及び右側搬送ベルト１７を低速で駆動すれば、すべりによる位置ずれは微小な値に抑えこめるが、バッテリ交換に要する時間が長くなる。しかし、新たなバッテリ４２がストッパ２８に当接するまでは両搬送ベルト１６，１７を高速で駆動し、逆転駆動を低速で行うことにより、最初から位置調整を正確に行うことができる低速で左側搬送ベルト１６及び右側搬送ベルト１７を駆動させる場合に比べて短時間で位置調整、およびバッテリ交換を行うことができる。

（４）ストッパ２８は、バッテリ４２の姿勢を一定状態で停止させる構成であり、傾き検出手段２９は、２個の距離計測手段（レーザー距離センサ３０ａ，３０ｂ）でバッテリ４２との距離を計測してその距離に基づいて傾きを検出する構成である。そして、駆動制御装置２７は新たなバッテリ４２がストッパ２８に当接して一定の姿勢（傾き）で停止した状態から、距離計測手段の計測値がバッテリ収納部４３から搬送手段１５上に移載されたバッテリ４２の水平面における傾きに対応する値となるように左側搬送ベルト１６及び右側搬送ベルト１７を制御する。したがって、新たなバッテリ４２の位置調整は、２個の距離計測手段の計測値に基づいて簡単に行うことができる。

（５）ＣＰＵ３１はレーザー距離センサ３０ａ，３０ｂからバッテリ４２までの距離に基づいて駆動モータ２１，２２をフィードバック制御する。したがって、新たなバッテリ４２の位置調整を、メモリ３２に記憶された距離のみに基づいて、左側搬送ベルト１６及び右側搬送ベルト１７のフィードフォワード制御で行う場合に比べて精度良く行うことができる。

（６）バッテリ交換装置１１を地上に設け、車両がバッテリ交換装置の上方で停止可能な支持台１２を設けた。したがって、車両が地上に停止し、車両の停止位置と対応する箇所に設けたピット内にバッテリ交換装置１１を設ける構成に比べて、バッテリ交換装置１１の組み立てが容易になる。

（第２の実施形態）
次に第２の実施形態を図７にしたがって説明する。この実施形態では、ストッパ２８が設けられていない点と、搬送手段１５上に移載された新たなバッテリ４２の位置調整の際、ＣＰＵ３１は、レーザー距離センサ３０ａ，３０ｂの検出信号を入力するフィードバック制御ではなく、フィードフォワード制御で両搬送ベルト１６，１７を制御する点とが第１の実施形態と大きく異なっている。第１の実施形態と基本的に同一部分は同一符号を付して詳しい説明を省略する。

駆動制御装置２７は、昇降手段１４によりバッテリ収納部４３から搬送手段１５上に移載された使用済みのバッテリ４２の水平面における傾きを、傾き検出手段２９、即ちレーザー距離センサ３０ａ，３０ｂの検出信号に基づいて検出してその値をメモリ３２に記憶する。メモリ３２にはバッテリ４２の水平面における傾きと、バッテリ搬送手段から搬送手段１５上に側面４２ａが搬送手段１５の搬送方向と直交する状態で移載された新たなバッテリ４２を所定の傾きに合わせるために必要な左側搬送ベルト１６及び右側搬送ベルト１７の駆動量との関係を示すデータベースが記憶されている。

そして、駆動制御装置２７は、新たなバッテリ４２が搬送手段１５上に移載されると、新たなバッテリ４２の傾きがバッテリ収納部４３から搬送手段１５上に移載された使用済みのバッテリ４２の傾きと同じになるように、左側搬送ベルト１６及び右側搬送ベルト１７をデータベースに基づいて駆動制御する。

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），（２），（４），（６）と同様な効果に加えて以下の効果を得ることができる。
（７）駆動制御装置２７は、バッテリ収納部４３から搬送手段１５上に使用済みのバッテリ４２が移載された時にバッテリ４２の水平面における傾きを傾き検出手段２９の検出信号に基づいて検出するが、新たなバッテリ４２の位置調整作業時には不要になる。したがって、新たなバッテリ４２の位置調整作業が第１の実施形態に比べて簡単になる。

