JP7193027B1

JP7193027B1 - Control device for battery exchange device, battery exchange device, and battery exchange method

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Publication number: JP7193027B1
Application number: JP2022086051A
Authority: JP
Inventors: 常和金内; 雅治平岩; 道之広瀬; 賢司長谷川
Original assignee: JFE Engineering Corp
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 2022-05-26
Filing date: 2022-05-26
Publication date: 2022-12-20
Anticipated expiration: 2042-05-26
Also published as: JP2023173648A

Abstract

An object of the present invention is to improve battery exchange efficiency and battery accommodation efficiency in a facility where a battery can be exchanged for a mobile body on which a battery can be mounted.
A storage section capable of storing a battery mounted on a detachable moving body, and a battery that is grasped and taken out from one of the moving body and the storage section and can be released from the other of the moving body and the storage section. A control device for a battery exchange device having a plurality of configured grips and controlling a battery exchange device for exchanging batteries between a moving object and a storage unit, wherein the battery exchange by the battery exchange device is performed. The battery exchange control to be performed includes battery storage work for removing the battery from the moving object by one gripping portion of the plurality of gripping portions and storing the battery in a storage portion, and another gripping portion of the plurality of gripping portions. and a battery loading operation of taking out the battery from the storage unit and loading it onto the moving object.
[Selection drawing] Fig. 2

Description

本発明は、バッテリ交換装置用制御装置、バッテリ交換装置、およびバッテリ交換方法に関し、特に、着脱可能な蓄電池（バッテリ）を搭載した電動車両において、バッテリを交換する電池ステーションに適用して好適なものである。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a control device for a battery exchange device, a battery exchange device, and a battery exchange method, and is particularly suitable for application to a battery station for exchanging batteries in an electric vehicle equipped with a detachable storage battery (battery). is.

従来、電池ステーションにおいては、設備の略中央に、蓄電池であるバッテリを把持可能および解放可能なフォークを１式有する交換装置が設けられ、少なくとも１つの空棚と複数の保管棚とが、交換装置の中心に対して放射状に並べられて設けられている。着脱可能なバッテリを搭載した電動車両などの移動体に対して、交換装置はまず、フォークによってバッテリを把持して取り外す。次に、交換装置は、フォークによって把持したバッテリを電池ステーションに引き込んだ後、フォークを空棚まで旋回させてからバッテリを解放して空棚に載置する。続いて、交換装置は、フォークを旋回させてバッテリが載置された他の保管棚（電池ラック）から充電されたバッテリを把持して取り出し、フォークを車両まで旋回させてバッテリを解放して車両に載置する。このようにバッテリを交換する場合には、車両が電池ステーションに到着してからバッテリを交換し終わるまでに約３分程度要する。 Conventionally, in a battery station, an exchange device having a set of forks capable of gripping and releasing a battery, which is a storage battery, is provided approximately in the center of the facility, and at least one empty shelf and a plurality of storage racks are connected to the exchange device. are arranged radially with respect to the center of the For a moving object such as an electric vehicle equipped with a detachable battery, the battery replacement device first grips and removes the battery with a fork. Next, after pulling the battery gripped by the fork into the battery station, the exchange device swings the fork to the empty shelf, releases the battery, and places it on the empty shelf. Subsequently, the exchange device pivots the fork to grasp and remove the charged battery from another storage shelf (battery rack) where the battery is placed, pivots the fork to the vehicle to release the battery, and replaces the vehicle with the battery. be placed on. When exchanging the battery in this manner, it takes about three minutes from the arrival of the vehicle to the battery station until the end of the battery exchange.

例えば特許文献１には、搬送車両のための交換位置とエネルギー貯蔵器のための移動装置とエネルギー貯蔵器のための複数の停車スペースを有するチャージステーションとを備えた搬送車両のエネルギー貯蔵器を交換およびチャージするための装置が開示されている。特許文献１に記載の発明は、チャージステーションに回転マガジンが配置されていて、かつ中央の軸を中心にして旋回可能であり、さらに回転マガジンがエネルギー貯蔵器のための停車スペースを有しており、チャージステーションおよび回転マガジンの周面が、直接または中間室を介して搬送車両の外周面に接続されており、さらにエネルギー貯蔵器のための移動装置が、回転マガジンの軸とチャージステーションの外周との間に配置された構成である。 For example, DE 10 2005 000 003 A1 discloses an exchange of an energy store in a transport vehicle with an exchange position for the transport vehicle, a moving device for the energy store and a charging station with a plurality of parking spaces for the energy store. and an apparatus for charging is disclosed. The invention described in Patent Document 1 has a rotating magazine arranged in the charging station and pivotable about a central axis, and the rotating magazine has a parking space for the energy storage. , the charging station and the circumference of the rotary magazine are connected directly or via an intermediate chamber to the circumference of the transport vehicle, and the displacement device for the energy storage is connected between the axis of the rotary magazine and the circumference of the charging station. It is a configuration placed between

また、特許文献２には、車両に搭載されているバッテリを交換するバッテリ交換システムにおいて、車両の一方の側面側に取り付けられた第１バッテリ収容部に収容されているバッテリを交換するための第１バッテリ交換ロボットと、車両の他方の側面側に取り付けられた第２バッテリ収容部に収容されているバッテリを交換するための第２バッテリ交換ロボットと、バッテリ交換システムを制御する制御部とを有する構成が開示されている。特許文献２に記載の発明は、この制御部が、車両からのバッテリの引抜き時および車両へのバッテリの差込み時に、第１バッテリ交換ロボットの動作と第２バッテリ交換ロボットの動作とが同期する構成である。 Further, Patent Document 2 discloses a battery exchange system for exchanging a battery mounted on a vehicle. 1 battery exchange robot, a second battery exchange robot for exchanging a battery housed in a second battery housing section attached to the other side of the vehicle, and a control section for controlling the battery exchange system. A configuration is disclosed. The invention described in Patent Document 2 is configured such that the controller synchronizes the operation of the first battery exchange robot and the operation of the second battery exchange robot when the battery is pulled out from the vehicle and when the battery is inserted into the vehicle. is.

特開平３－７１５６５号公報JP-A-3-71565 特開２０１４－３１０３２号公報Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2014-31032

上述した従来技術においては、車両などの移動体に搭載された１つのバッテリを交換するために用いるフォークが１式であるため、移動体から把持して取り出したバッテリを空棚に一旦載置して、その後に他の電池を保管棚から把持して取り出して、移動体に搭載させる必要があった。この場合、バッテリの交換に時間を要するとともに、移動体から取り出したバッテリを一時的にでも保管する空棚を少なくとも１つは用意する必要があるので、バッテリの交換効率および収容効率が低いという問題があった。そのため、バッテリ交換設備において、バッテリの交換効率および収容効率を向上させる技術が求められていた。 In the above-described prior art, one set of forks is used to replace a single battery mounted on a moving object such as a vehicle. After that, it was necessary to grasp and take out the other battery from the storage rack and mount it on the moving object. In this case, it takes time to replace the battery, and it is necessary to prepare at least one empty shelf to temporarily store the battery removed from the mobile object, so the battery replacement efficiency and storage efficiency are low. was there. Therefore, there is a demand for a technique for improving battery exchange efficiency and battery storage efficiency in battery exchange facilities.

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、その目的は、バッテリを搭載可能な移動体におけるバッテリを交換可能な設備におけるバッテリの交換効率および収容効率を向上させることにある。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to improve battery exchange efficiency and battery storage efficiency in a battery exchangeable facility in a mobile body on which a battery can be mounted.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の一態様に係るバッテリ交換装置用制御装置は、バッテリを着脱可能な移動体に搭載される前記バッテリを保管可能な保管部と、前記バッテリを前記移動体および前記保管部の一方から把持して取り出し、前記移動体および前記保管部の他方で解放可能に構成された複数の把持部とを有し、前記移動体と前記保管部との間でバッテリの交換を行うバッテリ交換装置を制御するバッテリ交換装置用制御装置であって、前記バッテリ交換装置による前記バッテリの交換を行うバッテリ交換制御は、前記複数の把持部のうちの一の把持部による前記移動体からバッテリを取り出して前記保管部へ保管するためのバッテリ保管作業と、前記複数の把持部のうちの他の一の把持部による前記保管部からバッテリを取り出して前記移動体に搭載するバッテリ搭載作業とを行う制御を含む。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, a control device for a battery exchange device according to an aspect of the present invention includes a storage unit capable of storing the battery, which is mounted on a mobile body to which the battery is detachable; a plurality of gripping sections configured to be able to grip and take out the battery from one of the moving body and the storage section and release the battery from the other of the moving body and the storage section, wherein the moving body and the storage section A control device for a battery exchange device that controls a battery exchange device that exchanges a battery between a a battery storage operation for taking out a battery from the moving object by a gripping part and storing the battery in the storage part; It includes control for performing battery mounting work to be mounted on the body.

