特表 2024-544313 車両に応用するバッテリーパック交換システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-11-28

(54)【発明の名称】車両に応用するバッテリーパック交換システム

(51)【国際特許分類】

   H02J 7/00 20060101AFI20241121BHJP

   B60L 53/80 20190101ALI20241121BHJP

【ＦＩ】

H02J7/00 P

B60L53/80

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2024536241

(86)(22)【出願日】2022-12-12

(85)【翻訳文提出日】2024-06-17

(86)【国際出願番号】 CN2022138396

(87)【国際公開番号】W WO2023116486

(87)【国際公開日】2023-06-29

(31)【優先権主張番号】202111583938.7

(32)【優先日】2021-12-22

(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】517062311

【氏名又は名称】▲葛▼ 熾昌

(74)【代理人】

【識別番号】110000752

【氏名又は名称】弁理士法人朝日特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】▲葛▼ 熾昌

【テーマコード（参考）】

5G503

5H125

【Ｆターム（参考）】

5G503AA01

5G503BA02

5G503BB01

5G503DA07

5G503FA06

5H125AA01

5H125AC13

5H125BC26

5H125FF06

(57)【要約】

【課題】車両に応用するバッテリーパック交換システムを提供する。
【解決手段】車両に応用するバッテリーパック交換システムは、複数の第１の通路と、少なくとも１つの第２の通路と、少なくとも１つの加工設備と、を含み、車両はそれぞれ対応する第１の通路を移動し、第２の通路は前記複数の第１の通路と投影方向に交差するように設置されており、第２の通路と前記複数の第１の通路との交差位置にはそれぞれ加工領域があって、加工設備は対応する第２の通路に沿って前記複数の加工領域の間で移動し、また、各加工領域に位置する車両に対してバッテリーパックの交換作業を行って、前記バッテリーパック交換作業には、加工設備が車両から使用済みのバッテリーパックを取り外し、また、充電済みのバッテリーパックを車両に装着するステップが含まれる。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の車両がそれぞれ移動する複数の第１の通路と、
前記複数の第１の通路と投影方向に交差するように設置され、前記複数の第１の通路との交差位置にそれぞれ加工領域を有する少なくとも１つの第２の通路と、
対応する前記第２の通路に沿って前記複数の加工領域の間を移動し、異なる第１の通路に対応する前記複数の加工領域の少なくとも１つで前記複数の車両に対するバッテリーパック交換作業を行う少なくとも１つの加工設備と、を含み、
前記バッテリーパック交換作業は、加工設備によって使用済みバッテリーパックを前記車両から取り外し、また、充電済みバッテリーパックを前記車両に装着するステップを含む
ことを特徴とする車両に応用するバッテリーパック交換システム。

【請求項2】

前記第２の通路に隣接し、複数のバッテリーパックを収納しており、前記加工設備がバッテリーパック収納エリアと各加工領域の間を移動し、前記使用済みバッテリーパックと前記充電済みバッテリーパックを輸送するバッテリーパック収納エリアを更に含む
ことを特徴とする請求項１に記載のバッテリーパック交換システム。

【請求項3】

前記第２の通路に隣接し、複数のバッテリーパックを収納するバッテリーパック収納エリアと、
前記第２の通路に沿って前記バッテリーパック収納エリアと前記加工設備の間を移動し、前記バッテリーパック収納エリアおよび／または前記加工設備に対応する位置で前記複数のバッテリーパックの受け渡しを行うバッテリーパック輸送装置と、
を更に含むことを特徴とする請求項１に記載のバッテリーパック交換システム。

【請求項4】

前記少なくとも１つの第２の通路の一方の側に位置する第３の通路と、
前記第３の通路に隣接し、複数のバッテリーパックを収納するバッテリーパック収納エリアと、
前記第３の通路に沿って前記バッテリーパック収納エリアと前記加工設備に対応する位置の間を移動し、前記バッテリーパック収納エリアおよび／または前記加工設備に対応する位置で前記複数のバッテリーパックの受け渡しを行うバッテリーパック輸送装置と、
を更に含むことを特徴とする請求項１に記載のバッテリーパック交換システム。

【請求項5】

前記バッテリーパック輸送装置が前記加工設備に対応する位置で前記複数のバッテリーパックの受け渡しを行うことは移動中に行う
ことを特徴とする、請求項４に記載のバッテリーパック交換システム。

【請求項6】

前記第２の通路に沿って移動する前記加工設備の数が１より大きい
ことを特徴とする、請求項１に記載のバッテリーパック交換システム。

【請求項7】

前記各加工設備の適用車両の諸元または適用バッテリーパックの仕様が異なる
ことを特徴とする、請求項６に記載のバッテリーパック交換システム。

【請求項8】

前記バッテリーパック交換作業が同一車両から複数のバッテリーパックを取り外したり装着したりするステップを更に含む
ことを特徴とする、請求項１に記載のバッテリーパック交換システム。

【請求項9】

２台以上の車両が同時に位置する第１の通路と、
前記第１の通路と投影方向で複数の重なる位置を有し、且つ、各重なる位置がそれぞれ加工領域を有する第２の通路と、
前記第２の通路に沿って前記複数の加工領域の間で移動し、また、異なる加工領域の異なる車両に対してバッテリーパック交換作業を行う１つ以上の加工設備と、を含み、
前記バッテリーパック交換作業が、前記加工設備によって使用済みバッテリーパックを前記車両から取り外し、また、充電済みバッテリーパックを前記車両に装着するステップを含む
ことを特徴とする、車両に応用するバッテリーパック交換システム。

【請求項10】

前記第２の通路の一方の側に位置する第３の通路と、
前記第３の通路に隣接し、複数のバッテリーパックを収納するバッテリーパック収納エリアと、
前記第３の通路に沿って前記バッテリーパック収納エリアと前記加工設備に対応する位置との間で移動し、前記バッテリーパック収納エリアおよび／または前記加工設備に対応する位置で前記複数のバッテリーパックの受け渡しを行うバッテリーパック輸送装置と、
を更に含むことを特徴とする、請求項９に記載のバッテリーパック交換システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、加工システムに関するものであり、特に車両に応用するバッテリーパック交換システムに関する。