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。
○ バッテリ収納部４３から昇降手段１４により搬送手段１５上に移載された使用済みのバッテリ４２の水平面における傾きを検出する位置は、昇降手段１４により搬送手段１５上に移載された位置に限らず、昇降手段１４の下降途中、または、移載位置からバッテリ搬送手段側へ向かって搬送される途中の位置であってもよい。しかし、昇降手段１４の下降途中、または移載位置からの搬送途中で検出する場合は、検出のために昇降手段１４または搬送手段１５による搬送を中断する必要があるので、昇降手段１４により搬送手段１５上に移載された位置で行うのが好ましい。

○ 第１の実施形態のように新たなバッテリ４２の位置調整をレーザー距離センサ３０ａ，３０ｂの検出信号に基づいてフィードバック制御により行う方法は、新たなバッテリ４２をストッパ２８に当接させた状態から位置調整を開始する方法に限らない。例えば、ストッパ２８を設けずに、新たなバッテリ４２が昇降手段１４と対向する位置に達するまでに、新たなバッテリ４２傾きをバッテリ収納部４３から昇降手段１４により搬送手段１５上に移載されたバッテリ４２の水平面における傾きに合わせるようにしてもよい。

○ ストッパ２８を昇降手段１４に対して搬送手段１５の搬入側と反対側の位置に固定状態で設ける代わりに、ストッパ２８を搬送手段１５により昇降手段１４への移載位置へ搬送中の新たなバッテリ４２に対して当接可能な規制位置と、新たなバッテリ４２に当接不能な退避位置とに移動可能に配設する。そして、新たなバッテリ４２の搬入時にストッパ２８を規制位置に配置する。駆動制御装置２７は、新たなバッテリ４２がストッパ２８に当接して基準状態で停止した状態から、左側搬送ベルト１６及び右側搬送ベルト１７を独立に駆動制御して、新たなバッテリ４２の傾きを調整するようにしてもよい。この場合、左側搬送ベルト１６及び右側搬送ベルト１７の駆動量を、第１の実施形態の場合より少なくすることが可能になる。この構成はバッテリ４２の位置調整をレーザー距離センサ３０ａ，３０ｂの検出信号に基づいてフィードバック制御により行う方法に限らない。例えば、第２の実施形態のように位置調整時の左側搬送ベルト１６及び右側搬送ベルト１７の駆動量をバッテリ収納部４３から搬送手段１５上に移載されたバッテリ４２の傾きとの関係を示すデータベースから求める方法に適用してもよい。

○ 搬送手段１５を構成する左側搬送ベルト１６及び右側搬送ベルト１７はチェーンベルトに限らず、ゴムベルトや歯付ベルトで構成してもよい。
○ 昇降手段１４はテーブル１４ｂをシリンダ１４ａで直接駆動する構成に限らず、例えば、パンタグラフ式昇降装置を使用してもよい。

○ 距離計測手段はレーザー距離センサに限らず、他の距離センサ、例えば、赤外線距離センサ、超音波距離センサ、ＰＳＤ（Position Sensitive Detector ）距離センサ等を使用してもよい。

○ 傾き検出手段２９は２個の距離計測手段でバッテリ４２との距離を計測して、その距離に基づいて傾きを検出する構成に限らない。例えば、停止状態の車両をカメラで撮影し、車両の前後方向と搬送手段１５の搬送方向との関係を演算して、昇降手段１４により搬送手段１５上に移載されたバッテリ４２の水平面における傾きを推定するようにしてもよい。

