特許 7193027 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

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-12-12

(45)【発行日】2022-12-20

(54)【発明の名称】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

(51)【国際特許分類】

   B60L 53/80 20190101AFI20221213BHJP

   B60S 5/06 20190101ALI20221213BHJP

   B60K 1/04 20190101ALI20221213BHJP

【ＦＩ】

B60L53/80

B60S5/06

B60K1/04 A

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2022086051

(22)【出願日】2022-05-26

【審査請求日】2022-05-27

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000004123

【氏名又は名称】ＪＦＥエンジニアリング株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】金内 常和

(72)【発明者】

【氏名】平岩 雅治

(72)【発明者】

【氏名】広瀬 道之

(72)【発明者】

【氏名】長谷川 賢司

【審査官】清水 康

(56)【参考文献】

【文献】特開昭５９－１０８２８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開平０７－０３７７５３（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開平０６－２４７６８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開平０５－０７７３９８（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開２０１９－０８７３４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０３－０７１５６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－０３１０３２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ６０Ｌ １／００ － ３／１２

Ｂ６０Ｌ ７／００ － １３／００

Ｂ６０Ｌ １５／００ － ５８／４０

Ｂ６０Ｋ １／０４

Ｂ６０Ｓ ５／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

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り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り前記保管部からバッテリを把持して取り出し、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の作業を時間的に並行して行う制御を含む
バッテリ交換装置用制御装置。

【請求項2】

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、
前記バッテリ交換装置用制御装置は、前記バッテリ保管作業のうちの前記移動体から前記一の把持部がバッテリを把持して上昇移動させる作業と、前記バッテリ搭載作業のうちの前記他の把持部が把持しているバッテリを下降移動させる作業とを時間的に並行して実行する制御を行う
請求項１記載のバッテリ交換装置用制御装置。

【請求項3】

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り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り前記保管部からバッテリを把持して取り出し、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の作業を時間的に並行して行う制御を含む
バッテリ交換装置。

【請求項4】

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、
前記バッテリ保管作業のうちの前記移動体から前記一の把持部がバッテリを把持して上昇移動させる作業と、前記バッテリ搭載作業のうちの前記他の把持部が把持しているバッテリを下降移動させる作業とを時間的に並行して実行する制御を行う
請求項３記載のバッテリ交換装置。

【請求項5】

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
請求項３または４に記載のバッテリ交換装置。

【請求項6】

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
請求項３または４に記載のバッテリ交換装置。

【請求項7】

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り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り前記保管部からバッテリを把持して取り出し、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の作業を時間的に並行して行う
バッテリ交換方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

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。

【背景技術】

【0002】

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。

【0003】

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。

【0004】

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。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開平３－７１５６５号公報

【文献】特開２０１４－３１０３２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

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。

【0007】

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。

【課題を解決するための手段】

【0008】

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。

【0009】

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。

【0010】

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。

【0011】

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。

【0012】

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。

【0013】

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。

【0014】

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。

【発明の効果】

【0015】

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。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】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】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】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。

【図4】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。

【図5】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】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7】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。

【0017】

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。

【0018】

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。

【0019】

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。

【0020】

（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。

【0021】

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。

【0022】

（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。

【0023】

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。

【0024】

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。

【0025】

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。

【0026】

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。

【0027】

（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。

【0028】

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。

【0029】

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。

【0030】

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。

【0031】

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。

【0032】

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。

【0033】

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。

【0034】

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。

【0035】

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。

【0036】

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。

【0037】

（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。

【0038】

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。

【0039】

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。

【0040】

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。

【0041】

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。

【0042】

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。

【0043】

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。

【0044】

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。

【0045】

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。

【0046】

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。

【0047】

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。

【0048】

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。

【0049】

（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。

【0050】

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。

【0051】

（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。

【0052】

（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。

【0053】

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。

【0054】

（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。

【0055】

（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。

【0056】

（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。

【0057】

（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。

【0058】

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。

【0059】

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。

【0060】

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。

【0061】

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。

【0062】

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。

【0063】

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。

【0064】

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。

【0065】

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。

【0066】

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。

【符号の説明】

【0067】

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
２６ ＩＤ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
３１ ＩＤ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

【要約】

【課題】バッテリを搭載可能な移動体に対してバッテリを交換可能な施設において、バッテリの交換効率および収容効率を向上させること。
【解決手段】バッテリを着脱可能な移動体に搭載されるバッテリを保管可能な保管部と、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、移動体および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、移動体と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、バッテリ交換装置によるバッテリの交換を行うバッテリ交換制御は、複数の把持部のうちの一の把持部による移動体からバッテリを取り出して保管部へ保管するためのバッテリ保管作業と、複数の把持部のうちの他の一の把持部による保管部からバッテリを取り出して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。
【選択図】図２

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】