JP2018090246A - 電気駆動式車両用の車体 - Google Patents

Abstract

【課題】電気駆動式車両用の車体を提供する。【解決手段】本発明は、電気駆動式車両（２００）用の車体（１０）に関し、この車体は、車両（２００）の動作時に、機械力を伝達するための車両フレーム（２０）を有し、車両フレーム（２０）は、少なくとも２つのバッテリモジュール（１００）を受け入れるバッテリ部分（２２）を有し、バッテリ部分（２２）は、少なくとも２つのバッテリモジュール（１００）を受入れ位置（ＡＰ）に固定するための少なくとも１つの固定接合部（２４）を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、電気駆動式車両用の車体と、そのような車体で使用するバッテリモジュールと、バッテリモジュールを車体に取り付ける方法とに関する。

バッテリモジュールが、車両用の電気駆動体に対応電力を供給するために、電気駆動式車両に配置されることを意図されているのは公知である。公知の問題解決策では、このために、個々のバッテリモジュールが、対応するバッテリフレームに収容および事前取り付けされる。次いで、通常では、個々のバッテリモジュールおよびこのバッテリフレームからなる駆動バッテリ全体が、前記車両の組立ラインで、電気駆動式車両に下から挿入される。

公知の問題解決策の欠点は、個々のバッテリモジュールにとって必要な機械的安定および機械的保護を保証するために、対応するバッテリフレームが必要となることである。取り付けを分けて行うことで、駆動バッテリを形成する個々のバッテリモジュールの組み立てが容易になる。しかし、バッテリフレームを使用することは、電気駆動式車両に導入されなければならない重量をさらに増やすことになる。特に、電気駆動式車両の場合に、重量の増加は、走行可能距離を短縮し、したがって、往々にして潜在的購入者の支持を減らすという重大な欠点をもたらす。

本発明の目的は、上記の欠点を少なくとも部分的になくすことである。特に、本発明の目的は、電気駆動式車両内のバッテリモジュールの領域の重量を削減することである。

上記の目的は、請求項１の特徴を有する車体と、請求項７の特徴を有するバッテリモジュールと、請求項１０の特徴を有する方法とによって達成される。従属請求項、明細書、および図面から、本発明のさらなる特徴および細部が明らかになる。この場合に、本発明による車体に関して説明される特徴および細部は、当然のことながら、本発明によるバッテリモジュールと、本発明による方法とに関しても当てはまり、それぞれについて逆も同様であるので、本発明の個々の態様に関係する開示に関して、相互参照が行われ、相互参照を常に行うことができる。

本発明による電気駆動式車両用の車体は、車両の動作中に機械力を伝達する車両フレームを有する。車両フレームは、少なくとも２つのバッテリモジュールを受け入れるバッテリ部分を装備する。さらに、バッテリ部分は、少なくとも２つのバッテリモジュールをその受入れ位置に固定するための少なくとも１つの固定接合部を有する。

本発明において、電気駆動式車両は、純粋な電気車両と、電気補助駆動体を有する車両との両方とすることができる。いわゆるハイブリッド車両、またはいわゆる走行可能距離延長装置（ｒａｎｇｅ ｅｘｔｅｎｄｅｒ）を有する電気車両などの他の複合問題解決策も、本発明において電気駆動式車両と解釈することができる。決定的な中核概念は、少なくとも２つのバッテリモジュールからなる駆動バッテリが、車両の電気駆動体用に設けられることである。

公知の問題解決策と対照的に、個々のバッテリモジュールは、上記のようにもはや事前取り付けされず、その代わりとして、車体の対応する車両フレームに個々に、順次または同時に挿入される。これは、対応する組立ラインでの車両の組立時に行われるのが好ましい。

本発明において、車両フレームとは、車両の動作中に発生する機械力を伝達することができる車体を意味すると解釈することができる。したがって、車両フレームは、車両フレームに置かれた機械構成要素を取り付けるための車両構造物として機能する。機械構成要素には、特に、駆動系の可動性要素と個々のホイールを固定するホイール担体とが含まれる。この場合に、車両フレームによって伝達される機械力には、特に、衝突した場合に、車体に導入され得る機械力が含まれる。

上記のように、本発明に不可欠な中核概念は、今やこの車両フレームの一部がバッテリ部分であることである。言い換えると、機械力を伝達する主機能に加えて、車両フレームは、付加的な補助機能を備える。これは、バッテリモジュールを受け入れる機能である。公知の問題解決策と対照的に、独立したバッテリフレームはもはや必要ではなく、その理由は、むしろ車両フレーム自体が、個々のバッテリモジュールを受け入れる機能を果たすための対応するバッテリ部分を有するからである。

