JP2007257901A - バッテリ装置および電動自転車 - Google Patents

Abstract

【課題】安全性を向上させるとともに、二次電池セルから発生した熱を効率良くバッテリケースの外部へ逃がすことが可能なバッテリ装置を提供する。
【解決手段】電動自転車のバッテリ装置３であって、樹脂製のバッテリケース１１内に、二次電池セル１２から発生する熱を外部へ逃がす放熱装置１３が設けられ、放熱装置１３は、二次電池セル１２から発生する熱を集める集熱部材１５と、集熱部材１５の熱を外部へ放散する放熱部材１６とで構成され、二次電池セル１２は集熱部材１５に形成された挿入空間１７に挿入され、放熱部材１６はバッテリケース１１の外部に露出する外部露出部１６ａを有し、バッテリ装置３を搭載してロック装置で固定した際、外部露出部１６ａがフレーム２に接触する。
【選択図】図４

Description

本発明は、バッテリケースの内部に二次電池セルを収納したバッテリ装置、および、このバッテリ装置を搭載した電動自転車に関する。

従来、この種のバッテリ装置としては、例えば図１４に示すように、金属製のバッテリケース８１の内部に複数のリチウムイオン二次電池セル８２を収納したものがある（下記特許文献１参照）。バッテリケース８１の内側壁面には、良伝熱性と電気絶縁性とを有する素材で製作されたマット８３が設けられており、各二次電池セル８２はマット８３を介してバッテリケース８１の内側壁面に接触している。

これによると、二次電池セル８２から発生する熱は、マット８３を介してバッテリケース８１に伝えられ、バッテリケース８１から外部へ放散される。
特開２００１−６６３９

しかしながら前記の従来形式では、バッテリケース８１を金属製にすることで放熱効率を向上させているが、バッテリケース８１が重くなるため、軽量化が困難であるといった課題がある。また、バッテリケース８１が雨水等によって腐食するといった課題や、或いは、万一、バッテリケース８１内で漏電が発生した場合、外部からバッテリケース８１に接触した人が感電する危険性があるといった課題がある。また、二次電池セル８２の熱がバッテリケース８１に伝達した際、バッテリケース８１が高温になり、外部からバッテリケース８１に接触した人が高温により火傷する危険性があるといった課題もある。

本発明は、安全性を向上させるとともに、二次電池セルから発生した熱を効率良くバッテリケースの外部へ逃がすことが可能なバッテリ装置および電動自転車を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明のバッテリ装置は、バッテリケースを非金属製とし、バッテリケースの内部に、二次電池セルから発生する熱をバッテリケースの外部へ逃がす放熱装置が設けられ、放熱装置は、二次電池セルから発生する熱を集める集熱部材と、集熱部材の熱をバッテリケースの外部へ放散する放熱部材とで構成され、放熱部材はバッテリケースの外部に露出する外部露出部を有しているものである。

本構成によって、二次電池セルから発生した熱を効率良くバッテリケースの外部へ逃がすことができ、また、バッテリケースは非金属製（例えば樹脂製）であるため、人が外部からバッテリケースに接触しても安全性が保たれる。さらに、バッテリケースの軽量化および防食が可能であり、また、万一、バッテリケース内で漏電が発生しても、人が感電するのを防止することができる。

以上のように本発明によると、二次電池セルから発生した熱は、集熱部材に伝達して集められ、集熱部材から放熱部材に伝わり、外部露出部よりバッテリケースの外部へ放散される。これにより、二次電池セルから発生した熱を効率良くバッテリケースの外部へ逃がすことができる。

また、バッテリケースは非金属製（例えば樹脂製）であるため、金属製のものに比べて、バッテリケースが高温になるのを防止することができ、人が外部からバッテリケースに接触しても安全性が保たれる。さらに、バッテリケースの軽量化および防食が可能であり、また、万一、バッテリケース内で漏電が発生しても、外部からバッテリケースに接触した人が感電するのを防止することができる。

