JP5754745B2 - 自動車を駆動するモータに電力供給するバッテリを交換するためのデバイス - Google Patents

Description

本発明は、電気自動車用のバッテリ型のエネルギー容器を係止および／または係止解除するための作動デバイスに関する。簡潔にすることを目的として、以下では、用語「バッテリ」を使用するものとする。本発明はまた、そのような作動デバイスを含む自動車のバッテリまたは任意のエネルギー容器を交換するためのシステム、ならびにそのようなシステムを使用してバッテリを交換するためのステーションに関する。最終的には、本発明は、そのような作動デバイスを使用してエネルギー容器を交換するための方法に関する。

電気自動車またはハイブリッド自動車のような特定の自動車は、電気駆動モータに電力供給するバッテリを備える。バッテリのエネルギーのレベルが低くなったときに、このバッテリを完全に充電された新しいバッテリと交換することが好都合となり得る。これは、自動車が燃料タンクを満たすことができるサービスステーションと同様のステーションにおいて行うことができる。

文献「米国特許第５６１２６０６号」には、電気自動車を駆動するモータに電力供給する電池を交換するためのステーション、ならびにそのような交換を行うための方法が開示されている。記載された交換ステーションでは、運転者は、ステーションに属する機器に対して縦方向のエンドストップに対して、概ねレール内に車両を配置する。その後、高度に自動化された段階において、電池を取り外して車両中に新しいバッテリを組み付けるための可動手段は、センサを使用して、新しいバッテリを車両に関して自身を位置決めする。

そのようなバッテリ交換概念を設定する際の１つの困難な点は、様々な方法で自動車に取り付けられた様々なタイプのバッテリを担持することができる多数の自動車が存在することである。現在、これらの様々なタイプのバッテリを取り外して交換するための数多くの自動デバイスを有すること、あるいは、手動の解決手段を定位置にセットすることは、経費およびバッテリの重量ゆえに、経済的に妥当ではない。

したがって、（技術的適応性をほとんど必要とすることなく）ローラでバッテリ交換ステーションから出すのを簡単にするために、これのステーションを容易に、ロバストに、柔軟に、かつ広範囲に動作させる必要がある。

したがって、本発明の目的は、上述の目的を達成するバッテリを交換するための解決策を提供することである。

本発明の概念は、自動車に取り付けられたバッテリを係止および／また係止解除するために使用されるメカニズムを作動させることに関与するツールを備える汎用的で標準的な、ここで説明を簡潔にするために「ツールボックス」と呼ぶデバイスに依拠する。

より詳細には、本発明は、支持ユニットと、少なくとも１つのリレーギヤボックスを備える運動伝達システムと、少なくとも１つのバッテリ係止／係止解除メカニズム把持システムに接続された少なくとも１つの伝達軸とを備えることを特徴とする、自動車を駆動するモータに電力供給するバッテリの係止および／または係止解除を行うためのツールボックスデバイスに関する。

ツールボックスデバイスは、少なくとも１つのモータと、その電気接続のためのインターフェースとを備えることができる。

ツールボックスデバイスは、外部モータから少なくとも１つの把持システムに運動を伝達することができるように、外部モータとの接続のための少なくとも１つのインターフェースを備えることができる。

外部モータとの接続のためのインターフェースは、接続ユニットと、内部リレーギヤボックスとを備えることができる。

ツールボックスデバイスは、ツールボックスデバイスを取り扱うためのインターフェースを備えることができる。

ツールボックスデバイスは、２つのモータを備えることができる。

ツールボックスデバイスは、実質的に方形の支持ユニットの角部に配置された４つの把持システムを備えることができ、少なくとも１つのモータは、支持ユニットの中央領域に配置される。

さらに、前記ツールボックスデバイスの支持ユニットは、有利にも、前記ツールボックスデバイスを持ち上げるためのリフティングシステムのボール端部中に適合するように意図されたキャビティを備えることができる。したがって、ツールボックスデバイスは、リフティングシステム上で回転可能に装着され、交換すべきバッテリの下面と平行な平面にツールボックスデバイス自体を位置決めすることができ、ツールボックスデバイスの把持システムは、バッテリの係止部上で、より簡単にしっかりと把持できるようになる。