【背景技術】

【0002】

電気自動車の運転および操作は、バッテリーパックに蓄えられた電力によって駆動されるため、バッテリーパックの電力を維持することが最も主要な任務の１つとなっている。一般的に、電気自動車のバッテリーパックの電力を維持する方法として、少なくとも次の３つの方法が選択できる、第一に、電気自動車のバッテリーパックを交流充電すること（いわゆる低速充電）、第二に、電気自動車のバッテリーパックを直流充電すること（いわゆる急速充電）、第三に、電気自動車のバッテリーパックを直接交換すること、である。

【0003】

充電方式でバッテリーパックの電力を充電する場合、最大の欠点は時間がかかることである。例えば、８０％の電力を充電したい場合、低速充電方式では約３時間から５時間以上かかり、急速充電方式でも少なくとも２０分から３０分はかかる。したがって、充電方式を使用してバッテリーパックの電力を即時に、かつ迅速に充電することは困難であり、使用上の不便を引き起こす。

【0004】

バッテリーパックを直接交換する方法は、充電方式よりも電気自動車が必要な電力を即座に得ることができる。しかし、バッテリーパックの重量とその質量エネルギー密度が比例するため、バッテリーパックの容量が大きいほど、その重量が重くなり、バッテリーパックの交換作業を人力で実行することは不利である。現在の技術では、一般的な電気自動車のバッテリーパックは車全体の重量の約４の１程度を占め、例えば２０００キログラムの電気自動車の場合、バッテリーパックの重量は約５００キログラムとなるため、自動化された交換設備を使用してバッテリーパックを交換する必要があり、また、交換用のバッテリーパックは共有できず、バッテリーパックの交換を実施する際の困難さを増加させる。

【0005】

バッテリーパックの交換は、電気自動車に十分な電力を迅速に補充することができるものの、自動化された交換設備を設置するために必要なコストは急速充電設備の少なくとも数十倍にもなり、設置規模に影響を与える。数が不足している交換設備は、ピーク時に多数の車両の交換ニーズを満たすことができず、結果として車主たちは並んで交換を待つ必要がある。一度に多くの交換設備を設置すると、多額の資金コストの投入が必要となり、バッテリーパックの交換が少ない時間帯を考慮すると、このような投資は利用率が低すぎると見なされる可能性がある。前述したような状況は、例えば長距離道路や高速道路の休憩施設やサービスエリアで発生する可能性があり、休日には多くのバッテリーパック交換ニーズ（ピーク需要）があり、休日ではない時には少ないバッテリーパック交換ニーズ（オフピーク需要）がある。

【0006】

更に、バッテリーパック交換作業は、サービス業の範疇に属し、製品構成は事前に計画することができず、電気自動車が到着した後に、その要求に応じて、対応するバッテリーパックやプランを選択してから交換作業を行うことができるため、作業時間の遅延が全体の稼働率に深刻な影響を与え、事業者や消費者にとって不利である。また、現行のバッテリーパック交換作業は、特定のメーカーや諸元の電気自動車にのみ実行でき、これがバッテリーパック交換の不便さや消費者の購入意欲と使用意欲を制限してしまっている。

【0007】

したがって、バッテリーパックの交換方式による電気自動車の電力補充は好ましい選択であるが、上述したピークおよびオフピークの特性に対応するために、バッテリーパック交換システムの投資コストと、利用率と、稼働率と、作業効率の間でバランスを取ることは実際には難しい。したがって、本発明者は、上記の問題を改善するために、車両に応用するバッテリーパック交換システムを提供する。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

本発明の目的は、車両に応用するバッテリーパック交換システムを提供し、車両のバッテリーパックの交換単位コストを低減し、システムの共有性を向上させ、システムを柔軟に拡張できるようにすることである。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記の目的を達成するために、本発明は車両に応用するバッテリーパック交換システムを提供する。バッテリーパック交換システムは、複数の第１の通路と、少なくとも１つの第２の通路と、少なくとも１つの加工設備を含む。各第１の通路は、少なくとも１台の車両がその中を移動するためにそれぞれ提供される。第２の通路は、投影方向において前記複数の第１の通路と交差するように設置され、第２の通路と前記複数の第１の通路との交差位置には、それぞれ加工領域がある。加工設備は、対応する第２の通路に沿って前記複数の加工領域との間で移動し、また、異なる第１の通路に対応する前記複数の加工領域の少なくとも１つにおいて、前記車両に対してバッテリーパックの交換作業を行う。バッテリーパックの交換作業は、加工設備が使用済みバッテリーパックを車両から取り外し、また、充電済みバッテリーパックを車両に装着するステップを含む。

【0010】

一実施例において、バッテリーパック交換システムは、第２の通路に隣接し、複数のバッテリーパックを収納するバッテリーパック収納エリアを更に含み、前記複数のバッテリーパックには、使用済みバッテリーパックと、充電済みバッテリーパック、およびそれらの組み合わせが含まれる。更に、前記加工設備はバッテリーパック収納エリアと各加工領域との間で移動し、使用済みバッテリーパックと、充電済みバッテリーパック、およびそれらの組み合わせを輸送する。

【0011】

一実施例において、バッテリーパック交換システムは、バッテリーパック収納エリアとバッテリーパック輸送装置とを含む。バッテリーパック収納エリアは第２の通路に隣接し、また、複数のバッテリーパックを収納しており、前記複数のバッテリーパックには、使用済みバッテリーパックと、充電済みバッテリーパック、およびそれらの組み合わせが含まれる。バッテリーパック輸送装置は、第２の通路に沿ってバッテリーパック収納エリアと加工設備との間で移動し、また、バッテリーパック輸送装置はバッテリーパック収納エリアまたは加工設備に対応する位置で前記複数のバッテリーパックの受け渡しを行う。

