JP5429107B2

JP5429107B2 - 電気自動車のバッテリー交換装置

Info

Publication number: JP5429107B2
Application number: JP2010183325A
Authority: JP
Inventors: 昭彦不破
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2010-08-18
Filing date: 2010-08-18
Publication date: 2014-02-26
Anticipated expiration: 2030-08-18
Also published as: JP2012040935A

Description

本願発明は、電気自動車に搭載されるバッテリーの取付け、取外しを行なうバッテリー交換装置に関する。

動力源として大型のバッテリーを搭載している電気自動車において、充電量が所定量以下になった消尽バッテリーはバッテリー交換装置を用いて取外され、代わりに満充電の充電バッテリーがバッテリー交換装置によって取付けられる。

例えば、特許文献１には、バッテリー交換装置として利用可能なスライドテーブル付きリフタが開示されている。このスライドテーブル付きリフタは台車上に設置された昇降機構の上端に第１台座部が設けられ、第１台座部上に第２台座部を介して第３台座部が設けられている。また、第３台座部上にバッテリー等を載置するスライドテーブルが設けられている。スライドテーブルは昇降機構により上下位置を調整される。第１台座部上には、第１の傾斜シリンダと第２の傾斜シリンダとユニバーサルヒンジとが備えられ、これらにより第２台座部は３点支持される。

第１の傾斜シリンダ及び第２の傾斜シリンダは、第２台座部の一端側に配設され、それぞれの下端部が第１台座部上に支持されるとともに、シリンダロッドの先端部が第２台座部の底面に回転自在に連結されている。また、第２台座部の他端側には回転自在なユニバーサルヒンジが配設され、第２台座部と第１台座部とを連結している。そして、傾斜スイッチパネルに設けられた第１の傾斜シリンダ及び第２の傾斜シリンダにそれぞれ対応したＵＰスイッチを使用者が操作することで、第１台座部上の第１及び第２の傾斜シリンダがそれぞれ独立して作動し、第２台座部がユニバーサルヒンジを中心にして様々な角度に傾斜する。これに伴い、第２台座部上の第３台座部を介してスライドテーブルが様々な角度に傾斜させられる。

特開平１１−６０１７６号公報

ところで、電気自動車がバッテリーを交換するためにバッテリー交換位置に停車した時、各タイヤの空気圧が異なっていたり、車内における乗員や荷物の位置に偏りが生じていたりすると、車体に傾きが生じてしまう。また、その傾きの方向や傾き度合いなどは様々であり、これを制御することは困難である。

上記のような様々な要因により車体に傾きが生じると、電気自動車がバッテリー交換位置に正確に停車したとしても、バッテリー交換装置のバッテリー載置テーブルとバッテリーが収納された電気自動車下面との間に位置ずれが生じてしまい、その正確な位置合わせのためにバッテリー交換作業に時間がかかるという問題がある。
また、車体の傾きに合わせてバッテリーの載置テーブルを手動で調整しようとする場合には、車体の傾きは毎回異なっているため、その傾きの調整に時間がかかり、迅速にバッテリー交換作業を行なうことができないという問題が生じる。

本願発明は、バッテリーの載置テーブルの姿勢を電気自動車の傾きに対応して自動調整可能なバッテリー交換装置の提供を目的とする。

請求項１は、電気自動車が停止するバッテリー交換位置に昇降装置を配設し、前記昇降装置によってバッテリーの取外しと取付けを行なう電気自動車のバッテリー交換装置において、前記昇降装置を基台と前記基台上に設けた昇降機構と前記昇降機構の最上部に設けたバッテリーの載置テーブルとにより形成し、前記載置テーブルの上面３箇所に前記電気自動車の車体底面との間の距離を検出する距離センサーを設け、前記昇降機構の３箇所に前記載置テーブルを可動に支持する可動部材を設け、前記載置テーブルの３箇所を支持する全ての前記可動部材が前記距離センサーの検出信号に基づき前記載置テーブルを上下動するアクチュエータで構成され、前記アクチュエータは、前記載置テーブルの下面に接触するカム部材と前記カム部材を駆動する駆動部材とから構成されていることを特徴とする。

請求項１によれば、バッテリー交換位置に停車した電気自動車の傾きに関わらずバッテリーの載置テーブルの姿勢を電気自動車の車体と平行となるように自動調整することができるため、バッテリー取付け作業を容易に行なうことができる。
また、載置テーブルの３箇所が個別に上下動可能なため、電気自動車の傾きに対応した載置テーブルの姿勢を迅速に調整することができ、バッテリーの取付け作業を短時間で正確に行なうことができる。
さらに、載置テーブルの微細な上下動を正確に行なうことができるとともにアクチュエータを簡単な構造にすることができるため、載置テーブルの姿勢を調整する構成をコンパクトにまとめることができる。

