JP7215629B1 - バッテリ交換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】設置に必要な面積を低減でき、設置可能な場所の自由度を向上させること。【解決手段】筐体と、筐体内に配置され、移動体に搭載される着脱可能なバッテリを収納可能な開口部を有する複数の保管部と、筐体内で複数の保管部の上方に一部が配置された、バッテリを移動体および保管部の一方から把持して取り出し、他方で解放する、伸縮可能に構成されたバッテリ把持機構と、バッテリ把持機構を昇降する昇降手段と、制御部と、を備えるバッテリ交換装置であって、複数の保管部は、把持部の伸縮方向と直交する方向に移動可能な移動手段の上に配置され、複数の保管部はそれぞれ、保管部の移動方向に沿って並べて配置され、制御部は、バッテリの交換の際に、バッテリ把持機構を昇降手段で保管部の開口部に対向する位置に降下させ、保管部の位置を移動手段で移動させることによって、バッテリの交換を行う対象となる保管部を変更可能とする。【選択図】図２

Description

本発明は、バッテリ交換装置に関し、特に、着脱可能な蓄電池（バッテリ）を搭載した塵芥車や配送車などの電動車両において、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。

従来、バッテリ交換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フォークを旋回させてバッテリを交換していた。

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。

特許文献２には、電磁誘導線に沿って、バッテリステーションと、バッテリチェンジャと、サービスエリアとからなるバッテリエリアを設け、バッテリステーションの内部には、充電器およびバッテリホルダを設け、バッテリチェンジャを、チェーン、台車、および出没可能なピンを有するプッシュプルアームにより構成する技術が開示されている。

特開平３－７１５６５号公報 特開平５－２１９６０６号公報

上述した従来技術によるバッテリ交換装置においては、バッテリを交換するためのバッテリを把持して旋回する把持旋回装置が中央に配置され、把持旋回装置が旋回することによって、把持旋回装置の周辺に放射状に配置された電池ラックにバッテリを収容する構成であったり、平面視において、バッテリを収容する部分とバッテリを交換のための装置とが別々に設けられていたりする構成であった。そのため、バッテリ交換装置の設置に必要な面積が大きくなり、設置可能な場所が限定されるという問題があった。そのため、バッテリ交換装置において、設置に必要な面積を低減でき、設置可能な場所の自由度が向上できる技術が求められていた。

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のバッテリを交換するバッテリ交換装置において、設置に必要な面積を低減でき、設置可能な場所の自由度を向上させることにある。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の第１態様に係るバッテリ交換装置は、筐体と、前記筐体内に配置され、移動体に搭載される着脱可能なバッテリを収納可能な開口部を有する複数の保管部と、前記筐体内で前記複数の保管部の上方に一部が配置された、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するために所定方向に伸縮可能に構成されたバッテリ把持機構と、前記筐体内に配置され、前記バッテリ把持機構を昇降する昇降手段と、制御部と、を有し、前記移動体との間でバッテリの交換を行うバッテリ交換装置であって、前記複数の保管部は、前記バッテリ把持機構の伸縮方向と直交する方向に移動可能な移動手段の上に配置され、前記複数の保管部はそれぞれ、前記保管部の移動方向に沿って並べて配置され、前記制御部は、前記バッテリの交換の際に、前記バッテリ把持機構を前記昇降手段で前記保管部の開口部に対向する位置に降下させ、前記保管部の位置を前記移動手段で移動させることによって、前記バッテリの交換を行う対象となる保管部を変更可能とする。

本発明の第２態様に係るバッテリ交換装置は、上記の第１態様に係る発明において、前記バッテリ把持機構は、前記筐体の内部において架構式構造を有する昇降体に設けられているとともに、前記バッテリを把持する把持部が伸縮可能に構成されたフォークの先端部に設けられ、前記フォークは、所定の支柱の支点に旋回可能に構成される。

本発明の第３態様に係るバッテリ交換装置は、上記の第２態様に係る発明において、前記フォークは、前記旋回の方向に沿って所定のあそび量を有する。

本発明の第４態様に係るバッテリ交換装置は、上記の第１～第３態様のいずれか１つの態様に係る発明において、前記移動手段は、前記保管部の移動方向に沿ったレール上を移動可能に構成された台車からなる。