本発明はまた、本明細書で上述されたツールボックスデバイスと、ツールボックスデバイスを持ち上げ、その垂直移動を可能にするためのリフティングデバイスとを備えることを特徴とする、自動車のバッテリ交換システムに関する。

リフティングデバイスは、自動車のバッテリの下にツールボックスデバイスを持ってくるために、レールに沿って水平移動させる手段を備える移動システムをさらに備えることができ、前記リフティングデバイスは、バッテリを係止解除するためにバッテリと接触させるために、ツールボックスデバイスを垂直移動させる手段を備える。

リフティングデバイスはロボットとすることができ、ツールボックスデバイスは、ロボットがそれを介してツールボックスデバイスを取り扱うことをできるハンドルを備えることができる。

有利には、前記リフティングシステムは、前記バッテリに関して前記ツールボックスデバイスを参照するように意図されたボール端部を備えることができる。

自動車のバッテリ交換システムは、自動車のバッテリの係止および係止解除を実行するために自動車に対する位置決めの安定性および精確性を改善するために、ツールボックスデバイスに関連付けられた車両ベアラバーを備えることができる。

本発明は、また、本明細書において上述された自動車のバッテリ交換システムを備えることを特徴とする、自動車を駆動するモータに電力供給するバッテリを交換するためのステーションに関する。

本発明は、また、自動車のバッテリ交換方法に関し、本方法は、
−本明細書で上述されたツールボックスデバイスを自動車のバッテリの下に位置決めするステップと、
−ツールボックスデバイスがバッテリと接続するまで、ツールボックスデバイスを垂直に持ち上げるステップと、
−自動車からバッテリを係止解除するために、ツールボックスデバイスを作動させるステップと、
−係止解除されたバッテリを支持するツールボックスデバイスを下げるステップと、
−係止解除されたバッテリを取り外すステップと
を含むことを特徴とする。

有利には、ツールボックスデバイスを作動させる前記ステップの前に、前記ツールボックスデバイスを回転させ、前記支持ユニットを前記バッテリの下面と平行な平面に位置決めするステップを行う。

自動車のバッテリ交換方法は、
−バッテリを支持するツールボックスデバイスを自動車の下に位置決めするステップと、
−バッテリが自動車内に設けられたハウジング中に位置決めされるまで、ツールボックスデバイスを垂直に持ち上げるステップと、
−バッテリを自動車に係止するために、ツールボックスデバイスを作動させるステップと、
−ツールボックスデバイスを取り外すステップと
をさらに含むことができる。

本発明のこれらの目的、特徴および利点について、添付図面を参照して、非限定的な例として与えられる１つの特定の実施形態に関する以下の説明において詳細に説明する。

本発明の１つの実施形態によるツールボックスの斜視図である。 本発明の実施形態によるツールボックスの上面図である。 本発明の実施形態によるツールボックスの拡大斜視図である。 本発明のツールボックスの実施形態の変形例の上面図である。 本発明の実施形態によるツールボックスと自動車のバッテリとの間の接続部の斜視図である。 自動車バッテリを係止および係止解除するためのシステム内における、本発明の実施形態によるツールボックスの動作の原理の概略側断面図である。 本発明の実施形態によるツールボックスを使用して、自動車からバッテリを係止解除するための方法の一段階を概略的に示す図である。 本発明の実施形態によるツールボックスを使用して、自動車からバッテリを係止解除するための方法の別の段階を概略的に示す図である。 本発明の実施形態によるツールボックスを使用して、自動車からバッテリを係止解除するための方法のまた別の段階を概略的に示す図である。 本発明の実施形態によるツールボックスを使用して、自動車からバッテリを係止解除するための方法のまた別の段階を概略的に示す図である。

本発明の背後にある概念は、すべてのタイプのバッテリおよびすべての自動車に導入するのに適したデバイスを得るように、標準的である特定の個数の構成要素と、モジュラとを備える「ツールボックス」と呼ばれるものに依拠している。

