JP6818302B2 - 車両用蓄電池接続カプラ - Google Patents

Description

本発明は、蓄電池と車両を電気的に接続するための一対のカプラに関し、殊に、電気駆動式の車両において、蓄電池との間で高い接続精度を確保しながら電池交換作業を安全且つ容易に完了できる車両用蓄電池接続カプラに関する。

近年、二次電池の高容量化・低コスト化の実現に伴って電気駆動式の車両が急速に普及している。殊に、いわゆる電気自動車においては、一回充電当たりの走行距離を拡大するための蓄電池の高容量化が顕著となっている。しかし、蓄電池の高容量化は充電時間の長時間化を招くことになるため、業務用車両等の稼働率の高い車両にあっては、充電時間の短縮が大きな課題となっている。

そこで、車両用の蓄電池を日常的に交換できるようにして、充電時間を待たずに車両を稼働させるシステムも開発されるようになった。このようなシステムの場合、車両を駆動させるための動力源である蓄電池は、比較的大型で重いことに加え交換用の蓄電池が大電流を生じる危険なものであるため、専用の電池交換設備において交換作業の大部分を自動的に行う方式が求められている。

しかしながら、このように蓄電池と車両との間で自動的に電気的接続と離断作業を行うシステムにおいては、蓄電池側のカプラと車両側のカブラとの間で接続端子同士を正確に位置合わせしないと良好な接続状態を確保することが難しくなる。この場合、蓄電池の装着位置を車両側に設けた機械的なガイドで修正することも考えられるが、車両と電池交換設備との位置関係は車両の停止位置によりバラツキが生じやすいため、その許容範囲を考慮すると車両側ガイドの大型化を招くことに繋がる。

或いは、前述したバラツキを修正するために、電池交換設備側に高精度の位置調整機能を持たせることも考えられるが、この場合は交換作業に要する装置の動作が複雑になるため、作業の長時間化と設備の高コスト化を招いてしまう。一方、ある程度のバラツキを許容する方式にする場合は、電気的接続を行うための接触片をある程度大きくする必要が生じるところ、電気的な接続には電源線に加えて各種制御を行う複数の接続線も存在するため、カプラ全体の大型化を招く結果となってしまう。

このような問題に対し、例えば特開平１１−２７８３２号公報には、固定式の外部コネクタに対になるコネクタを接続する構造において、コネクタ内の嵌合部材又は中継端子を縦横方向に摺動自在なものとして、取付位置の交差による位置ズレを修正させるようにした電気接続箱が提案されており、この技術を蓄電池と車両を電気的に接続するカプラに適用することも考えられる。

ところが、車両用の蓄電池は、電池交換設備側の運搬手段で吊り下げた状態にて、蓄電池下面側に下向きに設けたカプラを、車両の装着位置に上向きに設けたカプラに対して、上方から降ろしながら接続するのが一般的であるところ、上述したように、蓄電池が大型で重量が大きいためにカプラ部分のみでその全重量を支持できないことから、蓄電池における他の部分を車両側の構造で支持する構成になる。

そのため、カプラ同士の水平方向の位置ズレのみならず、車両側と蓄電池側との間の支持構造に生じた上下方向の誤差を原因とした位置ズレも修正しないと、精度高い接続は実現しにくいものとなる。さらに、交換式の蓄電池を車両に対し上方から着脱する方式においては、蓄電池を取り外した状態で車両側のカプラが上向きに露出する構造になるため、雨や落下物による影響で接触片の接続機能が損なわれて、精度高い接続を損なってしまうという問題もある。

特開平１１−２７８３２号公報

本発明は、上記のような問題を解決しようとするものであり、電気駆動式の車両において、着脱式の蓄電池と車両側との間で高い接続精度を確保しながら、電池交換作業を安全且つ容易に完了できるようにすることを課題とする。