本発明に係るバッテリ交換装置によれば、バッテリを搭載可能な移動体のバッテリを交換するバッテリ交換装置において、設置に必要な面積を低減でき、設置可能な場所の自由度を向上させることが可能となる。

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。 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。 図３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正面図である。 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および昇降機の構成の概略を示す図である。 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。 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。

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。

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。

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。

（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、電気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。

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２７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。

（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。

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。

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。

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。

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。

（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。

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部としての保管ラック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。

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。

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は旋回式である。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。

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。

次に、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。

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。

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。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。

上述ように、従来技術によるバッテリ交換施設１２０においては、保管ラック１２３が、半円状の領域に放射状に複数配置され、中央に旋回式の昇降機構１２１が配置されている。この場合、保管ラック１２３が放射状に配置されていることにより、バッテリ交換施設１２０は、平面状に保管ラック１２３の２倍以上の領域を確保する必要があった。この場合、バッテリ４０の大きさが大きくなるほど、バッテリ交換施設１２０の設置面積はより大きな設置面積が必要になる。この場合、電動車両３０の動線を考慮して設置を設定しようとすると、設置する場所が極めて限定されてしまう。さらに、バッテリ交換施設１２０の設置面積は、バッテリ４０の大きさに伴って２倍以上大きくなる。そのためバッテリ交換施設１２０は固定式にする必要が生じるため基礎工事を要し、建設コストも大きくなるという問題もあった。

（バッテリ交換施設）
そこで、本発明者は、バッテリ交換施設における設置面積を可能な限り小さくして、さらには、バッテリ交換施設をコンテナ内に収容可能な大きさにして、コンテナを移動させることによって、バッテリ交換施設を移動可能に構成する方法を検討し、本発明によるバッテリ交換装置としてのバッテリ交換施設を案出した。

図１に戻り、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、複数の保管ラック２３と１式のフォーク２４と駆動部２５と昇降機２６とを備えたバッテリ交換設備２２、およびＩＤセンサ２７を備える。

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。

図２および図３はそれぞれ、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および正面図である。図４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および昇降機２６の構成の概略を示す図である。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の動作方法を説明するための図である。

図２に示すように、本実施形態によるスライド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２７は、制御部２１により制御され、ＩＤセンサ２７が受信した車両識別ＩＤは、制御部２１に送信される。

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を充電が完了した新たなバッテリ４０と交換可能である。

バッテリ交換施設２０におけるバッテリ交換設備２２は、図３に示すように、水平面に沿った長手方向が互いに平行に複数の保管ラック２３を備える。それぞれの保管ラック２３は、バッテリ４０を収納可能に構成される。バッテリ４０の取り出しおよび収納する側、図２においてはバッテリ交換設備２２の交換用開口扉２２ａ側、図３においては正面側および上方側（図３中、矢印Ｌｃ方向上方）が解放された保管箱の形状を有する。

バッテリ交換設備２２の筐体であるコンテナ２２１の内部には、複数の保管ラック２３のそれぞれが、コンテナ２２１の長手方向と、保管ラック２３の長手方向が略直交するように並べて設けられる。保管ラック２３の収納部分の形状は、バッテリ４０の形状に沿った形状を有する。本実施形態においてバッテリ４０の形状は、直方体状、より具体的には、主たる６面のうちの所定の一対の対向する矩形状の面の面積が大きく、対向する面に対して直交する他の４面の面積が所定の一対の対向する面の面積より小さい面積の矩形状である。

図３に示すように、複数の保管ラック２３は、長手方向が互いに平行に並べられて配置されて移動手段としての共通台車２２２上に固定されている。共通台車２２２は、共通台車用レール２５１上に載置され、共通台車用駆動モータ２５２によって共通台車用レール２５１の長手方向（図２および図３において、矢印Ｌａ方向）に沿って移動可能に構成される。共通台車用レール２５１および共通台車用駆動モータ２５２によって、保管ラック２３および共通台車２２２を駆動させる駆動部２５が構成される。