図１および図２は、本発明の１つの実施形態によるツールボックス１を示す。この作動ツールのセット、すなわちツールボックス１は、デバイスの様々な構成要素を支持する機能を有する支持ユニット２と、支持ユニット２の中央領域に配置された２つの単純で標準的なモータ３と、リレーギヤボックス４と、ユニバーサルジョイントのような角度オフセットシステムを含み得る伝達軸５とを備える。リレーギヤボックス４および伝達軸５の機能は、モータ３によって開始された駆動運動を、実質的に方形に成形された支持ユニット２の４つの角部に配置された４つの係止メカニズム把持システム６に伝達することであり、係止メカニズム把持システム６の機能は、バッテリを係止および係止解除するメカニズムを作動させることである。これらの把持システム６は、円筒形態で、支持ユニット２の上面の上に延び、それにより、それらの上端部１１は、バッテリの係止部と接続することができる。最後に、デバイスは、モータに電力供給するための電気接続と、自動車に対して正しく位置決めしてそのバッテリを係止および係止解除できるようにツールボックスを取り扱うことを可能にする、ツールボックスを把持するためのインターフェースとを備える。これについては後述する。

図３は、ツールボックスの拡大斜視図であり、２つのモータ３と、リレーギヤボックス４と、伝達軸５と、メカニズム把持システム６とが明瞭に示されている。

図４は、ツールボックスの外側に３つのモータ３’が配置されている、本発明によるツールボックスの実施形態の変形例を示す。この場合、ツールボックスは、これらの外部モータ３’によって開始された運動を把持システム６まで伝達することを可能にするインターフェースを装備する。このインターフェースは、接続ユニット７と、内部リレーギヤボックス９までつながる伝達軸８とを備える。

言うまでもなく、本発明は、上述の実施形態に制限されるものではない。特に、ツールボックス１は、異なる個数のモータ３、好ましくは３〜６つのモータを備えることができる。一般には、このようなモータの数は、バッテリの係止および係止解除を実行するために行われるべき運動の数と直接的に関係する。具体的には、１つのモータにより、たとえば、平行運動または回転運動から選ばれる単一のタイプの運動を実行することができる。したがって、係止が２つのタイプの運動を必要とする場合には、２つのモータを設けることが必要となり、３つのタイプの運動が必要とされる場合には、３つのモータが必要となる。

したがって、この解決策は、作動される係止部の数とは比較的関係ないという利点を有する。実際には、モータの数は、上記のように、行われる運動の数に対応し、様々な数の係止部に関与するバッテリ係止メカニズムを作動させるには、同一の数のモータを有するツールボックスが適している。しかしながら、ツールボックス上で利用可能な電力を増大させることが必要になる場合、よりパワフルなモータではなく、モータの数を増やすこと、たとえば、実行される運動ごとに２つの追加のモータを設けることが可能である。したがって、図示のツールボックスは、４〜８つの係止部を作動させるのに適している。

同様に、リレーギヤボックスおよび運動伝達軸の数は、変えることができ、モータの数およびアクチュエータの数に依存する。さらに、把持システムの数も、自動車のバッテリを固定するために設けられた係止部の数と一致する。

最後に、モータの数、運動伝達メカニズムの数、および把持システムの数に関するツールボックスの具体的な構造は、実際には、自動車にバッテリを係止するために使用されるメカニズムに依存する。

したがって、本解決策は、以下の利点を有する。
−複数の異なる運動を実行するのに適した単純で標準的な構成要素の使用により柔軟性が高く、且つコストが低いことにより、標準化に適している。
−標準的なインターフェースおよび最適化されたサイズを有するシステムとなるので、バッテリ交換サービスステーションにおける実装に適している。
−サービスを受ける車両のタイプに適合することができる汎用的なバッテリ交換サービスステーションのネットワークの生成に適している。

図５は、本発明の実施形態によるツールボックスとバッテリ１０との接続を示す。図示のように、４つの把持システム６の上部１１は、バッテリ係止部に形成された対応する手段と接続される。これらの把持システム６を作動させると、それらを係止する、またはそれらを係止解除するために、バッテリ１０に属しているこれらの係止部に作用する。