【0012】

一実施例において、バッテリーパック交換システムは、第３の通路と、バッテリーパック収納エリアと、バッテリーパック輸送装置と、を更に含む。第３の通路は第２の通路の一方の側に位置する。バッテリーパック収納エリアは第３の通路に隣接し、また、複数のバッテリーパックを収納しており、前記複数のバッテリーパックには、使用済みバッテリーパックと、充電済みバッテリーパック、およびそれらの組み合わせが含まれる。バッテリーパック輸送装置は第３の通路に沿ってバッテリーパック収納エリアと加工設備に対応する位置との間で移動し、また、バッテリーパック輸送装置はバッテリーパック収納エリアまたは加工設備に対応する位置で前記複数のバッテリーパックの受け渡しを行う。

【0013】

一実施例において、前記バッテリーパック輸送装置は、前記加工設備に対応する位置で前記複数のバッテリーパックの受け渡しを行うことを移動中に行う。

【0014】

一実施例において、バッテリーパック交換システムは、バッテリーパック輸送装置を更に含み、バッテリーパック輸送装置は第２の通路に沿ってバッテリーパック収納エリアと各加工領域との間で移動し、また、使用済みバッテリーパックと、充電済みバッテリーパック、およびそれらの組み合わせを輸送する。

【0015】

一実施例において、第２の通路は、前記複数の第１の通路とそれぞれ２つの交差位置を有する。別の実施例では、第２の通路はバッテリーパック収納エリアを中心に環状に設置されている。

【0016】

一実施例において、第３の通路は、隣接する２つの第２の通路の間に位置する。

【0017】

一実施例において、各加工領域で実行されるバッテリーパック交換作業の内容は異なり、前記内容には、車種と、バッテリーパックの容量と、バッテリーパックの数、およびそれらの組み合わせが含まれる。

【0018】

一実施例において、第２の通路に沿って移動する加工設備の数は１より大きい。

【0019】

一実施例において、加工設備の数が１より大きい場合、各加工設備に対応する適用車両の諸元または適用バッテリーパックの仕様は異なる。

【0020】

一実施例において、バッテリーパック交換作業は、同一の車両に対して複数のバッテリーパックを取り外したり装着したりする。

【0021】

更に、上記の目的を達成するために、本発明は車両に応用するバッテリーパック交換システムを更に提供する。バッテリーパック交換システムは、第１の通路と、第２の通路と、少なくとも１つの加工設備と、を含む。第１の通路は、複数の車両が同時にその中に位置するために提供される。第２の通路は、第１の通路と投影方向に複数の重なる位置を有し、また、各重なる位置にはそれぞれ加工領域がある。加工設備は第２の通路に沿って前記複数の加工領域の間でそれぞれ移動し、また、異なる加工領域の異なる車両に対し、バッテリーパック交換作業を行う。バッテリーパック交換作業には、加工設備が車両から使用済みのバッテリーパックを取り外し、また、充電済みのバッテリーパックを車両に装着するステップが含まれる。

【0022】

一実施例において、バッテリーパック交換システムは、第３の通路と、バッテリーパック収納エリアと、バッテリーパック輸送装置とを含む。第３の通路は、第２の通路の一方の側に位置する。バッテリーパック収納エリアは、第３の通路に隣接し、また、複数のバッテリーパックを収納する。バッテリーパック輸送装置は、第３の通路に沿ってバッテリーパック収納エリアと加工設備に対応する位置との間で移動する。バッテリーパック輸送装置は、バッテリーパック収納エリアおよび／または加工設備に対応する位置で前記複数のバッテリーパックの受け渡しを行う。

【0023】

以上をまとめると、本発明の車両に応用するバッテリーパック交換システムは、少なくとも以下の３つの特徴を有する。

【0024】

特徴１について、第１の通路と第２の通路は、投影上で交差するように設置され、立体的な構造でバッテリーパック交換作業を行う。加工設備は、第１の通路上の車両の移動と位置決めのデッドタイムを利用して、他の第１の通路に位置決め済みの車両に対しバッテリーパック交換作業を行い、これにより、高価値な加工設備の稼働率が向上し、車両のバッテリーパックを交換する単位コストが低減する。

【0025】

特徴２について、加工設備の数が１より大きい場合、各加工設備の適用車両の諸元または適用バッテリーパックの仕様が異なっていてもよい。これにより、加工設備とバッテリーパック交換作業の準備が整った車両が、異なる通路と異なる平面上をそれぞれ移動し、バッテリーパック交換作業の位置を柔軟に割り当てることができる。これにより、異なる諸元の車両が同じバッテリーパック交換システム内でバッテリーパック交換作業を行うことができ、システムの共有性が向上する。

【0026】

特徴３について、単一の加工設備は、異なる第１の通路上の異なる車両に対してバッテリーパック交換作業を行うことができ、また、バッテリーパック交換システムが拡張を必要とする際には、個別に第１の通路を追加したり、個別に加工設備を追加したりすることができ、システムを柔軟に拡張することができる。

【発明の効果】

【0027】

以上より、本発明の車両に応用するバッテリーパック交換システムは、投資コストと、利用率と、作業効率との間でバランスを取ることができ、システムを柔軟に拡張することができる。

【図面の簡単な説明】

【0028】

【図1】本発明の実施例１における車両に応用するバッテリーパック交換システムの概略図。

【図2】本発明の実施例２における車両に応用するバッテリーパック交換システムの概略図。

【図3】本発明の実施例３における車両に応用するバッテリーパック交換システムの概略図。

【図4】本発明の実施例４における車両に応用するバッテリーパック交換システムの概略図。

【図5】本発明の実施例５における車両に応用するバッテリーパック交換システムの概略図。

【図6】本発明の実施例６における車両に応用するバッテリーパック交換システムの概略図。

【図7】本発明の実施例７における車両に応用するバッテリーパック交換システムの概略図。

【発明を実施するための形態】

【0029】

当業者が本発明の内容を理解し、それを実現するための根拠とできるように、適切な実施例と図面を以下に示す。同じ部材は同じ符号を付けて説明する。

【0030】

本実施例において、使用される用語の定義は以下の通りである。「受け渡しを行う」とは、受け取ったり、渡したり、およびそれらの組み合わせを含む。また、「製品」は完成品を指し、また、独立して動作可能な物を指す。例えば、本明細書における「電気自動車」は製品であり、少なくともバッテリーパックなどの必要な部材を有する。