そこで、本発明は、電気駆動式の車両と着脱式の蓄電池を電気的に接続するための複数個の接触片を各々備え、車両の電池装着位置に蓄電池を上方から装着することで連結する一対のカプラで構成された車両用蓄電池接続カプラにおいて、その一対のうち一方は、車両側に上向きに設けられた下部カプラとされ、その他方は、蓄電池底面に下向きに設けられた上部カプラとされ、前記複数個の接触片は、上向き又は下向きの接触面を有した突き当て式のものとされて、その上下のカプラが装着動作に連動する位置合わせ手段により対向する接触片同士を水平方向に位置合わせされてから上下方向に接続されて連結するものであり、その一対のうち少なくともいずれかは、カプラ本体の内側で前後左右の所定範囲を水平方向に摺動可能に配設されたスライド体の表面に前記複数個の接触片が設けられ、前記接触片同士が所定の接触圧をもって接続する前の段階で、前記位置合わせ手段によりスライド体が付勢されて車両側と蓄電池側との間の水平方向の位置誤差を修正する機能を有しており、且つ、その一対のうち少なくともいずれかは、車両側又は蓄電池側の取付位置で上下方向に移動可能な状態で取付けられているとともに所定の付勢部材で対向するカプラに向かって付勢されており、上下のカプラの連結が完了してから畜電池側のカプラ以外の部分と車両側の装着位置のカプラ以外の部分が接触して畜電池の装着作業が完了するまでの間に車両側と蓄電池側の垂直方向の位置誤差を修正する機能を有している、ことを特徴とするものとした。

このように、電気駆動式の車両に対し蓄電池を上下方向に着脱可能として接続・分離を行う上下一対のカプラからなる車両用蓄電池接続カプラにおいて、蓄電池と車両側との間の水平方向の位置誤差を修正する機能に加え、上下のカプラが連結してから垂直方向の位置誤差を修正する機能を設けたことにより、重量が大きく大電流を発する車両用蓄電池であっても、電池交換設備において殆ど人手を要することなく高い接続精度を確保しながら、電池交換作業を安全且つ容易に完了できるものとなる。

また、この場合、前記付勢部材で付勢されているカプラには、それを対向するカプラに向かって付勢している状態の所定位置でその付勢による移動を規制して停止させるストッパが付設されており、蓄電池の装着動作によりそのカプラが対向するカプラで押され前記ストッパから離れて停止位置から押し戻されることにより、前記垂直方向の位置誤差を修正する方式とされており、且つ、その付勢部材によるカプラの前記規制時の応力は、総ての前記接触片同士が所定の接触圧をもって接続が完了した時点の上下のカプラ間の合計応力よりも大きく、その付勢部材による上下のカプラ連結完了時の応力は、蓄電池の重量による荷重応力の２分の１以下に設定されている、ことを特徴としたものとすれば、車両への畜電池装着作業において、付勢部材で付勢されているカプラが、接触片同士の接続が完了するまでストッパの作用で垂直方向及び水平方向に固定されることから、スライド体による水平方向の位置誤差修正機能が確実に発揮されるため、接触片における精度高い接続状態が確保されやすいものとなり、且つ、付勢部材による応力が上下のカプラの連結完了時点で車両用畜電池の荷重応力よりも小さいことで、畜電池の重量の総てがカプラ部分にかからない構成となるため安定した連結状態を一層確保しやすいものとなり、その連結完了時点の付勢部材による応力を畜電池の重量による加重応力の２分の１以下に設定したことで、車両走行時に振動が発生した場合であっても、カプラ間の接続状態の離断や畜電池の脱落が生じにくいものとなる。

