JP5622509B2 - 電動車両用バッテリ - Google Patents

Description

本発明は、電動車両用のバッテリに関し、特に、スイングアームを備えた電動車両に対してバッテリを配置する場合に、バッテリに接続される電圧モニタ用の配線部分を含んだ接続構造に関する。

電気自動二輪車、燃料電池自動二輪車、ハイブリッド自動二輪車等の電動車両におけるバッテリの固定構造としては、例えば特許文献１に示されるように、スイングアームの一端を揺動軸に連結し、スイングアームの他端が後輪を支持し、スイングアームの他端側に後輪を駆動する電動モータを設置し、スイングアームの揺動軸近傍位置にバッテリを配置した構造が開示されている。

また、特許文献２には、バッテリを車体の前方に、駆動源となるモータを制御する制御部を車体の後方に配置し、両者をハーネスで接続する構成が開示されている。

また、特許文献３には、複数のバッテリセルを直列接続して所定の電圧を得るようにしたバッテリモジュールにおいて、各バッテリセルを、軟質の柔軟性のあるラミネートフィルムで包んで密閉した板状のラミネートセルとしたうえ、このラミネートセルを１枚ずつ所定のケースに収納したものを積層してバッテリモジュールを構成する方法が開示されている。

特開２００８−２２１９７６号公報 特開２００６−１８２３１５号公報 特開２００５−１０８６９３号公報

特許文献１においては、スイングアームの揺動軸近傍位置にバッテリを配置することは記載されているものの、バッテリに対するモータを制御する制御部との電気的な接続についての具体的な開示はなく、揺動するスイングアームにバッテリを配置する場合の電気的な接続構造について改善する余地が残されていた。

特許文献２に開示された構成の場合、バッテリと制御部の配置位置が離れているため、両者を接続するハーネスの長さが長くなり、ノイズ等の影響が懸念されるという問題点があった。
電動車両においては、モータ制御を行う場合に、バッテリの状態を把握することが重要な要素であり、制御部によるモータ制御に大きな影響を与えることになる。

ところで、特許文献１に記載された技術のように、バッテリをスイングアーム内に収納する構成では、その確保できる収納スペースに限度があり、さらに、特許文献３に記載されたようなケース入りバッテリセルでは、ケース部分の占有スペースも必要なため、バッテリ容量を大きくすることが難しいという課題がある。

そこで、この課題に対応する方法として、スイングアームの外壁で囲まれた収納スペースに複数のラミネートセルを直接収納した後に、ラミネートセルの周囲にポッティング剤を流し込んで、このポッティング剤が硬化することでラミネートセルを固定する「ポッティング処理」の適用が考えられる。しかしながら、液状のポッティング剤をバッテリの固定に必要な箇所にのみ流し込むことは難しく、かつ必要でない箇所にもポッティング剤が充填されてしまうと、スイングアームの重量増加を招くと共に、各ラミネートセルから放出されるガスの流動が妨げられてしまう可能性があった。

本発明は上記事情に鑑みて提案されたもので、モータ制御を行う制御部に対してバッテリの状態を伝達するに際し、ノイズを抑えながら、部品点数を減らして軽量化が可能な構造とした電動車両用バッテリを提供することを目的としている。

上記目的を達成するため請求項１の発明は、電動車両の駆動輪（ＷＲ）を駆動する電動モータ（Ｍ）へ電力を供給する電動車両用バッテリにおいて、前記バッテリには、複数のバッテリセル（５６ａ）の集合体で構成されるバッテリ（５６）に対して接続される一つの基板（５０ｃ）を備え、前記各バッテリセル（５６ａ）には、前記基板（５０ｃ）側に接続される正電極（５６ｂ）及び負電極（５６ｃ）を有し、前記基板（５０ｃ）には、前記各セルの電極に対応して各セル情報を収集するための複数のセル接続部（６０３）を前記バッテリセルの個数に関係なく予め複数設けており、前記セル接続部（６０３）により、前記各バッテリセル（５６a）の個数分のみ前記基板（５０ｃ）と前記各セルの各電極とをセンサ配線（６０２）にてそれぞれ接続して成ることを特徴としている。

請求項２の発明は、請求項１の電動車両用バッテリにおいて、前記基板（５０ｃ）には、各バッテリセル（５６ａ）を直列に接続した場合の集合体端部となる正電極及び負電極からの出力配線（６０４）に接続する各出力線接続部（６００，６０１）を設けた
ことを特徴としている。

請求項３の発明は、請求項１の電動車両用バッテリにおいて、前記基板（５０ｃ）の近傍に、前記電動モータ（Ｍ）を制御する制御回路の構成部品、及び、前記バッテリセル（５６ａ）を充電する充電回路の構成部品を配置した制御部（５０a、５０ｂ）を設け、前記基板（５０ｃ）と制御部（５０a、５０ｂ）を一体化したパワーモジュール（５０）としたことを特徴としている。