請求項２は、前記可動部材を前記距離センサーの設置位置と対応する３箇所の位置に配設したことを特徴とする。請求項２によれば、載置テーブルは、距離センサーの設置された部分が直接上下方向に操作されてその姿勢が調整されるため、載置テーブルの傾き調整作業を簡単にかつ正確に行なうことができる。

本願発明は、バッテリーの載置テーブルの姿勢を電気自動車の傾きに対して自動的に対応させることができるため、バッテリーの取付け作業を容易かつ正確に行なうことができる。

バッテリー交換装置の概要を示す側面図である。昇降装置による充電バッテリーの取付け動作を示す側面図である。昇降装置の略平面図である。可動部材の拡大図である。バッテリー収容部の位置決め装置の分解図である。

本願発明の実施形態を図１〜図５に基づいて説明する。図１において、支持台１は図１と直角な方向に形成されるスロープ（図示せず）の頂点付近に位置し、電気自動車２に搭載されるバッテリー３の交換位置を形成している。支持台１の下方にはピット４が形成され、支持台１の上面には電気自動車２の前輪のタイヤ５を位置決めする輪止め６が設置され、両輪止め６の間にはピット４に連通する貫通孔７が形成されている。電気自動車２の車体底面８には凹状の空間で形成されたバッテリー収容部９が設置されている。バッテリー３は車体側に設置された位置決め装置１０により案内されてバッテリー収容部９内に挿入されるとともに車体側に設けられた電気的に動作するロック装置１１によって保持固定されている。

バッテリー３の位置決め装置１０の構成を図５に基づき説明する。位置決め装置１０はバッテリー収容部９の底面の複数箇所に同一構成で設置され、バッテリー収容部９に開口する漏斗状孔１２、漏斗状孔１２に接続した環状孔１３、環状孔１３に接続する有底円筒孔１４及び漏斗１５から構成されている。漏斗１５は漏斗状孔１２の内径よりも小径に形成されており、上端に備えた環状部１６を環状孔１３に遊嵌状態で装着することにより、漏斗１５の向きが仮想線で示したように自由な方向に変位可能である。

一方、バッテリー３の上面には、位置決め装置１０の設置数と同数の位置決めピン１７が突設されている。位置決めピン１７はバッテリー３がバッテリー収容部９内に挿入された時、漏斗１５に案内されて有底円筒孔１４に進入し、バッテリー３の位置決めを行なう。バッテリー３は位置決め装置１０と位置決めピン１７とによって位置決めされた後、ロック装置１１によって保持固定される。なお、ロック装置１１の作動は図示しない制御装置によって制御される。

ピット４内には、支持台１の貫通孔７と上下方向で一致する床面１８の位置に昇降装置１９が配設されている。昇降装置１９は図２に拡大して示したように、床面１８上に固定された基台２０と基台２０上に設けた昇降機構２１と昇降機構２１の最上部に設けた載置テーブル２２とによって構成されている。昇降機構２１はパンタグラフ機構で構成されており、基台２０に固定した基板２３と基板２３よりも上方の支持板２４とを２本の交差リンク２５により連結した構造である。

支持板２４の上面には、図３に示すように、左側端部２箇所と右側端部１箇所との計３箇所に可動部材２６が設置され、各可動部材２６は同一構造を有するアクチュエータで構成されている。図４に示すように、可動部材２６は支持板２４に固定されたモータ２７のモータ軸２８にカムレバー２９が固定され、カムレバー２９の先端にボール３０が転動自在に保持された構成を有する。モータ２７及びモータ軸２８は本願発明の駆動部材を構成し、カムレバー２９及びボール３０は本願発明のカム部材を構成している。なお、モータ２７はサーボモータあるいはステッピングモータ等により構成することができる。

ボール３０は載置テーブル２２の下面に接触しているため、載置テーブル２２は可動部材２６により３点支持された構成である。従って、載置テーブル２２は許容された範囲内で水平面内の直進方向や回転方向に自由にスライドすることができる。カムレバー２９はモータ２７の正逆転により実線位置から仮想線２９Ａ又は２９Ｂの位置に回動するため、ボール３０の上端位置が上下に変位し、ボール３０によって支持されている載置テーブル２２が実線位置から仮想線２２Ａ又は２２Ｂの位置に上下動される。