本第１発明は、バッテリケースの内部に二次電池セルが収納されたバッテリ装置であって、バッテリケースを非金属製とし、バッテリケースの内部に、二次電池セルから発生する熱をバッテリケースの外部へ逃がす放熱装置が設けられ、放熱装置は、二次電池セルから発生する熱を集める集熱部材と、集熱部材の熱をバッテリケースの外部へ放散する放熱部材とで構成され、放熱部材はバッテリケースの外部に露出する外部露出部を有しているものである。

これによると、二次電池セルから発生した熱は、集熱部材に伝達して集められ、集熱部材から放熱部材に伝わり、外部露出部よりバッテリケースの外部へ放散される。これにより、二次電池セルから発生した熱を効率良くバッテリケースの外部へ逃がすことができる。

また、バッテリケースは非金属製（例えば樹脂製）であるため、熱伝導性の違いから金属製のものに比べて、バッテリケースが高温になるのを防止することができ、人が外部からバッテリケースに接触しても安全性が保たれる。さらに、バッテリケースの軽量化および防食が可能であり、また、万一、バッテリケース内で漏電が発生しても、導電性が異なるために外部からバッテリケースに接触した人が感電するのを防止することができる。

本第２発明は、二次電池セルは集熱部材に形成された挿入空間に挿入されているものである。
これによると、二次電池セルを挿入空間に挿入することによって、二次電池セルから発生した熱が集熱部材に伝達して集められる。

本第３発明は、前記第１発明又は第２発明に記載のバッテリ装置を搭載した電動自転車であって、放熱部材の外部露出部が自転車を構成する金属製の構成部品に接触するものである。

これによると、二次電池セルから発生した熱は、集熱部材に伝達して集められ、集熱部材から放熱部材に伝わり、外部露出部から電動自転車の構成部品に伝達し、構成部品より放散される。このように、二次電池セルから発生した熱を電動自転車の構成部品全体から逃がすことができるため、熱をより一段と効率良くバッテリケースの外部へ排出することができる。

本第４発明は、バッテリ装置はフレーム側に着脱自在に搭載され、搭載されたバッテリ装置を固定するロック装置が設けられ、バッテリ装置を搭載してロック装置で固定した際、放熱部材の外部露出部が金属製の構成部品に接触するものである。

これによると、バッテリ装置をフレームに搭載してロック装置で固定した際、放熱部材の外部露出部が構成部品に接触する。この状態で電動自転車を走行することにより、二次電池セルから発生した熱を電動自転車の構成部品全体から逃がすことができる。

本第５発明は、放熱部材がロック装置の一部を構成しているものである。
これによると、放熱部材はロック装置の一部を兼用するため、部品点数を削減することで軽量化ができ、コストダウンにもつながる。

本第６発明は、構成部品がフレームであるものである。
これによると、二次電池セルから発生した熱を電動自転車のフレーム全体から逃がすことができるため、熱をより一段と効率良くバッテリケースの外部へ排出することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
（実施の形態１）
先ず、本発明における実施の形態１を図１〜図１１に基いて説明する。

図１に示すように、１は電動自転車であり、電動自転車１は、金属製のフレーム２（構成部品の一例）と、補助駆動装置である電動モータ（図示せず）と、この電動モータに駆動電力を供給するバッテリ装置３とを有している。フレーム２にはバッテリ搭載部材４が設けられ、バッテリ装置３は着脱自在にバッテリ搭載部材４に搭載されている。また、図８に示すように、バッテリ搭載部材４に搭載されたバッテリ装置３を固定するロック装置５が設けられている。

先ず、バッテリ装置３の構成を以下に説明する。
図２〜図４に示すように、バッテリ装置３は、プラスチック等の樹脂製（非金属製）のバッテリケース１１と、複数のリチウムイオン二次電池セル１２（以下二次電池セル１２と略記）と、制御基板（図示せず）と、二次電池セル１２の熱を逃がす放熱装置１３とを有している。