【0031】

図１を参照すると、本発明の実施例１における車両に応用するバッテリーパック交換システム１０は、４つの第１の通路１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄと、２つの第２の通路１２ａ、１２ｂと、２つの加工設備１３ａ、１３ｂと、バッテリーパック収納エリア１６と、を含む。

【0032】

４つの第１の通路１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄは互いに距離を空けて第１の平面に位置し、また、第1の対象がその中を移動するためにそれぞれ提供される。前記第１の対象はそれぞれ製品（ｆｉｎｉｓｈｅｄ Ｐｒｏｄｕｃｔ）であり、例えば電気自動車１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄである。電気自動車１５ａを例に挙げると、それは、移動設備により第１の通路１１ａに沿って運ばれることができる。前記移動設備は、例えば無人搬送車（ａｕｔｏｍａｔｅｄ ｇｕｉｄｅｄ Ｖｅｈｉｃｌｅ、ＡＧＶ）や自動搬送レールなどである。他の実施例では、車両自体が移動設備であり、運転手の運転によって第１の通路内を移動することができる。

【0033】

２つの第２の通路１２ａ、１２ｂは第２の平面に位置し、第１の平面とは異なる。本実施例において、第２の平面は第１の平面の下に位置する。第２の通路１２ａ、１２ｂは、前記複数の第１の通路１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄと投影方向で交差するように設置される。第２の通路１２ａ、１２ｂと前記複数の第１の通路１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄの交差位置はそれぞれ加工領域を有する。つまり、本実施例では、合計で８つの加工領域Ｐ１１、Ｐ１２、Ｐ１３、Ｐ１４、Ｐ１５、Ｐ１６、Ｐ１７、Ｐ１８がある。

【0034】

更に、他の実施例において、第１の通路と第２の通路が部分的に同じ平面に位置し、加工領域でのみ異なる平面が形成される。例えば、第２の通路は加工領域のみが第１の通路の下に位置し、他の位置では第２の通路と第１の通路が同じ平面に位置する。

【0035】

２つの加工設備１３ａ、１３ｂは、それぞれ対応する第２の通路１２ａ、１２ｂに沿って対応する加工領域Ｐ１１、Ｐ１２、Ｐ１３、Ｐ１４、Ｐ１５、Ｐ１６、Ｐ１７、Ｐ１８の間で移動する。加工領域Ｐ１１、Ｐ１２、Ｐ１３、Ｐ１４、Ｐ１５、Ｐ１６、Ｐ１７、Ｐ１８は、加工設備１３ａ、１３ｂが電気自動車１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄに対してバッテリーパックの交換作業を行うための場所を提供する。例えば、加工設備１３ａは第２の通路１２ａに沿って加工領域Ｐ１１に移動し、また、加工領域Ｐ１１で電気自動車１５ａに対してバッテリーパックの交換作業を行う。バッテリーパックの交換作業には、加工設備１３ａが電気自動車１５ａから使用済みのバッテリーパックを取り外し、また、充電済のバッテリーパックを電気自動車１５ａに装着するステップが含まれる。

【0036】

また、第２の通路１２ａ、１２ｂは、バッテリーパック収納エリア１６にも延伸し、加工設備１３ａ、１３ｂは、更にバッテリーパック収納エリア１６と加工領域Ｐ１１、Ｐ１２、Ｐ１３、Ｐ１４、Ｐ１５、Ｐ１６、Ｐ１７、Ｐ１８の間で移動することができる。バッテリーパック収納エリア１６には複数のバッテリーパックが収納されており、これには交換可能なバッテリーパック（ｓｗａｐｐａｂｌｅ ｂａｔｔｅｒｙ ｐａｃｋ）が含まれるが、これに限定されることはない。交換可能なバッテリーパックは、主バッテリーパックを備えた電気自動車に使用され、主に電気自動車がより多くの利用可能な容量を提供する。また、交換可能なバッテリーパックには、各交換可能なバッテリーパックの容量や電力などの電気的パラメータにそれぞれ対応するように適応的に設計されるＤＣ／ＤＣコンバータ（ＤＣ／ＤＣ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）が設置され、交換可能なバッテリーパックは異なる車両の異なる主バッテリーパックに充電、放電、協調動作することができるようになっており、これにより交換可能なバッテリーパックの共有性を実現する。

【0037】

更に、バッテリーパックの共有性をより向上させるために、単一の大きなサイズのバッテリーパックを複数の小さなサイズのバッテリーパックに分割することができる。各小さなサイズのバッテリーパックは、異なるサイズおよび／または容量のバッテリーパックを備えることができ、異なるサイズおよび／または容量のバッテリーパックの組み合わせにより、より多くの組み合わせの可能性がカバーされ、異なる車両の設計に適用される。

【0038】

以下に、車両に応用するバッテリーパック交換システムの一実施例を説明する。図１に示すように、バッテリーパック交換システム１０は、道路の途中にあるサービスエリアに設置されている。ここでの道路は、例えば長距離道路や高速道路などであるが、これらに限定されることはない。電気自動車は道路を走行中にバッテリーパック交換システム１０に入り、バッテリーの交換作業を行うことができる。電気自動車は、単一のバッテリーパックのみを備えた配置である場合もあれば、主バッテリーパックと交換可能なバッテリーパックを同時に備えた配置である場合もある。電気自動車がバッテリーパック交換システム１０に入る前に、待機位置から第１の通路１１ｂの入口まで案内され、その後のバッテリーパック交換システム１０において、電気自動車は前述の移動設備によって搬送される。

