JP5328441B2 - 電動二輪車用バッテリ搭載構造 - Google Patents

Description

この発明は、電動二輪車用バッテリ搭載構造に関する。

従来から、ハイブリッド電動二輪車等の電動二輪車には、バッテリを足置き部の下方に配置した構造のものが提案されている。
重量物であるバッテリを足置き部の下方に配置することで車両の低重心化を図ることができる（特許文献１参照）。

特開２００５−１３９９４２号公報

ところで、上述したバッテリ装置は二輪車に用いるものであるため、例えば、四輪車に用いた場合に比較して振動の影響を受け易い。特にホイールベースが短いことから車両の進行方向においての前後動の振動が顕著となる。また、このようなバッテリは単セルと呼ばれる最小単位のバッテリを複数接続して構成されているのが一般的であるので、車両に作用する外部からの力の影響が単セル同士の接続部分に影響を与え易いものとなる。したがって、単セル間の接続状況に与える影響を最小限にすることができるバッテリ搭載構造が要望されている。

そこで、この発明は、バッテリを構成する単セル間の接続状態に与える影響を最小限にすることができる電動二輪車用バッテリ搭載構造を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載した発明は、単セル（例えば、実施形態における単セル５４）同士を接続して構成されたモジュール（例えば、実施形態における単モジュール３７Ｔ）を複数接続したバッテリ（例えば、実施形態におけるバッテリモジュール３７）と、前記バッテリから供給される電力に基づいて車両の駆動力を発生する電動機（例えば、実施形態における電動モータ５０）と、前記電動機の駆動を制御する制御部（例えば、実施形態における制御装置３４）とを備えた電動二輪車用バッテリ搭載構造において、前記複数のモジュールを結合している端子部分（例えば、実施形態における陽極接続端子６７、陰極接続端子６８）は、車幅方向の一側に集約して設けられ、前記モジュール同士を通信するためのコネクタ（例えば、実施形態における通信コネクタ７５）は、前記車幅方向の一側に設けられて各単セルの電圧を監視するユニット（例えば、実施形態における電圧・温度監視基板６４）と、前記端子部分と、の間に設けられることを特徴とする。
請求項２に記載した発明は、前記複数の単セルは、上下方向に複数配置され、前記ユニットは、前記モジュールの下方側に設けられていることを特徴とする。
請求項３に記載した発明は、前記ユニットは、前記端子部分の下側に設けられたことを特徴とする。
請求項４に記載した発明は、前記単セルには、内圧開放弁（例えば、実施形態における内圧開放弁５９）を設け、前記内圧開放弁を介して集められた電解液を集める電解液ドレイン（例えば、実施形態における電解液ドレイン６２）を設け、前記電解液ドレインは、前記車幅方向の一側に集約して設けられることを特徴とする。
請求項５に記載した発明は、前記モジュール同士が網線で電気的に接続されていることを特徴とする。
請求項６に記載した発明は、前記モジュール同士の物理的結合は一方の凹部（例えば、実施形態における凹部８１，８３，８５）に他方の凸部（例えば、実施形態における凸部８０，８２，８４）が差し込み固定される構造となっていることを特徴とする。

請求項１に記載した発明によれば、車両に大きな外力が作用し車両の進行方向に前後動を起こした場合であっても、車両進行方向とは異なる車幅方向に設けたモジュール間を接続している端子部分を設けたので前後振動での振動の振幅を受けずらく外力の影響を最小限にすることができる。また、前記コネクタの配置によりスペースを効率よく使用できる。
請求項２、３に記載した発明によれば、低重心化を図ることができるとともに配置スペースを節約できる。
請求項４に記載した発明によれば、メンテナンスが行い易くなる。
請求項５に記載した発明によれば、網線による接続を採用しているため、振動によりモジュール同士の相対的な距離が変化しても、これに柔軟に対応することができる。
請求項６に記載した発明によれば、電気的な接続状態も含めてモジュール同士の結合を確実にすることができる。

この発明の実施形態の電動二輪車の側面図である。 この発明の実施形態の外装部材を取り外した状態の電動二輪車の斜視図である。 高電圧バッテリ回りのフレームの側面図である。 図３の斜視図である。 図３の平面図である。 図５のＡ−Ａ線に沿う断面図である。 図５のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。 単モジュールの分解斜視図である。 バッテリモジュールの斜視図である。 他の実施形態の模式的斜視図である。