請求項４の発明は、請求項１の電動車両用バッテリにおいて、前記パワーモジュール（５０）は、主に前記電動モータ（Ｍ）を制御する制御基板（５０ａ）と、主に前記バッテリセル（５６ａ）の充電を行う充電回路を有する発熱素子基板（５０ｂ）と、前記基板（５０ｃ）とから成り、前記基板（５０ｃ）のセル接続部（６０３）を前記制御基板（５０ａ）に接続したことを特徴としている。

請求項５の発明は、請求項１の電動車両用バッテリにおいて、前記バッテリセル（５６ａ）は、セル毎にパッキングされたラミネートタイプであることを特徴としている。

請求項６の発明は、請求項５の電動車両用バッテリにおいて、前記バッテリセル（５６ａ）の集合体と前記基板（５０ｃ）との間に発砲体（５０１）を介在させて、前記駆動輪（ＷＲ）を支持するスイングアーム（３０）に設けた収納空間（３５）に収納し、前記収納空間（３５）に充填する流動性樹脂剤（５９）にて前記バッテリセル（５６ａ）と前記基板（５０ｃ）を含むパワーモジュールとを一体結合することを特徴としている。

請求項１に記載の発明によれば、バッテリセル（５６ａ）の情報を出力するセンサ配線（６０２）を１つの基板（５０ｃ）に接続する際に、セル接続部（６０３）を事前に複数形成しておくことにより、バッテリセル数（バッテリモジュールの容量）毎に専用の基板を設ける必要がなく、必要な数だけ接続させるだけの汎用性のある基板で対処することができる。

請求項２に記載の発明によれば、バッテリセル（５６ａ）の基板（５０ｃ）側にセル接続部（６０３）を設けることにより、最短距離でセンサ配線を結線することができ、発生するノイズを小さくすることができる。

請求項３に記載の発明によれば、バッテリ（５６）と制御部を近接配置することで一体化でき、汎用性の高いパワーモジュールとすることができる。また、バッテリ（５６）に対して制御部を一体化することで、制御部に関する専用固定部材を削減することができる。

請求項４に記載の発明によれば、発熱量の大きいものと発熱量の小さいものを別々の基板に集約させることで、発熱量の大きい素子から発熱量の小さい素子への熱負荷影響を小さくすることができる。

請求項５の記載の発明によれば、セルの厚みが小さくなり、基板の接続間隔を小さくでき、基板について汎用性を確保するために大きくする必要がなくなる。

請求項６に記載の発明によれば、バッテリセル（５６ａ）と基板（５０ｃ）とを発砲体（５０１）を介在させて一体結合することで、バッテリセル（５６ａ）と基板（５０ｃ）とを近接配置して結合でき、ポッティング剤の使用量を低減することができるとともに、固定のための専用部品を廃止しながら軽量化を図ることもでき、更には、発砲体（５０１）によりバッテリ５６から排出されるガスの通り道を確保することができる。

本発明の電動車両用バッテリが搭載された電動二輪車の左側面図である。 本発明の電動車両用バッテリの実施形態の一例を示すもので、電動車両用バッテリが配置されたスイングアーム部分の左側面図である。 図２の電動車両用バッテリが配置されたスイングアーム部分の上面図である。 スイングアームの分解斜視図である。 複数のバッテリセルの集合体を示す平面図である。 （ａ）〜（ｃ）は複数のバッテリセルの集合体と基板との位置関係を示すもので、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は側面図である。 バッテリセルと基板間のセンサ配線の接続状態を示すモデル図である。 ポッティング処理後の状態を示すスイングアームの上面図である。 電動二輪車に適用される電気系統の全体構成を示すブロック図である。 電動二輪車に適用される電気系統の充電器部分の構成を示すブロック図である。 車体左側から見た状態のバッテリの正面図である。 車体後方から見た状態のバッテリの側面図である。 アルミ基板を取り外した状態のバッテリの正面図である。 スポンジラバーの拡大図である。 バッテリの防爆弁から排出されたガスの流れを示すスイングアームの上面図である。 バッテリの防爆弁から排出されたガスの流れを示すバッテリの正面図である。 収納空間に収納されたバッテリを収納側から見た状態のバッテリの正面図である。

以下、図面を参照して本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る電動二輪車１の側面図である。
電動二輪車１は、低床フロア１６を有するスクータ型の鞍乗型車両であり、スイングアーム（ユニットスイング）３０に収納された電動モータＭによって後輪ＷＲを駆動する。車体フレーム２の前部には、ステムシャフト（不図示）を回転自在に軸支するヘッドパイプ３が結合されている。ステムシャフトの上部には、ハンドルカバー１１で覆われる操向ハンドル８が結合されており、一方の下部には、車軸７によって前輪ＷＦを回動自在に軸支する左右一対のフロントフォーク６が結合されている。

