車両のバッテリ交換装置
【課題】車両の停止状態において昇降手段により、バッテリを車両に設けられたバッテリ収納部から取り出し、新たなバッテリを前記バッテリ収納部に収納する車両のバッテリ交換装置において、バッテリ交換を従来技術に比べて短時間で行うことを可能にする。
【解決手段】昇降手段１４は、バッテリ４２が載置されるテーブル１６をバッテリが車両に当接しても支障の無い第１速度及び、第１速度より速い第２速度の２段階に変速可能に構成されている。テーブル１６の第２速度での上昇移動時に上昇位置を車両との接触により検出する交換装置側スイッチ２５がテーブル１６と一体移動可能に複数設けられ、制御装置２６は昇降手段１４の上昇駆動時に交換装置側スイッチ２５の少なくとも１個がオンになると第２速度から第１速度への減速を行う。
【解決手段】昇降手段１４は、バッテリ４２が載置されるテーブル１６をバッテリが車両に当接しても支障の無い第１速度及び、第１速度より速い第２速度の２段階に変速可能に構成されている。テーブル１６の第２速度での上昇移動時に上昇位置を車両との接触により検出する交換装置側スイッチ２５がテーブル１６と一体移動可能に複数設けられ、制御装置２６は昇降手段１４の上昇駆動時に交換装置側スイッチ２５の少なくとも１個がオンになると第２速度から第１速度への減速を行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両のバッテリ交換装置に係り、詳しくは動力源として大型のバッテリを搭載した車両のバッテリ交換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車やハイブリッドカーのように動力源として大型のバッテリ（バッテリユニット）を搭載した車両のうち電気自動車においては、バッテリの充電量が所定量以下になると電気自動車に搭載された状態でバッテリの充電を行うか、消耗したバッテリを充電されたバッテリと交換することによりバッテリを満充電の状態にする必要がある。電気自動車のバッテリ交換装置として、所定位置に設けられた昇降手段の上方にバッテリ収納部が位置するように電気自動車が停止した状態で、昇降手段を用いてバッテリユニットを出し入れするものが公開されている（特許文献１参照）。特許文献１に開示されたバッテリ交換装置では、バッテリ収納部からバッテリユニットを取り出す際、あるいはバッテリ収納部にバッテリユニットを収納する際、バッテリユニットのロック装置のロックあるいはロック解除は、昇降手段の交換テーブルがバッテリユニットを適切な位置で支持していることを確認した状態で行われる。
【０００３】
また、特許文献１のバッテリ交換装置は、バッテリユニットを交換できる場所がバッテリ交換装置の設置場所に限定されるという問題がある。これを解消するためのバッテリ交換装置も提案されている（特許文献２参照）。特許文献２に開示されたバッテリ交換装置は、昇降機能付きの搬送台車を用いてバッテリユニット（バッテリ装置）を、電気自動車のバッテリ取り付け部に進入させた後、昇降機能によりバッテリユニットを上昇させてバッテリ取り付け部にバッテリユニットを取り付ける。電気自動車には、バッテリユニットが上昇開始位置に至ったことを検知するための上昇開始位置確認センサと、搬送台車の昇降機能によりバッテリユニットが上昇開始位置から上昇して取り付け位置に至ったことを検知するための取り付け位置確認センサとが設けられている。電気自動車には、上昇開始位置確認センサの出力信号に基づいてバッテリ装置が上昇開始位置に至ったことを報知する上昇開始位置確認ランプと、取り付け位置確認センサの出力信号に基づいてバッテリ装置が取り付け位置に至ったことを報知する取り付け位置確認ランプを備えている。このバッテリ交換装置は、作業者が搬送台車を任意の位置に停止している電気自動車のバッテリ取り付け部と対向する位置へ移動させるとともに、昇降機能を手動操作により作動させることでバッテリ交換作業が行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平６−２６２９５１号公報
【特許文献２】特開２００２−３６２２６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
バッテリを車両に搭載したまま充電を行なう方式に対し、バッテリ交換方式のメリットは、ガソリン車の給油と同程度未満の短時間にバッテリを満充電の状態にできる点にある。このため、バッテリ交換方式においては、バッテリ交換をより短時間で完了できるほど好ましい。前述した従来技術においては、特許文献１のバッテリ交換装置が、より短時間の交換に適するが、さらにバッテリ交換を短時間で完了する為には、昇降手段によるバッテリの昇降速度を速くすることが有効である。ところが、昇降速度を速くすると、バッテリ収納部（バッテリ取り付け部）及び車両本体に大きな衝撃を加えることなく停止させることが難しくなる。
【０００６】
また、車両に取り付けられた複数のタイヤの状態（空気圧や摩耗の状態）やサスペンションの状態は異なる。さらに、乗員及び積載物を含めた車両左右又は前後の重量バランスにはバラツキが存在する為に、車両がバッテリ交換位置に停止すると、車両のバッテリ収納部には上下方向の位置のバラツキ、および、水平方向の微小な傾きが存在する。この上下方向の位置のバラツキ、および、水平方向の傾きが、昇降手段の昇降制御をさらに難しくする。
【０００７】
本発明は、前記従来の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、車両の停止状態において昇降手段により、バッテリを車両に設けられたバッテリ収納部から取り出し、新たなバッテリをバッテリ収納部に収納する車両のバッテリ交換装置において、バッテリ交換を従来技術に比べて短時間で行うことを可能にすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記第１の目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、車両の停止状態において昇降手段により、バッテリを車両に設けられたバッテリ収納部から取り出し、新たなバッテリを前記バッテリ収納部に収納する車両のバッテリ交換装置である。そして、前記昇降手段は、バッテリが載置されるテーブルをバッテリが車両に当接しても支障の無い第１速度及び、第１速度より速い第２速度の２段階に変速可能に構成され、前記テーブルの第２速度での上昇移動時に上昇位置を検出する交換装置側スイッチが前記テーブルと一体移動可能に複数設けられ、前記昇降手段の上昇駆動時に前記交換装置側スイッチの少なくとも１個がオンになると第２速度から第１速度への減速を行う制御手段を備えている。ここで、「バッテリ」とは、１個の裸の状態のバッテリに限らず、複数のバッテリがバッテリケースに搭載されたバッテリユニットをも意味し、一般にはバッテリユニットの状態で使用される。
【０００９】
この発明では、バッテリが載置されるテーブルは、テーブルが停止すべき位置まで最初から一定速度で上昇するのではなく、２段階に変速されて上昇し、停止すべき位置での停止はバッテリが車両に当接しても支障の無い第１速度で上昇中に行われる。そして、第１速度に減速されるまでは第１速度より速い第２速度で上昇されるため、バッテリが載置されるテーブルはバッテリ収納部との間でバッテリの授受を行う適正位置まで、１段の速度で移動する構成より短時間で移動する。したがって、バッテリ交換を従来技術に比べて短時間で行うことができる。また、車両がバッテリ交換位置に停止した際、タイヤの状態等の関係で車両のバッテリ収納部には上下方向の位置のバラツキ、および、水平方向の微小な傾きが基本的に存在する。そのため、テーブルが上昇移動する際、先ず複数の交換装置側スイッチの少なくとも１個がオンになるが、そのとき第２速度から第１速度への減速が行われるため、減速が適正な時期に行われる。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記交換装置側スイッチは、一平面上に存在するように少なくとも３個設けられ、前記制御手段は前記テーブルの上昇時に、交換装置側スイッチが全てオンになったときには、所定の微小時間だけ駆動を継続した後、昇降手段の駆動を停止する。ここで、「所定の微小時間」とは、例えば、リミットスイッチのプランジャがオフの状態からオンの状態になるまでに、リミットスイッチのアクチュエータが移動する距離を前記第１速度で移動するのに要する時間と同程度の時間を意味する。
【００１１】