本発明の一態様に係るバッテリ交換装置用制御装置は、上記の発明において、前記バッテリ交換制御は、前記一の把持部による移動体からバッテリを取り出す前に、前記他の一の把持部により前記保管部から前記バッテリを把持させるように制御する。 In the control device for a battery exchange device according to an aspect of the present invention, in the above invention, the battery exchange control is performed by holding the other gripping portion before removing the battery from the moving body by the one gripping portion. Control is performed so that the battery is gripped from the storage unit.

本発明の一態様に係るバッテリ交換装置用制御装置は、上記の発明において、前記バッテリ交換装置は、前記把持部を昇降可能かつ前記把持部を所定の回動軸の周りに旋回可能な旋回昇降機構を有し、前記保管部は、前記旋回昇降機構の前記回動軸を中心とする略半円状の領域に略放射状に複数配置されており、前記バッテリ交換装置用制御装置は、前記複数の把持部を同時に昇降または旋回させる制御を行う。 A control device for a battery exchange device according to an aspect of the present invention is a control device for a battery exchange device according to the above-described invention, wherein the battery exchange device includes a swing-up/down motion capable of lifting and lowering the grip portion and rotating the grip portion around a predetermined rotation axis. a plurality of the storage units are arranged substantially radially in a substantially semicircular region centered on the rotation shaft of the swing/lift mechanism; , and simultaneously raises, lowers, or rotates the gripping portions.

本発明の一態様に係るバッテリ交換装置は、バッテリを着脱可能な移動体に搭載される前記バッテリを保管可能な保管部と、前記バッテリを前記移動体および前記保管部の一方から把持して取り出し、前記移動体および前記保管部の他方で解放可能に構成された複数の把持部とを有し、前記移動体と前記保管部との間でバッテリの交換を行うバッテリ交換装置を制御する制御部とを有するバッテリ交換装置であって、前記制御部による前記バッテリの交換を行うバッテリ交換制御は、前記複数の把持部のうちの一の把持部による前記移動体からバッテリを取り出して前記保管部へ保管するためのバッテリ保管作業と、前記複数の把持部のうちの他の一の把持部による前記保管部からバッテリを取り出して前記移動体に搭載するバッテリ搭載作業とを行う制御を含む。 A battery exchange device according to an aspect of the present invention includes: a storage unit capable of storing the battery mounted on a detachable mobile body; , and a plurality of grips configured to be releasable from the other of the moving body and the storage section, the control section controlling a battery exchange device for exchanging batteries between the moving body and the storage section. wherein the battery exchange control for exchanging the battery by the control unit removes the battery from the moving body by one of the plurality of gripping units and stores it in the storage unit. It includes control for performing a battery storage work for storing, and a battery loading work for taking out a battery from the storage section by another gripping section of the plurality of gripping sections and mounting it on the moving body.

本発明の一態様に係るバッテリ交換装置は、上記の発明において、前記複数の把持部は、一方の把持部と他方の把持部とが一対の把持部を少なくとも一対有し、前記一方の把持部と前記他方の把持部とは互いに、所定の旋回軸を中心として回転対称に配置されて構成される。 In the battery exchange device according to an aspect of the present invention, in the above invention, the plurality of gripping portions have at least a pair of gripping portions in which one gripping portion and the other gripping portion are paired, and the one gripping portion and the other gripping portion are arranged so as to be rotationally symmetrical to each other about a predetermined turning axis.

本発明の一態様に係るバッテリ交換装置は、上記の発明において、前記一方の把持部と前記他方の把持部とは、相互にカウンタウェイトとして機能するように構成されている。 In the battery exchange device according to one aspect of the present invention, in the invention described above, the one gripping portion and the other gripping portion are configured to mutually function as a counterweight.

本発明の一態様に係るバッテリ交換方法は、バッテリを着脱可能な移動体に搭載される前記バッテリを保管可能な保管部と、前記バッテリを前記移動体および前記保管部の一方から把持して取り出し、前記移動体および前記保管部の他方で解放可能に構成された複数の把持部とを有し、前記移動体と前記保管部との間でバッテリの交換を行うバッテリ交換方法であって、前記複数の把持部のうちの一の把持部による前記移動体からバッテリを取り出して前記保管部へ保管するためのバッテリ保管作業と、前記複数の把持部のうちの他の一の把持部による前記保管部からバッテリを取り出して前記移動体に搭載するバッテリ搭載作業との少なくとも一部を並行して行う。 A battery replacement method according to an aspect of the present invention includes: a storage unit capable of storing the battery mounted on a detachable mobile body; , and a plurality of gripping portions configured to be releasable from the other of the moving body and the storage portion, and a battery replacement method for exchanging a battery between the moving body and the storage portion, A battery storage operation for taking out a battery from the moving object by one of the plurality of grips and storing it in the storage, and storing the battery by another grip of the plurality of grips. At least a part of the battery mounting work of removing the battery from the unit and mounting it on the moving body is performed in parallel.

本発明に係るバッテリ交換装置用制御装置、バッテリ交換装置、およびバッテリ交換方法によれば、バッテリを搭載可能な移動体におけるバッテリを交換可能な設備におけるバッテリの交換効率および収容効率を向上させることが可能となる。 According to the battery exchange device control device, the battery exchange device, and the battery exchange method according to the present invention, it is possible to improve the battery exchange efficiency and battery accommodation efficiency in equipment capable of exchanging batteries in a mobile body on which a battery can be mounted. It becomes possible.

図１は、本発明の一実施形態による制御装置を適用したバッテリ交換システムの構成を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a battery exchange system to which a control device according to one embodiment of the invention is applied. 図２は、本発明の一実施形態によるバッテリ交換施設の構成を概略的に示す上面図である。FIG. 2 is a top view schematically showing the configuration of the battery exchange facility according to one embodiment of the present invention. 図３は、本発明の一実施形態によるバッテリ交換施設における昇降機構の構成の概略を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a schematic configuration of an elevating mechanism in a battery exchange facility according to one embodiment of the present invention. 図４は、本発明の一実施形態によるバッテリ交換施設におけるフォークの動作方法を説明するための図である。FIG. 4 is a diagram for explaining a method of operating a fork in a battery exchange facility according to an embodiment of the present invention. 図５は、本発明の一実施形態によるバッテリ交換施設におけるフォークの動作方法を説明するための図である。FIG. 5 is a diagram for explaining a method of operating a fork in a battery exchange facility according to an embodiment of the present invention. 図６は、従来技術によるバッテリ交換施設の構成を概略的に示す上面図である。FIG. 6 is a top view schematically showing the configuration of a battery exchange facility according to the prior art. 図７は、従来技術によるバッテリ交換施設における昇降機構の構成の概略を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing a schematic configuration of a lifting mechanism in a battery exchange facility according to the prior art.

以下、本発明の一実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、以下の一実施形態の全図においては、同一または対応する部分には同一の符号を付す。また、本発明は以下に説明する一実施形態によって限定されるものではない。 An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, in all the drawings of the following one embodiment, the same reference numerals are given to the same or corresponding parts. Moreover, the present invention is not limited to the one embodiment described below.

図１は、本発明の一実施形態による制御が適用されたバッテリ交換システムを示す。図１に示すように、電池交換ステーションとしてのバッテリ交換システム１は、ネットワーク２を介して互いに通信可能な、バッテリ交換装置用制御装置としての制御装置１０、およびバッテリ交換装置としてのバッテリ交換施設２０を有する。なお、制御装置１０はバッテリ交換施設２０と一体に構成されていても良く、バッテリ交換施設２０が制御装置１０を備えても良く、設定場所は限定されない。 FIG. 1 illustrates a battery exchange system with applied control according to one embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, a battery exchange system 1 as a battery exchange station includes a control device 10 as a battery exchange device control device and a battery exchange facility 20 as a battery exchange device that can communicate with each other via a network 2. have Note that the control device 10 may be configured integrally with the battery exchange facility 20, or the battery exchange facility 20 may include the control device 10, and the setting location is not limited.

ネットワーク２は、有線通信や無線通信が適宜組み合わされて構成され、インターネット回線網や携帯電話回線網などの通信網から構成される。ネットワーク２は、例えば、専用線、インターネットなどの公衆通信網、例えばＬＡＮ（Local Area Network）、ＷＡＮ（Wide Area Network）、携帯電話などの電話通信網や公衆回線、ＶＰＮ（Virtual Private Network）などの一または複数の組み合わせからなる。制御装置１０とバッテリ交換施設２０とは、ネットワーク２を介して接続されている。 The network 2 is configured by appropriately combining wired communication and wireless communication, and is configured by a communication network such as an Internet line network and a mobile phone line network. The network 2 includes, for example, a dedicated line, a public communication network such as the Internet, a LAN (Local Area Network), a WAN (Wide Area Network), a telephone communication network such as a mobile phone, a public line, and a VPN (Virtual Private Network). It consists of one or more combinations. Control device 10 and battery exchange facility 20 are connected via network 2 .