車体フレーム２は、ヘッドパイプ３の後部から下方に延びるメインパイプ４と、該メインパイプ４の後端部に連結されて車体後部上方へ延びるリヤフレーム５とを備える。低床フロア１６の下部に位置するメインパイプ４には、低床フロア１６を支持するフロアフレーム１５が取り付けられている。また、メインパイプ４とリヤフレーム５との結合部には、左右一対のピボットプレート１７が取り付けられている。

スイングアーム３０は、車幅方向左側のみにアーム部を有する片持ち式であり、ピボットプレート１７に取り付けられたリンク１８を貫通する揺動軸１９を介して、車体フレーム２に揺動自在に軸支されている。スイングアーム３０は、アルミ等の金属からなる一部中空構造体であり、車軸３２の近傍に電動モータＭが収納されると共に、電動モータＭの車体前方には、制御装置としての基板（制御部）５０が配設されている。電動モータＭに電力を供給するバッテリ５６（図３参照）は、基板（制御部）５０の車幅方向右側に配設されている。

後輪ＷＲは、車軸３２によってスイングアーム３０に回転自在に軸支されており、スイングアーム３０の後端部は、リヤクッション２６を介してリヤフレーム５に吊り下げられている。また、シート２０の下部には、ヘルメットや荷物入れスペースとなる収納ボックス２１が、左右一対のリヤフレーム５に挟まれるように配設されている。

車体フレーム２のメインパイプ４は、車体前方側のフロントカウル１３および車体後方側のレッグシールド１２で覆われている。ハンドルカバー１１の上部には、メータ装置９が配設されており、メータ装置９の車体前方側には前照灯１０が取り付けられている。フロントフォーク６の上部には、前輪ＷＦを覆うフロントフェンダ１４が固定されている。

リヤフレーム５の車幅方向外側はシートカウル２３で覆われており、シートカウル２３の後端部には尾灯装置２４が取り付けられている。尾灯装置２４の上方には、リヤフレーム５に結合されたリヤキャリア２２が突出しており、尾灯装置２４の下方には、後輪ＷＲの後方上方を覆うリヤフェンダ２５が設けられている。

図２は、電動車両用バッテリを搭載するスイングアーム３０の拡大側面図である。また、図３はスイングアーム３０の上面図であり、図４は、スイングアーム３０の分解斜視図である。前記と同一符号は、同一または同等部分を示す。前記したように、スイングアーム３０は、アルミ等の金属からなる一部中空構造体であり、後輪ＷＲを車幅方向左側のアーム部３９で支持する片持ち式とされる。スイングアーム３０の車体前方側下部には、揺動軸１９（図１参照）の貫通孔１９ａが形成された左右一対のピボットフランジ３６が設けられている。

ピボットフランジ３６の車体上方側には、複数のバッテリセル５６が挿入される収納空間３５が形成されており、この収納空間３５の外殻部を形成する幅広ケース部３８とアーム部３９とは、湾曲部４０を介して連続的に形成されている。収納空間３５およびアーム部３９の車幅方向左側には、基板（制御部）５０および電動モータＭを一体的に覆う薄板状のスイングアームカバー５７が取り付けられている。

アーム部３９の後端部には、電動モータＭの回転を減速する減速機が収納された減速機ケース３３，４１が取り付けられている。車軸３２は、減速機ケース４１から車幅方向右側に向けて突出しており、この車軸３２の端部に、後輪ＷＲのホイール３４がナット３２ａによって固定されている。後輪ＷＲにはチューブレスタイヤが使用され、ホイール３４にはエアバルブ４２が設けられている。また、減速機ケース３３には、リヤクッション２６（図１参照）を取り付けるための貫通孔２６ａが形成された取付フランジ３７が設けられている。

スイングアーム３０の一端側の揺動軸近傍には、内部に方形状の収納空間３５が一体的に形成されている。収納空間３５は、スイングアーム３０を電動車両に装着した場合に、電動車両の側方に収納空間３５の開口側（開口部）が位置し、この開口側からバッテリ５６を挿入可能なようになっている。

次に、本実施形態に係る電動車両用バッテリ５６の構造について、図５〜図７を参照しながら詳細に説明する。
図５は、模式的に表示した複数（１６個）のバッテリセル５６ａの集合体から構成されるバッテリ５６を表すもので、図６（ａ）〜（ｃ）は、バッテリ５６と、バッテリ５６が接続される基板との配置関係を示している。

すなわち、バッテリ５６は、複数のバッテリセル５６ａを接続した集合体とすることで所定の高電圧を得るようにしたモジュール構造を有している。各バッテリセル５６ａは、平面板状に形成され、上面に設けた一対のフレキシブルな板状体により正電極５６ｂ及び負電極５６ｃが形成されている。正電極５６ｂ及び負電極５６ｃは、上面における長手側の一辺側に偏った位置に配置されている。そして、各バッテリセル５６ａは、図５に示すように、平面部が対向した積層状態となるよう配置させ、隣接する正電極５６ｂと負電極５６ｃ同士が接続される（接続部分を点線で示す）。すなわち、各バッテリセル５６ａは、正電極５６ｂと負電極５６ｃとがそれぞれ対向するように配置され、正電極側の板状体と負電極側の板状体とを当接させて接続することで板状端子（バッテリ端子）５００を構成するとともに（図６（ｃ））、各バッテリセル５６ａが直列に接続される。
また、各バッテリセル５６ａは、軟質のラミネートシートで１セル毎にパッキングされたラミネート型（ラミネートセル）を使用する。