さらに、上述した車両用蓄電池接続カプラにおいて、その下部カプラには前記接触片が露出した開口部を上から覆う蓋部材が開閉可能に設けられており、その蓋部材は、蓄電池装着作業前の前記開口部を覆った状態から、装着作業による蓄電池の下降動作に伴って蓄電池下端側又は上部カプラに一部が当接したリンク機構が作動して開き、蓄電池の分離作業による上昇動作に連動して閉まる、ことを特徴としたものとすれば、蓄電池を外した状態であっても下部カプラの接触片が外部に露出しない状態を確保できることに加え、蓋部材が蓄電池の装着・分離動作に連動して自動的に開閉動作を行うものとなるため、蓄電池着脱作業における手間を増やすことなくその高い接続機能を維持しやすいものとなる。

車両用蓄電池接続カプラにおいて車両側と蓄電池側との間の水平方向の位置誤差を解消する機能に加え、垂直方向の位置誤差を解消する機能を設けた本発明によると、電気駆動式の車両において着脱式の蓄電池と車両との間で高い接続精度を確保しながら、電池交換作業を安全且つ容易に完了できるものとなる。

本発明における実施の形態である上下一対のカプラ連結前の状態を示す縦断面図である。 図１の状態から、上部カプラの下降動作によりスライド体が水平方向に移動して上下の接触片同士が位置合わせされた状態を示す縦断面図である。 図２の状態から接触片同士の接続が完了した状態を示す縦断面図である。 図３の状態からカプラ同士の連結が完了して垂直方向の位置合わせを行っている状態を示す縦断面図である。 （Ａ）（Ｂ）（Ｃ）は、図１の車両用蓄電池接続カプラの連結動作において下部カプラの接続部を覆っていた蓋部材が開く状態をカプラの連結状況に沿って示す側面図である。 （Ａ）（Ｂ）は、図４（Ｃ）の状態から、開いた蓋部材が下部カプラの側面に密着して収まるまでの状態を示す側面図である。

以下に、図面を参照しながら本発明を実施するための形態を説明する。

図１は、本実施の形態である下部カプラ２及び上部カプラ３の上下一対からなる車両用蓄電池接続カプラ１の連結前の状態を縦断面図で示している。この車両用蓄電池接続カプラ１は、例えば電気駆動式作業車両において、荷台側の所定位置に駆動電源となる充電式の蓄電池を着脱自在に装着する場合に、蓄電池側と車両側の回路を電気的に接続するために設けられるものであり、本実施の形態では車両の蓄電池装着部分と蓄電池は図示を省略しているが、上部カプラ３が蓄電池の底面側で下向きに、下部カプラ２が車両の蓄電池装着位置で上向きに取付けられている。

本実施の形態においては、着脱式の蓄電池を車両側に電気的に接続するために、下部カプラ２は複数個の接触片２２ａ，２２ｂ，２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，・・を備え、上部カプラも前記各接触片に対応した数の接触片３２ａ，３２ｂ，３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，・・を備えており、その上下一対のうちいずれか一方に、接触片間に所定の接触圧を確保するための付勢手段又は付勢構造が設けられている。そして、車両の電池装着位置に蓄電池を上方から降ろしながら装着する動作により、下部カプラ２と上部カプラ３は一体的に連結する構成となっている。

その下部カプラ２と上部カプラ３は、蓄電池の装着動作に連動する位置合わせ手段で対向した接触片同士を水平方向に位置合わせされてから、上下方向に接続されて連結するようになっている。その位置合わせ手段は、下部カプラ２において接触片２２ａ，２２ｂ，２３ａ，・・を上面に備えたスライド体２１の上面所定位置から上向きに突設されて先端側が略円錐状に形成された案内軸２５ａ，２５ｂと、上部カプラ３において前記案内軸２５ａ，２５ｂの対応位置で下向きに開口しこれらを挿入可能な内径を有して開口部が面取りで拡径された挿入穴である案内受３５ａ，３５ｂとで構成されている。