（電動車両）
移動体としての電動車両３０は、バッテリ４０を着脱可能かつ搭載可能に構成される。電動車両３０は、例えば塵芥車や配送車などの車両からなり、電機によって駆動される電気自動車の構成を有する。電動車両３０は、ＲＦＩＤ（Radio Frequency IDentification）機器などからなるＩＤ出力部３１を備える。ＩＤ出力部３１は、個々の電動車両３０を互いに識別するための車両識別ＩＤの情報を出力する。 (electric vehicle)
An electric vehicle 30 as a mobile body is configured such that a battery 40 can be detachably mounted thereon. The electric vehicle 30 is, for example, a garbage truck, a delivery vehicle, or the like, and has a configuration of an electric vehicle driven by an electric machine. The electric vehicle 30 includes an ID output unit 31 such as an RFID (Radio Frequency IDentification) device. The ID output unit 31 outputs vehicle identification ID information for identifying the individual electric vehicles 30 from each other.

電動車両３０は、バッテリ交換施設２０との間で非接触通信可能に構成される。すなわち、バッテリ交換施設２０が備えるＩＤセンサ２６によって、ＩＤ出力部３１との間で非接触通信を行うことにより、少なくとも電動車両３０の車両識別ＩＤを非接触的に相互に通信可能に構成される。 Electric vehicle 30 is configured to be capable of contactless communication with battery exchange facility 20 . That is, by performing non-contact communication with the ID output unit 31 by the ID sensor 26 provided in the battery exchange facility 20, at least the vehicle identification ID of the electric vehicle 30 can be communicated with each other in a non-contact manner. .

（制御装置）
制御装置１０は、制御部１１、記憶部１２、および通信部１３を備える。制御装置１０は、ハードウェアを有する制御手段としてバッテリ交換施設２０を制御する。 (Control device)
The control device 10 includes a control section 11 , a storage section 12 and a communication section 13 . The control device 10 controls the battery exchange facility 20 as control means having hardware.

制御部１１は、具体的に、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）などのプロセッサ、およびＲＡＭ（Random Access Memory）やＲＯＭ（Read Only Memory）などの主記憶部を備える。 Specifically, the control unit 11 includes a processor such as a CPU (Central Processing Unit), DSP (Digital Signal Processor), FPGA (Field-Programmable Gate Array), RAM (Random Access Memory), ROM (Read Only Memory), and the like. of main memory.

記憶部１２は、ＥＰＲＯＭ（Erasable Programmable ROM）、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、ＳＳＤ（Solid State Drive）、およびリムーバブルメディアなどから選ばれた記憶媒体から構成される。なお、リムーバブルメディアは、例えば、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）メモリ、または、ＣＤ（Compact Disc）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）、またはＢＤ（Blu-ray（登録商標） Disc）のようなディスク記録媒体が挙げられる。記憶部１２には、オペレーティングシステム（Operating System：ＯＳ）や、車両情報データベース１２ａなどの、各種プログラム、各種テーブル、各種データベースなどを格納することができる。 The storage unit 12 is composed of a storage medium selected from EPROM (Erasable Programmable ROM), HDD (Hard Disk Drive), SSD (Solid State Drive), removable media, and the like. Note that removable media include, for example, USB (Universal Serial Bus) memory, or disc recording media such as CD (Compact Disc), DVD (Digital Versatile Disc), or BD (Blu-ray (registered trademark) Disc). mentioned. The storage unit 12 can store an operating system (OS), various programs such as a vehicle information database 12a, various tables, various databases, and the like.

ハードウェアを有するプロセッサとしての制御部１１は、記憶部１２に格納されたプログラムを主記憶部の作業領域にロードして実行し、プログラムの実行を通じて、交換制御部１１１、および車両識別部１１２の機能を実現できる。ここで、プログラムは、機械学習などによって生成された学習モデルを含む。なお、学習モデルは、学習済みモデルやモデルなどとも称される。学習モデルは、教師あり学習として、所定の入力パラメータと出力パラメータとの入出力データセットを教師データとした例えばニューラルネットワークを用いた深層学習（ディープラーニング）などや、教師なし学習である強化学習などの機械学習により生成できる。 The control unit 11 as a processor having hardware loads a program stored in the storage unit 12 into a work area of the main storage unit and executes the program. function can be realized. Here, the program includes a learning model generated by machine learning or the like. Note that the learning model is also called a trained model, a model, or the like. The learning model is supervised learning, such as deep learning using a neural network using input and output data sets of predetermined input parameters and output parameters as supervised learning, and reinforcement learning, which is unsupervised learning. can be generated by machine learning.

通信部１３は、例えば、ＬＡＮインターフェースボード、有線通信のための有線通信回路、または無線通信のための無線通信回路である。ＬＡＮインターフェースボードや有線通信回路や無線通信回路は、ネットワーク２に接続される。送信部および受信部としての通信部１３は、ネットワーク２に接続してバッテリ交換施設２０との間で通信可能に構成される。 The communication unit 13 is, for example, a LAN interface board, a wired communication circuit for wired communication, or a wireless communication circuit for wireless communication. A LAN interface board, a wired communication circuit, and a wireless communication circuit are connected to the network 2 . The communication unit 13 as a transmission unit and a reception unit is configured to connect to the network 2 and communicate with the battery exchange facility 20 .

（従来のバッテリ交換施設）
次に、本発明の理解を容易にするために、従来技術が有する問題点について説明する。図６は、従来技術によるバッテリ交換施設の構成を概略的に示す上面図である。 (traditional battery exchange facility)
Next, in order to facilitate understanding of the present invention, the problems of the prior art will be described. FIG. 6 is a top view schematically showing the configuration of a battery exchange facility according to the prior art.

図６に示すように、従来技術によるバッテリ交換ステーションであるバッテリ交換施設１２０においては、バッテリ交換設備１２２を備える。バッテリ交換設備１２２は、旋回昇降機構としての旋回式の昇降機構１２１と、それぞれバッテリ４０を保管する複数の保管ラック１２３と、伸縮式のフォーク１２４とを有して構成される。バッテリ交換設備１２２の各構成要素は、所定の制御部（図示せず）によって制御される。バッテリ４０を搭載した電動車両３０は、バッテリ交換施設に到着すると、バッテリ交換施設１２０を介して、使用後のバッテリ４０を保管ラック１２３内の新たなバッテリ４０と交換可能である。 As shown in FIG. 6, a prior art battery exchange station, battery exchange facility 120 , includes a battery exchange facility 122 . The battery exchange facility 122 includes a swivel elevating mechanism 121 as a swiveling elevating mechanism, a plurality of storage racks 123 each storing a battery 40 , and an extendable fork 124 . Each component of the battery exchange facility 122 is controlled by a predetermined controller (not shown). When the electric vehicle 30 equipped with the battery 40 arrives at the battery exchange facility, the used battery 40 can be exchanged for a new battery 40 in the storage rack 123 via the battery exchange facility 120 .

保管ラック１２３は、平面視で昇降機構１２１の旋回軸１２１ａを中心とする半円状の領域に放射状に複数配置される。旋回式の昇降機構１２１は、旋回軸１２１ａの周りに旋回可能であるとともに上下に昇降移動可能である。伸縮式のフォーク１２４は、昇降機構１２１から水平方向の外側に延伸しており、伸縮して延在長を調整可能である。フォーク１２４の先端には、バッテリ４０を把持可能および解放可能に構成された把持部１２４ａが設けられている。 A plurality of storage racks 123 are radially arranged in a semicircular region centered on the pivot shaft 121a of the lifting mechanism 121 in plan view. The swivel-type elevating mechanism 121 can swivel around a swivel shaft 121a and can move up and down. The telescoping fork 124 extends horizontally outward from the lifting mechanism 121 and can be telescopically adjusted to adjust the extension length. At the tip of the fork 124, a gripping portion 124a configured to grip and release the battery 40 is provided.

図７は、従来技術によるバッテリ交換施設１２０における昇降機構１２１の構成の概略を示す図である。図７に示すように、上述したバッテリ交換施設１２０に設けられる昇降機構１２１は、上部に昇降モータ１２７およびスプロケット１２７ａが配置されている。スプロケット１２７ａは昇降モータ１２７に連結されている。また、スプロケット１２７ａには、チェーン１２８ａ，１２８ｂが掛けまわされており、一方の端部がフォーク１２４のキャリア１２４ｂに連結されているとともに、他方の端部が所定の重量を有するカウンタウェイト１２９に連結されている。これにより、昇降モータ１２７の回転駆動によって、フォーク１２４を昇降可能に構成される。 FIG. 7 is a diagram showing a schematic configuration of the lifting mechanism 121 in the battery exchange facility 120 according to the prior art. As shown in FIG. 7, the elevating mechanism 121 provided in the battery exchange facility 120 described above has an elevating motor 127 and a sprocket 127a arranged in the upper portion thereof. The sprocket 127 a is connected to the lift motor 127 . Chains 128a and 128b are wound around the sprocket 127a, one end of which is connected to the carrier 124b of the fork 124, and the other end of which is connected to a counterweight 129 having a predetermined weight. It is As a result, the fork 124 can be moved up and down by the rotational driving of the lift motor 127 .

