JP2010228661A - 電動二輪車用バッテリ搭載構造 - Google Patents

電動二輪車用バッテリ搭載構造 Download PDF

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Abstract

【課題】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。
【解決手段】単セル同士を接続して構成された単モジュール37Tを3個複数接続したバッテリモジュール37と、これにより車両の駆動力を発生する電動モータと、電動モータを駆動を制御する制御装置とを備えたバッテリ構造において、前記3個の単モジュール37Tを結合している陽極接続端子67、陰極接続端子68は、車両の幅方向の一側に集約して設けられていることを特徴とする。
【選択図】図9

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、車両の幅方向の一側に集約して設けられてい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、各単セルの電圧等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)は、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、前記端子部分と同側かつ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、前記モジュール間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、前記ユニットと前記端子部分との間に設けられたことを特徴とする。
請求項5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、車両の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6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7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。
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及び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、スペースを効率よく使用できる。
請求項5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6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7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 (7)

  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、前記車幅方向の一側に集約して設けられてい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、各単セルの電圧等を監視するユニット(64)は、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)と同側かつ下側に設けられたことを特徴とする請求項2記載の電動二輪車用バッテリ搭載構造。
  4. 前記モジュール間同士を通信するためのコネクタ(75)は、前記ユニット(64)と前記端子部分(67、68)との間に設けられたことを特徴とする請求項3記載の電動二輪車用バッテリ搭載構造。
  5. 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、車両の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。
  7. 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6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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