複数のバッテリセル５６ａの集合体で構成されるバッテリ５６に対しては、図６（ｃ）に示すように、その上部近傍位置に一つのアルミ基板５０ｃが配置される。アルミ基板５０ｃには、図６（ａ）に示すように、各バッテリセル５６ａの正電極５６ｂ及び負電極５６ｃに対応して各セルのセル情報を伝達するための複数のセル接続部６０３が形成されている。隣接する電極５６ｂ，５６ｃ同士が結合された板状端子（バッテリ端子）５００と各セル接続部６０３は、センサ配線６０２によりそれぞれ接続されている。
そして、センサ配線６０２を介して、セル接続部６０３に各バッテリセル５６ａの情報として例えばセル電圧値等が入力され、この値を制御部内で処理することで各バッテリセル５６ａの充電容量を検知して把握することが可能となる。

この際、図７に示すように、センサ配線６０２は、直列に接続されたバッテリセル５６ａ間に流れる電流（矢印方向）による放射ノイズが相殺される位置にあるため、放射ノイズ除去のためのフィルタ回路を簡素化することができる。その結果、電圧モニタ値の精度を高くするとともに、電池残量予測の精度を高くすることができる。

また、アルミ基板５０ｃに、複数のセル接続部６０３を形成しておくことにより、バッテリセル数（バッテリモジュールの容量）毎にセンサ配線６０２接続用の専用基板を設ける必要がなく、汎用性のある基板で対処することが可能となる。

アルミ基板５０ｃの両端側には、プラス側全体端子（出力線接続部）６００，マイナス側全体端子（出力線接続部）６０１がそれぞれ形成され、各バッテリセル（５６ａ）を直列に接続した場合の集合体端部となる正電極５６ｂ及び負電極５６ｃ（図６（ｃ））との間を出力配線６０４によりそれぞれ接続し、バッテリ５６電源が外部に供給されるようになっている。

バッテリ５６をアルミ基板５０ｃの近傍位置に配置する構成により、出力配線６０４を最短とするとともに、出力配線６０４のループを最小とすることができる。その結果、発生するインダクタンスも小さくすることができる。

上述した電動車両用バッテリは、基板（制御部）５０に対してバッテリ５６を一体的に組みつけられ、組みつけられた状態でスイングアーム３０の収納空間３５に挿入固定されることで、専用ケースを用いることなくスイングアーム３０に直接的に装着されることで電動二輪車に搭載される。
バッテリ５６は、上述したように、複数のバッテリセルを接続することで所定の高電圧を得るようにしたモジュール構造を有する。板状のバッテリセル５６ａは、その平面部を車体前後方向に指向させて積層された状態で、幅広ケース部３８に形成された略直方体形状の収納空間３５に収められる。これにより、重量物としてのバッテリ５６がスイングアーム３０の揺動軸１９に近接配置されることとなり、スイングアーム３０の揺動時の慣性モーメントを低減してスムーズな揺動動作が可能となる。また、バッテリセル５６ａをラミネート型バッテリとしたことで、高いエネルギ密度や放熱性能の向上が期待できるほか、スイングアーム３０への取付作業やバッテリの交換作業が容易になる。

制御装置としての基板（制御部）５０は、図３及び図４に示すように、バッテリ５６の車幅方向左側に近接配設されている。基板（制御部）５０は、制御基板５０ａと発熱素子基板５０ｂとアルミ基板５０ｃとからなり、それぞれの平面部が車幅方向に指向するように配置されている。制御基板５０ａは、バッテリ５６の車幅方向左側に近接配置されており、発熱素子基板５０ｂは、制御基板５０ａの車体後方側に連結されている。アルミ基板５０ｃは、バッテリ５６の車幅方向左側に近接配置されている。そして、各基板に分散配置された回路・素子等（サーミスタ５１、充電器用の入出力フィルタ群５２、充電器力率改善用コンデンサ５３、充電器ＤＣ変換用コンデンサ５４、各種トランス群５５）により充電器が構成されている。部品を各基板に分散配置して充電器２００を構成してスイングアーム３０に内蔵することで、電気系の接続をダイレクトに行うことができ、可撓性配線（ハーネス）類の簡素化を行うことで部品点数の削減を行うことができる。