次に、この発明の実施形態を図面に基づいて説明する。以下の説明において、ＦＲは車両前側、Ｌは車両左側を示している。
図１は、この発明の実施形態の電動二輪車の側面図である。また、図２は、電動二輪車１の外装部材を取り外した状態を示す斜視図である。
図１、図２に示すように、電動二輪車１は、足置き部Ｆを有するスクータ型の自動二輪車であり、スイングアーム１２に内装された走行駆動用の電動モータ５０の回転駆動力で後輪ＷＲを駆動する。尚、電動モータ５０に電力を供給する高電圧バッテリ３１は、車体に設けられた図示しない充電口に外部電源を接続することによって充電される。

メインフレーム２の前方側端部には、ステアリングステム７ａを回転自在に輸支するヘッドパイプ３が給合されている。ステアリングステム７ａの上部には操向ハンドル７が取り付けられ、下部には左右一対のフロントフォーク４が取り付けられている。フロントフォーク４の下端部には、前輪ＷＦが回転自在に軸支されている。

メインフレーム２の上下方向略中央部には、左右一対のサイドフレーム５，５の上端部が連結され、サイドフレーム５はそこから斜め下に延びて屈曲した後に水平に延びており、この左右のサイドフレーム５の水平部分に挟まれるように、電動モータ５０に電力を供給する７２Ｖの高電圧バッテリ３１が配設されている。サイドフレーム５は、水平部分が斜め後方に立ち上がり車体上方に屈曲して、荷室１７等を支持するリヤフレーム６に連結されている。

サイドフレーム５、５間には前側にロアクロスフレーム２４が取り付けられ、ロアクロスフレーム２４の中央部にはメインフレーム２の下端部が連結されている。ロアクロスフレーム２４の後方にはサイドフレーム５，５間にロアクロスリヤフレーム２５が取付られている。ロアクロスフレーム２４とロアクロスリヤフレーム２５とで高電圧バッテリ３１が前後で挟まれている。つまり、左右のサイドフレーム５，５とロアクロスフレーム２４とロアクロスリヤフレーム２５とで高電圧バッテリ３１が周囲を囲まれており、強固に車両側に取り付けられている。
ここで、各サイドフレーム５には高電圧バッテリ３１の側部にコの字断面のサイドブラケット２３が取り付けられ、各サイドブラケット２３に跨るように、高電圧バッテリ３１をサイドフレーム５に車幅方向から固定する固定プレート２２が取り付けられている。

サイドフレーム５の後部には、スイングアームピボット１１が形成されたピボットプレート２０が取り付けられている。スイングアームピボット１１には、車幅方向左側のアームのみで後輪ＷＲを支持する片持ち式のスイングアーム１２の前端部が揺動自在に軸支されている。スイングアーム１２の後部には、後輪ＷＲが車軸１９によって回転自在に軸支されており、スイングアーム１２の後端部は、リヤショックユニット１３によってリヤフレーム６に吊り下げられている。
スイングアーム１２の下部には、高電圧バッテリ３１から供給される直流電流を交流電流に変換して電動モータ５０へ供給するパワードライブユニット３５がカバー部材２１に収納されている。このパワードライブユニット３５から配線Ｌを介してモータ５０に電力が供給され、モータ５０から順に第１減速ギヤＧ１、第２減速ギヤＧ２を介して車軸１９、後輪ＷＲへと動力が伝達される。尚、Ｈは平滑コンデンサを示している。

操向ハンドル７の車体前方側には、外装部品としてのフロントカウル９が設けられ、フロントカウル９の上部には、速度計等を含むメータユニット８が取り付けられている。
フロントカウル９の車体前方側には前照灯１０が設けられている。また、高電圧バッテリ３１の上部には、乗員が足を乗せる足置き部Ｆが形成されており、リヤフレーム６の外方にはシートカウル１５が設けられている。シートカウル１５の上部には、車体前方側のヒンジで開閉するシート１４が取り付けられている。また、シートカウル１５の後端部には、尾灯装置１６が取り付けられている。ピボットプレート２０には、車幅方向に離間した２本の脚部を有するセンタスタンド１８が取り付けられている。