図６は、自動車２０の下に取り付けられたバッテリ１０を係止解除するためのシステム内における、本発明の実施形態によるツールボックス１の使用を概略的に示す。ツールボックス１は、上述したように、上部に突出してバッテリ１０の係止部に作用することができる把持システム６を備える。ツールボックス１を移動させ、持ち上げるためのシステム１３が交換ステーションに配置される。実施形態の変形例によれば、移動機能を有さず、単にリフティング機能に制限されるリフティングシステムを提供することができる。次いで、取り付けるべきバッテリを移動させることか、あるいはバッテリを取り付けるべき車両を移動させることができる別個の移動システムによって、移動機能を得る。図６に示された実施形態では、このリフティングシステム１３は、バッテリに面するように、自動車の下の正しい位置までツールボックスを輸送し、次いで、バッテリと接触させる、またはバッテリに接触させないために、垂直方向にツールボックスを移動させる機能を有する。全体的な位置決めの安定性および精確性を改善するために、任意選択の車両ベアラバー１２がツールボックスに追加される。この実施形態におけるツールボックスは、搬送レールを使用して動作するローラタイプのデバイスによって動かされる。１つの変形例として、ツールボックスを移動させるためにロボットを使用してもよく、ツールボックスは、たとえば、把持するためのハンドルの形態の接続インターフェースを有する。

１つの変形例として、リフティングシステム１３は、その上面に、ツールボックスデバイス１とのインターフェースとして中央にモータ付きボール端部があるプレートをさらに備え、ツールボックスデバイス１は、その支持ユニット２の中央に、ボール端部上に適合する相補的なキャビティを有する。リフティングシステム１３のプレートおよび支持ユニット２の下面にある他の機械的な接続エレメントにより、潜在的に、リフティングシステム１３上におけるツールボックスデバイス１の参照の精度向上が可能になる。この変形例では、リフティングシステム１３のモータ付きボール端部により、ツールボックスデバイス１がリフティングシステム１３によって好適な高さまで持ち上げられると、ツールボックス１が、車両のバッテリ１０の下の水平平面において自動的に参照可能となる。より詳細には、この水平方向の参照は、ツールボックスデバイス１の支持ユニット２の平坦な面を、バッテリ１０の下面の平坦な面と平行な平面にすることを含む。

図７は、自動車２０からバッテリ１０を係止解除する方法の初期段階を示す。移動およびリフティングシステム１３は、自動車２０のバッテリ１０の下にツールボックス１を位置決めした。図８は次の段階を示し、上述の動作を使用して、ツールボックス１がバッテリ１０と接続することによりそのアクチュエータがバッテリ１０を係止解除できるまで、リフティングシステム１３が、ツールボックス１を上向きに移動させた状態である。したがって、図９には、自動車から係止解除され、ツールボックス１によって自動車から遠ざけられたバッテリ１０が示されている。ここでは、ツールボックス１は、係止メカニズムおよび係止解除メカニズムを作動させる第１の機能に加えて、バッテリを保持および輸送する第２の機能を行う。最後に、図１０は、空のバッテリと完全に充電された新しいバッテリとの交換を示す。そのために、移動およびリフティングシステム１３が、たとえばレールに沿って動くことによって、放電したバッテリ１０を担持するツールボックス１を水平方向に移動させて外すと同時に、別のリフティングシステム１３’が、完全に充電されたバッテリ１０’を担持する別のツールボックスＶを、車両２０の下に設けられた空間に位置決めし、係止することができるように自動車の下に持ってくる。これは、上述の係止解除方法のステップと同様であるが逆の方式である。

Claims (14)