バッテリ５６とアルミ基板５０ｃとの間には、図３及び図８に示すように、所定の厚みを有するスポンジラバー５０１が配設されている。スポンジラバー５０１には、各バッテリセルの図示左端部に設けられた板状端子（バッテリ端子）５００を差し込むための複数のスリットが形成されている。板状端子（バッテリ端子）５００を各スリットに挿入することで、板状端子の位置が規定されることとなる。また、スポンジラバー５０１によれば、後述するポッティング処理時のポッティング剤５９の使用量を低減して、スイングアーム３０の軽量化を図ることができる。アルミ基板５０ｃは、このスポンジラバー５０１に近接配置されている。

制御基板５０ａには、制御信号用のほとんど発熱しない素子が実装されている。これに対し、大電流が流れて発熱する素子は、発熱素子基板５０ｂ及びアルミ基板５０ｃに実装されている。そして、発熱素子の内、熱容量が大きいサーミスタ５１、充電器用の入出力フィルタ群５２、充電器力率改善用インダクタ５３、充電器力率改善用コンデンサ５４、ＤＣ出力用平滑コンデンサ５５等は発熱素子基板５０ｂに実装し、発熱素子の内、熱容量が小さい電子部品がアルミ基板５０ｃに実装されている。
このように、発熱量の大きい発熱素子のみを集中配置した発熱素子基板５０ｂを設けることで、発熱素子基板５０ｂに実装された発熱素子の発熱が他の素子へ与える熱負荷を低減することが可能となる。また、発熱素子の配設位置と他の制御素子との配設位置を分けたことにより、ピボットフランジ３９および貫通孔１９ａ等のレイアウトの自由度を高めることが可能となる。
すなわち、基板（制御部）５０において、ほとんど発熱しない部品を制御基板５０ａに集約し、制御基板５０ａのスイングアーム３０の前端側の発熱素子基板５０ｂに熱容量の大きい部品をモジュール化して配置することで、機能別に最適な配置を可能とし、省スペース化を図ることができる。

バッテリ５６を構成する各バッテリセルは、アルミ基板５０ｃに対してそれぞれ固定され、制御部５０がスイングアームの前端側に配置するように構成されている。
制御部５０の回路と各バッテリセルとは電気的に接続されることで、バッテリ５６への充電や、バッテリ５６からの電圧が制御基板５０ａに供給されて電動モータＭの駆動を制御するようになっている。

また、制御基板５０ａの車体後方側に発熱素子基板５０ｂを配置することにより、車体進行方向の上流側に位置する制御基板５０ａに発熱素子の熱影響が及ぶことを防ぐことができる。さらに、バッテリ５６の車幅方向外側に制御基板５０ａが配置されることで、車幅方向の厚みを小さくできる。そして、発熱基板５０ｂは、車体側面視で後輪ＷＲとオーバーラップする位置に配設されているので、バッテリ５６と電動モータＭとの間に形成されるスペースを有効活用して発熱素子を配設することができ、スイングアーム長が長くなりすぎることを防止できる。

また、図４に示すように、バッテリ５６は、車体前後方向に所定枚数が積層されることにより、その長手方向が車幅方向に指向する略直方体形状をなして、幅広ケース部３８の収納空間３５に収納される。収納空間３５の内面４３には、板状の各バッテリセルをそれぞれ所定位置に収めるためのガイド溝４４が形成されている。

ガイド溝４４は、収納空間３５内の上面及び下面に、バッテリ５６の挿入方向に沿って各バッテリセル５６ａに対応する複数の溝部を形成することにより、バッテリ５６を構成する各バッテリセル５６ａを収納するに際して、各セル（セル毎）の側面部がガイド溝４４に嵌合して位置が固定可能なようになっている。ガイド溝４４を設けることで、セル保持用の専用部品の削減、及び、全体をコンパクトに構成することができる。

幅広ケース部３８には、塞栓４５を嵌合させる貫通孔３８ａが形成されている。一方、バッテリ５６と基板（制御部）５０とを車体前方で連結する連結板４６には、塞栓４５が嵌合する貫通孔４７が形成されている。この塞栓４５および貫通孔３８ａ，４７は、スイングアーム３０の組立時に行われる「樹脂ポッティング処理」において使用される。このポッティング処理は、バッテリ５６および基板（制御部）５０をスイングアーム３０に対して物理的に固定すると共に、基板（制御部）５０の絶縁および防振を図り、さらに各部の放熱性を高めるものである。

ポッティング処理は、幅広ケース部３８にバッテリ５６および基板（制御部）５０を挿入し、貫通孔３８ａ，４７に塞栓４７を嵌合することによって位置決めを行った後、幅広ケース３８の開口部を上方に向けて、時間の経過により硬化する液状樹脂によるポッティング剤５９をバッテリ５６の周囲に流し込むことで行われる。ポッティング剤５９は、図８に示すように、制御基板５０ａおよびアルミ基板５０ｃを覆うと共に、発熱基板５０ｂに実装されたコンデンサ５３や各種トランス群５５等の実装面側の一部を覆うように注入される。ポッティング剤５９は、バッテリ５６等の放熱性を高める機能も有する。