○ 搬送手段１５を構成する独立駆動可能な左側搬送ベルト１６及び右側搬送ベルト１７は、昇降手段１４と対応する位置からバッテリ交換停止位置に停止した車両の下方を通過してバッテリ搬送手段との間でバッテリ４２の授受が可能な位置まで延びる構成に限らない。例えば、搬送手段１５を、昇降手段１４と対応する位置に配設されるとともにバッテリ４２の傾きを支障なく変更可能な長さに形成された独立駆動可能な左側搬送ベルト１６及び右側搬送ベルト１７と、両搬送ベルト１６，１７との間でバッテリ４２の移載が可能なコンベアとで構成してもよい。この場合、独立駆動可能な両搬送ベルト１６，１７の長さを短くできる。

○ 搬送手段１５の搬送方向と、バッテリ交換停止位置に停止した車両の前後方向との関係は、直交に限らず平行（同方向）であってもよい。
○ 車両が前進移動でバッテリ交換停止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停止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１３は、車両の後輪に当接して車両のバッテリ交換停止位置への位置決めを行う。

○ バッテリ交換の際に車両がバッテリ交換装置の上方で停止する構成として、バッテリ交換装置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、バッテリのみを動力源として備えた電気自動車４０に限らず、走行輪を駆動する走行用駆動源として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。

○ バッテリ収納部４３を設けずに、バッテリ４２が平面状の車両底部にロック装置を介して脱着可能に取り付けられる構成としてもよい。
○ バッテリ４２の位置調整をレーザー距離センサ３０ａ，３０ｂの検出信号に基づいてフィードバック制御により行う方法は、左側搬送ベルト及び右側搬送ベルトを同時に駆動開始する方法に限らない。片側の搬送ベルトのみ先に駆動し、バッテリの傾きを合わせた後に、両搬送ベルトを同時に駆動し、バッテリを移載位置まで移動させても良い。また、左側搬送ベルト及び右側搬送ベルトを同時に異速度で駆動し、バッテリの傾き合せと移載位置までの移動を、同時に完了するようにしても良い。

○ 第１の実施形態では、ストッパ２８は、当接面を備えたプレート状の構造が開示されているが、ストッパの構造は前記内容に限定されない。例えば、円柱状のストッパを２本用いても、バッテリの移動の制限と、基準状態へ傾きを合わせることはできる。

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）車両の停止状態において車両のバッテリ収納部に収納されているバッテリを昇降手段により、前記車両の下方に位置するとともに独立に駆動可能な左側搬送ベルト及び右側搬送ベルトを備えた搬送手段上に移載し、前記搬送手段上に移載されたバッテリの水平面における傾きを傾き検出手段で検出し、前記バッテリを前記搬送手段で搬出した後、新たなバッテリを前記搬送手段で前記昇降手段と対応する位置へ搬送して前記昇降手段上に移載する前に、前記新たなバッテリの水平面における傾きを前記バッテリ収納部から前記搬送手段上に移載された際のバッテリの水平面における傾きに合わせるように、前記左側搬送ベルト及び右側搬送ベルトを制御することを特徴とする車両のバッテリ交換装置における車両のバッテリ収納部とバッテリとの位置合わせ方法。

１１…バッテリ交換装置、１４…昇降手段、１４ｂ…昇降台としてのテーブル、１５…搬送手段、１６…左側搬送ベルト、１７…右側搬送ベルト、２７…駆動制御手段としての駆動制御装置、２８…ストッパ、２９…傾き検出手段、３０ａ，３０ｂ…距離計測手段としてのレーザー距離センサ、３２…記憶装置としてのメモリ、４０…車両としての電気自動車、４２…バッテリ、４３…取付位置としてのバッテリ収納部。