第１速度に減速した後、テーブルの上昇を停止する時期を、複数の交換装置側スイッチが全てオンになったときにする構成では、レアケースとしてバッテリ収納部が水平な状態で車両がバッテリ交換位置に停止した際、テーブルの上昇時に、交換装置側スイッチが全て同時にオンになる。そして、昇降手段は第２速度から第１速度への減速と同時に駆動停止を行うに制御されるため、テーブルの停止時における衝撃が大きくなる。しかし、この発明では、車両がバッテリ交換位置に停止した際、バッテリ収納部が水平な状態になり、テーブルの上昇時に、交換装置側スイッチが全て同時にオンになっても、昇降手段は第２速度から第１速度へ減速制御された後、所定の微小時間後に停止制御される。そのため、テーブルの停止時における衝撃が小さくなる。また、所定の微小時間とは、前述のように短いため、交換装置側スイッチが全て同時にオンになった時点で直ちに停止しなくても、バッテリ交換は短時間で行われる。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記車両はバッテリがバッテリ収納部の適正位置に収納されている状態でオンになるバッテリ検知スイッチを備えており、バッテリを前記バッテリ収納部に収納するための収納作業時には、前記バッテリ検知スイッチがオンになると前記バッテリ収納部に収納されたバッテリをロックするロック装置がロック作動される。ここで、「バッテリがバッテリ収納部の適正位置に収納されている」とは、バッテリ収納部に収納されたバッテリの位置が、バッテリをロックするロック装置が支障なく、ロックあるいはロック解除を行うことが可能な位置であることを意味する。
【００１３】
この発明では、昇降手段により新たなバッテリがバッテリ収納部に収納される際、車両に設けられたバッテリ検知スイッチがオンの状態でロック装置がロック作動され、バッテリが適正位置に収納された状態でバッテリのロックが行われる。したがって、車両に設けられたロック装置のロックあるいはロック解除時期をバッテリ交換装置側に設けられたセンサの検知情報に基づいて判断する必要がなく、通信手段の通信異常に起因したロック装置の不正作動を防止することができる。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１〜３に記載の発明によれば、車両の停止状態において昇降手段により、バッテリを車両に設けられたバッテリ収納部から取り出し、新たなバッテリをバッテリ収納部に収納する車両のバッテリ交換装置において、バッテリ交換を従来技術に比べて短時間で行うことを可能にする。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】（ａ）はバッテリ交換装置の模式平面図、（ｂ）はバッテリ交換装置の模式側面図、（ｃ）は車両と昇降手段との関係を示す模式正面図。
【図２】バッテリ取り出し手順を示し、（ａ）は車両がバッテリ交換位置に停止した状態のバッテリ交換装置と車両の関係を示す模式図、（ｂ）は一部の交換装置側スイッチがオンになる位置までテーブルが移動した状態の模式図、（ｃ）はロック装置のロックが解除された状態の模式図、（ｄ）はバッテリが載置されたテーブルが下降位置に移動された状態の模式図。
【図３】バッテリ収納手順を示し、（ａ）は下降位置に位置するテーブル上にバッテリが移載された状態の模式図、（ｂ）は一部の交換装置側スイッチがオンになる位置までバッテリを載置したテーブルが上昇した状態の模式図、（ｃ）はバッテリがバッテリ収納部に収納されてロック装置によりロックされた状態の模式図、（ｄ）はテーブルが下降位置に移動された状態の模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明を電気自動車のバッテリ交換装置に具体化した一実施形態を図１〜図３にしたがって説明する。
図１に示すように、バッテリ交換装置１１は地上に設けられ、バッテリ交換装置１１の上方には車両としての電気自動車４１を支持する支持プレート１２（図１（ｃ）に図示）が、バッテリ交換の際に電気自動車４１が水平状態で停止可能に設けられている。支持プレート１２上にはバッテリ交換の際に電気自動車４１の後輪に当接して電気自動車４１のバッテリ交換位置への位置決めを行う車輪止め（図示せず）が設けられている。支持プレート１２は、図示しないスロープから電気自動車４１がバック（後退移動）で走行してバッテリ交換位置に停止するように構成されている。
【００１７】
電気自動車４１にはバッテリ４２を車体の下方から出し入れ可能に収納するバッテリ収納部４３が設けられている。バッテリ４２としては、複数のバッテリがバッテリケースに搭載されたバッテリユニットが使用されているが、単にバッテリと称す。バッテリ収納部４３の周囲には、バッテリ収納部４３に収納されたバッテリ４２の落下を防止するロック装置４４が設けられている。ロック装置４４は、ピストンロッド４４ａがバッテリケースに形成された掛止孔（図示せず）に進入、離脱可能に配設されたシリンダで構成され、バッテリ４２を４箇所でロック可能に構成されている。ロック装置４４は、ピストンロッド４４ａが掛止孔に進入した状態でロック状態になるが、掛止孔は、ロック状態において昇降手段が下降移動した場合、バッテリ４２の下降移動を許容可能に長孔で形成されている。掛止孔は、ロック状態におけるバッテリ４２の下降量が、昇降手段１４の上昇終了状態でオンになったバッテリ検知スイッチ４５がオフになるように形成されている。
【００１８】
電気自動車４１はバッテリ４２がバッテリ収納部４３の適正位置に収納されている状態でオンになるバッテリ検知スイッチ４５を備えている。バッテリ４２がバッテリ収納部４３の適正位置に収納されているとは、バッテリ収納部４３に収納されたバッテリ４２の位置が、バッテリ４２をロックするロック装置４４が支障なく、ロックあるいはロック解除を行うことが可能な位置であることを意味する。バッテリ検知スイッチ４５は複数個、この実施形態ではバッテリ４２の上面の四隅にそれぞれ当接可能に４個設けられている。ロック装置４４は、バッテリ交換装置１１の昇降手段１４の上昇駆動時に、全てのバッテリ検知スイッチ４５がオンになるとバッテリ収納部４３に収納されたバッテリ４２をロックするように作動される。
【００１９】
支持プレート１２には、電気自動車４１が後輪を車輪止めに当接させてバッテリ交換位置に停止した状態において、バッテリ収納部４３とバッテリ交換装置１１との間におけるバッテリ４２の移動に支障を来さない大きさの開口１２ａが形成されている。
【００２０】
バッテリ交換装置１１は、バッテリ交換位置に停止した電気自動車４１のバッテリ収納部４３と対向する位置でバッテリ４２を昇降する昇降手段１４と、昇降手段１４との間でバッテリ４２の授受が可能で、搬送方向がバッテリ交換位置に停止した電気自動車４１の前後方向と平行に（同じに）なるように設けられた搬送手段１５とを備えている。
【００２１】
昇降手段１４はパンタグラフ式の構成で、バッテリ４２が載置されるテーブル１６を昇降させるパンタグラフ機構は２組の第１リンク１７及び第２リンク１８を備えている。両リンク１７，１８は、同じ長さで中央部が軸により回動可能に連結され、上端がテーブル１６に固定された一対の上側支持部材１９に連結され、下端が一対の下側支持部材２０に連結されている。第１リンク１７は下端が下側支持部材２０に回動可能に連結され、上端が上側支持部材１９に形成された長孔１９ａに沿って移動可能に設けられた上側支軸２１に回動可能に連結されている。第２リンク１８は下端が下側支持部材２０に形成された長孔２０ａに沿って移動可能に設けられた下側支軸２２に回動可能に連結され、上端が上側支持部材１９に回動可能に連結されている。下側支軸２２はモータ２３（図１（ｂ）にのみ図示）により回動されるねじ軸２４によりねじ軸２４に沿って移動するスライダ（図示せず）に固定されている。そして、モータ２３の正転駆動時には第１リンク１７及び第２リンク１８の端部の間隔が狭くなってテーブル１６が上昇し、モータ２３の逆転駆動時には第１リンク１７及び第２リンク１８の端部の間隔が広くなってテーブル１６が下降するようになっている。
【００２２】
モータ２３は、バッテリ４２が載置されるテーブル１６をバッテリ４２が車両、例えばバッテリ収納部４３の一部や、バッテリ収納部４３の外縁に配置されたテーパ状の案内プレート（図示せず）に当接しても支障のない第１速度と、第１速度より速い第２速度の２段階に変速可能に構成されている。テーブル１６には、テーブル１６の第１速度での上昇移動時に上昇位置を車両との接触により検出する交換装置側スイッチ２５がテーブル１６と一体移動可能に複数（この実施形態では４個）一平面上に存在するように設けられている。交換装置側スイッチ２５は、昇降手段１４の上昇駆動時に、テーブル１６上に載置されたバッテリ４２の上部がバッテリ収納部４３に収納され、かつバッテリ４２の上面がバッテリ検知スイッチ４５に検知されない状態で、バッテリ収納部４３の周囲において電気自動車４１の下面に接触してオンになるリミットスイッチで構成されている。即ち、各交換装置側スイッチ２５は、バッテリ収納部４３内に侵入しないように、テーブル１６の周囲の側面に固定されている。
【００２３】
テーブル１６は、電気自動車４１がバッテリ交換位置に、バッテリ収納部４３が水平から傾いた状態で停止した場合、テーブル１６の上昇移動時にテーブル１６がバッテリ収納部４３の周縁の一部に当接して、バッテリ収納部４３が水平状態になるまで電気自動車４１を押し上げ、電気自動車４１の傾きを修正可能に構成されている。
【００２４】