【0039】

次に、移動設備は第１案内情報に基づいて第１の通路１１ｂに沿って加工領域Ｐ１２に移動し、加工設備１３ａは第２の通路１２ａに沿って加工領域Ｐ１２に移動する。加工設備１３ａは第２の通路１２ａのどの位置からでも加工領域Ｐ１２に移動でき、例えば加工設備１３ａが加工領域Ｐ１４でのバッテリーパック交換作業を終えた後、直ちに加工領域Ｐ１２に移動することができる。

【0040】

加工領域Ｐ１２では、第２の平面の水平が第１の平面の水平よりも低くなっているため、加工設備１３ａは電気自動車の下に位置する。加工設備１３ａは、先ず、電気自動車から使用済みのバッテリーパックを取り外し、次に充電済みのバッテリーパックを電気自動車に取り付けてバッテリーパック交換作業を完了する。その後、移動設備は第２案内情報に基づいて第１の通路１１ｂに沿って電気自動車を第１の通路１１ｂから移動させる。

【0041】

電気自動車に使用されるバッテリーパックは、バッテリーパックであっても、交換可能なバッテリーパックであっても、数百キログラムまたは数百ボルトのレベルに達するため、安定性、精度、および安全性を満たす加工設備は一般に単価が高い設備となる。本発明のバッテリーパック交換システムでは、加工設備が異なる第１の通路に対応する前記複数の加工領域のうちの少なくとも１つで前記車両にバッテリーパック交換作業を行い、また、第１の通路と第２の通路が異なる平面上に交差するように設置されるため、１つの加工設備でスケジューリング方法により異なる第１の通路上の電気自動車にバッテリーパック交換作業を行うことができる。したがって、単価の高い加工設備を各第１の通路に固定して設置する必要がなくなり（つまり、加工設備の数が第１の通路の数よりも少ない）、バッテリーパック交換システムの単位コストを低減できる。バッテリーパックの交換が必要な電気自動車の数が増えると、スケジューリング方法により加工設備を各対応する加工領域間で移動させて高価な加工設備の稼働率を向上させ、単位コストを低減させることができ、バッテリーパック交換システムの効率を最適化し、また、全体の投資コスト、利用率、および作業効率の間でバランスを取ることができる。前記スケジューリング方法には、加工設備が、第１の通路上の電気自動車を移動および位置決めのデッドタイムを利用して、他の第１の通路（または加工領域）に位置決め済みの電気自動車に対し、直ちにバッテリーパック交換作業を行うステップが含まれるが、これに限定されることはない。

【0042】

また、図２は、本発明の実施例２における車両に応用するバッテリーパック交換システム１０Ａを示すものであり、バッテリーパック交換システム１０とは異なり、２つのバッテリーパック輸送装置１７ａ、１７ｂを更に備える。実施例１において、使用済みバッテリーパックと充電済みバッテリーパック（バッテリーパックと交換可能なバッテリーパックを含む）は加工設備によって運ばれるが、本実施例では、使用済みバッテリーパックと充電済みバッテリーパックはバッテリーパック輸送装置１７ａ、１７ｂによって運ばれ、また、対応する第２の通路１２ａ、１２ｂに沿ってバッテリーパック収納エリア１６と各加工領域Ｐ１１、Ｐ１２、Ｐ１３、Ｐ１４、Ｐ１５、Ｐ１６、Ｐ１７、Ｐ１８の間で移動する。バッテリーパック輸送装置１７ａ、１７ｂは、バッテリーパックをバッテリーパック収納エリアから取り出し、また、加工設備１３ａ、１３ｂとバッテリーパック輸送装置１７ａ、１７ｂがバッテリーパックの受け渡しを行うことができるため、加工設備１３ａ、１３ｂは加工領域とバッテリーパック収納エリアとの往復を必要とせず、バッテリーパックの交換作業を迅速に行うことができる。

【0043】

更に、図２において、加工設備１３ａ、１３ｂとバッテリーパック輸送装置１７ａ、１７ｂが第２の通路１２ａ、１２ｂ内で移動し、前記第２の通路１２ａ、１２ｂの配置は、加工設備１３ａ、１３ｂとバッテリーパック輸送装置１７ａ、１７ｂが自由に移動し、お互いを妨げることなく移動できるように設計されている。

【0044】

同時に、稼働率を更に向上させるために、加工設備とバッテリーパック輸送装置は移動中に互いに必要なバッテリーパックの受け渡しを行うことができる。例えば、加工設備が、次の加工領域に移動する際に、取り外された使用済みのバッテリーパックを移動中のバッテリーパック輸送装置に引き渡し、また、次の加工領域で使用する充電済みのバッテリーパックをバッテリーパック輸送装置が引き取ることで、時間を有効に活用することができる。

【0045】

次に、図３を参照すると、本発明の実施例３における車両に応用するバッテリーパック交換システム２０は、４つの第１の通路２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄと、２つの第２の通路２２ａ、２２ｂと、２つの加工設備２３ａ、２３ｂと、第３の通路２４と、バッテリーパック収納エリア２６と、バッテリーパック輸送装置２７と、を含む。

【0046】

４つの第１の通路２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄは、互いに一定の距離を空けて配置され、第１の平面上に位置し、また、電気自動車２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄをそれぞれ搬送するために用いられる。各車両は少なくともバッテリーパック（主バッテリーパックまたは交換可能なバッテリーパックを含む）などの必要な部材を備えている。例えば、電気自動車２５ａは、移動設備によって第１の通路２１ａに沿って運ばれることができる。前記移動設備は、例えば、無人搬送車（ａｕｔｏｍａｔｅｄ ｇｕｉｄｅｄ Ｖｅｈｉｃｌｅ、ＡＧＶ）や自動搬送レールなどである。また、車両自体も移動設備であり、運転手の運転によって第１の通路内を移動することができる。