そのスライド体２１は、下部カプラ２におけるカプラ本体２０の内側で前後左右４つの側面を６本のバネ２８ａ，２８ｂ，・・，２８ｅ，２８ｆで弾性的に支持されながら、底面側に配設されたスライドプレート２１１，２１２上で前後左右の所定範囲を水平方向に摺動可能な状態で配設されている。そのため、図２に示すように、上下の接触片同士が所定の接触圧をもって接続完了する前の段階で、案内軸２５ａ，２５ｂが案内受３５ａ，３５ｂに挿入されることにより、その先端側の傾斜面と開口部の傾斜面とが摺動し、スライド体２１が正しい接続位置に案内されるように付勢されて、車両側と蓄電池側との間の水平方向の位置誤差を修正する機能を発揮する。

この案内受３５ａ，３５ｂの開口部の径は、蓄電池交換作業の際に生じ得る案内軸２５ａ，２５ｂの水平方向のバラツキ量に、案内軸２５ａ，２５ｂ先端部頂点に設けられた半球状部の半径を加えたものであり、電池交換設備の運搬手段による蓄電池の装着位置が最大のバラツキ量となった場合でも、案内軸２５ａ，２５ｂの先端が案内受３５ａ，３５ｂの開口部内側に位置するように設定されており、蓄電池交換設備による停止精度をカプラ連結に必要な位置精度よりも高いものとしている。

一方、下部カプラ２において車両側の取付位置に取付けられるカプラ本体２０の脚部には、対向する上部カプラ３に向かって付勢する部材であるバネ２７ａ，２７ｂが、車両側との間に介装されている（本実施の形態では取付座を介して固定される）とともに、そのバネ２７ａ，２７ｂの中心線を挿通したボルト２９ａ，２９ｂが、取付座を介して車両側に固定されたことにより、上下方向所定範囲を移動可能な状態で下部カプラ２を車両側に取付けている。

また、そのボルト２９ａ，２９ｂの頭部は、バネ２７ａ，２７ｂがカプラ本体２０を上向きに付勢しながら押し上げる動作を所定位置で停止させるストッパとして機能するようになっている。さらに、本実施の形態においては、バネ２７ａ，２７ｂによるカプラ本体２０のストッパによる規制時の応力が、総ての接触片同士が所定接触圧をもって接続が完了する際の上下カプラ間の合計応力（各接触片の付勢による総ての応力とガスケット２１０の接触応力の和）よりも大きく設定されている点も特徴となっている。

そのため、蓄電池の車両への装着作業において、図３に示す接触片同士の接続が完了する時点までは、車両側の取付位置との間にバネ２７ａ，２７ｂを介装されたカプラ本体２０が、前述したストッパの作用により垂直方向及び水平方向に固定されていることから、スライド体２１による水平方向の位置誤差修正機能が確実に発揮されるため、各接触片における精度高い接続状態を確保可能とする特有の機能を発揮することになる。

そして、各接触片が接触を完了するとともにガスケット２１０が密着し、下部カプラ２と上部カプラ３が機械的に接触してカプラ同士の連結を完了することにより、各接触片同士の接触圧は一定に維持されることになるが、この接触圧は、想定される振動や衝撃により接触片に加わる応力よりも大きく設定されているため、車両に加わる振動や衝撃により接触片の乖離が生じることを防止することが可能となっている。

加えて、本実施の形態においては、下部カプラ２を上向きに付勢しているバネ２７ａ，２７ｂによる下部カプラ２と上部カプラ３の連結完了時点の応力が、蓄電池の重量による荷重応力よりも小さく設定されている。即ち、下部カプラ２と上部カプラ３が機械的に接触して連結を完了してから、蓄電池の他の部分と車両側の装着位置の他の部分が機械的に接触して蓄電池の装着作業が完了するものであるが、上述した車両側と蓄電池側との間の水平方向の位置誤差を解消する機能に加え、図４に示すように、バネ２７ａ，２７ｂによる付勢力が下部カプラ２と上部カプラ３の本体部分が接触して連結が完了した後で、垂直方向の位置誤差を解消するように作動する設定となっている。