昇降手段１４を駆動する制御手段としての制御装置２６（図１（ｃ）に図示）、即ちモータ２３を制御する制御装置２６は、交換装置側スイッチ２５のオン・オフに基づいて昇降手段１４の上昇駆動時におけるモータ２３の変速時期及び停止時期を判断する。制御装置２６は、昇降手段１４の上昇駆動時にモータ２３を先ず第２速度で駆動し、交換装置側スイッチ２５の少なくとも１個がオンになると第２速度から第１速度への減速を行う。また、制御装置２６はテーブル１６の上昇時に、交換装置側スイッチ２５が全てオンになったときには、所定の微小時間だけ駆動を継続した後、昇降手段１４の駆動を停止する。所定の微小時間は、交換装置側スイッチ２５が全てオンになったときから全てのバッテリ検知スイッチ４５がオンになる位置までテーブル１６が第１速度で上昇するのに要する時間に設定されている。即ち、所定の微小時間は、バッテリ検知スイッチ４５として使用されているリミットスイッチのプランジャがオフの状態からオンの状態になるまでに、リミットスイッチのアクチュエータが移動する距離をテーブル１６が第１速度で移動するのに要する時間と同程度の時間に設定されている。
【００２５】
昇降手段１４は、搬送手段１５との間でバッテリ４２の授受（移載）を行うが、テーブル１６の周囲に固定された交換装置側スイッチ２５との干渉を避けるため、図１（ａ），（ｂ）に示すように、搬送手段１５は昇降手段１４とオーバーラップしない状態で、かつ搬送手段１５の一端が昇降手段１４の近傍に位置するように設けられている。
【００２６】
搬送手段１５は、一対のチェーン２７ａを備えたチェーンコンベア２７で構成され、一対のチェーン２７ａ間にバッテリ４２を載置した状態でバッテリ４２を搬送する。両チェーン２７ａは脚部２８ａを備えたフレーム２８に支持され、正逆回転可能な駆動モータ２９により同時に駆動される。搬送手段１５は、バッテリ４２を昇降手段１４との間の移載位置と、バッテリ貯蔵部へのバッテリ搬送手段（いずれも図示せず）との間で搬送する。バッテリ貯蔵部とは、回収された使用済みバッテリを一時貯蔵するとともに、充電された充電済みバッテリを貯蔵する装置で、例えば、自動倉庫で構成される。
【００２７】
搬送手段１５の昇降手段１４寄りには、搬送手段１５の一端まで搬送された新たなバッテリ４２を搬送手段１５上から昇降手段１４のテーブル１６上に移載する移載装置３０が設けられている。移載装置３０は、リフタ３１により昇降される支持部材３２と、支持部材３２上にピストンロッド３３ａが搬送手段１５の搬送方向に延びるように固定されたシリンダ３３とを備えている。ピストンロッド３３ａの先端には押圧板３４が固定されている。シリンダ３３は、押圧板３４が搬送手段１５上のバッテリ４２に係合してテーブル１６上へ移動可能な上昇位置と、押圧板３４が搬送手段１５上のバッテリ４２に係合不能な待機位置（下降位置）とにリフタ３１により移動される。上昇位置においてピストンロッド３３ａが突出することにより押圧板３４がバッテリ４２を搬送手段１５上から昇降手段１４上に移載する。
【００２８】
なお、昇降手段１４を挟んで移載装置３０と反対側には、昇降手段１４のテーブル１６上に載置されたバッテリ４２を搬送手段１５上に移載する移載装置（図示せず）が設けられている。また、制御装置２６は、昇降手段１４だけでなく、搬送手段１５及び移載装置３０の制御も行う。
【００２９】
次に前記のように構成されたバッテリ交換装置１１の作用を説明する。
電気自動車４１は、図示されないスロープを経由して支持プレート１２上まで走行し、支持プレート１２の車輪止めに後輪を載せた状態で停止する。電気自動車４１がバッテリ交換のためバッテリ交換位置に停止すると、図２（ａ）に示すように、バッテリ収納部４３が昇降手段１４のテーブル１６と対向する状態になる。電気自動車４１は、複数のタイヤの状態（空気圧や摩耗の状態）やサスペンションの状態、さらには、乗員及び積載物を含めた車両左右又は前後の重量バランスにはバラツキが存在する為に、車両がバッテリ交換位置に停止すると、バッテリ収納部４３には上下方向の位置のバラツキ、および、水平方向の微小な傾きが存在する状態が基準状態になる。この状態からバッテリ交換装置１１はバッテリ交換を開始する。
【００３０】
先ず、昇降手段１４が高速の第２速度で上昇駆動される。制御装置２６は、図２（ｂ）に示すように、交換装置側スイッチ２５の少なくとも１個がオンになった時点で第１速度に減速する。この時点では他の交換装置側スイッチ２５及びバッテリ収納部４３の上側に設けられているバッテリ検知スイッチ４５は、まだオフ状態にある。また、テーブル１６は、一部がバッテリ４２の一部及びバッテリ収納部４３の周縁の一部に当接した状態になっている。この状態からさらに昇降手段１４が第１速度で上昇駆動され、テーブル１６の上昇に伴って車体の傾きが修正されて水平になった時点で全ての交換装置側スイッチ２５がオンになる。制御装置２６は全ての交換装置側スイッチ２５がオンになったときには、所定の微小時間だけモータ２３の駆動を継続した後、昇降手段１４の駆動を停止する。その結果、図２（ｃ）に示すように、車体の傾きが水平に修正されてバッテリ４２が全てのバッテリ検知スイッチ４５をオンにする状態でテーブル１６が停止する。電気自動車４１の下側は走行時等に汚れ易く、交換装置側スイッチ２５に光電スイッチを用いて反射部を電気自動車４１の下側に設けると、反射部の汚れにより誤動作の虞がある。しかし、交換装置側スイッチ２５がリミットスイッチで構成されているため、光電スイッチを使用した場合に比べて、誤動作が少なくなる。
【００３１】
そして、全てのバッテリ検知スイッチ４５がオンになると、図２（ｃ）に示すように、ロック装置４４がロック解除駆動され、ピストンロッド４４ａはバッテリ４２の下降に支障を来さない位置に移動されてロックが解除される。この状態ではバッテリ４２はテーブル１６により水平に支持されているため、ロック装置４４のロック解除動作が円滑に行われる。次に昇降手段１４が下降駆動され、図２（ｄ）に示すように、バッテリ４２はテーブル１６に載置されて搬送手段１５への移載位置まで下降される。また、テーブル１６の下降により、電気自動車４１は傾いた状態になる。次に図示しない移載装置が駆動されて、バッテリ４２がテーブル１６上から搬送手段１５上に移載される。その後、搬送手段１５が駆動されて使用済みのバッテリ４２はバッテリ交換装置１１から搬出される。
【００３２】
次に満充電された新たなバッテリ４２がバッテリ貯蔵部からバッテリ搬送手段により搬送手段１５上に移載されてバッテリ交換装置１１に搬入される。そして、新たなバッテリ４２は搬送手段１５により昇降手段１４の近傍の移載位置まで搬送される。その状態で移載装置３０が駆動され、新たなバッテリ４２は搬送手段１５上から昇降手段１４のテーブル１６上に移載されて図３（ａ）に示す状態になる。
【００３３】
次に昇降手段１４が高速の第２速度で上昇駆動される。そして、図３（ｂ）に示すように、バッテリ４２がバッテリ収納部４３に進入し、交換装置側スイッチ２５の少なくとも１個がオンになる位置までテーブル１６が上昇すると、昇降手段１４は第１速度に減速される。この時点では他の交換装置側スイッチ２５及び全てのバッテリ検知スイッチ４５はオフ状態にある。また、テーブル１６は、一部がバッテリ収納部４３の周縁の一部に当接した状態になっている。この状態からさらに昇降手段１４が第１速度で上昇駆動され、テーブル１６の上昇に伴って車体の傾きが修正されて水平になった時点で全ての交換装置側スイッチ２５がオンになる。制御装置２６は全ての交換装置側スイッチ２５がオンになったときには、所定の微小時間だけモータ２３の駆動を継続した後、昇降手段１４の駆動を停止する。その結果、図３（ｃ）に示すように、車体の傾きが水平に修正されてバッテリ４２が全てのバッテリ検知スイッチ４５をオンにする状態でテーブル１６が停止する。
【００３４】
そして、全てのバッテリ検知スイッチ４５がオンになると、図３（ｃ）に示すように、ロック装置４４がロック駆動され、ピストンロッド４４ａはバッテリ４２と係合してバッテリ４２を保持可能なロック位置に移動される。次に昇降手段１４が下降駆動され、図３（ｄ）に示すように、新たなバッテリ４２はバッテリ収納部４３内にピストンロッド４４ａにより支持されたロック状態で収納され、テーブル１６が下降位置に配置されることによりバッテリ交換作業が完了する。
【００３５】
なお、電気自動車４１がバッテリ交換位置に停止した際、レアケースとしてバッテリ収納部４３が水平状態となるように停止する場合がある。その場合、テーブル１６が第２速度で上昇中に全ての交換装置側スイッチ２５が同時にオンになる。全ての交換装置側スイッチ２５がオンになったときにテーブル１６を停止させる構成では、第２速度から第１速度への減速と、停止制御とが同時に行われるため衝撃が大きくなる。しかし、制御装置２６は、全ての交換装置側スイッチ２５がオンになったときから所定の微小時間駆動を継続した後、昇降手段１４の駆動を停止するため、テーブル１６は確実に第１速度に減速した後、停止する。
【００３６】
この実施形態によれば、以下に示す効果を得ることができる。