【0047】

２つの第２の通路２２ａ、２２ｂは、第２の平面に位置し、第１の平面とは異なる。本実施例では、第２の平面は第１の平面の下に位置する。他の実施例では、第１の通路と第２の通路が部分的に同じ平面に位置し、加工領域でのみ異なる平面が形成される。例えば、第２の通路は加工領域のみ第１の通路の下に位置し、他の場所では第２の通路と第１の通路が同じ平面に位置する。

【0048】

第２の通路２２ａ、２２ｂは、前記複数の第１の通路２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄと投影方向に交差するように設置される。第２の通路２２ａ、２２ｂと前記複数の第１の通路２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄの交差位置には、それぞれ加工領域がある。つまり、本実施例では、合計で８つの加工領域Ｐ２１、Ｐ２２、Ｐ２３、Ｐ２４、Ｐ２５、Ｐ２６、Ｐ２７、Ｐ２８がある。

【0049】

２つの加工設備２３ａ、２３ｂは、対応する第２の通路２２ａ、２２ｂに沿って対応する加工領域Ｐ２１、Ｐ２２、Ｐ２３、Ｐ２４、Ｐ２５、Ｐ２６、Ｐ２７、Ｐ２８の間で移動する。加工領域Ｐ２１、Ｐ２２、Ｐ２３、Ｐ２４、Ｐ２５、Ｐ２６、Ｐ２７、Ｐ２８は、加工設備２３ａ、２３ｂが電気自動車２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄに対してバッテリーパックの交換作業を行うための場所を提供する。例えば、加工設備２３ａは、第２の通路２２ａに沿って加工領域Ｐ２１に移動し、また、加工領域Ｐ２１で電気自動車２５ａに対してバッテリーパックの交換作業を行う。

【0050】

第３の通路２４は、２つの第２の通路２２ａ、２２ｂの一方の側に位置し、前記一方の側は上下左右の立体方向の任意の角度であり、また、第３の通路２４の一端はバッテリーパック収納エリア２６に延伸する。バッテリーパック輸送装置２７は、第３の通路２４に沿ってバッテリーパック収納エリア２６と隣接する加工設備２３ａ、２３ｂの対応する位置との間で移動する。なお、バッテリーパック輸送装置２７は、バッテリーパック収納エリア２６から装着すべき充電済みのバッテリーパックを取得し、また、加工設備２３ａまたは２３ｂによって取り外された使用済みのバッテリーパックを近くの加工領域で取得できる。

【0051】

移動設備は第１の通路２１ｂに沿って電気自動車を加工領域Ｐ２２に移動させ、加工設備２３ａは第２の通路２２ａに沿って加工領域Ｐ２２に移動する。また、バッテリーパック輸送装置２７は、先ずバッテリーパック収納エリア２６から充電済みの交換可能なバッテリーパックを取得し、その後、加工領域Ｐ２２に近接した（または対応する）位置に移動して、加工設備２３ａとバッテリーパックの受け渡しを行う。加工設備２３ａは、先ず電気自動車から使用済みの交換可能なバッテリーパックを取り外し、次に、バッテリーパック輸送装置２７に搭載された充電済みの交換可能なバッテリーパックを電気自動車に装着してバッテリーパックの交換作業を完了する。作業が完了した後、電気自動車は再び移動設備によって第１の通路２１ｂに沿って第１の通路２１ｂから移動させる。

【0052】

また、バッテリーパック輸送装置２７は、バッテリー補充装置とバッテリー回収装置（図示せず）も含むことができる。バッテリー補充装置は充電済みの交換可能なバッテリーパックを収納し、バッテリー回収装置は電気自動車から取り外された使用済みの交換可能なバッテリーパックを収納する。これにより、充電済みの交換可能なバッテリーパックと使用済みの交換可能なバッテリーパックを柔軟に処理して作業効率を向上させることができる。

【0053】

他の実施例において、第３の通路２４内を移動するバッテリーパック輸送装置２７の数は限定されず、バッテリー補充装置とバッテリー回収装置の数も限定されることはない。これにより、同時にバッテリーパックをより多くまたは長距離に搬送することができ、加工設備の効率を最大限に維持することができる。更に、バッテリーパックの搬送効率を向上させるために、複数のバッテリーパック輸送装置２７を同じ第３の通路２４内で移動させることもできる。同時に、更に稼働率を向上させるために、加工設備とバッテリーパック輸送装置は、移動中にお互いの必要なバッテリーパックを受け渡しすることができる。例えば、加工設備が次の加工領域に移動する際に、移動中のバッテリーパック輸送装置に取り外された使用済みのバッテリーパックを渡し、次の加工領域で使用する充電済みのバッテリーパックを取得して、時間を有効に活用することができる。

【0054】

続いて、図４を参照すると、本発明の実施例４における車両に応用するバッテリーパック交換システム３０は、４つの第１の通路３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄと、２つの第２の通路３２ａ、３２ｂと、２つの加工設備３３ａ、３３ｂと、２つの第３の通路３４ａ、３４ｂと、１つのバッテリーパック収納エリア３６と、２つのバッテリーパック輸送装置３７ａ、３７ｂと、を含む。前記第１の通路３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄと、第２の通路３２ａ、３２ｂと、加工設備３３ａ、３３ｂと、バッテリーパック収納エリア３６は、実施例３における第１の通路２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄと、第２の通路２２ａ、２２ｂと、加工設備２３ａ、２３ｂと、バッテリーパック収納エリア２６と同じであり、これらについて再度の説明は省略する。