ヘッドパイプ３の車幅方向右側には、前照灯１０等の補機類や制御装置３４等に電力を供給する１２Ｖの低電圧バッテリ３０がバッテリケース３０ａに載置され、押さえ板３０ｂによってバッテリケース３０ａに固定されている。低電圧バッテリ３０は、高電圧バッテリ３１の電力によって充電される。シートカウル１５の内側で荷室１７の前方には、高電圧バッテリ３１の７２Ｖ電圧を１２Ｖに変換するＤＣ−ＤＣコンバータ３２と、ヒューズやリレー等を収納するコンタクターボックス３３が配設されている。更に、車幅方向右側のリヤフレーム６の外側には、パワードライブユニット３５等を介して電動モータ５０を制御する制御装置（ＥＣＵ）３４が配設されている。

図３は高電圧バッテリ回りのフレームの側面図、図４は図３の斜視図、図５は図３の平面図、図６は図５のＡ−Ａ線に沿う断面図、図７は図５のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
図３〜図５に示すように、高電圧バッテリ３１は足置き部Ｆの下方に設けたバッテリケース３６と、このバッテリケース３６の内部に配置されたバッテリモジュール３７とで構成されている。ロアクロスリヤフレーム２５の後方の上部にはサイドフレーム５，５間に跨るように、ミドルクロスフレーム２６が取り付けられている。

ここで、ロアクロスフレーム２４とロアクロスリヤフレーム２５とには、各々の両端部を連結するように、高電圧バッテリ３１の転倒・段差越え時の保護のためのガードプレート２７が設けられている。ロアクロスフレーム２４とロアクロスリヤフレーム２５とに跨って前後方向に一対のアンダーガード２８（図６参照）が取り付けられ、バッテリケース３６の底壁３６ｔを保護している。

サイドブラケット２３にはバッテリケース３６の側部に設けたフランジ部３６ｆが固定プレート２２を避けるようにして形成され、このフランジ部３６ｆがサイドフレーム５に溶接固定されたサイドブラケット２３の上面にボルト２９によって固定されている。ここで、図６に示すように、フランジ部３６ｆのボルト２９の締め付け部位にはゴム製のマウント部材３８が取り付けられている。

図６，図７に示すように、バッテリケース３６は有底箱形のケース本体３９とケース本体３９の上部開口部４０を覆う蓋４１とで構成されている。ケース本体３９は底壁３６ｔ下面に剛性を高めるためのリブ３６ｌを備え、底壁３６ｔの上面の両側縁に溝４２が形成されている。ケース本体３９の上部開口部４０の両側縁に前述したフランジ部３６ｆが形成されている。ケース本体３９の上部開口部４０の周縁には嵌合溝４３が形成され、蓋４１の開口周縁には嵌合溝４３に嵌る嵌合部４４が形成され、これらケース本体３９の嵌合溝４３と蓋４１の嵌合部４４とが嵌り合ってケース本体３９の蓋４１との接続部からの浸水を防止して水密性を確保している。

そして、図７に示すように、バッテリケース３６のケース本体３９の前面、具体的には前側の縦壁３６ｋの下部には吸入ポート４７が左右一対で形成されている。バッテリケース３６の上部を構成する蓋４１の後部上面、つまり上壁４１ｚの後部には開口部４１ｈが設けられ、この開口部４１ｈには排出ポート４８を備えた吸引ファンであるシロッコファン４９が取り付けられている。

図３〜図５に示すように、バッテリケース３６の各吸入ポート４７には屈曲して上方に延びる吸入管５１が接続され、この吸入管５１は上端の開口部５１ｋが足置き部Ｆよりも上方でサイドフレーム５のメインフレーム２に対する接続部よりも下方に開口している。 また、シロッコファン４９の排出ポート４８には屈曲して上方に延びる排出管５２が接続され、この排出管５２も上端の開口部５２ｋを足置き部Ｆよりも上方で吸入管５１と同様の高さに開口している。ここで、吸入管５１の開口部５１ｋはフロントカウル９内で開口し、排出管５２の開口部５２ｋはシートカウル１５内で開口している。尚、吸入管５１の開口部５１ｋは断面円形状に形成され、排出管５２の開口部５２ｋは断面四角形に形成されている。