この場合に、バッテリ部分は、特に、車両の下から取り扱い可能なように構成することができる。したがって、個々のバッテリモジュールの対応する挿入動作は、組立ラインで下から行うことができる。車両は、コンベアベルトを用いて、組立ライン上を様々な高さおよび様々な位置に頻繁に移動する。この場合に、下からの挿入が利用できるか、あるいは、個々のバッテリモジュールを側方から、または上から挿入するために、車体全体の回転が利用できるかのいずれかである。この場合に、バッテリモジュールの挿入は、手作業、すなわち、オペレータの手またはロボットで、もしくは一部をロボットで行うことができる。

特に、ロボット案内式の挿入動作を使用すると、外部の事前取付けがなくなることにより生じる可能性がある不利益が、ほぼ完全になくなる。

上記の説明から分かるように、独立したバッテリフレームは、今や時代遅れになった。正確には、機能の統合によって、車両フレームが、これまで必要であったバッテリフレームの対応する受入れ機能を引き継ぐことが可能であり、その結果として、本発明による車体を使用した場合に、バッテリフレームにとっての必要空間および必要重量の両方が完全に不要になる。本発明に不可欠な構成を有する車体は、こうして電気駆動式車両全体のより軽量な設計形態をもたらし、ひいては、利用可能な同じバッテリ電力で、走行可能距離をより延ばす可能性をもたらす。電気駆動式車両の重量削減によって、加速挙動および最大速度などのさらなる車両性能のレベルもかなり改善される。

受入れ位置とは、バッテリモジュールが挿入され、バッテリモジュールが固定される、それぞれのバッテリモジュール用の位置であると解釈することができる。したがって、バッテリモジュールは、バッテリモジュールの寿命にわたって、または駆動される車両の寿命にわたって、固定された受入れ位置に留まる。この場合に、個々のバッテリモジュールの互いとの、または車両内の対応する駆動系との接続は、手作業か、自動的か、または一部自動的にかのいずれかで行うことができる。特に、本発明において、下記に説明する接続部分を使用する場合に、個々のバッテリモジュール同士の自動の、または一部自動の接続が考えられる。この場合に、個々のバッテリモジュール間の接続を完了するための対応する相互接続を利用可能にするために、バッテリ部分内に接続部分または接続線を設けることができる。

この場合に、固定用接合部を用いた固定を様々な形で設計することができる。したがって、可逆的および非可逆的固定の両方があり得る。バッテリモジュールが受入れ位置に達したときに、事前固定または最終固定が、言わば自動的に行われることも考えられる。この機能は、例えば、スナップ式／ラッチ式の固定によって得ることができる。

本発明による車体において、バッテリ部分が、受入れられた各バッテリモジュールに対して、受入れ位置にあるそれぞれのバッテリモジュールの相手側接続部分を電気接続するための２つの接続部分を有するならば、それは有益であり得る。バッテリモジュールは、通常、プラス極性およびマイナス極性を装備する。これらの２つの異なる電極を対応して電気接続するために、受け入れられる各バッテリモジュールに対して、それぞれ２つの接続部分が、バッテリ部分に配置される。対応する相手側接続部分は、相応して同じ数量だけある。しかし、当然のことながら、原則的に他の構成も考えられ、その結果として、３つ以上の接続部分が、対応する３つ以上の相手側接続部分と接続されることも可能である。車両フレームのバッテリ部分内で引き続き接続を形成するために、望ましい構成の様々なバッテリモジュール用の個々の接続部分を相互接続する電気線を設けることができる。この場合に、接続部分および相手側接続部分は、特に、相補的形状を有し、その結果として、対応する強制的および／または部分的に強制的な相互係合が可能である。したがって、接続部分、または相手側接続部分のそのような構成を利用可能にするために、例えば、ピン、凹部、または溝を設けることができる。

本発明による車体において、接続部分が、受入れ位置への挿入時に、バッテリ部分に対して、それぞれのバッテリモジュールの向きを合わせるための案内面を有するならば、さらなる利益を得ることができる。そのような案内面は、例えば、案内面取り、または案内円錐部によって得ることができる。案内面は、特に、自動の、または一部自動の取り付け時に、望ましい相対位置をより見つけやすくする。バッテリモジュールを受入れ位置の方向に挿入する場合に、必要な精度が相応して緩和され、結果として、通常、より高い取付速度で作業することが可能である。したがって、例えば、ロボットが、バッテリ部分の下で、バッテリモジュールの対応する事前位置決めを行うことができ、その結果として、最終的に、挿入作業において、案内面を用いて、バッテリ部分に対する、受入れ位置に至る所望の相対位置にバッテリモジュールを正確に案内するために、特定の遊びが許容される。