（１）バッテリ４２を昇降する昇降手段１４は、バッテリ４２が載置されるテーブル１６をバッテリが車両に当接しても支障の無い第１速度及び、第１速度より速い第２速度の２段階に変速可能に構成されている。そのため、バッテリ４２が載置されるテーブル１６はバッテリ収納部４３との間でバッテリ４２の授受を行う適正位置まで、１段の速度で移動する構成より短時間で移動する。したがって、バッテリ交換を従来技術に比べて短時間で行うことができる。
【００３７】
（２）バッテリ交換装置１１は、テーブル１６の第１速度での上昇移動時に上昇位置を検出する交換装置側スイッチ２５がテーブル１６と一体移動可能に複数設けられ、昇降手段１４の上昇駆動時に交換装置側スイッチ２５の少なくとも１個がオンになると第２速度から第１速度への減速を行う制御手段（制御装置２６）を備えている。したがって、タイヤの状態等の関係でバッテリ収納部４３が水平から傾いた状態で電気自動車４１がバッテリ交換位置に停止した状態で、その傾きを利用して第２速度から第１速度への適切な減速時期を設定することができる。
【００３８】
（３）交換装置側スイッチ２５は、一平面上に存在するように少なくとも３個設けられ、制御装置２６はテーブル１６の上昇時に、交換装置側スイッチ２５が全てオンになったときには、所定の微小時間だけ駆動を継続した後、昇降手段１４の駆動を停止する。したがって、車両がバッテリ交換位置に停止した際、レアケースであるバッテリ収納部４３が水平な状態になった場合でも、昇降手段１４は第２速度から第１速度へ減速制御された後、所定の微小時間後に停止制御されるため、テーブル１６停止時における衝撃が小さくなる。また、所定の微小時間とは、前述のように短いため、交換装置側スイッチ２５が全て同時にオンになった時点で直ちに停止しなくても、バッテリ交換は短時間で行われる。
【００３９】
（４）電気自動車４１はバッテリ４２がバッテリ収納部４３の適正位置に収納されている状態でオンになるバッテリ検知スイッチ４５を備えている。そして、バッテリ４２をバッテリ収納部４３に収納するための昇降手段１４の上昇駆動時には、バッテリ検知スイッチ４５がオンの状態でバッテリ収納部４３に収納されたバッテリ４２をロックするロック装置４４がロック作動される。したがって、電気自動車４１に設けられたロック装置４４のロックあるいはロック解除時期をバッテリ交換装置側に設けられたセンサの検知情報に基づいて判断する必要がなく、バッテリ交換装置側の情報を入手する際の通信手段の通信異常に起因したロック装置４４の不正作動を防止することができる。
【００４０】
（５）交換装置側スイッチ２５は車両との接触によりテーブル１６の上昇位置の検出を行うように、例えば、リミットスイッチで構成され、バッテリ収納部４３の周縁において電気自動車４１の下面と係合することでオンになる。したがって、車両と非接触の状態で上昇位置の検出を行う構成に比べて、取付位置の設定が容易になる。
【００４１】
（６）交換装置側スイッチ２５はリミットスイッチで構成されているため、光電スイッチを使用した場合に比べて、誤動作が少なくなる。
（７）ロック装置４４は、ロック状態においてテーブル１６に当接しているバッテリ４２が、テーブル１６の昇降にともなって移動可能に構成されている。したがって、バッテリ収納部４３が水平から傾いた状態で電気自動車４１がバッテリ交換位置に停止した場合でも、テーブル１６は傾いたバッテリ４２に当接した後、バッテリ４２を水平に支持する上昇停止位置まで円滑に移動することができる。
【００４２】
実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
○ 昇降手段１４はパンタグラフ式の構成に限らず、例えば、鉛直方向に延びるボールねじを利用してテーブル１６を昇降させる構成としてもよい。
【００４３】
○ 車両側にバッテリ検知スイッチ４５を設けずに、昇降手段１４の上昇駆動時にテーブル１６がバッテリ４２をバッテリ収納部４３の適正位置において支持する状態になった事の情報を通信手段でバッテリ交換装置１１から車両側に送信するようにしてもよい。
【００４４】
○ ロック装置４４は、ロックピン（ピストンロッド４４ａ）を水平にスライドさせてバッテリ４２側に形成された長孔に挿入してロックする構成に限らない。例えば、バッテリ４２側にピンを突設し、車両側にピンをつかむ把持装置を設けてもよい。また、ツメ形状のロック部材が垂直面内で回転することでバッテリを支えるロック位置と、ロック解除位置とに配置される構成の装置としてもよい。
【００４５】
○ 交換装置側スイッチ２５やバッテリ検知スイッチ４５はリミットスイッチに限らず、リードスイッチや光電スイッチ等の他のスイッチを用いてもよい。しかし、光電スイッチよりリードスイッチが好ましい。例えば、交換装置側スイッチ２５としてリードスイッチを用い、車両側にはテーブル１６が第２速度から第１速度への減速を行うべき位置に達したときリードスイッチをオンにさせる位置に永久磁石を設ける。また、光電スイッチの場合は、例えば、投受光部を光が略水平に進む状態でテーブル上面より下側においてテーブル１６に取り付ける。また、車両側（電気自動車４１側）には、テーブル上面がバッテリ収納部４３に収容された状態のバッテリ４２に当接する状態において、前記投受光部からの投光を投受光部に反射可能な状態で反射部を設ける。
【００４６】
○ 昇降手段１４を搬送手段１５の一対のチェーン２７ａの間に配置してもよい。この場合、テーブル１６の搬送手段１５の搬送方向と直交する方向の長さを、一対のチェーン２７ａ間の長さより短く形成する。また、交換装置側スイッチ２５と搬送手段１５との干渉を避けるため、交換装置側スイッチ２５はテーブル１６の上昇移動時にフレーム２８と干渉しない特殊な形状のブラケット、例えば、Ｕ字状のブラケットを介してテーブル１６に固定される。
【００４７】
○ 搬送手段１５の搬送方向と、バッテリ交換位置に停止した車両の前後方向との関係は、平行（同方向）に限らず直交であってもよい。
○ 車両が後退移動でバッテリ交換位置へ進んで停止するのではなく、前進移動でバッテリ交換位置へ進んで停止する構成としてもよい。この場合、車輪止めは、車両の前輪に当接して車両のバッテリ交換位置への位置決めを行う。
【００４８】
○ 搬送手段１５はチェーンコンベアに限らず、ベルトコンベアやローラコンベアで構成してもよい。ローラコンベアの場合、移載装置３０は、シリンダ３３が上昇位置と搬送手段１５の下方の下降位置とにリフタ３１により移動される構成は採用できず、ローラコンベアの上方で押圧板３４がバッテリ４２を押圧可能な位置と、押圧板３４がローラコンベア上のバッテリ４２と干渉しない位置とに移動可能に構成される。
【００４９】
○ バッテリ交換の際に車両がバッテリ交換装置１１の上方で停止する構成として、バッテリ交換装置１１を地上に形成したピット内に設け、車両はそのピットを覆うプレート上、あるいはピットを跨ぐように地上で停止する構成としてもよい。
【００５０】
○ 車両は動力源として大型のバッテリを搭載した車両であればよく、バッテリのみを走行用動力源として備えた電気自動車４１に限らず、モータ及びエンジンの両方を備えたハイブリッドカーであってもよい。
【００５１】
以下の技術的思想（発明）は前記実施形態から把握できる。
（１）請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の発明において、前記交換装置側スイッチは車両との接触により検出を行う。
【００５２】
（２）請求項３に記載の発明において、前記ロック装置は、ロック状態において前記テーブルに当接しているバッテリが、テーブルの昇降にともなって移動可能に構成されている。
【符号の説明】
【００５３】
１１…バッテリ交換装置、１４…昇降手段、１６…テーブル、２５…交換装置側スイッチ、２６…制御手段としての制御装置、４１…車両としての電気自動車、４２…バッテリ、４３…バッテリ収納部、４４…ロック装置、４５…バッテリ検知スイッチ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両のバッテリ交換装置に係り、詳しくは動力源として大型のバッテリを搭載した車両のバッテリ交換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車やハイブリッドカーのように動力源として大型のバッテリ（バッテリユニット）を搭載した車両のうち電気自動車においては、バッテリの充電量が所定量以下になると電気自動車に搭載された状態でバッテリの充電を行うか、消耗したバッテリを充電されたバッテリと交換することによりバッテリを満充電の状態にする必要がある。電気自動車のバッテリ交換装置として、所定位置に設けられた昇降手段の上方にバッテリ収納部が位置するように電気自動車が停止した状態で、昇降手段を用いてバッテリユニットを出し入れするものが公開されている（特許文献１参照）。特許文献１に開示されたバッテリ交換装置では、バッテリ収納部からバッテリユニットを取り出す際、あるいはバッテリ収納部にバッテリユニットを収納する際、バッテリユニットのロック装置のロックあるいはロック解除は、昇降手段の交換テーブルがバッテリユニットを適切な位置で支持していることを確認した状態で行われる。
【０００３】