図８，図９はバッテリケース３６の内部に設けた単セル５４、単セルユニット５４ｕ、単モジュール３７Ｔの配置状態を示している。
図６〜図８に示すように、バッテリモジュール３７は、単モジュール３７Ｔを車両前後方向に３組配置して構成されている。単モジュール３７Ｔは、物理的には単セル５４を上下二段に配列した単セルユニット５４ｕを隙間を隔てて車両幅方向に１５組配列して、後述する単モジュール３７Ｔの前後壁３７ｆ、３７ｒにより前後で挟み込んで支持して構成されている。

ここで、単モジュール３７Ｔは前後壁３７ｆ，３７ｒに加え、上下壁３７ｕ，３７ｌ、側壁３７ｓを備え、上下壁３７ｕ，３７ｌにはスリットＳが車両前後方向に形成されている。上下壁３７ｕ，３７ｌには車両前後方向に延びる補強リブ６３が設けられ、スリットＳはこれら補強リブ６３間に形成されている。
また、前壁３７ｆの前にはカバー５６が設けられている。電極Ｄを前側に向けて配列された単セル５４の電極Ｄ間には内圧開放弁５９が設けられ、前壁３７ｆには内圧開放弁５９の位置に電解液案内路６１が上下二段に渡って水平に設けられ、上下方向に延びる電解液ドレイン６２に連通接続されている。この電解液ドレイン６２は車両の幅方向の一側、この実施形態では左側に集約してメンテナンスを行い易くしている。

下壁３７ｌのコーナ部にはバッテリケース３６の底壁３６ｔに当接する突起部５３が設けられている。この突起部５３はバッテリケース３６の底壁３６ｔと前後壁３７ｆ，３７ｒ、側壁３６ｓ（右側壁のみ）との角部３６ｄに接触する位置、具体的には底壁３６ｔの四隅に形成されている。突起部５３によりケース本体３９の底壁３６ｔとバッテリモジュール３７の下壁３７ｌとの間には隙間６０が形成される。

単モジュール３７Ｔは隣接する単モジュール３７Ｔの間に前壁３７ｆ、後壁３７ｒが介在されるため、単モジュール３７Ｔの間に隙間５８が確保されるが、この隙間５８には前壁３７ｆ、後壁３７ｒの上下方向中央部とケース本体３９の内壁に車幅方向に延びるリブ５７が設けられている。
よって、このリブ５７により空気が隙間５８から上方に逃げないで、バッテリケース３６のケース本体３９の下部の隙間６０から各単モジュール３７Ｔの下壁３７ｌの下側に均等に割り振られる。そして、この空気は単モジュール３７Ｔの下壁３７ｌのスリットＳから単セルユニット５４ｕに沿って上方に均等に流れる。ここで、リブ５７は吸入ポート４７の上側に設けられ、吸入された空気が先ずバッテリケース３６の下部に向かうようになっている。

そして、このように構成された単モジュール３７Ｔの車両の幅方向の一側、具体的には車両の幅方向の左側には、陽極接続端子６７、陰極接続端子６８、陽極ケーブル６５、陰極ケーブル６６、電圧・温度監視基板６４、通信コネクタ７５、ケーブルガイド６９，６９が配置されている。

具体的には、単モジュール３７Ｔの側壁３７ｓの外側であって上下方向下半部に、樹脂モールドされた電圧・温度監視基板６４が配置されている。また、単モジュール３７Ｔの左側の側壁３７ｓの上下方向上半部には電圧・温度監視基板６４の後部上面に防水型の通信コネクタ７５が取り付けられると共に、陽極ケーブル６５、陰極ケーブル６６が配索されている。ここで、陽極ケーブル６５、陰極ケーブル６６の芯線７９は網線で構成されている。
電圧・温度監視基板６４が配置されている側と同側で上部、つまり左側の側壁３７ｓの上部には陽極接続端子６７、陰極接続端子６８が設けられている。この陽極接続端子６７、陰極接続端子６８に陽極ケーブル６５、陰極ケーブル６６が接続されている。陽極ケーブル６５、陰極ケーブル６６は、側壁３７ｓに設けた断面Ｃ字状のケーブルガイド６９，６９に挟持されている。よって、通信コネクタ７５は電圧・温度監視基板６４と陽極接続端子６７、陰極接続端子６８との間に設けられ、スペースを効率よく利用している。