Claims

上下方向に移動する昇降台を用いて、車両床下の取付位置に配置されたバッテリを、バッテリ交換時に車両下方に取出し、新たなバッテリを車両下方より上昇させ供給する車両のバッテリ交換装置において、
独立に駆動可能な左側搬送ベルト及び右側搬送ベルトを備え、かつバッテリを前記両ベルト上に載置し、前記昇降台への移載位置へ搬送あるいは前記移載位置から搬送する搬送手段と、
前記左側搬送ベルト及び右側搬送ベルトを各々独立して駆動制御可能な駆動制御手段とを備え、
前記取付位置から前記昇降台上に載置されたバッテリ、または、前記昇降台より前記搬送手段上に移載された前記バッテリ、の水平面における傾きを検出する傾き検出手段を備え、前記駆動制御手段は新たなバッテリが前記昇降台に移載される前に、前記新たなバッテリの水平面における傾きを前記傾き検出手段により検出された傾きに合わせるように、前記左側搬送ベルト及び右側搬送ベルトを制御するものであって、
前記左側搬送ベルト及び右側搬送ベルト上に載置されて搬送される新たなバッテリと当接してその移動を規制するストッパを備え、前記駆動制御手段は、新たなバッテリを前記移載位置へ搬送する際、先ず前記左側搬送ベルト及び右側搬送ベルトを同時に駆動して新たなバッテリを前記ストッパに当接させた後、前記左側搬送ベルト及び右側搬送ベルトを必要な量、逆転駆動させて、新たなバッテリの前記傾きを前記取付位置から前記搬送手段上に移載されたバッテリの前記傾きに合わせるように制御することを特徴とする車両のバッテリ交換装置。
前記ストッパは、バッテリの姿勢を一定状態で停止させる構成であり、前記傾き検出手段は、２個の距離計測手段で前記バッテリとの距離を計測してその距離に基づいて前記傾きを検出する構成であり、前記駆動制御手段は新たなバッテリを前記ストッパに当接させた後、前記距離計測手段の計測値が前記取付位置から前記搬送手段上に移載されたバッテリの水平面における傾きに対応する値となるように前記左側搬送ベルト及び右側搬送ベルトを制御する請求項１に記載の車両のバッテリ交換装置。
前記駆動制御手段は、前記傾き検出手段により検出された前記取付位置から前記搬送手段上に移載されたバッテリの水平面における傾きと、新たに前記搬送手段上に移載された新たなバッテリの水平面における傾きとを合わせるために必要な前記左側搬送ベルト及び右側搬送ベルトの駆動量との関係を示すデータが記憶された記憶装置を備え、前記傾き検出手段により検出された前記傾きと、前記データとに基づいて前記左側搬送ベルト及び右側搬送ベルトを制御する請求項１に記載の車両のバッテリ交換装置。
上下方向に移動する昇降台を用いて、車両床下の取付位置に配置されたバッテリを、バッテリ交換時に車両下方に取出し、新たなバッテリを車両下方より上昇させ供給する車両のバッテリ交換装置において、
独立に駆動可能な左側搬送ベルト及び右側搬送ベルトを備え、かつバッテリを前記両ベルト上に載置し、前記昇降台への移載位置へ搬送あるいは前記移載位置から搬送する搬送手段と、
前記左側搬送ベルト及び右側搬送ベルトを各々独立して駆動制御可能な駆動制御手段とを備え、
前記取付位置から前記昇降台上に載置されたバッテリ、または、前記昇降台より前記搬送手段上に移載された前記バッテリ、の水平面における傾きを検出する傾き検出手段を備え、前記駆動制御手段は新たなバッテリが前記昇降台に移載される前に、前記新たなバッテリの水平面における傾きを前記傾き検出手段により検出された傾きに合わせるように、前記左側搬送ベルト及び右側搬送ベルトを制御するものであって、
前記駆動制御手段は、前記傾き検出手段により検出された前記取付位置から前記搬送手段上に移載されたバッテリの水平面における傾きと、新たに前記搬送手段上に移載された新たなバッテリの水平面における傾きとを合わせるために必要な前記左側搬送ベルト及び右側搬送ベルトの駆動量との関係を示すデータが記憶された記憶装置を備え、前記傾き検出手段により検出された前記傾きと、前記データとに基づいて前記左側搬送ベルト及び右側搬送ベルトを制御することを特徴とする車両のバッテリ交換装置。