また、特許文献１のバッテリ交換装置は、バッテリユニットを交換できる場所がバッテリ交換装置の設置場所に限定されるという問題がある。これを解消するためのバッテリ交換装置も提案されている（特許文献２参照）。特許文献２に開示されたバッテリ交換装置は、昇降機能付きの搬送台車を用いてバッテリユニット（バッテリ装置）を、電気自動車のバッテリ取り付け部に進入させた後、昇降機能によりバッテリユニットを上昇させてバッテリ取り付け部にバッテリユニットを取り付ける。電気自動車には、バッテリユニットが上昇開始位置に至ったことを検知するための上昇開始位置確認センサと、搬送台車の昇降機能によりバッテリユニットが上昇開始位置から上昇して取り付け位置に至ったことを検知するための取り付け位置確認センサとが設けられている。電気自動車には、上昇開始位置確認センサの出力信号に基づいてバッテリ装置が上昇開始位置に至ったことを報知する上昇開始位置確認ランプと、取り付け位置確認センサの出力信号に基づいてバッテリ装置が取り付け位置に至ったことを報知する取り付け位置確認ランプを備えている。このバッテリ交換装置は、作業者が搬送台車を任意の位置に停止している電気自動車のバッテリ取り付け部と対向する位置へ移動させるとともに、昇降機能を手動操作により作動させることでバッテリ交換作業が行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平６−２６２９５１号公報
【特許文献２】特開２００２−３６２２６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
バッテリを車両に搭載したまま充電を行なう方式に対し、バッテリ交換方式のメリットは、ガソリン車の給油と同程度未満の短時間にバッテリを満充電の状態にできる点にある。このため、バッテリ交換方式においては、バッテリ交換をより短時間で完了できるほど好ましい。前述した従来技術においては、特許文献１のバッテリ交換装置が、より短時間の交換に適するが、さらにバッテリ交換を短時間で完了する為には、昇降手段によるバッテリの昇降速度を速くすることが有効である。ところが、昇降速度を速くすると、バッテリ収納部（バッテリ取り付け部）及び車両本体に大きな衝撃を加えることなく停止させることが難しくなる。
【０００６】
また、車両に取り付けられた複数のタイヤの状態（空気圧や摩耗の状態）やサスペンションの状態は異なる。さらに、乗員及び積載物を含めた車両左右又は前後の重量バランスにはバラツキが存在する為に、車両がバッテリ交換位置に停止すると、車両のバッテリ収納部には上下方向の位置のバラツキ、および、水平方向の微小な傾きが存在する。この上下方向の位置のバラツキ、および、水平方向の傾きが、昇降手段の昇降制御をさらに難しくする。
【０００７】
本発明は、前記従来の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、車両の停止状態において昇降手段により、バッテリを車両に設けられたバッテリ収納部から取り出し、新たなバッテリをバッテリ収納部に収納する車両のバッテリ交換装置において、バッテリ交換を従来技術に比べて短時間で行うことを可能にすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記第１の目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、車両の停止状態において昇降手段により、バッテリを車両に設けられたバッテリ収納部から取り出し、新たなバッテリを前記バッテリ収納部に収納する車両のバッテリ交換装置である。そして、前記昇降手段は、バッテリが載置されるテーブルをバッテリが車両に当接しても支障の無い第１速度及び、第１速度より速い第２速度の２段階に変速可能に構成され、前記テーブルの第２速度での上昇移動時に上昇位置を検出する交換装置側スイッチが前記テーブルと一体移動可能に複数設けられ、前記昇降手段の上昇駆動時に前記交換装置側スイッチの少なくとも１個がオンになると第２速度から第１速度への減速を行う制御手段を備えている。ここで、「バッテリ」とは、１個の裸の状態のバッテリに限らず、複数のバッテリがバッテリケースに搭載されたバッテリユニットをも意味し、一般にはバッテリユニットの状態で使用される。
【０００９】
この発明では、バッテリが載置されるテーブルは、テーブルが停止すべき位置まで最初から一定速度で上昇するのではなく、２段階に変速されて上昇し、停止すべき位置での停止はバッテリが車両に当接しても支障の無い第１速度で上昇中に行われる。そして、第１速度に減速されるまでは第１速度より速い第２速度で上昇されるため、バッテリが載置されるテーブルはバッテリ収納部との間でバッテリの授受を行う適正位置まで、１段の速度で移動する構成より短時間で移動する。したがって、バッテリ交換を従来技術に比べて短時間で行うことができる。また、車両がバッテリ交換位置に停止した際、タイヤの状態等の関係で車両のバッテリ収納部には上下方向の位置のバラツキ、および、水平方向の微小な傾きが基本的に存在する。そのため、テーブルが上昇移動する際、先ず複数の交換装置側スイッチの少なくとも１個がオンになるが、そのとき第２速度から第１速度への減速が行われるため、減速が適正な時期に行われる。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記交換装置側スイッチは、一平面上に存在するように少なくとも３個設けられ、前記制御手段は前記テーブルの上昇時に、交換装置側スイッチが全てオンになったときには、所定の微小時間だけ駆動を継続した後、昇降手段の駆動を停止する。ここで、「所定の微小時間」とは、例えば、リミットスイッチのプランジャがオフの状態からオンの状態になるまでに、リミットスイッチのアクチュエータが移動する距離を前記第１速度で移動するのに要する時間と同程度の時間を意味する。
【００１１】
第１速度に減速した後、テーブルの上昇を停止する時期を、複数の交換装置側スイッチが全てオンになったときにする構成では、レアケースとしてバッテリ収納部が水平な状態で車両がバッテリ交換位置に停止した際、テーブルの上昇時に、交換装置側スイッチが全て同時にオンになる。そして、昇降手段は第２速度から第１速度への減速と同時に駆動停止を行うに制御されるため、テーブルの停止時における衝撃が大きくなる。しかし、この発明では、車両がバッテリ交換位置に停止した際、バッテリ収納部が水平な状態になり、テーブルの上昇時に、交換装置側スイッチが全て同時にオンになっても、昇降手段は第２速度から第１速度へ減速制御された後、所定の微小時間後に停止制御される。そのため、テーブルの停止時における衝撃が小さくなる。また、所定の微小時間とは、前述のように短いため、交換装置側スイッチが全て同時にオンになった時点で直ちに停止しなくても、バッテリ交換は短時間で行われる。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記車両はバッテリがバッテリ収納部の適正位置に収納されている状態でオンになるバッテリ検知スイッチを備えており、バッテリを前記バッテリ収納部に収納するための収納作業時には、前記バッテリ検知スイッチがオンになると前記バッテリ収納部に収納されたバッテリをロックするロック装置がロック作動される。ここで、「バッテリがバッテリ収納部の適正位置に収納されている」とは、バッテリ収納部に収納されたバッテリの位置が、バッテリをロックするロック装置が支障なく、ロックあるいはロック解除を行うことが可能な位置であることを意味する。
【００１３】
この発明では、昇降手段により新たなバッテリがバッテリ収納部に収納される際、車両に設けられたバッテリ検知スイッチがオンの状態でロック装置がロック作動され、バッテリが適正位置に収納された状態でバッテリのロックが行われる。したがって、車両に設けられたロック装置のロックあるいはロック解除時期をバッテリ交換装置側に設けられたセンサの検知情報に基づいて判断する必要がなく、通信手段の通信異常に起因したロック装置の不正作動を防止することができる。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１〜３に記載の発明によれば、車両の停止状態において昇降手段により、バッテリを車両に設けられたバッテリ収納部から取り出し、新たなバッテリをバッテリ収納部に収納する車両のバッテリ交換装置において、バッテリ交換を従来技術に比べて短時間で行うことを可能にする。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】（ａ）はバッテリ交換装置の模式平面図、（ｂ）はバッテリ交換装置の模式側面図、（ｃ）は車両と昇降手段との関係を示す模式正面図。
【図２】バッテリ取り出し手順を示し、（ａ）は車両がバッテリ交換位置に停止した状態のバッテリ交換装置と車両の関係を示す模式図、（ｂ）は一部の交換装置側スイッチがオンになる位置までテーブルが移動した状態の模式図、（ｃ）はロック装置のロックが解除された状態の模式図、（ｄ）はバッテリが載置されたテーブルが下降位置に移動された状態の模式図。