以上のように構成されたバッテリ交換施設１２０においては、バッテリを把持したり解放したりするためのフォーク１２４が１式のみである。この場合、電動車両３０におけるバッテリ４０の交換は次のように行われる。 In the battery exchange facility 120 configured as described above, there is only one set of forks 124 for gripping and releasing the battery. In this case, replacement of the battery 40 in the electric vehicle 30 is performed as follows.

すなわち、図６に示すように、電動車両３０がバッテリ交換施設１２０に到着して、バッテリ交換設備１２２に横付けして停車する。次に、バッテリ交換設備１２２の交換用開口部１２２ａからフォーク１２４が外部に延伸される。その後、バッテリ交換施設１２０の昇降機構１２１（図７参照）によって、フォーク１２４を下降させて、先端の把持部１２４ａによって電動車両３０のバッテリ４０を把持する。 That is, as shown in FIG. 6 , the electric vehicle 30 arrives at the battery exchange facility 120 and stops alongside the battery exchange facility 122 . Next, the fork 124 is extended outside from the replacement opening 122 a of the battery replacement facility 122 . Thereafter, the fork 124 is lowered by the elevating mechanism 121 (see FIG. 7) of the battery exchange facility 120, and the battery 40 of the electric vehicle 30 is gripped by the gripping portion 124a at the tip.

次に、図６に示すように、バッテリ４０は、把持部１２４ａによって把持された状態で、昇降機構１２１によって上昇されて電動車両３０から取り外された後、フォーク１２４が短縮されることにより、バッテリ交換設備１２２内に引き込まれる。 Next, as shown in FIG. 6, the battery 40 is lifted by the lifting mechanism 121 and removed from the electric vehicle 30 while being held by the holding portion 124a. It is drawn into the exchange facility 122 .

次に、昇降機構１２１は、フォーク１２４を、旋回軸１２１ａを中心に空保管ラック１２３ａまで旋回させた後に延伸させて後に下降させて、取り外したバッテリ４０を空保管ラック１２３ａに載置する。バッテリ４０の載置後にフォーク１２４は短縮され、昇降機構１２１は、フォーク１２４をバッテリ４０が保管された保管ラック１２３までさらに旋回させる。昇降機構１２１は、フォーク１２４を延伸させて把持部１２４ａによって充電された状態のバッテリ４０を把持した後、フォーク１２４を上昇させ、さらに短縮させて、バッテリ４０を保管ラック１２３から取り出す。 Next, the lifting mechanism 121 swings the fork 124 around the swing shaft 121a to the empty storage rack 123a, extends it, and then lowers it to place the removed battery 40 on the empty storage rack 123a. After placing the battery 40, the fork 124 is shortened and the lifting mechanism 121 pivots the fork 124 further to the storage rack 123 where the battery 40 is stored. The elevating mechanism 121 extends the fork 124 to grip the charged battery 40 by the gripping portion 124 a , then raises the fork 124 and further shortens it to take out the battery 40 from the storage rack 123 .

続いて、昇降機構１２１は、フォーク１２４を、旋回軸１２１ａを中心に交換用開口部１２２ａまで旋回させた後に延伸させる。次に、昇降機構１２１はフォーク１２４を操作して、電動車両３０のキャリアの直上にバッテリ４０を配置した後、下降させる。フォーク１２４の把持部１２４ａはバッテリ４０を解放して、電動車両３０のキャリア３２（載置台）に載置させる。 Subsequently, the lifting mechanism 121 extends the fork 124 after rotating it to the replacement opening 122a around the rotating shaft 121a. Next, the lifting mechanism 121 operates the fork 124 to place the battery 40 directly above the carrier of the electric vehicle 30 and then lower it. The grip portion 124 a of the fork 124 releases the battery 40 and places it on the carrier 32 (placing table) of the electric vehicle 30 .

以上により、電動車両３０におけるバッテリ４０の交換処理が行われる。以上の従来技術によるバッテリ４０の交換処理においては、電動車両３０がバッテリ交換施設１２０に到着してから、充電されたバッテリ４０が取り付けられて発車できる状態になるまでの時間として、約３分程度の時間を要していた。この場合、１０台程度の電動車両３０においてバッテリ４０を交換させるのに要する時間は、約３０分以上になるため、バッテリ４０の交換を要する電動車両３０が多いと、バッテリ交換施設１２０までの経路において、電動車両３０が渋滞する状態になることがあり、バッテリ４０の交換をより効率良く行う必要があった。 As described above, the replacement process of the battery 40 in the electric vehicle 30 is performed. In the process of replacing the battery 40 according to the above-described conventional technology, the time from when the electric vehicle 30 arrives at the battery replacement facility 120 to when the charged battery 40 is attached and ready for departure is about 3 minutes. time was required. In this case, it takes about 30 minutes or more to replace the batteries 40 of about ten electric vehicles 30. , the electric vehicle 30 may be congested, and it is necessary to replace the battery 40 more efficiently.

（バッテリ交換施設）
そこで、本発明者は、いわゆるツインフォーク型バッテリ交換ステーションの構成を有するバッテリ交換装置としてのバッテリ交換施設２０を案出した。図１に示すように、本発明の一実施形態によるバッテリ交換施設２０は、通信部２１ａを有する制御部２１、少なくとも１つの保管ラック２３と少なくとも２式のフォーク２４，２５とを備えたバッテリ交換設備２２、およびＩＤセンサ２６を備える。 (battery exchange facility)
Accordingly, the present inventor devised a battery exchange facility 20 as a battery exchange device having a configuration of a so-called twin-fork type battery exchange station. As shown in FIG. 1, a battery exchange facility 20 according to one embodiment of the present invention comprises a control unit 21 having a communication unit 21a, at least one storage rack 23 and at least two sets of forks 24, 25 for battery exchange. A facility 22 and an ID sensor 26 are provided.

制御部２１および通信部２１ａはそれぞれ、物理的および機能的には、上述した制御部１１および通信部１３と同様の構成を有する。なお、制御部２１による情報処理は、制御装置１０によって実行されることが好ましい。すなわち、バッテリ交換施設２０の制御部２１として制御装置１０を用いることが好ましい。 The control unit 21 and the communication unit 21a are physically and functionally similar in configuration to the control unit 11 and the communication unit 13 described above. Information processing by the control unit 21 is preferably executed by the control device 10 . That is, it is preferable to use the controller 10 as the controller 21 of the battery exchange facility 20 .

図２は、本実施形態によるバッテリ交換施設２０の構成を概略的に示す上面図である。図２に示すように、本実施形態によるツインフォーク型バッテリ交換ステーションであるバッテリ交換施設２０においては、バッテリ交換設備２２が制御部２１により制御される。制御部２１は通信部２１ａを有し、ネットワーク２を介して外部と通信可能に構成される。ＩＤセンサ２６は、制御部２１により制御され、ＩＤセンサ２６が受信した車両識別ＩＤは、制御部２１に送信される。 FIG. 2 is a top view schematically showing the configuration of the battery exchange facility 20 according to this embodiment. As shown in FIG. 2 , in a battery exchange facility 20 that is a twin-fork type battery exchange station according to this embodiment, a battery exchange facility 22 is controlled by a control section 21 . The control unit 21 has a communication unit 21a and is configured to be able to communicate with the outside via the network 2 . The ID sensor 26 is controlled by the control unit 21 , and the vehicle identification ID received by the ID sensor 26 is transmitted to the control unit 21 .

バッテリ交換施設２０におけるバッテリ交換設備２２は、旋回式の昇降機構２２１と、それぞれバッテリ４０を保管可能な複数の保管ラック２３と、少なくとも一対の伸縮式のフォーク２４，２５とを有して構成される。バッテリ交換設備２２の各構成要素は、制御部２１によって制御される。バッテリ４０を搭載した電動車両３０は、バッテリ交換施設２０に到着すると、バッテリ交換施設２０を介して使用後のバッテリ４０を保管ラック２３内の新たなバッテリ４０と交換可能である。 The battery exchange facility 22 in the battery exchange facility 20 includes a revolving elevating mechanism 221, a plurality of storage racks 23 each capable of storing the battery 40, and at least a pair of telescoping forks 24 and 25. be. Each component of the battery exchange facility 22 is controlled by the controller 21 . When the electric vehicle 30 equipped with the battery 40 arrives at the battery exchange facility 20 , the used battery 40 can be exchanged for a new battery 40 in the storage rack 23 via the battery exchange facility 20 .