本発明による車体において、バッテリ部分が、例えば、受け入れられた各バッテリモジュールに対して、受入れ位置にあるそれぞれのバッテリモジュールの相手側流体部分への流体連通接続を形成するための流体部分を有するならば、それはさらに有益である。接続部分の電気接続に関連してすでに説明したのと同様に、バッテリモジュールは、個々の冷却装置を装備することが多い。下記に説明するように、本発明によるバッテリモジュールは、それら自体の冷却装置をそれぞれ単独で有することができ、その結果として、冷却機能は、すでにバッテリモジュールの一部である。そうしたことから、個々の冷却装置の冷却機能を統合して、全体的な冷却回路を形成するために、この実施形態では、流体部分および相手側流体部分が設けられる。バッテリモジュールを受入れ位置に挿入すると、それと共に、一方のバッテリモジュールの冷却装置と、他方の車体のバッテリ部分の対応するさらなる冷却回路との間で、流体連通接続が形成される。この場合に、対応する冷却剤または冷却液をその場で得るために、充填作業は、取付け後に行うことができるし、または取付け前でさえ少なくとも部分的に行うことができる。充填取付けは、特に、バッテリモジュールに、またはバッテリ部分の流体部分に取付弁が設けられた場合に可能である。電気接続に対して説明したのと同様に、冷却回路も、取付け時に、こうして言わば自動的に形成される。

本発明による車体において、流体部分が、受入れ位置への挿入時に、バッテリ部分に対して、それぞれのバッテリモジュールの向きを合わせるための案内面を有するならば、それはさらに有益であり得る。これらの案内面は、接続部分の案内面に関連してすでに説明したものに対応する同様の構造または同一の構造さえ有することができる。この場合に、これらの案内面は、例えば、流体部分または相手側流体部分に形成できる弁に対応する。

本発明による車体において、接続部分および／または流体部分が、それぞれのバッテリモジュールの、バッテリ部分への取付方向に沿って、または実質的に沿って、受入れ位置に向けられた挿入方向を有するならば、それはさらに有益である。特に、固定接合部に関連して、バッテリモジュールをその受入れ位置に移動させるための特定の取付方向がある。この取付方向は、取付通路を有することもできる。接続部分または流体部分の対応する挿入方向とは、所望の電気接続および／または流体連通接続の所望の形成をもたらすために、移動に関してバッテリモジュールが従わなければならない方向を指す。したがって、本発明による態様での挿入方向と取付方向の相互関係とは、電気接続および／または流体連通接続が、言わばバッテリモジュールの固定に付随して自動的に起こるということである。したがって、バッテリモジュールを挿入すると、電気接続および流体連通接続の両方が、言わば自動的に、かつ同時に行われる。

本発明のさらなる対象は、本発明による車体で使用するバッテリモジュールである。そのようなバッテリモジュールは、車両フレームのバッテリ部分の固定接合部に固定するための相手側固定接合部を有する。そのため、本発明によるバッテリモジュールは、本発明による車体に関連して広範に説明したのと同じ利益をもたらす。当然のことながら、本発明の別の対象は、一方の本発明による車体と、車体に挿入される、他方の本発明による少なくとも２つのバッテリモジュールとからなるシステムである。

本発明によるバッテリモジュールは、バッテリ部分の接続部分を電気接続するための少なくとも２つの相手側接続部分、および／またはバッテリ部分の流体部分に流体連通接続するための少なくとも２つの相手側流体部分が設けられるように作ることができる。この場合に、接続は、手作業か、自動的か、または一部自動的に行うことができる。対応する相手側接続部分または相手側流体部分は、接続部分および流体部分に関連してすでに説明したのと同じ利益をもたらす。

さらに、本発明によるバッテリモジュールにおいて、冷却装置が、特に、バッテリモジュールの側部に設けられるならば、それは有益である。したがって、この冷却装置は、バッテリモジュールの一部であり、そのため、続いて、すでに取り付けられたバッテリモジュールに冷却装置を組み付ける必要性はもはやなくなる。正しくは、バッテリモジュールは、個々の冷却装置を言わば事前組付けされ、特に、すでに説明した相手側流体部分を装備する。したがって、バッテリモジュールを受入れ位置に挿入すると、それに付随して、冷却回路が、言わば自動的に、かつ同時に形成される。この場合に、冷却装置は、対応する放熱機能を利用可能にするために、それぞれのバッテリモジュールの内部電池を含むのが好ましい。