そのため、下部カプラ２を対向する上部カプラ３に向かって付勢している状態の所定位置で、その付勢による移動を規制して停止させるストッパとしてボルト２９ａ，２９ｂの頭部が機能した後に、蓄電池が下降する装着動作により下部カプラ２が上部カプラ３で下向きに押され、ストッパから離れて停止位置から押し戻されることで垂直方向の位置誤差を自動的に吸収する、という機能を発揮するものである。従って、重量が大きく大電流を発する車両用蓄電池であっても、電池交換設備において殆ど人手を要することなく高い接続精度を確保しながら、電池交換作業を安全且つ容易に完了可能としている。

また、このように上下のカプラの連結完了時点の応力が、蓄電池の重量による荷重応力よりも小さく設定されたことにより、車両に装着される蓄電池の重量の総てがカプラ部分に集中してかからない構成となるため、安定した連結状態を確保しやすいものとしている。この場合、そのバネ２７ａ，２７ｂによる上下のカプラ連結完了時点の応力は、連結状態を良好に維持させる観点から、電池の重量による荷重応力の２分の１以下であることが好ましい。

尚、本実施の形態においては、下部カプラ２のカプラ本体２０は、ボルト２９ａ，２９ｂにより左右２箇所で車両側に取付けられているが、そのカプラ本体２０を左右に傾斜する揺動を可能な状態に多少の余裕を持って取付けた場合は、左右の傾斜方向の誤差も吸収する機能を発揮することができ、さらに、カプラ本体が前後左右四隅の４箇所でボルトにより傾斜方向に余裕を持って取付けられて四隅を各々バネで上向きに付勢した構成にすれば、前後左右の傾斜方向の誤差も吸収することが可能なものとなる。さらにまた、本実施の形態では、水平方向の誤差を解消するスライド体２１と垂直方向の誤差を解消するバネ２７ａ，２７ｂは、下部カプラ２側に設けた構成としたが、これらを上部カプラ３側に設けても良いことは言うまでもない。

図５及び図６は、図１の車両用蓄電池接続カプラ１の連結動作において下部カプラ２の接続部を覆っていた蓋２６が開いていく状態を、下部カプラ２と上部カプラ３の連結状況に沿って側面図で示している。

図５を参照して、下部カプラ２には、総ての接触片が露出した開口部を上から覆う蓋部材２６が、その脚部をカプラ本体２０側面に枢軸２６０で軸着された状態で開閉可能に設けられており、図（Ａ）に示すように蓄電池装着作業を開始した時点の開口部を覆った状態から、下端側をカプラ本体２０側面に枢軸４０で軸着されたＴ字状のリンク部材４が、蓄電池の装着作業における下降動作に伴って、上部カプラ３の下面側に左端側のローラ４１を当接した状態で押されて下向きに回転しながら、図（Ｂ），（Ｃ）に示すように、その右端側の溝４２にローラ２６１を挿通している蓋部材２６を開方向に回転するように付勢して、接触片を有した開口部を完全に露出させる。

そして、図６（Ａ），（Ｂ）に示すように、蓄電池の下降動作がさらに進行することで蓋部材２６は完全に開く。また、図示は省略するが、図示しないバネ部材の付勢力により、蓄電池の分離作業における上昇動作に連動して、蓋部材２６が自動的に逆方向に回転して閉まるようになっている。

このように、蓋部材２６を開閉可能な状態で配設したことで、蓄電池を外した状態であっても下部カプラ２の接触片が外部に露出しない状態を確保できることに加え、蓄電池の着脱操作に連動して蓋部材２６が自動的に開閉動作を行う構成を採用したことにより、蓄電池の装着作業において蓋部材２６を開閉させる手間を増やすことなく、蓄電池と車両の接続機能が雨水や落下物によって損なわれにくいものとしている。