そして、ポッティング剤５９が硬化した後に塞栓４５を除去すると、この塞栓４５のあった位置に幅広ケース部３８の内外を連通する連通孔が形成される。この連通孔によれば、バッテリ５６からガスが排出されても、このガスがスムーズに外部へ排出されることとなり、スイングアーム３０内の圧力上昇を防ぐことができる。
すなわち、高温となったバッテリの雰囲気温度が上昇した場合の空気圧力（高圧圧力抜き用）を外部に導く高圧圧力抜き用の逃がし通路をポッティング剤で形成することができ、逃がし通路形成のための専用部材を削減することができる。

収納空間３５内に周囲から流し込まれたポッティング剤は、収納空間３５内に収納されたバッテリ５６の空間周囲に充填され、少なくともセル上部の制御基板５０ａとの連結部分を含む収納空間３５内の空間周囲にポッティング剤が存在する状態で硬化することにより、ポッティング剤の介在により収納空間３５に対してバッテリ５６の位置が固定される。この状態で収納空間３５の開口側に蓋体となるスイングアームカバー５７を被せる。
この構造により、収納空間３５内に位置決めされたバッテリ５６をポッティング剤の介在により固定することで、バッテリ５６をスイングアーム３０内に一体的に搭載することができる。また、制御基板５０ａをバッテリ（各バッテリセル）５６とともにポッティング固定を行うことで、専用固定部品を削減することができる。

上述した構成によれば、バッテリ５６を保持するための専用のケースを不要とし、スイングアーム３０自体をバッテリ５６の保持ケースとして活用することで、バッテリ５６を確実にスイングアーム３０へ固定しながらも部品点数の削減及び軽量化を行うことができる。
重量物であるバッテリ５６を後から組み込める構造としたので、車両組立性の向上を図りつつ、バッテリ５６の形状に合わせて部分的にスイングアーム３０を膨出させる必要も無いことから、部品点数の削減、軽量化に貢献しながらバッテリを確実にスイングアーム３０に固定することができる。
バッテリ５６をスイングアーム３０に直接固定することで、スイングアーム３０を放熱体として使用可能となるので、バッテリ５６の冷却効果を向上させることができる。
また、バッテリ５６の搭載構造を簡略化したことで、バッテリユニット全体をコンパクトにでき、電装部品の配置等、他の構成に対する設計の自由度を向上できる。

図９および図１０は、電動二輪車１に適用される電気系統の構成を示すブロック図である。前記と同一符号は、同一または同等部分を示す。図１０は充電器のみの構成回路を示し、図８はそれ以外の全体構成を示している。図９，１０では、制御基板５０ａに実装されている素子を「一点鎖線」で、アルミ基板５０ｃに実装されている素子を「破線」で、発熱素子基板５０ｂに実装されている素子を「実線」でそれぞれ示している。

制御基板５０ａには、制御信号用の小電流が流れる素子が実装される。これらの素子はほとんど発熱せず、制御基板５０ａはガラスエポキシ基板によって形成されている。また、アルミ基板５０ｃには、主に、大電流が流れると共に自己放熱ができない素子が実装される。これらの電子部品は、例えば、半導体素子（ＦＥＴ、ダイオード）、抵抗、フィルムコンデンサ等であり、熱伝導性の高いアルミ基板５０ｃに実装されることにより放熱性が高められる。さらに、発熱素子基板５０ｂには、主に、大電流が流れると共に自己放熱ができる大型の電子部品が実装される。これらの電子部品は、例えば、インダクタ、トランス、電解コンデンサ等であり、発熱素子基板５０ｂをバッテリ熱の影響を受けにくい位置に配設することで、発熱性の向上が図られている。

なお、図９，１０のブロック図において、発熱素子基板５０ｂに実装されるのは、充電器２００の入力フィルタ２０９および出力フィルタ２０１（前記入出力フィルタ群５２に相当）、ＰＦＣ回路２０７（前記充電器力率改善用コンデンサ５３に相当）、ＡＣ−ＤＣトランス２０４（前記充電器ＤＣ変換用コンデンサ５４に相当）、ＤＣ−ＤＣ部１０６のＤＣ−ＤＣトランス１０８（各種トランス群５５に相当）および出力フィルタ１１０となる。

図９を参照して、リチウム・イオンのバッテリ５６は、コンタクタ１０４を介してインバータ１２３の入力側に電気的に接続され、インバータ１２３の出力側は、三相交流ラインによって電動モータＭに接続されている。電磁力で動作する機械的接点によりオン・オフ制御されるコンタクタ１０４には、供給電流の急な立ち上がりを防ぐプリチャージリレー１０５が並列接続されている。

ＢＭＵ（バッテリ・マネージメント・ユニット）１００には、バッテリ５６の電圧や温度等の監視用回路（ＡＳＩＣ）１０１、バッテリセルの容量バラツキを補正するためのセルバランス放電部１０２およびこれらを制御するコントローラ１０３が含まれる。