保管ラック２３は、平面視で昇降機構２２１の旋回軸２２２を中心とする略半円状の領域に略放射状に複数配置される。具体的には、複数の保管ラック２３はそれぞれ、水平面における長手方向が旋回したフォーク２４，２５の伸縮方向に平行になるように、円弧状に配置される。 A plurality of storage racks 23 are arranged substantially radially in a substantially semicircular area centered on the pivot shaft 222 of the lifting mechanism 221 in plan view. Specifically, each of the plurality of storage racks 23 is arranged in an arc so that the longitudinal direction on the horizontal plane is parallel to the direction of expansion and contraction of the forks 24 and 25 that are turned.

旋回式の昇降機構２２１は、フォークを複数式、好適には偶数式、本実施形態においては２式配置されて構成される。伸縮式のフォーク２４，２５はそれぞれ、昇降機構２２１から水平方向の外側に延伸可能に構成され、伸縮して延在長を調整可能である。昇降機構２２１において、フォーク２４，２５のうちの一方の把持部となるフォーク２４，２５が交換用開口部２２ａから電動車両３０に延伸した場合に、他方の把持部となるフォーク２４，２５が反対方向に延伸する配置である。昇降機構２２１のフォーク２４，２５は、旋回軸２２２の周りにこの状態で例えば±１８０°旋回可能であるとともに上下に昇降移動可能に構成される。フォーク２４，２５のそれぞれの先端には、バッテリ４０を把持可能および解放可能に構成された把持部２４ａ，２５ａが設けられている。 The swing-type elevating mechanism 221 is configured by arranging a plurality of forks, preferably an even number, two in this embodiment. The telescoping forks 24 and 25 are configured so as to be horizontally extendable from the lifting mechanism 221, and the extension length can be adjusted by extending and retracting. In the lifting mechanism 221, when the forks 24 and 25, which are one of the forks 24 and 25, extend toward the electric vehicle 30 from the replacement opening 22a, the forks 24 and 25, which are the other gripping portion, are in the opposite direction. It is an arrangement that extends in the direction. The forks 24 and 25 of the elevating mechanism 221 are configured to be able to rotate, for example, ±180° around the rotating shaft 222 in this state and to move up and down. Grasping portions 24 a , 25 a configured to be able to grasp and release the battery 40 are provided at the respective ends of the forks 24 , 25 .

図３は、本実施形態によるバッテリ交換施設２０における昇降機構２２１の構成の概略を示す図である。図３に示すように、バッテリ交換施設２０に設けられる昇降機構２２１は、上部に昇降モータ２７および、昇降モータ２７に連結されたスプロケット２７ａが配置されている。スプロケット２７ａには、１本のチェーン２８が掛けまわされている。スプロケット２７ａの一方の側において、チェーン２８の一方の端部がフォーク２４のキャリア２２４に連結されて、フォーク２４が吊り下げられている。スプロケット２７ａの他方の側においてチェーン２８の他方の端部がフォーク２５のキャリア２２５に連結されて、フォーク２５が吊り下げられている。 FIG. 3 is a diagram showing a schematic configuration of the lifting mechanism 221 in the battery exchange facility 20 according to this embodiment. As shown in FIG. 3, the lifting mechanism 221 provided in the battery exchange facility 20 has a lifting motor 27 and a sprocket 27a connected to the lifting motor 27 at the top. One chain 28 is wound around the sprocket 27a. On one side of the sprocket 27a, one end of the chain 28 is connected to the carrier 224 of the fork 24 to suspend the fork 24. As shown in FIG. The other end of the chain 28 is connected to the carrier 225 of the fork 25 on the other side of the sprocket 27a to suspend the fork 25. As shown in FIG.

フォーク２４，２５は、昇降モータ２７の回転駆動によって昇降可能に構成される。フォーク２４，２５が互いに略等しい重量である場合、互いの重量が同じであることから、スプロケット２７ａの両側において吊り下げ荷重が相殺されて、昇降モータ２７の負荷を大幅に低減できる。すなわち、フォーク２４を上昇させる場合、フォーク２５を下降させることにより、フォーク２５の吊り下げ荷重を利用することができる。フォーク２５を上昇させる場合も同様である。そのため、スプロケット２７ａを回転させるために要する負荷が低減される。換言すると、互いに略等しい重量に設定されたフォーク２４，２５は、互いにカウンタウェイトとして機能する。 The forks 24 and 25 are configured to be movable up and down by rotational driving of an elevation motor 27 . When the forks 24 and 25 have approximately the same weight, the suspension load is canceled on both sides of the sprocket 27a, and the load on the lift motor 27 can be greatly reduced. That is, when the fork 24 is raised, the suspension load of the fork 25 can be used by lowering the fork 25 . The same applies when the fork 25 is raised. Therefore, the load required to rotate the sprocket 27a is reduced. In other words, the forks 24 and 25, which are set to approximately equal weights, function as counterweights to each other.

図４および図５は、本実施形態によるバッテリ交換施設２０におけるフォーク２４，２５の動作方法を説明するための図である。図４および図５に示すように、フォーク２４，２５は、例えば３段スライドフォーク構造を有している。すなわち、フォーク２４は、ベースフォーク２４１、サードフォーク２４２、セカンドフォーク２４３、およびトップフォーク２４４を有する。ベースフォーク２４１はキャリア２２４に固定されている。 4 and 5 are diagrams for explaining the operating method of the forks 24 and 25 in the battery exchange facility 20 according to this embodiment. As shown in FIGS. 4 and 5, the forks 24 and 25 have, for example, a three-stage slide fork structure. That is, the fork 24 has a base fork 241 , a third fork 242 , a second fork 243 and a top fork 244 . A base fork 241 is fixed to the carrier 224 .

ベースフォーク２４１の先端側とセカンドフォーク２４３の先端側とは、スプロケット２４７に掛けまわされたチェーン２４６により連結されている。サードフォーク２４２の先端側とトップフォーク２４４の先端側とは、スプロケット２４９に掛けまわされたチェーン２４８により連結されている。サードフォーク２４２の伸縮方向（図中、左右方向）に直交する方向の一方の面には直線状のギヤ２４５が設けられている。ギヤ２４５には、移載モータ２４０に連結されて連動された歯車２４０ａが歯合され、サードフォーク２４２においてラック＆ピニオン機構が構成される。これにより、図５に示すように、移載モータ２４０を回転させて歯車２４０ａを回転させ、サードフォーク２４２を伸縮方向に押し出すと、スプロケット２４７が伸縮方向に移動して、チェーン２４６によって連結されたセカンドフォーク２４３が押し出される。これに伴って、トップフォーク２４４が連動して押し出される。これにより、把持部２４ａが伸縮方向（図５中、矢印方向）に延伸される。チェーン２４６，２４８によって連結されたセカンドフォーク２４３およびトップフォーク２４４が連動して押し出される。以上により、フォーク２４が延伸することにより、把持部２４ａが伸縮方向（図５中、矢印方向）に移動される。 The tip side of the base fork 241 and the tip side of the second fork 243 are connected by a chain 246 wound around a sprocket 247 . The distal end side of the third fork 242 and the distal end side of the top fork 244 are connected by a chain 248 wound around a sprocket 249 . A linear gear 245 is provided on one surface of the third fork 242 in a direction perpendicular to the extension/contraction direction (horizontal direction in the figure). The gear 245 is meshed with a gear 240a that is coupled to and interlocked with the transfer motor 240, and the third fork 242 constitutes a rack and pinion mechanism. As a result, as shown in FIG. 5, when the transfer motor 240 is rotated to rotate the gear 240a and the third fork 242 is pushed out in the telescopic direction, the sprocket 247 is moved in the telescopic direction and connected by the chain 246. Second fork 243 is pushed out. Along with this, the top fork 244 is pushed out together. As a result, the grip portion 24a is stretched in the stretching direction (arrow direction in FIG. 5). The second fork 243 and the top fork 244 connected by the chains 246, 248 are pushed out together. As a result of the extension of the fork 24, the grasping portion 24a is moved in the extension/retraction direction (the arrow direction in FIG. 5).

また、一対のフォーク２４，２５は互いに、延在方向が１８０度ずれて隣接して設けられる。すなわち、本実施形態において、フォーク２４の延在する方向とフォーク２５の延在する方向とは、反対方向になるように、２式のフォーク２４，２５が昇降機構２２１の旋回軸２２２の両側に隣接して設けられる。 Also, the pair of forks 24 and 25 are provided adjacent to each other with their extension directions shifted by 180 degrees. That is, in this embodiment, the two sets of forks 24 and 25 are arranged on both sides of the pivot shaft 222 of the lifting mechanism 221 so that the extending direction of the fork 24 and the extending direction of the fork 25 are opposite to each other. provided adjacent to each other.