図２、図３、図４、および図５に示すように、コンテナ２２１内には、昇降機２６を保持するための複数の支柱２６４が立設されている。交換設備支柱としての支柱２６４は具体的に、昇降機２６における昇降体２６１を保持している。昇降体２６１には、図示省略した昇降モータに連動するガイドローラ２６３が設けられている。昇降体２６１は、例えば架構式式構造を有して、ガイドローラ２６３を介して円柱２６２に摺動固定されている。

昇降手段としての昇降体２６１は、架構式構造を有するとともに、伸縮可能なバッテリ把持機構としての伸縮式のフォーク２４が固定されている。フォーク２４を保持する昇降体２６１は、支柱２６４に昇降可能な状態で保持されている。昇降体２６１の昇降動作によって、フォーク２４が上下動、すなわち昇降可能に構成される。すなわち、昇降体２６１は、フォーク２４を昇降可能に構成される。昇降体２６１、円柱２６２、ガイドローラ２６３、および支柱２６４と、図示省略した昇降モータによって、フォーク２４を昇降可能な昇降機２６が構成される。昇降機２６は制御部２１により制御される。昇降モータに連動するガイドローラ２６３の回転によって昇降体２６１は円柱２６２の長手方向、すなわち高さ方向に沿って上下に移動可能、すなわち昇降可能に構成される。

フォーク２４は、交換用開口扉２２ａが開扉されると、所定方向への伸縮動作によって、バッテリ交換設備２２のコンテナ２２１の外側に向けて延伸可能となる。フォーク２４の伸縮動作は制御部２１により制御される。フォーク２４および昇降機２６は、バッテリ交換設備２２の筐体であるコンテナ２２１内に収納されている。

図４および図５に示すように、フォーク２４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。３段スライドフォーク構造によって、トップフォーク２４４の先端部の把持部２４ａが伸縮方向（図４中、フォークの長手方向）に延伸される。

すなわち、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、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Ｌｂ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は、連動して押し出される。以上により、フォーク２４が伸縮させることにより、把持部２４ａが伸縮方向（図５中、矢印Ｌｂ方向）に移動される。図５に示すように、バッテリ４０を把持しつつフォーク２４を延伸させると、バッテリ４０を取り出す動作となり、バッテリ４０を把持しつつ短縮させると、バッテリ４０を保管ラック２３に収納する動作となる。

ベースフォーク２４１は、昇降体２６１に固定されているとともに、保管ラック２３の鉛直上方に位置するように構成される。昇降体２６１およびベースフォーク２４１は、一体として、互いに連結されたガイドローラ２６５およびバネなどの弾性体２６６を介して、支柱２６４に連結されている。これにより、フォーク２４には、旋回方向（回動方向）に弾性力が作用される。

上述したフォーク２４の構成は、バッテリ４０の引っ掛かりを低減するための構成である。具体的に、バッテリ４０の交換において、電動車両３０からバッテリ４０を円滑に取り出せなかったり、電動車両３０にバッテリ４０を円滑に搭載できなかったりする場合がある。このようなバッテリ４０の引っ掛かりは、電動車両３０が前後方向に対して傾斜して停車することが原因である。そこで、上述したようにフォーク２４を構成することにより、バッテリ４０を交換する際のバッテリ４０の引っ掛かりを低減可能となる。すなわち、従来、フォーク２４は、電動車両３０の前後方向に対して傾斜した傾斜方向の位置ズレを補正する機構を備えていなかった。そのため、電動車両３０が前後方向に対して傾斜せずに停止する必要があるが、前後方向に対して傾斜せずに停止させるには、運転者の技量に依存していた。

これに対し、フォーク２４の把持部２４ａは、昇降体２６１を回転方向に対して固定させた場合であっても、弾性体２６６の伸縮範囲内または弾性範囲内において、弾性体２６６の伸縮量に基づく所定のあそび量をもって回動可能（図４中、矢印）に構成されているため、弾性体２６６の伸縮量を調整して設定することにより、弾性体２６６の伸縮量に基づいてフォーク２４に対して、回動方向（旋回方向）に沿った所定のあそび量を設定できる。そのため、電動車両３０が前後方向に対して傾斜して停車したとしても、その傾斜が上述したあそび量の範囲に収まれば、バッテリの引っ掛かりがなくバッテリ４０を交換可能となる。