ここで、単セル５４は電気的に車幅方向で３個並列に接続したものが１０セット直列に接続されている。図８において各単セル５４が蛇行するように接続されているのは、車幅方向の接続ラインは３個を並列に接続している状態を示し、上下方向の接続ラインは３個を組としたものを直列に接続している状態を示している。
このように上下で１０組接続されたものの陽極側と陰極側の接続ラインが陽極接続端子６７、陰極接続端子６８に接続され、前述した電圧・温度監視基板６４はこの１０組分、つまり単モジュール３７Ｔ単位での監視を行っている。

図９は単モジュール３７Ｔが車両前後方向に３組配置された状態を示している。前側の単モジュール３７Ｔの陰極接続端子６８に接続された陰極ケーブル６６は、単モジュール３７Ｔの一方のケーブルガイド６９に挿通保持され、前側の単モジュール３７Ｔの陽極接続端子６７に接続された陽極ケーブル６５は隣接する中央部の単モジュール３７Ｔの陰極接続端子６８に接続され、後側の単モジュール３７Ｔも同様にして電気的に接続されている。

また、各電圧・温度監視基板６４は湾曲させた状態のハーネス７２により接続されている。ここで、後側の単モジュール３７Ｔの上壁３７ｕの上面には右側に単モジュール３７Ｔ単位での充放電管理の均等化ユニット７０が設けられ、均等化ユニット７０のハーネス７１が各電圧・温度監視基板６４に接続されている。均等化ユニット７０には電流測定の基準を設定するシャント基板とヒューズが一体化された充放電電流測定ユニット７３が併設されている。尚、ハーネス７１，７２の芯線にも網線を使用することが望ましい。

上記実施形態によれば、車両の前後方向に配置された３個の単モジュール３７Ｔを電気的に結合している陽極接続端子６７、陰極接続端子６８、加えて電解液ドレイン６２は、車両の幅方向の一側、この実施形態では左側に集約して設けられているため、電動二輪車の前後方向に大きな外力が作用した場合であっても、車両進行方向とは異なる車両幅方向に設けられた単モジュール３７Ｔ間を接続している陽極接続端子６７、陰極接続端子６８への外力の影響を最小限に抑えることができる。

また、単セル５４は、上下二段に配置された単セルユニット５４ｕとして構成されているため、一段に配置した場合に比較して平面視での配置スペースが少なくて済み、また、各単セル５４の電圧等を監視する電圧・温度監視基板６４は、単モジュール３７Ｔの左側の側壁３７ｓの上下方向で下方側の下半部に設けられているため、低重心化を図ることができ及び配置スペースを節約できる。
そして、単モジュール３７Ｔ同士を接続している、陽極ケーブル６５、陰極ケーブル６６の芯線は網線で構成されているため、振動によりモジュール同士の相対的な距離が変化しても、これに柔軟に対応することができる。したがって、振動に対しても、柔軟に対応でき電動二輪車に好適である。

ところで、電動二輪車１が走行している際に、シロッコファン４９が駆動すると、図７に矢印で示すように、バッテリケース３６の吸入管５１の開口部５１ｋから空気が強制的に吸い込まれる。吸い込まれた空気はバッテリケース３６の底壁３６ｔとバッテリモジュール３７との間の隙間６０、正確にはバッテリケース３６の底壁３６ｔと単モジュール３７Ｔの下壁３７ｌとの間の隙間６０に導かれる。

ここで、前後方向に設けられた３つの各単モジュール３７Ｔ間及びバッテリケース３６の縦壁３６ｋとの間の隙間５８にはリブ５７（スポンジのような部材で構成されてもよい）が設けられているため、隙間５８から上方へは空気は流れず、導入された空気は単モジュール３７Ｔの下壁３７ｌのスリットＳから各単モジュール３７Ｔの下部に均等に行き渡り、各単モジュール３７Ｔの下部からセル保持部５５に支持された各単セル５４の周囲を上側に流れて単セル５４を冷却する。その後、バッテリケース３６の蓋４１の上壁４１ｚの開口部４１ｈからシロッコファン４９により排出管５２を通過して開口部５２ｋから排出される。したがって、バッテリモジュール３７の冷却を確実に行うことができる。