以上のように構成されたバッテリ交換施設１２０においては、バッテリ４０を把持したり解放したりするためのフォーク２４，２５が２式設けられ、伸縮する向きが反対向きになるように構成されている。この場合、電動車両３０におけるバッテリ４０の交換は次のように行われる。 In the battery exchange facility 120 configured as described above, two sets of forks 24 and 25 for gripping and releasing the battery 40 are provided, and are configured to extend and retract in opposite directions. . In this case, replacement of the battery 40 in the electric vehicle 30 is performed as follows.

（バッテリ交換処理）
すなわち、バッテリ交換設備２２内に複数のフォーク２４，２５を配置し、電動車両３０が進入するとともに、あらかじめ一方のフォーク、ここではフォーク２４によって、満充電のバッテリ４０を交換可能に取り出して待機しておく。次に、電動車両３０の運転手が交換開始ボタンを押下するなどの、交換開始を指示する処理を実行すると、他方のフォーク、ここではフォーク２５によって電動車両３０からバッテリ４０を取り外してバッテリ交換設備２２内に移動後、フォーク２４，２５を１８０°旋回させて、待機している満充電のバッテリ４０を電動車両３０に搭載する。 (battery replacement process)
That is, a plurality of forks 24 and 25 are arranged in the battery exchange facility 22, and when the electric vehicle 30 enters, one of the forks, here the fork 24, takes out the fully charged battery 40 in a replaceable manner and waits. Keep Next, when the driver of the electric vehicle 30 executes a process of instructing the start of exchange, such as pressing an exchange start button, the battery 40 is removed from the electric vehicle 30 by the other fork, here the fork 25, and the battery exchange facility is activated. 22, the forks 24 and 25 are turned 180°, and the fully-charged battery 40 on standby is mounted on the electric vehicle 30. - 特許庁

以下に、これらのバッテリ交換処理について詳細に説明する。なお、バッテリ交換施設２０の各構成要素は、制御装置１０から通信部１３，２１ａを介して取得した信号に基づいて制御部２１により制御され、制御部２１が取得した情報も、適宜または取得した都度、制御装置１０に送信される。そのため、バッテリ交換施設２０の各構成要素は、制御装置１０の制御部１１によって間接的に制御されるが、情報の送受信や通信についての都度の説明は省略する。なお、バッテリ交換施設２０に制御装置１０が設けられている場合には、制御部２１が制御装置１０に置き換えられる。 These battery replacement processes will be described in detail below. Each component of the battery exchange facility 20 is controlled by the control unit 21 based on signals acquired from the control device 10 via the communication units 13 and 21a, and the information acquired by the control unit 21 is also appropriately or acquired. It is transmitted to the control device 10 each time. Therefore, each component of the battery exchange facility 20 is indirectly controlled by the control unit 11 of the control device 10, but descriptions of information transmission/reception and communication are omitted each time. Note that when the control device 10 is provided in the battery exchange facility 20 , the control unit 21 is replaced with the control device 10 .

（車両識別工程）
すなわち、まず、電動車両３０がバッテリ交換施設２０に近づく。バッテリ交換施設２０の制御部２１は、電動車両３０のＩＤ出力部３１とＩＤセンサ２６との非接触通信によって、電動車両３０の車両識別ＩＤを取得する。これにより、制御装置１０の制御部１１は、電動車両３０の車両識別ＩＤを取得して、記憶部１２の車両情報データベース１２ａに格納する。制御部１１の車両識別部１１２は、取得した車両識別ＩＤに基づいて、記憶部１２の車両情報データベース１２ａから、近づいた電動車両３０に搭載するバッテリ４０の種類を確定する。なお、バッテリ４０の種類が１種類のみの場合には、種類を確定する処理を省略できる。バッテリ４０の種類情報は、制御部１１の交換制御部１１１に出力される。 (Vehicle identification process)
First, the electric vehicle 30 approaches the battery exchange facility 20 . The control unit 21 of the battery exchange facility 20 acquires the vehicle identification ID of the electric vehicle 30 through contactless communication between the ID output unit 31 of the electric vehicle 30 and the ID sensor 26 . Thereby, the control unit 11 of the control device 10 acquires the vehicle identification ID of the electric vehicle 30 and stores it in the vehicle information database 12 a of the storage unit 12 . The vehicle identification unit 112 of the control unit 11 determines the type of the battery 40 to be mounted on the approaching electric vehicle 30 from the vehicle information database 12a of the storage unit 12 based on the acquired vehicle identification ID. Note that if there is only one type of battery 40, the process of determining the type can be omitted. The type information of the battery 40 is output to the replacement control section 111 of the control section 11 .

（バッテリ準備工程）
バッテリ４０の種類情報を取得した交換制御部１１１は、取得した種類情報に適合するバッテリ４０が載置された保管ラック２３の前に、一対のフォーク２４，２５の一方、ここでは例えばフォーク２４の延伸する側が位置するように、昇降機構２２１を旋回させる。これにより、フォーク２４の延伸側が所定の保管ラック２３の前に位置する。次に、交換制御部１１１は、フォーク２４の現在の高さに基づいて昇降機構２２１を制御することにより、必要に応じて、フォーク２４を下降させるとともにフォーク２５を上昇させる。なお、フォーク２４がすでに下降した高さである場合には、下降させる制御は不要である。 (Battery preparation process)
After acquiring the type information of the battery 40, the exchange control unit 111 places one of the pair of forks 24 and 25, for example, the fork 24, in front of the storage rack 23 on which the battery 40 matching the acquired type information is placed. The lifting mechanism 221 is rotated so that the extending side is positioned. Thereby, the extended side of the fork 24 is positioned in front of the predetermined storage rack 23 . Next, the exchange control unit 111 lowers the fork 24 and raises the fork 25 as necessary by controlling the lifting mechanism 221 based on the current height of the fork 24 . If the fork 24 has already been lowered, control to lower it is unnecessary.

次に、交換制御部１１１は、フォーク２４を制御して、フォーク２４の先端をバッテリ４０まで延伸させて、先端の把持部２４ａによってバッテリ４０を把持する。なお、バッテリ４０の上部にフォークポケットが設けられている場合には、フォークポケットに把持部２４ａを差し込んでフォークポケットを把持する。続いて、交換制御部１１１は、フォーク２５を下降させるとともにフォーク２４を上昇させて、保管ラック２３からバッテリ４０を取り出す。その後、交換制御部１１１は、移載モータ２４０を回転させてフォーク２４を短縮させる。これにより、昇降機構２２１は、バッテリ交換設備２２内において旋回軸２２２を中心として旋回可能になる。交換制御部１１１は、バッテリ４０を把持していない側のフォーク２４，２５、ここではフォーク２５を、交換用開口部２２ａを通じて延伸可能な位置まで旋回させる。なお、バッテリ交換設備２２の内部の空間における高さを高くすることによって、フォーク２４を上昇させた状態で、旋回可能に構成しても良い。これらの一連の動作の間に、電動車両３０は、バッテリ交換施設２０のバッテリ交換設備２２に横付けして停車する。 Next, the replacement control unit 111 controls the fork 24 to extend the tip of the fork 24 to the battery 40 and grip the battery 40 with the tip gripping portion 24a. If a fork pocket is provided above the battery 40, the gripping portion 24a is inserted into the fork pocket to grip the fork pocket. Subsequently, the exchange control unit 111 lowers the fork 25 and raises the fork 24 to take out the battery 40 from the storage rack 23 . After that, the exchange control unit 111 rotates the transfer motor 240 to shorten the fork 24 . As a result, the lifting mechanism 221 can turn around the turning shaft 222 inside the battery exchange facility 22 . The replacement control unit 111 turns the forks 24 and 25 on the side not gripping the battery 40, here the fork 25, to a position where it can be extended through the replacement opening 22a. By increasing the height of the space inside the battery exchange facility 22, the fork 24 may be configured so as to be able to turn while being raised. During this series of operations, the electric vehicle 30 comes to a stop alongside the battery exchange facility 22 of the battery exchange facility 20 .

（交換処理開始工程）
次に、電動車両３０は、バッテリ交換設備２２に横付けした状態で、交換処理の開始信号を出力する。交換制御部１１１は、交換処理の開始信号を取得すると、バッテリ交換設備２２における交換用開口部２２ａの扉を開放する。 (Replacement process start process)
Next, the electric vehicle 30 outputs a start signal for the replacement process while being alongside the battery replacement facility 22 . The exchange control unit 111 opens the door of the exchange opening 22a in the battery exchange facility 22 when the exchange process start signal is acquired.