なお、このあそび量の範囲内か否かを事前に判定して、判定結果を運転者などの作業者に、例えば音声や、ランプの点灯や、画面表示などの、種々の報知方法によって報知する構成を採用することで、電動車両３０の角度調整の移動が必要か否か、バッテリ４０の交換作業を実行可能か否かを事前に把握可能となる。本実施形態において、所定のあそび量は、把持部２４ａの旋回方向に沿って±２．５ｃｍ（５ｃｍ）程度である。

図５に示すように、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５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。

以上のように構成されたバッテリ交換施設２０においては、保管ラック２３の移動方向、すなわち共通台車用レール２５１の長手方向（図中、矢印Ｌａ方向）と、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の伸縮方向（図中、矢印Ｌｂ方向）とが略直交するように構成されている。さらに、駆動部２５によって共通台車２２２が移動することによって、上方に設けられたフォーク２４に対して保管ラック２３が移動可能に構成される。すなわち、フォーク２４と保管ラック２３とは相対的に移動可能に構成される。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。

（バッテリ交換処理）
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。

（車両識別工程）
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の交換制御部１１１は、電動車両３０のＩＤ出力部３１とＩＤセンサ２７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。

（交換処理開始工程）
一方、電動車両３０がバッテリ交換設備２２の交換用開口扉２２ａの前に到着した後、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。これにより、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扉２２ａの扉を開放する。

（バッテリ取り外し工程）
交換制御部１１１は交換用開口扉２２ａを開扉する。交換用開口扉２２ａが開扉されると、交換制御部１１１は、交換用開口扉２２ａを通じてフォーク２４を延伸させる。これとともに、駆動部２５を駆動させて、空の保管ラック２３をフォーク２４の鉛直下方に位置するように移動させる。

続いて、交換制御部１１１は、フォーク２４を制御して把持部２４ａによって電動車両３０に搭載されているバッテリ４０を取り外してバッテリ交換設備２２内に引き込み、空の保管ラック２３に移載させる。フォーク２４は、バッテリ４０を保管ラック２３に収納させた後、把持部２４ａによるバッテリ４０の把持を解放する。バッテリ４０が保管ラック２３に収納された後、交換制御部１１１は、昇降機２６によってフォーク２４を上昇させる。

（バッテリ充電準備工程）
電動車両３０から取り外されたバッテリ４０は、フォーク２４をバッテリ交換設備２２内において、空いている保管ラック２３に保管ラック２３の長手方向に沿ってスライドさせるように挿入した後、フォーク２４を下降させて保管ラック２３にバッテリ４０を載置させる。バッテリ４０が保管ラック２３に載置されると、フォーク２４の把持部２４ａ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。

（バッテリ準備工程）
続いて、交換制御部１１１は、記憶部１２からバッテリ４０の種類情報を取得して、取得した種類情報に基づいて駆動部２５を駆動させる。交換制御部１１１は、取得した種類情報に適合した満充電のバッテリ４０が載置された保管ラック２３を、フォーク２４の下方に位置するように移動させる。続いて、制御部２１は、昇降機２６によって、フォーク２４を下降させて把持部２４ａによってバッテリ４０を把持した後、保管ラック２３から取り出し可能な高さまで上昇させる。保管ラック２３は、水平方向に取り出す側が解放されているため、保管ラック２３の底部からわずかに上昇させるだけでバッテリ４０を保管ラック２３から取り出し可能となる。

（バッテリ移載工程）
次に、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。その後、交換制御部１１１は、昇降機２６によってフォーク２４を制御して、電動車両３０のキャリア３２の直上にバッテリ４０を配置した後、下降させる。フォーク２４の把持部２４ａはバッテリ４０を解放して、電動車両３０のキャリア３２にバッテリ４０を載置させる。以上により、電動車両３０におけるバッテリ４０の交換処理が行われる。

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、９０秒未満であることが確認され、従来技術に比して、電池交換時間を短縮できることが確認された。