1. 支持ユニット（２）と、少なくとも１つのギヤボックス（４）を備える運動伝達システムと、少なくとも１つのバッテリ係止／係止解除メカニズム把持システム（６）に接続された、少なくとも１つの伝達軸（５）とを備え、
   外部モータ（３’）から、前記少なくとも１つの把持システム（６）に運動を伝達することができるように、前記外部モータ（３’）との接続のための、少なくとも１つのインターフェースを備える、
   ことを特徴とする、自動車を駆動するモータに電力供給するバッテリの係止および／または係止解除を行うためのツールボックスデバイス（１）。
2. 少なくとも１つのモータ（３）と、その電気接続のためのインターフェースとを備えることを特徴とする、請求項１に記載のツールボックスデバイス（１）。
3. 前記外部モータ（３’）との接続のための前記インターフェースが、接続ユニット（７）と、内部ギヤボックス（９）とを備えることを特徴とする、請求項１に記載のツールボックスデバイス（１）。
4. 前記ツールボックスデバイス（１）を取り扱うためのインターフェースを備えることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載のツールボックスデバイス（１）。
5. ２つのモータ（３）を備えることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載のツールボックスデバイス（１）。
6. 前記ツールボックスデバイス（１）が、前記実質的に方形の支持ユニット（２）の角部に配置された４つの把持システム（６）を備え、前記少なくとも１つのモータ（３）が、前記支持ユニット（２）の中央領域に配置されることを特徴とする、請求項２に記載のツールボックスデバイス（１）。
7. 前記支持ユニット（２）が、前記ツールボックスデバイス（１）を持ち上げるための、リフティングシステム（１３）の支柱の端部に適合するように意図された空洞を備えることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載のツールボックスデバイス（１）。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載のツールボックスデバイス（１）と、前記ツールボックスデバイス（１）を持ち上げて垂直に移動させることを可能にするためのリフティングデバイス（１３）とを備えることを特徴とする、自動車のバッテリ交換システム。
9. 前記リフティングデバイス（１３）が、自動車（２０）の前記バッテリ（１０）の下に前記ツールボックスデバイス（１）を持ってくるために、レールに沿って水平移動する手段を備える移動システムをさらに備えることを特徴とし、前記リフティングデバイスが、前記バッテリ（１０）を係止解除するために前記バッテリ（１０）と接触させるために、前記ツールボックスデバイス（１）を垂直移動させる手段を備える、請求項８に記載の自動車のバッテリ交換システム。
10. 前記リフティングデバイス（１３）が、前記バッテリ（１０）に関して、前記ツールボックスデバイス（１）を平行に位置決めするように意図された支柱の端部を備えることを特徴とする、請求項８または９に記載の交換システム。
11. 請求項８〜１０のいずれか１項に記載の自動車のバッテリ交換システムを備えることを特徴とする、自動車を駆動するモータに電力供給するバッテリの交換ステーション。
12. 自動車のバッテリ交換方法であって、
    −請求項１〜６のいずれか１項に記載のツールボックスデバイス（１）を、自動車のバッテリ（１０）の下に位置決めするステップと、
    −前記バッテリと接続するまで前記ツールボックスデバイスを垂直に持ち上げるステップと、
    −前記自動車から前記バッテリを係止解除するために、前記ツールボックスデバイスを作動させるステップと、
    −前記係止解除されたバッテリを支持する前記ツールボックスデバイスを下げるステップと、
    −前記係止解除されたバッテリ（１０）を取り外すステップと
    を含むことを特徴とする方法。
13. 前記ツールボックスデバイス（１）を作動させるステップの前に、前記ツールボックスデバイス（１）を回転させ、前記支持ユニット（２）を前記バッテリの下面と平行な平面に位置決めするステップを行う、請求項１２に記載のバッテリ交換方法。
14. さらに、
    −バッテリ（１０’）を支持するツールボックスデバイスを前記自動車の下に位置決めするステップと、
    −前記バッテリが、前記自動車内に設けられたハウジング中において位置決めされるまで、前記ツールボックスデバイスを垂直に持ち上げるステップと、
    −前記バッテリを前記自動車に係止するために、前記ツールボックスデバイスを作動させるステップと、
    −前記ツールボックスデバイスを取り外すステップと
    を含むことを特徴とする、請求項１２または１３に記載の自動車のバッテリ交換方法。

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