（バッテリ取り外し工程）
次に、交換制御部１１１は、フォーク２４，２５のうちの一方、ここではフォーク２５をバッテリ交換設備２２の交換用開口部２２ａから外部に延伸させる。延伸されたフォーク２５は、先端の把持部２５ａによって電動車両３０のバッテリ４０を把持する。続いて、交換制御部１１１は、フォーク２４を下降させて、フォーク２５を上昇させる。ここで、フォーク２４には保管ラック２３から取り出したバッテリ４０が吊り下げられているため、フォーク２４，２５はそれぞれ略等しい重量で上昇および下降する。すなわち、フォーク２５は、略等しい重量でバランスされて上昇される。その後、交換制御部１１１は、移載モータ２４０を回転させてフォーク２５を短縮させる。これにより、電動車両３０から取り外されたバッテリ４０が、バッテリ交換設備２２内に引き込まれて、バッテリ交換設備２２内において旋回可能な状態になる。 (Battery removal process)
Next, the exchange control unit 111 extends one of the forks 24 and 25, here the fork 25, from the exchange opening 22a of the battery exchange facility 22 to the outside. The extended fork 25 grips the battery 40 of the electric vehicle 30 with the tip gripping portion 25a. Subsequently, the replacement control unit 111 lowers the fork 24 and raises the fork 25 . Here, since the battery 40 taken out from the storage rack 23 is suspended from the forks 24, the forks 24 and 25 move up and down with approximately the same weight. That is, the forks 25 are lifted while being balanced with approximately equal weights. After that, the exchange control unit 111 rotates the transfer motor 240 to shorten the fork 25 . As a result, the battery 40 removed from the electric vehicle 30 is drawn into the battery exchange facility 22 and becomes rotatable within the battery exchange facility 22 .

（バッテリ搭載工程）
次に、交換制御部１１１は、昇降機構２２１に対してバッテリ交換設備２２内において旋回軸２２２を中心として例えば１８０度旋回させる。これとともに、交換制御部１１１は、フォーク２５を下降させつつフォーク２４を上昇させる。これにより、保管ラック２３から取り出してフォーク２４に把持されているバッテリ４０が、交換用開口部２２ａの前で上昇した高さに位置する。続いて、交換制御部１１１は、昇降機構２２１においてフォーク２４を延伸させることにより、電動車両３０のキャリアの直上にバッテリ４０を配置する。その後、フォーク２５を上昇させつつフォーク２４を下降させる。バッテリ４０が電動車両３０のキャリアに載置されると、フォーク２４の把持部２４ａはバッテリ４０を解放する。これにより、バッテリ４０は、電動車両３０のキャリアに載置されて搭載される。その後、交換制御部１１１は、昇降機構２２１のフォーク２４を短縮させることにより、バッテリ交換設備２２内にフォーク２４を収納する。以上により、電動車両３０におけるバッテリ４０の交換処理が終了し、電動車両３０はバッテリ交換設備２２から発車することが可能となる。この段階で、運転者が交換開始ボタンを押下してから電動車両３０が発車可能になるまでの時間（電池交換時間）は、１分未満であることが確認された。すなわち、従来技術に比して、電池交換時間を１／３以下にまで短縮可能であることが確認された。 (Battery mounting process)
Next, the exchange control unit 111 causes the lifting mechanism 221 to turn, for example, 180 degrees around the turning shaft 222 in the battery exchange facility 22 . At the same time, the exchange control unit 111 lowers the fork 25 and raises the fork 24 . As a result, the battery 40 removed from the storage rack 23 and gripped by the forks 24 is positioned at a raised height in front of the replacement opening 22a. Subsequently, the replacement control unit 111 extends the fork 24 in the lifting mechanism 221 to arrange the battery 40 directly above the carrier of the electric vehicle 30 . After that, the fork 24 is lowered while the fork 25 is raised. The gripping portion 24a of the fork 24 releases the battery 40 when the battery 40 is placed on the carrier of the electric vehicle 30 . Thereby, the battery 40 is placed and mounted on the carrier of the electric vehicle 30 . Thereafter, the exchange control unit 111 stores the fork 24 in the battery exchange facility 22 by shortening the fork 24 of the lifting mechanism 221 . As described above, the process of replacing the battery 40 in the electric vehicle 30 is completed, and the electric vehicle 30 can be started from the battery exchange facility 22 . At this stage, it was confirmed that the time (battery replacement time) from when the driver pressed the replacement start button to when the electric vehicle 30 was ready to start was less than one minute. That is, it was confirmed that the battery replacement time can be shortened to 1/3 or less of the conventional technology.

（バッテリ充電準備工程）
一方、電動車両３０から取り外されたバッテリ４０は、昇降機構２２１を所定角度だけ旋回させることにより、保管ラック２３のうちの空いている保管ラック２３の前まで旋回移動される。続いて、交換制御部１１１は、昇降機構２２１においてフォーク２５を延伸させることにより、保管ラック２３の直上にバッテリ４０を配置する。その後、フォーク２４を上昇させつつフォーク２５を下降させる。バッテリ４０が保管ラック２３に載置されると、フォーク２５の把持部２５ａはバッテリ４０を解放する。これにより、電動車両３０から取り出されたバッテリ４０は、保管ラック２３に収納されて保管される。保管ラック２３においては、バッテリ４０に対して充電が行われる。 (Battery charging preparation process)
On the other hand, the battery 40 removed from the electric vehicle 30 is pivoted to the front of an empty storage rack 23 among the storage racks 23 by pivoting the elevating mechanism 221 by a predetermined angle. Subsequently, the replacement control unit 111 extends the fork 25 in the lifting mechanism 221 to place the battery 40 directly above the storage rack 23 . After that, the fork 25 is lowered while the fork 24 is raised. When the battery 40 is placed on the storage rack 23 , the gripping portion 25 a of the fork 25 releases the battery 40 . Thereby, the battery 40 taken out from the electric vehicle 30 is accommodated and stored in the storage rack 23 . In the storage rack 23, the battery 40 is charged.

以上のバッテリ搭載作業の一部としてのバッテリ準備工程と、バッテリ保管作業の一部としてのバッテリ取り外し工程との２つの工程は、バッテリ交換処理に要する電池交換時間を短縮するために、可能な限り時間的に並行して行うことが好ましいが、互いの一部分の処理を並行させるようにしても良い。また、バッテリ保管作業の一部としてのバッテリ充電準備工程と、バッテリ搭載作業の一部としてのバッテリ搭載工程との２つの工程も、電池交換時間を短縮するために、可能な限り時間的に並行して行うことが好ましいが、互いの一部分の処理を並行させるようにしても良い。 The above two processes, the battery preparation process as part of the battery installation work and the battery removal process as part of the battery storage work, are performed as much as possible in order to shorten the battery replacement time required for the battery replacement process. It is preferable to perform the processes in parallel in terms of time, but it is also possible to perform the processes in parallel with each other. In addition, the two processes, the battery charging preparation process as part of the battery storage work and the battery mounting process as part of the battery mounting work, should be performed in parallel as much as possible in order to shorten the battery replacement time. Although it is preferable to perform the processing in parallel, partial processing may be performed in parallel.

以上説明した本実施形態によれば、電動車両３０に対するバッテリ４０の電池交換時間を約１／３～１／２に短縮することができる。すなわち、本実施形態によれば、バッテリ４０を交換するフォーク２４，２５を２式配置することによる電池交換時間の短縮によって、例えば１０台の電池交換を行った場合に３０分程度の時間を要していたものが、約１０分程度にまで短縮できるので、交換頻度の高い用途にも適用が拡大可能になる効果がある。 According to the present embodiment described above, the battery replacement time for the battery 40 for the electric vehicle 30 can be shortened to about 1/3 to 1/2. That is, according to the present embodiment, the battery replacement time is shortened by arranging two sets of forks 24 and 25 for replacing the battery 40, so that it takes about 30 minutes to replace the batteries of 10 units, for example. Since it can be shortened to about 10 minutes, there is an effect that the application can be expanded to applications with high replacement frequency.

また、バッテリ４０の交換の際に、満充電のバッテリ４０を取り出して空になった保管ラック２３に、電動車両３０から取り外したバッテリ４０を収納することができるので、例えばバッテリ４０を電池１０個保管するためには、保管ラック２３を１１個の棚を必要としていたが、１０個の棚で良くなり必要面積が１０/１１となる。バッテリ交換設備２２内において、空保管ラック１２３ａなどの設定が不要になるため、バッテリ４０の収容効率を向上できる。 Further, when replacing the battery 40, the battery 40 removed from the electric vehicle 30 can be stored in the empty storage rack 23 after removing the fully charged battery 40. Therefore, for example, ten batteries 40 can be stored. Although 11 shelves were required for the storage rack 23 for storage, 10 shelves are sufficient, and the required area is reduced to 10/11. In the battery exchange facility 22, setting of an empty storage rack 123a or the like is not required, so the storage efficiency of the battery 40 can be improved.