載置テーブル２２の上面には、３箇所に距離センサー３１が配設されている。距離センサー３１は可動部材２６と対応する位置に配置され、レーザセンサー等の光学式センサーで構成されている。距離センサー３１はバッテリー収容部９の周囲の車体底面８に指向しており、距離センサー３１から照射されたレーザが車体底面８に反射し、距離センサー３１に受光されるまでの時間を計測し、載置テーブル２２の上面から車体底面８までの距離を測定することができる。距離センサー３１の照射タイミングや受光時間の計測、距離の測定は、図示しない制御装置によって制御される。

一方、ピット４内の昇降装置１９と図示しないバッテリー倉庫との間には、図１に示したバッテリー運搬台車３２が走行する。バッテリー運搬台車３２はバッテリー３を２台置くことができる大きさの板状の受台３３と受台３３を支承する６個の走行輪３４から構成されている。受台３３は昇降装置１９に向かって走行する場合で見て、例えば、前方側に充電量が所定量以下に消尽されたバッテリー３（以下、消尽バッテリー３）が載置され、後方側に満充電されたバッテリー３（以下、充電バッテリー３）が載置される。なお、消尽バッテリー３及び充電バッテリー３の載置位置は、逆に設定しても構わない。

消尽バッテリー３及び充電バッテリー３の載置位置には、載置テーブル２２の通過可能な貫通孔３５が穿設され、各バッテリー３は端部が受台３３に支承されるように構成されている（図３参照）。また、充電バッテリー３の載置位置には、図示しないが、充電バッテリー３の載置位置を規制する位置決め部材が設置されている。なお、バッテリー運搬台車３２の走行、停止は図示しない制御装置によって制御されている。

次に、バッテリー３の交換動作について説明する。なお、以下に説明する各部の動作は図示しない制御装置によって制御される。ピット４内の昇降装置１９は通常時、図１に示すように、最下降した状態で待機している。電気自動車２がバッテリー３の交換位置である支持台１に停止すると、バッテリー運搬台車３２は図示しないバッテリー倉庫において充電バッテリー３を受台３３上に載置してピット４内に走行する。バッテリー運搬台車３２は受台３３の消尽バッテリー３の載置部がバッテリー交換位置に達した状態で停止する（図１の仮想線参照）。

バッテリー運搬台車３２が停止すると、昇降機構２１が作動し、載置テーブル２２を予め設定されている高さに上昇する。載置テーブル２２の上昇位置は電気自動車２のバッテリー収容部９に装着されている消尽バッテリー３を受け取ることができる高さに設定されており、昇降機構２１は図示しない近接スイッチの検出信号に基づき停止する。なお、載置テーブル２２が停止するまでの昇降機構２１の移動量は図示しない制御装置に記憶され、充電バッテリー３の取付け時に利用される。

載置テーブル２２の停止が確認されると、ロック装置１１が解除されるため、消尽バッテリー３はバッテリー収容部９から載置テーブル２２上に移載される。続いて、昇降機構２１は図１に示す最下位置まで下降する。消尽バッテリー３は載置テーブル２２がバッテリー運搬台車３２の受台３３を通過する時、受台３３上に移載される。

消尽バッテリー３の取外しが終了すると、バッテリー運搬台車３２は充電バッテリー３がバッテリー交換位置となる載置テーブル２２の上方位置に達するまで移動して停止する。バッテリー運搬台車３２の停止を確認し、昇降装置１９が作動する。載置テーブル２２は昇降機構２１の作動により上昇を始め、バッテリー運搬台車３２の受台３３を通過する時、充電バッテリー３を受け取り、上昇する。昇降機構２１は消尽バッテリー３の取外し時に記憶された高さ位置になるまで作動されるが、載置テーブル２２の上昇途中において距離センサー３１による測距動作が開始される。

３箇所に設置された距離センサー３１は、それぞれレーザを車体底面８に向けて照射し、載置テーブル２２から車体底面８までの距離を測定する。３箇所の距離センサー３１による測定距離が全て同一であれば、電気自動車２は傾くこと無く停車しており、バッテリー収容部９と充電バッテリー３とは平行な位置関係にあると判断する。

仮に１箇所の距離センサー３１の測定距離が他の距離センサー３１の測定距離と異なる場合、電気自動車２が傾いていると判断し、異なる測定距離を検出した距離センサー３１に対応して設置されている可動部材２６を作動し、載置テーブル２２を図４の仮想線２２Ａ又は２２Ｂで示した位置に上下移動し、測定距離が他の距離センサー３１による測定距離と同一になるように調整する。