【0055】

実施例４と実施例３との違いは、第３の通路３４ａ、３４ｂが第２の通路３２ａ、３２ｂに隣接し、また、第３の通路３４ａ、３４ｂは、それぞれ第２の通路３２ａ、３２ｂと同じまたは異なる任意の平面上に位置している点である。例えば、同一平面の左右両側、異なる平面の上下両側、または他の隣接する位置である。本実施例において、第３の通路３４ａには、２つの第３のサブ通路３４ａ１、３４ａ２があり、これらはそれぞれ第２の通路３２ａの両側に設置されている。また、第３の通路３４ｂには、２つの第３のサブ通路３４ｂ１、３４ｂ２があり、これらはそれぞれ第２の通路３２ｂの両側に設置されている。更に、バッテリーパック輸送装置３７ａには、２つのバッテリーパックサブ輸送装置３７ａ１、３７ａ２があり、これらはそれぞれ第３のサブ通路３４ａ１、３４ａ２に沿って移動する。また、バッテリーパック輸送装置３７ｂには、２つのバッテリーパックサブ輸送装置３７ｂ１、３７ｂ２があり、これらはそれぞれ第３のサブ通路３４ｂ１、３４ｂ２に沿って移動する。

【0056】

バッテリーパックサブ輸送装置３７ａ１、３７ｂ１は実施例３で述べられたバッテリー補充装置であってもよく、バッテリーパックサブ輸送装置３７ａ２、３７ｂ２は実施例３で述べられたバッテリー回収装置であってもよい。バッテリー補充装置とバッテリー回収装置は、同様にバッテリーパック収納エリア３６と加工領域に対応する位置との間で移動し、バッテリー補充装置は加工設備に充電済みのバッテリーパックを提供し、バッテリー回収装置は電気自動車から取り外された使用済みのバッテリーパックを加工設備から取得する。他の実施例では、バッテリーパックサブ輸送装置３７ａ１、３７ａ２、３７ｂ１、３７ｂ２も、バッテリー補充装置とバッテリー回収装置として同時に機能することができる。

【0057】

上述した各実施例のバッテリーパック交換システムにおける通路とバッテリーパック収納エリアは、異なる実施方法を含むことができ、以下、図５と図６によってそれぞれ説明する。注意すべきは、前記変更方法は、上述の実施例１から実施例４、またはその他の類似の実施例に対して、個別にまたは同時に応用することができる。

【0058】

図５を参照すると、本発明の実施例５における車両に応用するバッテリーパック交換システム４０は、３つの第１の通路４１ａ、４１ｂ、４１ｃと、１つの第２の通路４２と、２つの加工設備４３ａ、４３ｂと、１つのバッテリーパック収納エリア４６と、を含む。

【0059】

３つの第１の通路４１ａ、４１ｂ、４１ｃは、互いに一定の距離を空けて第１の平面上に位置し、また、それぞれが車両を搬送するために用いられる。前記第１の通路４１ａ、４１ｂ、４１ｃおよび車両は、前述の実施例と同じであるため、詳細な説明は省略する。

【0060】

第２の通路４２は、第２の平面上に位置し、第１の平面とは異なる。本実施例では、第２の平面は第１の平面の下に位置する。第２の通路４２は、前記複数の第１の通路４１ａ、４１ｂ、４１ｃと投影方向に交差するように設置される。第２の通路４２と前記複数の第１の通路４１ａ、４１ｂ、４１ｃの交差位置には、それぞれ加工領域があり、つまり、本実施例では合計６つの加工領域Ｐ４１、Ｐ４２、Ｐ４３、Ｐ４４、Ｐ４５、Ｐ４６がある。本実施例において、第２の通路４２はシステム内でＵ字型または環状に設置されており、第１の通路４１ａ、４１ｂ、４１ｃとはそれぞれ２箇所以上の交差位置を有している。

【0061】

２つの加工設備４３ａ、４３ｂは第２の通路４２に沿って各加工領域Ｐ４１、Ｐ４２、Ｐ４３、Ｐ４４、Ｐ４５、Ｐ４６の間で移動する。他の実施例では、加工設備の数も必要に応じて増減することができる。つまり、同じ通路内で、加工設備の数は１つまたは１つ以上であってもよい。したがって、加工設備４３ａ、４３ｂとバッテリーパック収納エリア４６は、実施例１における加工設備１３ａ、１３ｂとバッテリーパック収納エリア１６とは同じまたは類似した接続関係および機能を有しているため、詳細な説明は省略する。

【0062】

図６を参照すると、本発明の実施例６における車両に応用するバッテリーパック交換システム５０は、３つの第１の通路５１ａ、５１ｂ、５１ｃと、２つの第２の通路５２ａ、５２ｂと、２つの加工設備５３ａ、５３ｂと、２つのバッテリーパック収納エリア５６ａ、５６ｂと、を含む。前記第１の通路５１ａ、５１ｂ、５１ｃと、第２の通路５２ａ、５２ｂと、加工設備５３ａ、５３ｂは、実施例１における第１の通路１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄと、第２の通路１２ａ、１２ｂと、加工設備１３ａ、１３ｂと、同じまたは類似した接続関係および機能を有している。上述の実施例との違いは、第２の通路５２ａ、５２ｂの両端がバッテリーパック収納エリア５６ａ、５６ｂにそれぞれ延長されていることである。

【0063】

バッテリーパック収納エリア５６ａ、５６ｂでは、充電済バッテリーパック、使用済みバッテリーパック、およびそれらの組み合わせを同時にそれぞれ収納することができる。また、バッテリーパック収納エリア５６ａでは充電済バッテリーパックを、バッテリーパック収納エリア５６ｂでは使用済みバッテリーパックを収納するなど、異なる収納方法であってもよい。

【0064】

図７を参照すると、本発明の実施例７における車両に応用するバッテリーパック交換システム６０は、第１の通路６１と、第２の通路６２と、加工設備６３と、バッテリーパック収納エリア６６と、を含む。前記第１の通路６１は、複数の電気自動車６５ａ、６５ｂが同時にその中を移動するために提供され、電気自動車６５ａ、６５ｂの移動方法は前述の通りであり、詳細な説明は省略する。