また、昇降機構２２１において、複数、好適には偶数、より好適には２式のフォーク２４，２５を釣り合わせて昇降動作を行うことにより、それぞれのフォーク２４，２５がバランスさせることができるので、従来に比して昇降モータ２７の負荷を大幅に低減できる。これにより、昇降モータ２７の出力を従来の半分の出力にできる。さらに、バッテリ交換設備２２の全体の消費電力量を大幅に低減できるので、バッテリ４０の充電に供する電力量を増加できる。さらに、保管ラック２３において空棚を設定する必要がないため、バッテリ４０の収容効率が向上する。 In addition, in the lifting mechanism 221, a plurality of, preferably an even number, more preferably two sets of forks 24 and 25 are balanced and lifted and lowered, so that the respective forks 24 and 25 can be balanced. The load on the lifting motor 27 can be greatly reduced compared to the conventional art. As a result, the output of the lifting motor 27 can be reduced to half of the conventional output. Furthermore, since the overall power consumption of the battery exchange facility 22 can be significantly reduced, the amount of power used to charge the battery 40 can be increased. Furthermore, since it is not necessary to set an empty shelf in the storage rack 23, the storage efficiency of the battery 40 is improved.

以上、本発明の実施形態について具体的に説明したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。例えば、上述の実施形態において挙げた構成はあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれと異なる構成を用いても良い。 Although the embodiments of the present invention have been specifically described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications based on the technical idea of the present invention are possible. For example, the configurations given in the above-described embodiments are merely examples, and configurations different from these may be used as necessary.

すなわち、バッテリ４０の上部にフォークポケットを設け、バッテリ交換施設２０のフォーク２４を延伸させてフォーク２４の先端部分をバッテリ４０のフォークポケットに差し込み、昇降機構２２１によって吊り上げることにより、電動車両３０からバッテリ４０を取り外しても良い。 That is, a fork pocket is provided in the upper part of the battery 40, the fork 24 of the battery exchange facility 20 is extended, the tip of the fork 24 is inserted into the fork pocket of the battery 40, and the battery is lifted from the electric vehicle 30 by the lifting mechanism 221. 40 may be removed.

また、上述したバッテリ交換処理において、保管ラック２３から満充電のバッテリ４０を取り出した後に、電動車両３０から使用済みのバッテリ４０を取り外しているが、多少時間を要することになるものの、これらを逆順に実行することも可能である。 In the battery replacement process described above, the used battery 40 is removed from the electric vehicle 30 after the fully-charged battery 40 is removed from the storage rack 23. Although it takes some time, these operations are performed in reverse order. It is also possible to execute

また、上述したバッテリ交換処理においては、１台のバッテリ４０の交換について説明したが、複数台のバッテリ４０を搭載した電動車両３０においても、複数台のバッテリ４０を同時または順次に交換することも可能である。この場合、一方の把持部としてのフォーク２４を複数設けるとともに、他方の把持部としてのフォーク２５を複数設けることによって、複数台のバッテリを同時または順次に交換することが可能であり、本実施形態と同様にして、バッテリ交換処理を実行することが可能となり、電池交換時間の短縮を図ることができる。 In addition, in the battery replacement process described above, replacement of one battery 40 has been described. It is possible. In this case, by providing a plurality of forks 24 as one of the gripping portions and providing a plurality of forks 25 as the other gripping portion, it is possible to replace a plurality of batteries simultaneously or sequentially. Similarly, the battery replacement process can be executed, and the battery replacement time can be shortened.

上述した各実施形態および各変形例の構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付のクレームおよびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。 The present invention also includes configurations obtained by appropriately combining the constituent elements of the above-described embodiments and modifications. Further effects and modifications can be easily derived by those skilled in the art. The broader aspects of the invention are not limited to the specific details and representative embodiments shown and described above. Accordingly, various changes may be made without departing from the spirit or scope of the general inventive concept defined by the appended claims and equivalents thereof.

１バッテリ交換システム
２ネットワーク
１０制御装置
１１，２１制御部
１２記憶部
１２ａ車両情報データベース
１３，２１ａ通信部
２０バッテリ交換施設
２２バッテリ交換設備
２２ａ交換用開口部
２３保管ラック
２４，２５フォーク
２４ａ，２５ａ把持部
２６ＩＤセンサ
２７昇降モータ
２７ａスプロケット
２８，２４６，２４８チェーン
３０電動車両
３１ＩＤ出力部
３２，２２４，２２５キャリア
４０バッテリ
１１１交換制御部
１１２車両識別部
２２１昇降機構
２２２旋回軸
２４０移載モータ
２４０ａ歯車
２４１ベースフォーク
２４２サードフォーク
２４３セカンドフォーク
２４４トップフォーク
２４５ギヤ
２４７，２４９スプロケット 1 Battery exchange system 2 Network 10 Control device 11, 21 Control unit 12 Storage unit 12a Vehicle information database 13, 21a Communication unit 20 Battery exchange facility 22 Battery exchange facility 22a Replacement opening 23 Storage racks 24, 25 Forks 24a, 25a Grasp Part 26 ID sensor 27 Lifting motor 27a Sprockets 28, 246, 248 Chain 30 Electric vehicle 31 ID output part 32, 224, 225 Carrier 40 Battery 111 Replacement control part 112 Vehicle identification part 221 Lifting mechanism 222 Turning shaft 240 Transfer motor 240a Gear 241 base fork 242 third fork 243 second fork 244 top fork 245 gears 247, 249 sprocket

Claims

a storage unit capable of storing the battery mounted on a detachable moving body, and holding and removing the battery from one of the moving body and the storage unit and releasing the battery from the other of the moving body and the storage unit A control device for a battery exchange device having a plurality of gripping units configured to be capable of controlling a battery exchange device for exchanging a battery between the moving object and the storage unit,
Battery exchange control for exchanging the battery by the battery exchange device includes:
A battery storage operation for taking out a battery from the moving body by one of the plurality of gripping portions and storing the battery in the storage portion, and another gripping portion of the plurality of gripping portions. a control device for a battery exchange device that performs at least a part of the operation of gripping and taking out the battery from the storage unit and loading the battery onto the moving object in parallel with time .

The battery exchange device has a turning and lifting mechanism capable of lifting and lowering the gripping portion and turning the gripping portion around a predetermined rotation axis,
A plurality of storage units are arranged substantially radially in a substantially semicircular region centered on the rotation shaft of the swing/lift mechanism,
The control device for the battery exchange device is configured such that, in the battery storage work, the one gripping part grips the battery from the moving body and moves it up, and in the battery mounting work, the other gripping part performs 2. The control device for a battery exchange device according to claim 1, wherein control is performed such that the task of moving the gripped battery downward is performed in parallel with time .

a storage unit capable of storing the battery mounted on a detachable moving body, and holding and removing the battery from one of the moving body and the storage unit and releasing the battery from the other of the moving body and the storage unit a battery exchange device having a plurality of grips configured to be able to hold the battery, and a control unit for controlling the battery exchange device for exchanging batteries between the moving object and the storage unit,
Battery exchange control for exchanging the battery by the control unit includes:
A battery storage operation for taking out a battery from the moving body by one of the plurality of gripping portions and storing the battery in the storage portion, and another gripping portion of the plurality of gripping portions. a battery exchange device including control for grasping and taking out the battery from the storage unit by means of and performing at least a part of the work and the battery mounting work for mounting the battery on the moving object in parallel with time .

a rotating lifting mechanism capable of lifting and lowering the gripping portion and rotating the gripping portion around a predetermined rotation axis;
A plurality of storage units are arranged substantially radially in a substantially semicircular region centered on the rotation shaft of the swing/lift mechanism,
In the battery storage work, the one gripping part grips the battery from the moving body and moves it up, and in the battery loading work, the battery gripped by the other gripping part moves down. Control the execution of work in parallel in time
The battery exchange device according to claim 3.

the plurality of gripping portions have at least a pair of gripping portions, one gripping portion and the other gripping portion being a pair;
5. The battery exchange device according to claim 3 , wherein said one gripping portion and said other gripping portion are arranged rotationally symmetrically with respect to a predetermined turning axis.

The battery exchange device according to claim 3 or 4, wherein the one gripping portion and the other gripping portion are configured to mutually function as a counterweight.

a storage unit capable of storing the battery mounted on a detachable moving body, and holding and removing the battery from one of the moving body and the storage unit and releasing the battery from the other of the moving body and the storage unit a battery exchange method for exchanging a battery between the moving body and the storage unit, the battery exchange method having a plurality of gripping units configured to be capable of
A battery storage operation for taking out a battery from the moving body by one of the plurality of gripping portions and storing the battery in the storage portion, and another gripping portion of the plurality of gripping portions. a battery replacement method in which at least a part of the work of holding and taking out the battery from the storage unit and mounting the battery on the moving body is performed in parallel with time .