【図３】バッテリ収納手順を示し、（ａ）は下降位置に位置するテーブル上にバッテリが移載された状態の模式図、（ｂ）は一部の交換装置側スイッチがオンになる位置までバッテリを載置したテーブルが上昇した状態の模式図、（ｃ）はバッテリがバッテリ収納部に収納されてロック装置によりロックされた状態の模式図、（ｄ）はテーブルが下降位置に移動された状態の模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明を電気自動車のバッテリ交換装置に具体化した一実施形態を図１〜図３にしたがって説明する。
図１に示すように、バッテリ交換装置１１は地上に設けられ、バッテリ交換装置１１の上方には車両としての電気自動車４１を支持する支持プレート１２（図１（ｃ）に図示）が、バッテリ交換の際に電気自動車４１が水平状態で停止可能に設けられている。支持プレート１２上にはバッテリ交換の際に電気自動車４１の後輪に当接して電気自動車４１のバッテリ交換位置への位置決めを行う車輪止め（図示せず）が設けられている。支持プレート１２は、図示しないスロープから電気自動車４１がバック（後退移動）で走行してバッテリ交換位置に停止するように構成されている。
【００１７】
電気自動車４１にはバッテリ４２を車体の下方から出し入れ可能に収納するバッテリ収納部４３が設けられている。バッテリ４２としては、複数のバッテリがバッテリケースに搭載されたバッテリユニットが使用されているが、単にバッテリと称す。バッテリ収納部４３の周囲には、バッテリ収納部４３に収納されたバッテリ４２の落下を防止するロック装置４４が設けられている。ロック装置４４は、ピストンロッド４４ａがバッテリケースに形成された掛止孔（図示せず）に進入、離脱可能に配設されたシリンダで構成され、バッテリ４２を４箇所でロック可能に構成されている。ロック装置４４は、ピストンロッド４４ａが掛止孔に進入した状態でロック状態になるが、掛止孔は、ロック状態において昇降手段が下降移動した場合、バッテリ４２の下降移動を許容可能に長孔で形成されている。掛止孔は、ロック状態におけるバッテリ４２の下降量が、昇降手段１４の上昇終了状態でオンになったバッテリ検知スイッチ４５がオフになるように形成されている。
【００１８】
電気自動車４１はバッテリ４２がバッテリ収納部４３の適正位置に収納されている状態でオンになるバッテリ検知スイッチ４５を備えている。バッテリ４２がバッテリ収納部４３の適正位置に収納されているとは、バッテリ収納部４３に収納されたバッテリ４２の位置が、バッテリ４２をロックするロック装置４４が支障なく、ロックあるいはロック解除を行うことが可能な位置であることを意味する。バッテリ検知スイッチ４５は複数個、この実施形態ではバッテリ４２の上面の四隅にそれぞれ当接可能に４個設けられている。ロック装置４４は、バッテリ交換装置１１の昇降手段１４の上昇駆動時に、全てのバッテリ検知スイッチ４５がオンになるとバッテリ収納部４３に収納されたバッテリ４２をロックするように作動される。
【００１９】
支持プレート１２には、電気自動車４１が後輪を車輪止めに当接させてバッテリ交換位置に停止した状態において、バッテリ収納部４３とバッテリ交換装置１１との間におけるバッテリ４２の移動に支障を来さない大きさの開口１２ａが形成されている。
【００２０】
バッテリ交換装置１１は、バッテリ交換位置に停止した電気自動車４１のバッテリ収納部４３と対向する位置でバッテリ４２を昇降する昇降手段１４と、昇降手段１４との間でバッテリ４２の授受が可能で、搬送方向がバッテリ交換位置に停止した電気自動車４１の前後方向と平行に（同じに）なるように設けられた搬送手段１５とを備えている。
【００２１】
昇降手段１４はパンタグラフ式の構成で、バッテリ４２が載置されるテーブル１６を昇降させるパンタグラフ機構は２組の第１リンク１７及び第２リンク１８を備えている。両リンク１７，１８は、同じ長さで中央部が軸により回動可能に連結され、上端がテーブル１６に固定された一対の上側支持部材１９に連結され、下端が一対の下側支持部材２０に連結されている。第１リンク１７は下端が下側支持部材２０に回動可能に連結され、上端が上側支持部材１９に形成された長孔１９ａに沿って移動可能に設けられた上側支軸２１に回動可能に連結されている。第２リンク１８は下端が下側支持部材２０に形成された長孔２０ａに沿って移動可能に設けられた下側支軸２２に回動可能に連結され、上端が上側支持部材１９に回動可能に連結されている。下側支軸２２はモータ２３（図１（ｂ）にのみ図示）により回動されるねじ軸２４によりねじ軸２４に沿って移動するスライダ（図示せず）に固定されている。そして、モータ２３の正転駆動時には第１リンク１７及び第２リンク１８の端部の間隔が狭くなってテーブル１６が上昇し、モータ２３の逆転駆動時には第１リンク１７及び第２リンク１８の端部の間隔が広くなってテーブル１６が下降するようになっている。
【００２２】
モータ２３は、バッテリ４２が載置されるテーブル１６をバッテリ４２が車両、例えばバッテリ収納部４３の一部や、バッテリ収納部４３の外縁に配置されたテーパ状の案内プレート（図示せず）に当接しても支障のない第１速度と、第１速度より速い第２速度の２段階に変速可能に構成されている。テーブル１６には、テーブル１６の第１速度での上昇移動時に上昇位置を車両との接触により検出する交換装置側スイッチ２５がテーブル１６と一体移動可能に複数（この実施形態では４個）一平面上に存在するように設けられている。交換装置側スイッチ２５は、昇降手段１４の上昇駆動時に、テーブル１６上に載置されたバッテリ４２の上部がバッテリ収納部４３に収納され、かつバッテリ４２の上面がバッテリ検知スイッチ４５に検知されない状態で、バッテリ収納部４３の周囲において電気自動車４１の下面に接触してオンになるリミットスイッチで構成されている。即ち、各交換装置側スイッチ２５は、バッテリ収納部４３内に侵入しないように、テーブル１６の周囲の側面に固定されている。
【００２３】
テーブル１６は、電気自動車４１がバッテリ交換位置に、バッテリ収納部４３が水平から傾いた状態で停止した場合、テーブル１６の上昇移動時にテーブル１６がバッテリ収納部４３の周縁の一部に当接して、バッテリ収納部４３が水平状態になるまで電気自動車４１を押し上げ、電気自動車４１の傾きを修正可能に構成されている。
【００２４】
昇降手段１４を駆動する制御手段としての制御装置２６（図１（ｃ）に図示）、即ちモータ２３を制御する制御装置２６は、交換装置側スイッチ２５のオン・オフに基づいて昇降手段１４の上昇駆動時におけるモータ２３の変速時期及び停止時期を判断する。制御装置２６は、昇降手段１４の上昇駆動時にモータ２３を先ず第２速度で駆動し、交換装置側スイッチ２５の少なくとも１個がオンになると第２速度から第１速度への減速を行う。また、制御装置２６はテーブル１６の上昇時に、交換装置側スイッチ２５が全てオンになったときには、所定の微小時間だけ駆動を継続した後、昇降手段１４の駆動を停止する。所定の微小時間は、交換装置側スイッチ２５が全てオンになったときから全てのバッテリ検知スイッチ４５がオンになる位置までテーブル１６が第１速度で上昇するのに要する時間に設定されている。即ち、所定の微小時間は、バッテリ検知スイッチ４５として使用されているリミットスイッチのプランジャがオフの状態からオンの状態になるまでに、リミットスイッチのアクチュエータが移動する距離をテーブル１６が第１速度で移動するのに要する時間と同程度の時間に設定されている。
【００２５】
昇降手段１４は、搬送手段１５との間でバッテリ４２の授受（移載）を行うが、テーブル１６の周囲に固定された交換装置側スイッチ２５との干渉を避けるため、図１（ａ），（ｂ）に示すように、搬送手段１５は昇降手段１４とオーバーラップしない状態で、かつ搬送手段１５の一端が昇降手段１４の近傍に位置するように設けられている。
【００２６】
搬送手段１５は、一対のチェーン２７ａを備えたチェーンコンベア２７で構成され、一対のチェーン２７ａ間にバッテリ４２を載置した状態でバッテリ４２を搬送する。両チェーン２７ａは脚部２８ａを備えたフレーム２８に支持され、正逆回転可能な駆動モータ２９により同時に駆動される。搬送手段１５は、バッテリ４２を昇降手段１４との間の移載位置と、バッテリ貯蔵部へのバッテリ搬送手段（いずれも図示せず）との間で搬送する。バッテリ貯蔵部とは、回収された使用済みバッテリを一時貯蔵するとともに、充電された充電済みバッテリを貯蔵する装置で、例えば、自動倉庫で構成される。
【００２７】
搬送手段１５の昇降手段１４寄りには、搬送手段１５の一端まで搬送された新たなバッテリ４２を搬送手段１５上から昇降手段１４のテーブル１６上に移載する移載装置３０が設けられている。移載装置３０は、リフタ３１により昇降される支持部材３２と、支持部材３２上にピストンロッド３３ａが搬送手段１５の搬送方向に延びるように固定されたシリンダ３３とを備えている。ピストンロッド３３ａの先端には押圧板３４が固定されている。シリンダ３３は、押圧板３４が搬送手段１５上のバッテリ４２に係合してテーブル１６上へ移動可能な上昇位置と、押圧板３４が搬送手段１５上のバッテリ４２に係合不能な待機位置（下降位置）とにリフタ３１により移動される。上昇位置においてピストンロッド３３ａが突出することにより押圧板３４がバッテリ４２を搬送手段１５上から昇降手段１４上に移載する。