ＢＭＵ１００内のコントローラ１０３と、インバータ１２３を制御する制御装置としてのコントローラ１２２との間には、常時系統１１６、制御系統１１７、メインスイッチ系統１１８、ＣＡＮ通信１１９の各ラインが配設されている。また、ＢＭＵ１００のコントローラ１０３からは過充電のアラート信号１２０が発信され、インバータ１２３のコントローラ１２２からはコンタクタ制御信号１２１が発信される。

インバータ１２３のコントローラ１２２には、電動モータＭの回転角度を検知するアングルセンサ１２４、乗員のスロットル操作量を検知するスロットルセンサ１２５、シート２０に着座しているか否かを検知するシートＳＷ（スイッチ）１２６、電動車両１のサイドスタンド（不図示）が格納されているか否かを検知するサイドスタンドＳＷ１２７、電動車両の傾斜角（バンク角）を検知するバンクアングルセンサ１２９からのセンサ信号が入力される。警報装置としてのブザー１２８は、バッテリ５６の過放電状態等が検知された際にコントローラ１２２からの作動信号に応じて作動する。

常時系統１１６は、バッテリ５６から供給される大電流を制御用の電流に変換するＤＣＤＣ部１０６に接続されている。ＤＣＤＣ部１０６には、１次側駆動部１０７、ＤＣ−ＤＣトランス１０８、出力整流回路１０９、出力フィルタ１１０、前記１次側駆動部１０７にＰＷＭ信号を供給する１次側駆動ＩＣ１１３、前記出力整流回路１０９にＰＷＭ信号を供給する２次側駆動ＩＣ１１４が含まれる。１次側駆動ＩＣ１１３には、コントローラ１２２から起動信号１１５が供給される。また、常時系統１１６には、盗難防止アラームユニット１３３およびメインＳＷ１３６の一端側が接続される。

制御系統１１７は、インバータ１２３のコントローラ１２２に接続されている。制御系統１１７には、盗難防止アラームユニット１３３の作動表示灯としてのメータインジケータ１３２の一端が接続される。また、メータインジケータ１３３には車速を検知するスピードセンサが接続されており、メータインジケータ１３３は車速が所定値を超えた際に速度警告灯として機能するように構成されている。

メインＳＷ系統１１８には、ウインカ装置等の灯火器１３０、ヘッドライト（Ｈ／Ｌ）１０、バッテリ冷却用ファン等の一般電装１３１が接続されている。メインＳＷ系統１１８の端部は、メインＳＷ１３６がオフにされても所定条件下でヘッドライト１０等の作動を可能とするオートパワーオフリレー１３５に接続されている。

図１０を参照して、充電器２００には、バッテリ５６に接続される直流電流の入出力ライン（Ａ，Ｂ）と、商用交流電源等に接続されるＡＣプラグ２１５とが接続される。充電器２００には、入力フィルタ２０９、ブリッジダイオード２０８、力率改善回路としてのＰＦＣ回路２０７、１次側駆動部２０６、ＡＣ−ＤＣトランス２０４、出力整流回路２０３、出力フィルタ２０１が含まれる。１次側駆動部２０６とＡＣ−ＤＣトランス２０４との間に配設される過電流検出回路２１２の信号は、ＰＦＣ−ＰＷＭ駆動ＩＣ２１３に入力され、一方、出力フィルタ２０１に接続された電圧検出回路２０２の信号は、フォトカプラ２０５を介してＰＦＣ−ＰＷＭ駆動ＩＣ２１３に入力される。ＰＦＣ回路２０７および１次側駆動部２０６は、ＰＦＣ−ＰＷＭ駆動ＩＣ２１３から出力されるＰＷＭ信号２１０，２１４によってそれぞれ駆動される。ＰＦＣ−ＰＷＭ駆動ＩＣ２１３には、インバータ１２３のコントローラ１２２からの起動信号２１４（Ｃ）が入力される。

図１１は、車体左側から見た状態のバッテリ５６の正面図である。また、図１２は、車体後方から見た状態の同側面図である。車体前後方向に積層されたバッテリセルは、各バッテリセルから車幅方向左側に突出する電極を接続することで互いに直列接続されている。そして、車体前方側（図示左側）のバッテリセル５６ａから、バッテリ５６全体のマイナス側全体端子６０１が延出してアルミ基板５０ｃに接続されると共に、車体後方側（図示右側）のバッテリセル５６ａから、バッテリ５６全体のプラス側全体端子６００が延出してアルミ基板５０ｃに接続されている。

各バッテリセルとアルミ基板５０ｃとの間には、各バッテリセル５６ａの充電容量を検知するためのセンサ配線６０２が配索されている。そして、本実施形態では、バッテリ５６の車体左側の端部で、かつアルミ基板５０ｃとの間の位置に、スポンジラバー５０１，５０２，５０３が設けられている。なお、図１１，１２において、バッテリ５６の周囲を覆うケース状体は、説明の便宜上、スイングアーム３０に形成された収納空間３５の内壁を単独の部品のように示したものである。