なお、載置テーブル２２の上下移動調整は異なる測定距離を検出した距離センサー３１に対応して設置されている可動部材２６のみを作動する方法に限らず、他の可動部材２６も含めて全ての可動部材２６により調整する方法も実施することができる。３箇所の可動部材２６による上下移動調整は載置テーブル２２の移動量を小さくすることができ、調整時間の短縮に寄与することができる。

載置テーブル２２はその姿勢を可動部材２６の作動により電気自動車２の傾きに対応して自動調整され、記憶された高さ位置まで上昇される。載置テーブル２２の上昇に伴い、充電バッテリー３はバッテリー収容部９に正確に挿入され、充電バッテリー３の位置決めピン１７が位置決め装置１０の漏斗１５内に進入する。位置決め装置１０と位置決めピン１７との嵌合により充電バッテリー３の水平方向の姿勢が調整された状態で、載置テーブル２２は記憶された高さ位置に停止する。この状態で、充電バッテリー３の姿勢は上下方向及び水平方向においてバッテリー収容部９と精度良く整合されており、ロック装置１１の作動により確実に保持固定される。

充電バッテリー３の取付けが終了すると、載置テーブル２２は図１に示した最下位置まで下降される。載置テーブル２２がバッテリー運搬台車３２の受台３３よりも下方に達すると、バッテリー運搬台車３２はバッテリー倉庫（図示せず）まで後退し、受台３３上の消尽バッテリー３をバッテリー倉庫内の所定位置に収納する。なお、支持台１上の電気自動車２は載置テーブル２２がピット４内に没入した時点で移動することが可能である。

本願発明は、前記した実施形態の構成に限定されるものではなく、本願発明の趣旨の範囲内で種々の変更が可能であり、次のように実施することができる。

（１）可動部材２６を構成するアクチュエータのカム部材は、偏心輪を用いて構成しても良い。
（２）距離センサー３１による測距動作は、載置テーブル２２が消尽バッテリー３の取外し時に記憶された高さ位置に達して停止した後に行なうように設定しても良い。

（３）距離センサー３１は、レーザセンサー等の光学式センサーに限らず、超音波センサー等を用いても良い。
（４）載置テーブル２２を上下動するアクチュエータは、モータ駆動によるに限らず、油圧あるいは空気圧により駆動される構成を用いても良い。
（５）昇降機構２１はパンタグラフ機構に限らず、モータあるいはシリンダ等により載置テーブル２２を上下動する機構を用いて構成しても良い。

（６）前記実施形態は電気自動車２の傾きに対して載置テーブル２２を調整するように構成しているが、電気自動車２を調整するように構成することも可能である。例えば、タイヤ５の輪止め６を昇降可能に構成し、距離センサー３１の検出信号に基づき輪止め６を上下動し、電気自動車２が載置テーブル２２と平行になるように自動調整すれば良い。
（７）前記実施形態におけるバッテリー交換装置はスロープに続く支持台１に電気自動車２を停止し、バッテリー交換作業を行なうように構成しているが、床面に車両用リフトを設け、車両用リフト上に電気自動車２を停止した後、車両用リフトを上昇してバッテリー交換作業を行なうように構成してもよい。

１支持台
２電気自動車
３バッテリー
４ピット
６輪止め
８車体底面
９バッテリー収容部
１０位置決め装置
１１ロック装置
１７位置決めピン
１９昇降装置
２１昇降機構
２２、２２Ａ、２２Ｂ載置テーブル
２６可動部材
３２バッテリー運搬車
３３受台

Claims

電気自動車が停止するバッテリー交換位置に昇降装置を配設し、前記昇降装置によってバッテリーの取外しと取付けを行なう電気自動車のバッテリー交換装置において、
前記昇降装置を基台と前記基台上に設けた昇降機構と前記昇降機構の最上部に設けたバッテリーの載置テーブルとにより形成し、
前記載置テーブルの上面３箇所に前記電気自動車の車体底面との間の距離を検出する距離センサーを設け、
前記昇降機構の３箇所に前記載置テーブルを可動に支持する可動部材を設け、
前記載置テーブルの３箇所を支持する全ての前記可動部材が前記距離センサーの検出信号に基づき前記載置テーブルを上下動するアクチュエータで構成され、
前記アクチュエータは、前記載置テーブルの下面に接触するカム部材と前記カム部材を駆動する駆動部材とから構成されていることを特徴とする電気自動車のバッテリー交換装置。
前記可動部材を前記距離センサーの設置位置と対応する３箇所の位置に配設したことを特徴とする請求項１に記載の電気自動車のバッテリー交換装置。