本発明のさらなる対象は、本発明によるバッテリモジュールを本発明による車体に取り付ける方法であり、この方法は次のステップ、すなわち、
−少なくとも２つのバッテリモジュールを車両フレームのバッテリ部分に挿入するステップと、
−受入れ位置において、少なくとも２つのバッテリモジュールをバッテリ部分の固定接合部に固定するステップと、
を含む。

本発明による２つのバッテリモジュールを挿入し、本発明によるバッテリモジュールと、本発明による車体とからなるシステムを形成することは、本発明によるバッテリモジュールに関連して、または本発明による車体に関連して広範に説明したのと同じ利益をもたらす。この場合に、挿入ステップは、個々のバッテリモジュールに対して同時か、または順次か、または部分的に順次かのいずれかで実施することができる。電気的な、および／または流体連通的な態様の接続は、自動的に、または一部自動的にも、従来どおりに手作業でも実施することができる。この場合に、使用される冷却流体は、特に、冷却液とすることができる。

図面を参照して、本発明の例示的な実施形態が詳細に説明される以下の説明から、本発明のさらなる利点、特徴、および細部が明らかになるであろう。特許請求の範囲および本明細書に記載した特徴は、それ自体で、または所望する任意の組み合わせで、それぞれ本発明に不可欠であり得る。

本発明による車体の実施形態を示している。 取付け中の図１の実施形態を示している。 本発明による車体の別の実施形態を示している。 取付け中の図３の実施形態を示している。 接続部分または流体部分用の案内面の実施形態を示している。 バッテリモジュールの実施形態を示している。 図６の実施形態を概略図で示している。

図１および図２は、電気駆動式車両２００用の車体１０を示している。この場合に、車体１０は、車両２００の動作時に、機械力を吸収および伝達するために、車両フレーム２０を装備している。さらに、車両フレーム２０は、図１および図２に示すように、バッテリ部分２２を装備している。この場合に、複数の個々の電池１３０を有することができる２つの独立したバッテリモジュール１００は、バッテリ部分２２に挿入されることを意図されていることが概略的に示されている。

図１および図２は、個々のバッテリモジュールの順次取付けをどのようにして行うことができるかを示している。取付けを目的として、車両フレーム２０のバッテリ部分２２は、対応する接続部分２６、流体部分２８、および固定接合部２４を装備している。最初に、左手のバッテリモジュールが、どのようにして、取付方向ＭＲに沿い、上に向かって挿入され得るかが図１に示されている。接続部分２６および流体部分２８の挿入方向ＥＲも、取付方向ＭＲに沿って形成されている。図２に進むと、この時点で挿入位置、すなわち、受入れ位置ＡＰにあるバッテリモジュール１００が、接続部分２６と相手側接続部分１２６との間を電気接続するための接続態様で、どのように配置されているかが分かる。同じことが、流体部分２８と相手側流体部分１２８との間の流体連通接続の形成にもあてはまる。次いで、次のステップにおいて、一連の動作の次の段階として、この場合も、流体部分２８と相手側流体部分１２８との間の流体連通接続を形成し、さらに、接続部分２６と相手側接続部分１２６との間の電気接続も形成するために、右手のバッテリモジュール１００が、取付方向ＭＲに沿って上方に移動することが同じやり方で可能である。

図３および図４は、順次取付けに代えて、または順次取付けに加えて、どのようにして同時取付けも行うことができるかを示している。この場合に、個々のバッテリモジュール１００は、アンダボディまたはサブフレームの一部に配置され、そのため、取付方向ＭＲに沿って上方に一緒に移動することができる。対応する固定接合部２４は、バッテリ部分２２の外側に配置され、その結果として、図４に示す態様で、相手側固定接合部１２４との固定を行うことができる。一方の接続部分２６および流体部分２８と、他方の相手側接続部分１２６および相手側流体部分１２８との接続は、図１および図２に関連して説明したものと同様の態様で行うことができる。

図５は、この場合に円錐形構造の案内面２７，２９を有することができる接続部分２６または流体部分２８の実施形態を示している。受入れ位置ＡＰの方向で挿入方向ＥＲに沿った挿入動作時に、この案内面は、バッテリ部分２２に対して位置合わせが行われるのを可能にし、この位置合わせは、少なくとも小領域で行われなければならない。