バッテリケース１１は左右に２分割可能な半割りケース部材１１ａ，１１ｂで構成されており、両半割りケース部材１１ａ，１１ｂはねじ（図示せず）等によって接合されている。バッテリケース１１の前面１１ｃには、バッテリケース１１の内外に貫通する開口部１９が形成されている。また、バッテリケース１１の前後両面１１ｃ，１１ｄの下部にはそれぞれ、前後に突出した回転支持軸１１ｅが設けられている。尚、図２に記載した前後左右上下方向を示す矢印は電動自転車１に乗った運転者から見た方向である。

図５に示すように、各二次電池セル１２は、長方形の平板状に形成され、その上端部にプラス電極１４ａとマイナス電極１４ｂとを有しており、バッテリケース１１の内部に収納されている。

図２に示すように、放熱装置１３は、バッテリケース１１の内部に設けられており、各二次電池セル１２から発生する熱を集める集熱部材１５と、集熱部材１５で集められた熱をバッテリケース１１の外部へ放散する放熱部材１６とで構成されている。

図５に示すように、集熱部材１５は、前部集熱板１５ａと、前部集熱板１５ａの左右両端から後側へ設けられた一対の端部集熱板１５ｂと、両端部集熱板１５ｂ間に所定間隔おきに設けられた複数の中間部集熱板１５ｃとで構成されており、端部集熱板１５ｂと中間部集熱板１５ｃとの間および各中間部集熱板１５ｃ間にそれぞれ挿入空間１７を有する櫛歯状に形成されている。

各中間部集熱板１５ｃの前端は前部集熱板１５ａに設けられており、端部集熱板１５ｂと中間部集熱板１５ｃとは挿入空間１７を隔てて左右方向に平行に並んでいる。尚、集熱部材１５の材質としては、熱伝導性に優れた樹脂、或いはアルミニウム等の熱伝導性に優れた金属などが用いられている。

図６，図７に示すように、各二次電池セル１２はそれぞれ、挿入空間１７に挿入され、端部集熱板１５ｂ又は中間部集熱板１５ｃに面接触している。また、互いに隣り合った一方の二次電池セル１２のプラス電極１４ａと他方の二次電池セル１２のマイナス電極１４ｂとが接続タグ２０で接続されており、これによって、全ての二次電池セル１２は電気的に直列に接続されている。

放熱部材１６は、集熱部材１５の前部集熱板１５ａの前面に設けられており、図４に示すように、開口部１９を通ってバッテリケース１１の前方外部へ露出（突出）する外部露出部１６ａを有している。外部露出部１６ａの前端部の左右幅は後端部の左右幅よりも大きく形成されている。放熱部材１６の材質としてはアルミニウム等の熱伝導性に優れた金属などが用いられている。

尚、前記制御基板（図示せず）は、二次電池セル１２の放電および充電機能等が安定して発揮されるように制御を行うためのものであり、バッテリケース１１に内蔵されている。

次に、前記バッテリ搭載部材４の構成を以下に説明する。
図８，図９に示すように、バッテリ搭載部材４は、底部にバッテリ搭載部２３を有するとともに、バッテリ搭載部２３から立ち上がってフレーム２の立パイプ６の下部を覆うカバー体２４を有している。バッテリ搭載部２３には、バッテリ装置３への接続端子２５が設けられている。また、バッテリ搭載部２３には、バッテリ装置３を着脱する方向である一側面側（例えば左側面側）を除いてバッテリケース１１の下部を保持する保持壁面部２６ａ，２６ｂ，２６ｃが立設されている。前後の保持壁面部２６ａ，２６ｃの一部には、バッテリケース１１の回転支持軸１１ｅを嵌入させる溝部２７が形成されている。

バッテリケース１１を装着する際、図９の仮想線で示すように、バッテリケース１１を例えば左側に傾斜させ、回転支持軸１１ｅを溝部２７に嵌入させた後、実線で示すように、回転支持軸１１ｅを中心としてバッテリケース１１を回動させて立設姿勢とさせることで、接続端子２５にバッテリ装置３が接触した状態でバッテリケース１１の下部がバッテリ搭載部２３に受けられて保持される。尚、図９は電動自転車１の前方から見た図であるため、バッテリケース１１は右側に傾斜しているが、この場合、電動自転車１の運転者にとっては左側となる。