以上説明した本実施形態によれば、保管ラック２３の移動方向、すなわち共通台車用レール２５１の長手方向（図中、矢印Ｌａ方向）と、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の伸縮方向（図中、矢印Ｌｂ方向）とが略直交するように構成されていることにより、保管ラック２３、フォーク２４，駆動部２５、および昇降機２６を、保管ラック２３を面積が大きい面が互いに平行になるように並べた状態における並び方向の約２倍程度の長さのコンテナ２２１に収納することが可能となる。すなわち、保管ラック２３を円弧状に並べた従来のバッテリ交換設備に比して、奥行き方向（フォーク２４の伸縮方向）の奥行きを約半分にすることが可能になるため、設定位置の自由度を向上できる。そのため、バッテリ交換設備２２をコンテナ２２１などに収納することが可能になり、バッテリ交換設備２２の設置面積を低減できるとともに、コンテナ２２１を移動可能に構成できる。すなわち、コンテナ２２１をトラクタなどに牽引させて移動させることにより、種々の任意の場所にバッテリ交換設備２２を配置することができ、利便性をより一層向上させることができる。

また、バッテリ４０を保管ラック２３から取り出したり、保管ラック２３に収納したりする場合においても、バッテリ４０を保管ラック２３の底部からわずかに上昇させるだけで移動可能になるため、フォーク２４を上昇させる保管ラック２３上の高さを低くすることができるため、高さ方向においても、さらなる省スペース化を図ることができる。

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。

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。

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 通信部
２０ バッテリ交換施設
２１ａ 通信部
２２ バッテリ交換設備
２２ａ 交換用開口扉
２３ 保管ラック
２４ フォーク
２４ａ 把持部
２５ 駆動部
２６ 昇降機
２７ ＩＤセンサ
３０ 電動車両
３１ ＩＤ出力部
３２ キャリア
４０ バッテリ
１１１ 交換制御部
１１２ 車両識別部
２２１ コンテナ
２２２ 共通台車
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
２４６，２４８ チェーン
２４７，２４９ スプロケット
２５１ 共通台車用レール
２５２ 共通台車用駆動モータ
２６１ 昇降体
２６２ 円柱
２６３，２６５ ガイドローラ
２６４ 支柱
２６６ 弾性体

Claims (4)

1. 移動可能な直方体状のコンテナと、
   前記コンテナ内に配置され、移動体に搭載される着脱可能な直方体状のバッテリを収納可能な開口部を有する複数の保管部と、
   前記コンテナ内で前記複数の保管部の上方に一部が配置された、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するために所定方向に伸縮可能に構成されたバッテリ把持機構と、
   前記コンテナ内に配置され、前記バッテリ把持機構を昇降する昇降手段と、
   制御部と、を有し、
   前記移動体との間でバッテリの交換を行うバッテリ交換装置であって、
   前記複数の保管部のそれぞれは、鉛直方向と直交する前記コンテナの断面における短辺と、前記コンテナの前記断面における前記バッテリの長辺とが平行になるように収納するように構成され、かつ、前記バッテリ把持機構の伸縮方向と直交する方向に移動可能な移動手段の上に配置され、前記複数の保管部はそれぞれ、前記保管部の移動方向に沿って並べて配置され、
   前記制御部は、前記バッテリの交換の際に、前記バッテリ把持機構を前記昇降手段で前記保管部の開口部に対向する位置に降下させ、前記保管部の位置を前記移動手段で移動させることによって、前記バッテリの交換を行う対象となる保管部を変更可能とする
   バッテリ交換装置。
2. 前記バッテリ把持機構は、前記コンテナの内部において架構式構造を有する昇降体に設けられているとともに、前記バッテリを把持する把持部が前記伸縮方向に伸縮可能に構成されたフォークの先端部に設けられ、前記フォークは、所定の支柱の支点に旋回可能に構成される
   請求項１に記載のバッテリ交換装置。
3. 前記フォークは、前記旋回の方向に沿って所定のあそび量を有する
   請求項２に記載のバッテリ交換装置。
4. 前記移動手段は、前記保管部の移動方向に沿ったレール上を移動可能に構成された台車からなる
   請求項１に記載のバッテリ交換装置。

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