次いで、図６および図７は、バッテリモジュール１００が１つまたは複数の個々の電池１３０から形成され得ることを示している。当然のことながら、この場合に、独立した冷却装置が設けられており、この冷却装置は、バッテリモジュール１００の２つの側部部分でそれぞれの電池１３０を外側から取り囲み、こうして、それぞれのバッテリモジュール１００に対する冷却機能を利用可能にすることができる。次いで、相手側流体部分１２８と流体部分２８との間の流体連通接続を形成するための対応する接続が行われる。

実施形態の上記の説明は、実施例との関係の範囲内でのみ本発明を説明している。実施形態の個々の特徴は、技術的に有意な場合に、本発明の範囲から逸脱することなく、互いに自由に組み合わせることができる。

１０ 車体
２０ 車両フレーム
２２ バッテリ部分
２４ 固定接合部
２６ 接続部分
２８ 流体部分
１００ バッテリモジュール
１２４ 相手側固定接合部
１２６ 相手側接続部分
１２８ 相手側流体部分
１３０ 電池
２００ 電気駆動式車両
ＡＰ 受入れ位置
ＥＲ 挿入方向

Claims (10)

1. 電気駆動式車両（２００）用の車体（１０）であって、前記車両（２００）の動作時に、機械力を伝達するための車両フレーム（２０）を有し、前記車両フレーム（２０）は、少なくとも２つのバッテリモジュール（１００）を受け入れるバッテリ部分（２２）を有し、前記バッテリ部分（２２）は、前記少なくとも２つのバッテリモジュール（１００）を受入れ位置（ＡＰ）に固定するための少なくとも１つの固定接合部（２４）を有する、車体（１０）。
2. 前記バッテリ部分（２２）は、受け入れられた各バッテリモジュール（１００）に対して、前記受入れ位置（ＡＰ）にある前記それぞれのバッテリモジュール（１００）の相手側接続部分（１２６）を電気接続するための２つの接続部分（２６）を有することを特徴とする、請求項１に記載の車体（１０）。
3. 前記接続部分（２６）は、前記受入れ位置（ＡＰ）への挿入時に、前記バッテリ部分（２２）に対して、前記それぞれのバッテリモジュール（１００）の向きを合わせるための案内面（２７）を有することを特徴とする、請求項２に記載の車体（１０）。
4. 前記バッテリ部分（２２）は、受け入れられた各バッテリモジュール（１００）に対して、前記受入れ位置（ＡＰ）にある前記それぞれのバッテリモジュール（１００）の相手側流体部分（１２８）への流体連通接続を形成するための流体部分（２８）を有することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の車体（１０）。
5. 前記流体部分（２８）は、前記受入れ位置（ＡＰ）への挿入時に、前記バッテリ部分（２２）に対して、前記それぞれのバッテリモジュール（１００）の向きを合わせるための案内面（２９）を有することを特徴とする、請求項４に記載の車体（１０）。
6. 前記接続部分（２６）および／または前記流体部分（２８）は、前記それぞれのバッテリモジュール（１００）の、前記バッテリ部分（２２）への取付方向（ＭＲ）に沿って、または実質的に沿って、前記受入れ位置（ＡＰ）に向けられた挿入方向（ＥＲ）を有することを特徴とする、請求項２〜５のいずれか１項に記載の車体（１０）。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の特徴を有する車体（１０）で使用するバッテリモジュール（１００）であって、前記車両フレーム（２０）の前記バッテリ部分（２２）の前記固定接合部（２４）に固定するための相手側固定接合部（１２４）を有するバッテリモジュール（１００）。
8. 前記バッテリ部分（２２）の接続部分（２６）を電気接続するための少なくとも２つの相手側接続部分（１２６）、および／または前記バッテリ部分（２２）の流体部分（２８）に流体連通接続するための少なくとも２つの相手側流体部分（１２８）が設けられることを特徴とする、請求項７に記載のバッテリモジュール（１００）。
9. 冷却装置（１１０）が、前記バッテリモジュール（１００）の側部に設けられることを特徴とする、請求項７または８に記載のバッテリモジュール（１００）。
10. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の特徴を有する車体（１０）に、請求項７〜９のいずれか１項に記載の特徴を有するバッテリモジュール（１００）を取り付ける方法であって、以下のステップ、すなわち、
    −少なくとも２つのバッテリモジュール（１００）を前記車両フレーム（２０）のバッテリ部分（２２）に挿入するステップと、
    −前記受入れ位置（ＡＰ）において、前記少なくとも２つのバッテリモジュール（１００）を前記バッテリ部分（２２）の前記固定接合部（２４）に固定するステップと、
    を含む方法。

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