尚、この発明は上記実施形態に限られるものではなく、例えば、図１０に示すような構造も採用できる。即ち、前側の単モジュール３７Ｔの後壁３７ｒの中央部に凸部８０を設け、車両前後方向の中央部の単モジュール３７Ｔに前壁３７ｆにこの凸部８０に物理的、電気的に接続される凹部８１を設け、車両前後方向の中央部の単モジュール３７Ｔの後壁３７ｒに凸部８２を設け、後側の単モジュール３７Ｔの前壁３７ｆに中央部の単モジュール３７Ｔの凸部８２に物理的、電気的に接続される凹部８３を設け、更に、前側の電圧・温度監視基板６４の後端部に凸部８４を設け、車両前後方向の中央部の電圧・温度監視基板６４の前端部に凸部８４に物理的、電気的に接続される凹部８５を設け、車両前後方向の中央部の電圧・温度監視基板６４の後端部に凸部８６を設け、後側の電圧・温度監視基板６４の前端部に凸部８６に物理的、電気的に接続される凹部８７を設けてもよい。

このように構成することで、隣接する単モジュール３７Ｔ同士を物理的、電気的に差し込み固定でき、電圧・温度監視基板６４同士を物理的、電気的に差し込み固定できるので、単モジュール３７Ｔ同士の結合を確実なものとでき、結合作業も簡単に行うことができる。また、凸部８０，８２，８４及び凹部８１，８３，８５の設定は互いに嵌合することで物理的、電気的に接続されれば、何れの側を凸部や凹部にするかは自由に設定できる。
また、単モジュール３７Ｔの左側に電圧・温度監視基板６４等を設けた場合について説明したが、右側に設けるようにしてもよい。

３４ 制御装置（制御部）
３７ バッテリモジュール（モジュール）
３７Ｔ 単モジュール（モジュール）
５０ 電動モータ
５４ 単セル
５９ 内圧開放弁
６２ 電解液ドレイン
６４ 電圧・温度監視基板（ユニット）
６７ 陽極接続端子（端子部分）
６８ 陰極接続端子（端子部分）
７５ 通信コネクタ
８１，８３，８５ 凹部
８０，８２，８４ 凸部

Claims (6)

1. 単セル（５４）同士を接続して構成されたモジュール（３７Ｔ）を複数接続したバッテリ（３７）と、前記バッテリから供給される電力に基づいて車両の駆動力を発生する電動機（５０）と、前記電動機の駆動を制御する制御部（３４）とを備えた電動二輪車用バッテリ搭載構造において、
   前記複数のモジュールを結合している端子部分（６７，６８）は、車幅方向の一側に集約して設けられ、
   前記モジュール同士を通信するためのコネクタ（７５）は、前記車幅方向の一側に設けられて各単セルの電圧を監視するユニット（６４）と、前記端子部分（６７、６８）と、の間に設けられることを特徴とする電動二輪車用バッテリ搭載構造。
2. 前記複数の単セルは、上下方向に複数配置され、前記ユニット（６４）は、前記モジュール（３７Ｔ）の下方側に設けられていることを特徴とする請求項１記載の電動二輪車用バッテリ搭載構造。
3. 前記ユニット（６４）は、前記端子部分（６７，６８）の下側に設けられたことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の電動二輪車用バッテリ搭載構造。
4. 前記単セル（５４）には、内圧開放弁（５９）を設け、前記内圧開放弁を介して集められた電解液を集める電解液ドレイン（６２）を設け、前記電解液ドレイン（６２）は、前記車幅方向の一側に集約して設けられることを特徴とする請求項１〜請求項３の何れか一項に記載の電動二輪車用バッテリ搭載構造。
5. 前記モジュール同士が網線で電気的に接続されていることを特徴とする請求項１〜請求項４の何れか一項に記載の電動二輪車用バッテリ搭載構造。
6. 前記モジュール同士の物理的結合は一方の凹部（８１，８３，８５）に他方の凸部（８０，８２，８４）が差し込み固定される構造となっていることを特徴とする請求項１〜請求項５の何れか一項に記載の電動二輪車用バッテリ搭載構造。

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