【0065】

第２の通路６２は第１の通路６１と投影方向に複数の重なる位置を有し、また、各重なる位置にはそれぞれ加工領域Ｐ６１、Ｐ６２、Ｐ６３がある。つまり、第２の通路６２と第１の通路６１は、前述の実施例における設置方法に加えて、平行に設置されていてもよい。加工設備６３は第２の通路６２に沿って前記複数の加工領域Ｐ６１、Ｐ６２、Ｐ６３の間で移動し、異なる電気自動車に対してバッテリーパックの交換作業を行う。バッテリーパックの受け渡しは、加工設備６３によってバッテリーパック収納エリア６６で行われる。

【0066】

以下に実施例を説明する。図７に示すように、電気自動車６５ａは加工領域Ｐ６２に移動し、位置決めが完了した後、加工設備６３によってバッテリーパックの交換作業が行われる。一方で、電気自動車６５ａがバッテリーパックの交換作業を行っている間に、電気自動車６５ｂは加工領域Ｐ６３に移動し、位置決めが行われる。その後、加工設備６３は電気自動車６５ａのバッテリーパックの交換作業が完了すると、すぐに加工領域Ｐ６３に移動し、位置決めが完了した電気自動車６５ｂに対してバッテリーパックの交換作業を行う。したがって、バッテリーパックの交換時に、他のバッテリーパックの交換を待っている電気自動車を同時に移動させ、位置決めをするため、お互いの待ち時間を節約することができる。加工領域の数が増えると、より多くの電気自動車を同時に移動させることが可能となり、また、加工設備の数を増やしてシステムの作業効率を向上させることもできる。

【0067】

更に、実施例７の更なる延長として、バッテリーパック交換システムには第３の通路とバッテリーパック輸送装置も含まれる（図示せず）。バッテリーパック収納エリアは第３の通路に隣接し、第３の通路は第２の通路の一方の側に位置しており、また、バッテリーパック輸送装置は第３の通路に沿ってバッテリーパック収納エリアと対応する加工設備の位置との間で移動する。バッテリーパック輸送装置は、バッテリーパック収納エリアおよび／または対応する加工設備の位置で前記複数のバッテリーパックの受け渡しを行い、その結果、加工設備はバッテリーパックの交換作業に専念できる。

【0068】

最後に、バッテリーパック交換システムは複数の加工設備を含むことができるが、そのうちの一部の加工設備の適用車両の諸元または適用バッテリーパックの仕様は異なっている。前記車両の諸元には、例えば、サイズ、外観、前後車軸間距離、ホイールベース、地上高、およびバッテリーパックの配置位置などが含まれるが、これらに限定されることはない。また、バッテリーパックの仕様には、例えば、サイズ、外観、重量などが含まれるが、これらに限定されることはない。これにより、バッテリーパック交換システムは、様々な車両やバッテリーパックに適応可能であり、また、良好なスケジューリング効率を維持しながら、良好な拡張性と共用性を備えることができる。

【0069】

以上をまとめると、本発明の車両に応用するバッテリーパック交換システムは、車両（例えば電気自動車）がバッテリーの電力が切れた場合や他の理由でバッテリーパックを交換する必要がある場合に、電気自動車に対してバッテリーパックの交換作業を行い、また、バッテリーパック交換システムの利用率と効率に対し、バッテリー交換のピーク時とオフピーク時の両方で好ましいバランスを実現することができる。バッテリーパック交換システムは、第１の通路と第２の通路を前記投影上に交差するように設置し、また、高価値（高価格）の加工設備を第２の通路に沿って移動させ、交差位置で車両に対してバッテリーパックの交換作業を行う。つまり、第１の通路と第２の通路は同一の平面ではないが、前記投影には交差点があり、車両と加工設備がそれぞれの通路上を柔軟に移動できる。また、単一の加工設備が異なる第１の通路上の電気自動車に対してバッテリーパックの交換作業を行うことができるため、第２の通路の数が第１の通路の数より少なくても、つまり、加工設備の数が第１の通路の数より少なくても、より低い単位コストの投資で、バッテリーパック交換システム全体の利用率と加工効率を維持することができる。

【0070】

以上、実施例を用いて本発明を開示したが、本発明はこれらに限定されるものではない。当業者は、本発明の精神範囲から逸脱することなく、いくつかの変更修飾を行うことができる。したがって、本発明の保護範囲は、添付の特許請求の範囲により限定されるものとする。

【符号の説明】

【0071】

１０、１０Ａ、２０、３０、４０、５０、６０：バッテリーパック交換システム
１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ、３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄ、４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、６１：第１の通路
１２ａ、１２ｂ、２２ａ、２２ｂ、３２ａ、３２ｂ、４２、５２ａ、５２ｂ、６２：第２の通路
１３ａ、１３ｂ、２３ａ、２３ｂ、３３ａ、３３ｂ、４３ａ、４３ｂ、５３ａ、５３ｂ、６３：加工設備
２４、３４ａ、３４ｂ：第３の通路
３４ａ１、３４ａ２、３４ｂ１、３４ｂ２：第３のサブ通路
１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ、２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄ、６５ａ、６５ｂ：電気自動車
１６、２６、３６、４６、５６ａ、５６ｂ、６６：バッテリーパック収納エリア
１７ａ、１７ｂ、２７、３７ａ、３７ｂ：バッテリーパック輸送装置
３７ａ１、３７ａ２、３７ｂ１、３７ｂ２：バッテリーパックサブ輸送装置
Ｐ１１、Ｐ１２、Ｐ１３、Ｐ１４、Ｐ１５、Ｐ１６、Ｐ１７、Ｐ１８、Ｐ２１、Ｐ２２、Ｐ２３、Ｐ２４、Ｐ２５、Ｐ２６、Ｐ２７、Ｐ２８、Ｐ４１、Ｐ４２、Ｐ４３、Ｐ４４、Ｐ４５、Ｐ４６、Ｐ６１、Ｐ６２、Ｐ６３：加工領域

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【国際調査報告】