【００２８】
なお、昇降手段１４を挟んで移載装置３０と反対側には、昇降手段１４のテーブル１６上に載置されたバッテリ４２を搬送手段１５上に移載する移載装置（図示せず）が設けられている。また、制御装置２６は、昇降手段１４だけでなく、搬送手段１５及び移載装置３０の制御も行う。
【００２９】
次に前記のように構成されたバッテリ交換装置１１の作用を説明する。
電気自動車４１は、図示されないスロープを経由して支持プレート１２上まで走行し、支持プレート１２の車輪止めに後輪を載せた状態で停止する。電気自動車４１がバッテリ交換のためバッテリ交換位置に停止すると、図２（ａ）に示すように、バッテリ収納部４３が昇降手段１４のテーブル１６と対向する状態になる。電気自動車４１は、複数のタイヤの状態（空気圧や摩耗の状態）やサスペンションの状態、さらには、乗員及び積載物を含めた車両左右又は前後の重量バランスにはバラツキが存在する為に、車両がバッテリ交換位置に停止すると、バッテリ収納部４３には上下方向の位置のバラツキ、および、水平方向の微小な傾きが存在する状態が基準状態になる。この状態からバッテリ交換装置１１はバッテリ交換を開始する。
【００３０】
先ず、昇降手段１４が高速の第２速度で上昇駆動される。制御装置２６は、図２（ｂ）に示すように、交換装置側スイッチ２５の少なくとも１個がオンになった時点で第１速度に減速する。この時点では他の交換装置側スイッチ２５及びバッテリ収納部４３の上側に設けられているバッテリ検知スイッチ４５は、まだオフ状態にある。また、テーブル１６は、一部がバッテリ４２の一部及びバッテリ収納部４３の周縁の一部に当接した状態になっている。この状態からさらに昇降手段１４が第１速度で上昇駆動され、テーブル１６の上昇に伴って車体の傾きが修正されて水平になった時点で全ての交換装置側スイッチ２５がオンになる。制御装置２６は全ての交換装置側スイッチ２５がオンになったときには、所定の微小時間だけモータ２３の駆動を継続した後、昇降手段１４の駆動を停止する。その結果、図２（ｃ）に示すように、車体の傾きが水平に修正されてバッテリ４２が全てのバッテリ検知スイッチ４５をオンにする状態でテーブル１６が停止する。電気自動車４１の下側は走行時等に汚れ易く、交換装置側スイッチ２５に光電スイッチを用いて反射部を電気自動車４１の下側に設けると、反射部の汚れにより誤動作の虞がある。しかし、交換装置側スイッチ２５がリミットスイッチで構成されているため、光電スイッチを使用した場合に比べて、誤動作が少なくなる。
【００３１】
そして、全てのバッテリ検知スイッチ４５がオンになると、図２（ｃ）に示すように、ロック装置４４がロック解除駆動され、ピストンロッド４４ａはバッテリ４２の下降に支障を来さない位置に移動されてロックが解除される。この状態ではバッテリ４２はテーブル１６により水平に支持されているため、ロック装置４４のロック解除動作が円滑に行われる。次に昇降手段１４が下降駆動され、図２（ｄ）に示すように、バッテリ４２はテーブル１６に載置されて搬送手段１５への移載位置まで下降される。また、テーブル１６の下降により、電気自動車４１は傾いた状態になる。次に図示しない移載装置が駆動されて、バッテリ４２がテーブル１６上から搬送手段１５上に移載される。その後、搬送手段１５が駆動されて使用済みのバッテリ４２はバッテリ交換装置１１から搬出される。
【００３２】
次に満充電された新たなバッテリ４２がバッテリ貯蔵部からバッテリ搬送手段により搬送手段１５上に移載されてバッテリ交換装置１１に搬入される。そして、新たなバッテリ４２は搬送手段１５により昇降手段１４の近傍の移載位置まで搬送される。その状態で移載装置３０が駆動され、新たなバッテリ４２は搬送手段１５上から昇降手段１４のテーブル１６上に移載されて図３（ａ）に示す状態になる。
【００３３】
次に昇降手段１４が高速の第２速度で上昇駆動される。そして、図３（ｂ）に示すように、バッテリ４２がバッテリ収納部４３に進入し、交換装置側スイッチ２５の少なくとも１個がオンになる位置までテーブル１６が上昇すると、昇降手段１４は第１速度に減速される。この時点では他の交換装置側スイッチ２５及び全てのバッテリ検知スイッチ４５はオフ状態にある。また、テーブル１６は、一部がバッテリ収納部４３の周縁の一部に当接した状態になっている。この状態からさらに昇降手段１４が第１速度で上昇駆動され、テーブル１６の上昇に伴って車体の傾きが修正されて水平になった時点で全ての交換装置側スイッチ２５がオンになる。制御装置２６は全ての交換装置側スイッチ２５がオンになったときには、所定の微小時間だけモータ２３の駆動を継続した後、昇降手段１４の駆動を停止する。その結果、図３（ｃ）に示すように、車体の傾きが水平に修正されてバッテリ４２が全てのバッテリ検知スイッチ４５をオンにする状態でテーブル１６が停止する。
【００３４】
そして、全てのバッテリ検知スイッチ４５がオンになると、図３（ｃ）に示すように、ロック装置４４がロック駆動され、ピストンロッド４４ａはバッテリ４２と係合してバッテリ４２を保持可能なロック位置に移動される。次に昇降手段１４が下降駆動され、図３（ｄ）に示すように、新たなバッテリ４２はバッテリ収納部４３内にピストンロッド４４ａにより支持されたロック状態で収納され、テーブル１６が下降位置に配置されることによりバッテリ交換作業が完了する。
【００３５】
なお、電気自動車４１がバッテリ交換位置に停止した際、レアケースとしてバッテリ収納部４３が水平状態となるように停止する場合がある。その場合、テーブル１６が第２速度で上昇中に全ての交換装置側スイッチ２５が同時にオンになる。全ての交換装置側スイッチ２５がオンになったときにテーブル１６を停止させる構成では、第２速度から第１速度への減速と、停止制御とが同時に行われるため衝撃が大きくなる。しかし、制御装置２６は、全ての交換装置側スイッチ２５がオンになったときから所定の微小時間駆動を継続した後、昇降手段１４の駆動を停止するため、テーブル１６は確実に第１速度に減速した後、停止する。
【００３６】
この実施形態によれば、以下に示す効果を得ることができる。
（１）バッテリ４２を昇降する昇降手段１４は、バッテリ４２が載置されるテーブル１６をバッテリが車両に当接しても支障の無い第１速度及び、第１速度より速い第２速度の２段階に変速可能に構成されている。そのため、バッテリ４２が載置されるテーブル１６はバッテリ収納部４３との間でバッテリ４２の授受を行う適正位置まで、１段の速度で移動する構成より短時間で移動する。したがって、バッテリ交換を従来技術に比べて短時間で行うことができる。
【００３７】
（２）バッテリ交換装置１１は、テーブル１６の第１速度での上昇移動時に上昇位置を検出する交換装置側スイッチ２５がテーブル１６と一体移動可能に複数設けられ、昇降手段１４の上昇駆動時に交換装置側スイッチ２５の少なくとも１個がオンになると第２速度から第１速度への減速を行う制御手段（制御装置２６）を備えている。したがって、タイヤの状態等の関係でバッテリ収納部４３が水平から傾いた状態で電気自動車４１がバッテリ交換位置に停止した状態で、その傾きを利用して第２速度から第１速度への適切な減速時期を設定することができる。
【００３８】
（３）交換装置側スイッチ２５は、一平面上に存在するように少なくとも３個設けられ、制御装置２６はテーブル１６の上昇時に、交換装置側スイッチ２５が全てオンになったときには、所定の微小時間だけ駆動を継続した後、昇降手段１４の駆動を停止する。したがって、車両がバッテリ交換位置に停止した際、レアケースであるバッテリ収納部４３が水平な状態になった場合でも、昇降手段１４は第２速度から第１速度へ減速制御された後、所定の微小時間後に停止制御されるため、テーブル１６停止時における衝撃が小さくなる。また、所定の微小時間とは、前述のように短いため、交換装置側スイッチ２５が全て同時にオンになった時点で直ちに停止しなくても、バッテリ交換は短時間で行われる。
【００３９】
（４）電気自動車４１はバッテリ４２がバッテリ収納部４３の適正位置に収納されている状態でオンになるバッテリ検知スイッチ４５を備えている。そして、バッテリ４２をバッテリ収納部４３に収納するための昇降手段１４の上昇駆動時には、バッテリ検知スイッチ４５がオンの状態でバッテリ収納部４３に収納されたバッテリ４２をロックするロック装置４４がロック作動される。したがって、電気自動車４１に設けられたロック装置４４のロックあるいはロック解除時期をバッテリ交換装置側に設けられたセンサの検知情報に基づいて判断する必要がなく、バッテリ交換装置側の情報を入手する際の通信手段の通信異常に起因したロック装置４４の不正作動を防止することができる。
【００４０】
（５）交換装置側スイッチ２５は車両との接触によりテーブル１６の上昇位置の検出を行うように、例えば、リミットスイッチで構成され、バッテリ収納部４３の周縁において電気自動車４１の下面と係合することでオンになる。したがって、車両と非接触の状態で上昇位置の検出を行う構成に比べて、取付位置の設定が容易になる。