次に、前記ロック装置５の構成を以下に説明する。
図８〜図１１に示すように、ロック装置５は、ロックレバー３０を有するシリンダー錠３１と、固定係止具３２と、前記放熱部材１６とで構成されている。シリンダー錠３１は、立パイプ６に取付けられており、前面に鍵穴３７を備えている。シリンダー錠３１の鍵穴３７に鍵３３を差し込んで回すことにより、図１１に示すように、ロックレバー３０が、前後方向の回転軸心３４を中心として、ロック位置Ａとロック解除位置Ｂとに回動するように構成されている。また、ロックレバー３０の遊端部には鉤状の第１係止突起３５が設けられ、ロックレバー３０の基端部には鉤状の第２係止突起３６が設けられている。

固定係止具３２は、立パイプ６に取付けられており、一側（例えば左側）が開放された凹部３８を有している。図９に示すように、バッテリ装置３の放熱部材１６の外部露出部１６ａは一側方（例えば左側方）から凹部３８に対して挿脱自在となるように構成されている。また、図１０，図１１に示すように、固定係止具３２には、凹部３８よりも他側方（例えば右側方）に位置し且つ前方へ延びる規制板３９が設けれている。前記ロックレバー３０の第１係止突起３５は、図１１の実線で示すようにロック位置Ａにおいて規制板３９に係止し、図１１の仮想線で示すようにロック解除位置Ｂにおいて規制板３９から離脱する。また、外部露出部１６ａを凹部３８に挿入した場合、第２係止突起３６は、図１１の実線で示すようにロック位置Ａにおいて外部露出部１６ａの一側面（例えば左側面）に係止し、図１１の仮想線で示すようにロック解除位置Ｂにおいて外部露出部１６ａから離脱する。

図３，図４，図１０に示すように、フレーム２の立パイプ６は熱伝導性に優れた金属製等のフレーム側集熱体６ａを有しており、このフレーム側集熱体６ａの後端面は平坦に形成されている。外部露出部１６ａを凹部３８に挿入してロック装置５で固定した際、外部露出部１６ａの前端面がフレーム側集熱体６ａの後端面に面接触し、これにより、外部露出部１６ａがフレーム側集熱体６ａを介してフレーム２の立パイプ６に接触する。

以下、上記構成における作用を説明する。
電動自転車１にバッテリ装置３を装着する場合は以下の手順で行う。
先ず、図９の仮想線で示すように、バッテリ装置３を一側方（例えば左側方）に傾斜させた姿勢で回転支持軸１１ｅをバッテリ搭載部材４の溝部２７に嵌入させ、その後、実線で示すように、回転支持軸１１ｅを中心としてバッテリ装置３を回動させて立設姿勢とさせる。これにより、接続端子２５にバッテリ装置３の端子が接触し、バッテリケース１１の下部がバッテリ搭載部２３に受けられて各保持壁面部２６ａ〜２６ｃにより保持される。

前記のようにして、バッテリ装置３を正規の装着姿勢となるまで回動させると、バッテリ装置３の外部露出部１６ａが固定係止具３２の凹部３８に挿入される。この状態で、ロック装置５のシリンダー錠３１に鍵３３を差し込んでロック方向へ回すことにより、図１１の実線で示すように、ロックレバー３０がロック解除位置Ｂからロック位置Ａまで回動し、ロックレバー３０の第１係止突起３５が規制板３９に係止するとともに、第２係止突起３６が外部露出部１６ａの一側面（例えば左側面）に係止する。これにより、外部露出部１６ａはその周囲を凹部３８と第２係止突起３６とで挟まれて固定される。