上述したように、本実施の形態において、垂直方向の付勢応力を蓄電池装着動作の各段階に合わせて最適に設定したことにより、先ず、接触片同士が接触する前に水平方向の位置調整を完了させ、接触片の接続を経て上下のカプラが連結を完了してから、下部カプラが垂直方向に付勢されてカプラ同士の相対位置関係を固定することができ、その後、蓄電池を更に下降させることで垂直方向の付勢力を上回る荷重でカプラの上下位置の調整を行う構成としたことから、水平方向と垂直方向の位置調整が完全に独立して相互関係を持たなくても良い構成となっており、各調整機構を簡略できるというメリットを有している。

以上、述べたように、本発明により、電気駆動式の車両において着脱式の蓄電池と車両側との間で高い接続精度を確保しながら、電池交換作業を安全且つ容易に完了できるようになった。

１ 車両用蓄電池接続カプラ、２ 下部カプラ、３ 上部カプラ、４ リンク部材、２０ カプラ本体、２１ スライド体、２２ａ，２２ｂ，２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，３２ａ，３２ｂ，３３ａ，３３ｂ，３３ｃ 接触片、２５ａ，２５ｂ 案内軸、２６ 蓋部材、２７ａ，２７ｂ，２８ａ，２８ｂ，２８ｅ，２８ｆ バネ、２９ａ，２９ｂ ボルト、３５ａ，３５ｂ 案内受、４０，２６０ 枢軸、４１，２６１ ローラ、４２ 案内溝

Claims (2)

1. 電気駆動式の車両と着脱式の蓄電池を電気的に接続するための複数個の接触片を各々備え、車両の電池装着位置に前記蓄電池を上方から装着することで連結する一対のカプラで構成された車両用蓄電池接続カプラにおいて、前記一対のうち一方は、前記車両側に上向きに設けられた下部カプラとされ、その他方は、前記蓄電池底面に下向きに設けられた上部カプラとされ、前記複数個の接触片は、上向き又は下向きの接触面を有した突き当て式のものとされて、前記上下のカプラが装着動作に連動する位置合わせ手段により対向する前記接触片同士を水平方向に位置合わせされてから上下方向に接続されて連結するものであり、前記一対のうち少なくともいずれかは、カプラ本体の内側で前後左右の所定範囲を水平方向に摺動可能に配設されたスライド体の表面に前記複数個の接触片が設けられ、前記接触片同士が所定の接触圧をもって接続する前の段階で、前記位置合わせ手段により前記スライド体が付勢されて車両側と蓄電池側との間の水平方向の位置誤差を修正する機能を有しており、且つ、前記一対のうち少なくともいずれかは、前記車両側又は前記蓄電池側の取付位置で上下方向に移動可能な状態で取付けられているとともに所定の付勢部材で対向するカプラに向かって付勢されており、前記上下のカプラの連結が完了してから前記畜電池側のカプラ以外の部分と前記車両側の装着位置のカプラ以外の部分が接触して前記畜電池の装着作業が完了するまでの間に前記車両側と前記蓄電池側の垂直方向の位置誤差を修正する機能を有している、ことを特徴とする車両用蓄電池接続カプラ。
2. 前記付勢部材で付勢されているカプラには、それを対向するカプラに向かって付勢している状態の所定位置で前記付勢による移動を規制して停止させるストッパが付設されており、前記蓄電池の装着動作により前記付勢されているカプラが対向するカプラで押され前記ストッパから離れて前記停止した位置から押し戻されることにより、前記垂直方向の位置誤差を修正する方式とされており、且つ、前記付勢されているカプラの前記規制時の応力は、総ての前記接触片同士が所定の接触圧をもって接続が完了した時点の前記上下のカプラ間の合計応力よりも大きく、前記付勢部材による前記上下のカプラ連結完了時の応力は、前記蓄電池の重量による荷重応力の２分の１以下に設定されている、ことを特徴とする請求項１に記載した車両用蓄電池接続カプラ。
   

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