【００４１】
（６）交換装置側スイッチ２５はリミットスイッチで構成されているため、光電スイッチを使用した場合に比べて、誤動作が少なくなる。
（７）ロック装置４４は、ロック状態においてテーブル１６に当接しているバッテリ４２が、テーブル１６の昇降にともなって移動可能に構成されている。したがって、バッテリ収納部４３が水平から傾いた状態で電気自動車４１がバッテリ交換位置に停止した場合でも、テーブル１６は傾いたバッテリ４２に当接した後、バッテリ４２を水平に支持する上昇停止位置まで円滑に移動することができる。
【００４２】
実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
○ 昇降手段１４はパンタグラフ式の構成に限らず、例えば、鉛直方向に延びるボールねじを利用してテーブル１６を昇降させる構成としてもよい。
【００４３】
○ 車両側にバッテリ検知スイッチ４５を設けずに、昇降手段１４の上昇駆動時にテーブル１６がバッテリ４２をバッテリ収納部４３の適正位置において支持する状態になった事の情報を通信手段でバッテリ交換装置１１から車両側に送信するようにしてもよい。
【００４４】
○ ロック装置４４は、ロックピン（ピストンロッド４４ａ）を水平にスライドさせてバッテリ４２側に形成された長孔に挿入してロックする構成に限らない。例えば、バッテリ４２側にピンを突設し、車両側にピンをつかむ把持装置を設けてもよい。また、ツメ形状のロック部材が垂直面内で回転することでバッテリを支えるロック位置と、ロック解除位置とに配置される構成の装置としてもよい。
【００４５】
○ 交換装置側スイッチ２５やバッテリ検知スイッチ４５はリミットスイッチに限らず、リードスイッチや光電スイッチ等の他のスイッチを用いてもよい。しかし、光電スイッチよりリードスイッチが好ましい。例えば、交換装置側スイッチ２５としてリードスイッチを用い、車両側にはテーブル１６が第２速度から第１速度への減速を行うべき位置に達したときリードスイッチをオンにさせる位置に永久磁石を設ける。また、光電スイッチの場合は、例えば、投受光部を光が略水平に進む状態でテーブル上面より下側においてテーブル１６に取り付ける。また、車両側（電気自動車４１側）には、テーブル上面がバッテリ収納部４３に収容された状態のバッテリ４２に当接する状態において、前記投受光部からの投光を投受光部に反射可能な状態で反射部を設ける。
【００４６】
○ 昇降手段１４を搬送手段１５の一対のチェーン２７ａの間に配置してもよい。この場合、テーブル１６の搬送手段１５の搬送方向と直交する方向の長さを、一対のチェーン２７ａ間の長さより短く形成する。また、交換装置側スイッチ２５と搬送手段１５との干渉を避けるため、交換装置側スイッチ２５はテーブル１６の上昇移動時にフレーム２８と干渉しない特殊な形状のブラケット、例えば、Ｕ字状のブラケットを介してテーブル１６に固定される。
【００４７】
○ 搬送手段１５の搬送方向と、バッテリ交換位置に停止した車両の前後方向との関係は、平行（同方向）に限らず直交であってもよい。
○ 車両が後退移動でバッテリ交換位置へ進んで停止するのではなく、前進移動でバッテリ交換位置へ進んで停止する構成としてもよい。この場合、車輪止めは、車両の前輪に当接して車両のバッテリ交換位置への位置決めを行う。
【００４８】
○ 搬送手段１５はチェーンコンベアに限らず、ベルトコンベアやローラコンベアで構成してもよい。ローラコンベアの場合、移載装置３０は、シリンダ３３が上昇位置と搬送手段１５の下方の下降位置とにリフタ３１により移動される構成は採用できず、ローラコンベアの上方で押圧板３４がバッテリ４２を押圧可能な位置と、押圧板３４がローラコンベア上のバッテリ４２と干渉しない位置とに移動可能に構成される。
【００４９】
○ バッテリ交換の際に車両がバッテリ交換装置１１の上方で停止する構成として、バッテリ交換装置１１を地上に形成したピット内に設け、車両はそのピットを覆うプレート上、あるいはピットを跨ぐように地上で停止する構成としてもよい。
【００５０】
○ 車両は動力源として大型のバッテリを搭載した車両であればよく、バッテリのみを走行用動力源として備えた電気自動車４１に限らず、モータ及びエンジンの両方を備えたハイブリッドカーであってもよい。
【００５１】
以下の技術的思想（発明）は前記実施形態から把握できる。
（１）請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の発明において、前記交換装置側スイッチは車両との接触により検出を行う。
【００５２】
（２）請求項３に記載の発明において、前記ロック装置は、ロック状態において前記テーブルに当接しているバッテリが、テーブルの昇降にともなって移動可能に構成されている。
【符号の説明】
【００５３】
１１…バッテリ交換装置、１４…昇降手段、１６…テーブル、２５…交換装置側スイッチ、２６…制御手段としての制御装置、４１…車両としての電気自動車、４２…バッテリ、４３…バッテリ収納部、４４…ロック装置、４５…バッテリ検知スイッチ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の停止状態において昇降手段により、バッテリを車両に設けられたバッテリ収納部から取り出し、新たなバッテリを前記バッテリ収納部に収納する車両のバッテリ交換装置であって、
前記昇降手段は、バッテリが載置されるテーブルをバッテリが車両に当接しても支障の無い第１速度及び、第１速度より速い第２速度の２段階に変速可能に構成され、前記テーブルの第２速度での上昇移動時に上昇位置を検出する交換装置側スイッチが前記テーブルと一体移動可能に複数設けられ、前記昇降手段の上昇駆動時に前記交換装置側スイッチの少なくとも１個がオンになると第２速度から第１速度への減速を行う制御手段を備えていることを特徴とする車両のバッテリ交換装置。
【請求項２】
前記交換装置側スイッチは、一平面上に存在するように少なくとも３個設けられ、前記制御手段は前記テーブルの上昇時に、交換装置側スイッチが全てオンになったときには、所定の微小時間だけ駆動を継続した後、昇降手段の駆動を停止する請求項１に記載の車両のバッテリ交換装置。
【請求項３】
前記車両はバッテリがバッテリ収納部の適正位置に収納されている状態でオンになるバッテリ検知スイッチを備えており、バッテリを前記バッテリ収納部に収納するための収納作業時には、前記バッテリ検知スイッチがオンになると前記バッテリ収納部に収納されたバッテリをロックするロック装置がロック作動される請求項１又は請求項２に記載の車両のバッテリ交換装置。
【請求項１】
車両の停止状態において昇降手段により、バッテリを車両に設けられたバッテリ収納部から取り出し、新たなバッテリを前記バッテリ収納部に収納する車両のバッテリ交換装置であって、
前記昇降手段は、バッテリが載置されるテーブルをバッテリが車両に当接しても支障の無い第１速度及び、第１速度より速い第２速度の２段階に変速可能に構成され、前記テーブルの第２速度での上昇移動時に上昇位置を検出する交換装置側スイッチが前記テーブルと一体移動可能に複数設けられ、前記昇降手段の上昇駆動時に前記交換装置側スイッチの少なくとも１個がオンになると第２速度から第１速度への減速を行う制御手段を備えていることを特徴とする車両のバッテリ交換装置。
【請求項２】
前記交換装置側スイッチは、一平面上に存在するように少なくとも３個設けられ、前記制御手段は前記テーブルの上昇時に、交換装置側スイッチが全てオンになったときには、所定の微小時間だけ駆動を継続した後、昇降手段の駆動を停止する請求項１に記載の車両のバッテリ交換装置。
【請求項３】
前記車両はバッテリがバッテリ収納部の適正位置に収納されている状態でオンになるバッテリ検知スイッチを備えており、バッテリを前記バッテリ収納部に収納するための収納作業時には、前記バッテリ検知スイッチがオンになると前記バッテリ収納部に収納されたバッテリをロックするロック装置がロック作動される請求項１又は請求項２に記載の車両のバッテリ交換装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１１−５１４３２（Ｐ２０１１−５１４３２Ａ）
【公開日】平成２３年３月１７日（２０１１．３．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２００８３１（Ｐ２００９−２００８３１）
【出願日】平成２１年８月３１日（２００９．８．３１）
【出願人】（０００００３２１８）株式会社豊田自動織機 (4,162)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年３月１７日（２０１１．３．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年８月３１日（２００９．８．３１）
【出願人】（０００００３２１８）株式会社豊田自動織機 (4,162)
【Ｆターム（参考）】
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