この際、ロックレバー３０の第１係止突起３５と第２係止突起３６との間で、外部露出部１６ａと規制板３９とが互いに反対方向にそれぞれ当接しているため、図１１に示すように、バッテリ装置３を無理に取り外そうとしてバッテリ装置３を一側方（例えば左側方）へ移動する外力Ｆが働いた場合、バッテリ装置３からの力は、ロックレバー３０の第２係止突起３６から第１係止突起３５に伝達され、規制板３９により受け止められる。これにより、バッテリ装置３がバッテリ搭載部材４に固定され、バッテリ装置３の盗難を防止することができる。

このようにしてバッテリ装置３を電動自転車１に装着して固定した際、図３，図４，図１０に示すように、外部露出部１６ａの前端面がフレーム側集熱体６ａの後端面に面接触する。

電動自転車１を走行させている場合、適時、バッテリ装置３から電動モータに駆動電力が供給され、電動モータが作動して、電動モータによる補助駆動力が人力による駆動力に加えられる。バッテリ装置３の各二次電池セル１２からの放電等によって発生した熱は、各二次電池セル１２から集熱部材１５に伝達して集められ、集熱部材１５から放熱部材１６に伝わり、放熱部材１６からフレーム側集熱体６ａを介して立パイプ６に伝達し、フレーム２より放散される。このように、二次電池セル１２から発生した熱をフレーム２全体から逃がすことができるため、熱を非常に効率良くバッテリケース１１の外部へ排出することができ、バッテリ装置３の寿命が長くなり、十分な電動モータ出力を得ることができる。

尚、二次電池セル１２で発生した熱の一部は、放熱部材１６の外部露出部１６ａからそのままバッテリケース１１の外部空間へ放散される。
また、放熱部材１６はロック装置５の一部を兼用するため、部品点数を削減することができ、コストダウンにつながる。

また、外部露出部１６ａと立パイプ６との接触部分の外方はカバー体２４で覆われているため、人が前記接触部分に誤って触れてしまうのを防止することができる。
尚、バッテリケース１１は樹脂製であるため、金属製のものに比べて、バッテリケース１１が高温になるのを防止することができ、人が外部からバッテリケース１１に接触しても安全性が保たれる。さらに、バッテリケース１１の軽量化および防食が可能であり、また、万一、バッテリケース１１内で漏電が発生しても、外部からバッテリケース１１に接触した人が感電するのを防止することができる。

また、バッテリ装置３を電動自転車１から取り外す場合は、鍵３３をロック解除方向へ回すことにより、図１１の仮想線で示すように、ロックレバー３０がロック位置Ａからロック解除位置Ｂまで回動し、ロックレバー３０の第１係止突起３５が規制板３９から離脱するとともに、第２係止突起３６が外部露出部１６ａから離脱する。これにより、外部露出部１６ａの固定が解除され、その後、前述のバッテリ装置３の装着手順とは逆の手順を行うことにより、バッテリ装置３を電動自転車１から取り外すことができる。
（実施の形態２）
前述した実施の形態１では、図５に示すように、二次電池セル１２を平板状に形成しているが、本実施の形態２では、図１２に示すように、二次電池セル５０を円柱状に形成している。この場合、集熱部材５１は直方体又は立方体形状に形成されており、集熱部材５１には、上下両面に開口する円孔状の挿入空間５２が複数形成されている。各二次電池セル５０はそれぞれ挿入空間５２に挿入され、二次電池セル５０の外周面が挿入空間５２の内周面に面接触している。
（実施の形態３）
前述した実施の形態１では、図１０に示すように、外部露出部１６ａがフレーム側集熱体６ａを介してフレーム２の立パイプ６に接触しているが、実施の形態３として、図１３に示すように、フレーム側集熱体６ａを設けず、外部露出部１６ａが直接立パイプ６に接触するように構成してもよい。

前記各実施の形態では、放熱部材１６をロック装置５の一部に兼用しているが、兼用しないように構成してもよい。この場合、放熱部材１６とは別に、バッテリケース１１の前面１１ｃに固定用突部を形成し、ロック操作時、ロックレバー３０の第１係止突起３５が規制板３９に係止するとともに、第２係止突起３６が固定用突部の一側面に係止することで、固定用突部がその周囲を凹部３８と第２係止突起３６とで挟まれて固定されるように構成される。

前記各実施の形態では、集熱部材１５の材質としてアルミニウム等の金属を用いた場合、集熱部材１５と二次電池セル１２との間に熱伝導性に優れた絶縁シート（図示省略）を介在させているが、集熱部材１５の材質として熱伝導性に優れた樹脂を用いた場合、集熱部材１５を絶縁シートと兼用することができるため、絶縁シートを不要にし得る。

前記各実施の形態では、集熱部材１５と放熱部材１６とを接着したり又はねじ等によって締結してもよく、或いは、集熱部材１５と放熱部材１６とを一体物にしてもよい。又、放熱部材１６をバッテリケース１１に固定し、集熱部材１５と放熱部材１６とを接触させたものでもよい。

前記各実施の形態では、外部露出部１６ａをフレーム２の立パイプ６に接触させているが、その他の金属製の構成部品、例えばフレーム２のチェーンステー７や後輪の金属製の泥除けカバー８等に接触させてもよい。

本発明のバッテリ装置は電動自転車のバッテリ装置として最適である。

本発明の実施の形態１における電動自転車の側面図 同、電動自転車のバッテリ装置の分解斜視図 同、電動自転車のバッテリ装置の側面図 同、電動自転車のバッテリ装置の横断面図 同、電動自転車のバッテリ装置の二次電池セルを放熱装置から脱抜した斜視図 同、電動自転車のバッテリ装置の二次電池セルを放熱装置に挿入した斜視図 前記図６における放熱装置を後側から見た斜視図 同、電動自転車のバッテリ搭載部とロック装置との側面図 同、電動自転車のバッテリ搭載部とロック装置との正面図 図８におけるＸ−Ｘ矢視図 同、電動自転車のロック装置の拡大正面図 本発明の実施の形態２における電動自転車のバッテリ装置の二次電池セルを放熱装置に挿入した斜視図 本発明の実施の形態３における電動自転車のバッテリ装置とロック装置との横断面図 従来の二次電池セルを内蔵したバッテリ装置の断面図

符号の説明

１ 電動自転車
２ フレーム（構成部品）
３ バッテリ装置
５ ロック装置
７ チェーンステー（構成部品）
８ 泥除けカバー（構成部品）
１１ バッテリケース
１２ 二次電池セル
１３ 放熱装置
１５ 集熱部材
１６ 放熱部材
１６ａ 外部露出部
１７ 挿入空間

Claims (6)

1. バッテリケースの内部に二次電池セルが収納されたバッテリ装置であって、
   バッテリケースを非金属製とし、
   バッテリケースの内部に、二次電池セルから発生する熱をバッテリケースの外部へ逃がす放熱装置が設けられ、
   放熱装置は、二次電池セルから発生する熱を集める集熱部材と、集熱部材の熱をバッテリケースの外部へ放散する放熱部材とで構成され、
   放熱部材はバッテリケースの外部に露出する外部露出部を有していることを特徴とするバッテリ装置。
2. 二次電池セルは集熱部材に形成された挿入空間に挿入されていることを特徴とする請求項１記載のバッテリ装置。
3. 前記請求項１又は請求項２に記載のバッテリ装置を搭載した電動自転車であって、
   放熱部材の外部露出部が自転車を構成する金属製の構成部品に接触することを特徴とする電動自転車。
4. バッテリ装置はフレーム側に着脱自在に搭載され、
   搭載されたバッテリ装置を固定するロック装置が設けられ、
   バッテリ装置を搭載してロック装置で固定した際、放熱部材の外部露出部が金属製の構成部品に接触することを特徴とする請求項３記載の電動自転車。
5. 放熱部材がロック装置の一部を構成していることを特徴とする請求項４記載の電動自転車。
6. 構成部品がフレームであることを特徴とする請求項３から請求項５のいずれか１項に記載の電動自転車。

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