本実施形態に係るスポンジラバー５０１，５０２，５０３は、発泡ゴムとしてのエラストマー樹脂で形成されている。このエラストマー樹脂は、ポッティング剤が浸潤せず、かつ耐熱性および振動吸収性に優れ、さらに気体を透過する軽量な素材とされる。ここで、本実施形態に係るバッテリ構造では、各バッテリセル（ラミネートセル）５６ａとアルミ基板５０ｃとの間をセンサ配線６０２で連結する必要があり、かつアルミ基板５０ｃ全体をポッティング剤５９で封止したいという希望がある。しかしながら、各バッテリセル（ラミネートセル）５６ａとアルミ基板５０ｃとの間の空間をすべてポッティング剤５９で充填しても、この部分のポッティング剤５９は、収納空間３５にバッテリ５６を固定する機能を果たさないだけでなく、スイングアーム３０の重量が増すこととなり、さらには、後述するバッテリ５６から排出されるガスの通り道がなくなってしまう。このため、本実施形態では、このバッテリセル（ラミネートセル）５６ａとアルミ基板５０ｃとの間の空間にスポンジラバー５０１，５０２，５０３を配置することで、ポッティング剤の充填状態の最適化を図っている。

なお、流し込み時の粘性が比較的高いポッティング剤５９は、少なくとも、アルミ基板５０ｃ全体がポッティング処理されると共に、幅広ケース部３８に形成された収納空間３５の開口部周囲でバッテリ５６が固定可能な量が充填されればよく、必ずしも収納空間３５の側面部や底面部まで充填されなくともよい。

図１３は、アルミ基板５０ｃを取り外した状態のバッテリ５６の正面図である。スポンジラバー５０１，５０２，５０３は、それぞれ、車体前後方向に長手方向を指向させた略直方体形状とされる。前記したように、本実施形態に係るバッテリ５６は、板状のバッテリセル（ラミネートセル）５６ａの車幅方向左側の端面に、板状端子（バッテリ端子）５００（図８参照）としてのマイナス側端子およびプラス側端子が、車体上下方向に離間した所定の位置からそれぞれ突出する構成を有している。そして、隣接するバッテリセル（ラミネートセル）５６ａの表裏を互い違いにして積層することで、各バッテリセル（ラミネートセル）５６ａを容易に直列接続できるように構成されている。

また、図１４に示すように、上側スポンジラバー５０１および下側スポンジラバー５０２には、あるバッテリセルのマイナス側端子（またはプラス側端子）と、これに隣接するバッテリセルのプラス側端子（またはマイナス側端子）との接合体としての板状端子（バッテリ端子）５００を挿入するためのスリット５０５が形成されている。

この上側スポンジラバー５０１および下側スポンジラバー５０２によれば、各ラミネートセル５６ａのバッテリ端子を安定的に固定することができる。そして、上側スポンジラバー５０１と下側スポンジラバー５０２との間に配設される中央スポンジラバー（第２スポンジラバー）５０３は、前記したようなポッティング剤の低減等に貢献するだけでなく、各バッテリセル（ラミネートセル）に設けられた防爆弁から排出されるガスの通り道としての機能を有する。その詳細は後述する。

なお、スポンジラバー５０１，５０２，５０３には、断熱性にも優れた素材が用いられる。これにより、アルミ基板５０ｃがバッテリ５６の熱の影響を受けないようにしつつ、アルミ基板５０ｃとバッテリ５６との間隔を狭めて、センサ配線の短縮および設置スペースを低減することができる。

各バッテリセル（ラミネートセル）５６ａの車体上下方向の端面には、収納空間３５の内壁面に形成されたガイド溝４４と係合するフィン５６ｄが形成されている。バッテリセル（ラミネートセル）５６ａを収納空間３５に挿入する際には、このフィン５６ｄがガイド溝４４に係合することで、バッテリセル（ラミネートセル）５６ａの積層方向の間隔が規定されることとなる。

図１５は、バッテリ５６の防爆弁５０６から排出されたガス５０７の流れを示すスイングアーム３０の上面図である。また、図１６は、図１５と同様のガス５０７の流れを示すバッテリ５６の正面図である。前記と同一符号は、同一または同等部分を示す。

前記したように、各バッテリセル（ラミネートセル）５６ａの車体左側端部で、マイナス側端子とプラス側端子との間の位置には、その内部圧力が所定値を超えないようにするための防爆弁５０６が設けられている。この防爆弁５０６は、内部圧力が所定値を超えると自動的に開いてガスが抜けるように、ラミネートシートの封止部分に形成されるものである。中央スポンジラバー５０３は、ポッティング剤の低減に貢献すると共に、この防爆弁５０６から排出されたガス５０７をスイングアーム３０の外部へ排出する通り道として機能する。スポンジラバー５０６を通過したガス５０７は、車体前方側に導かれて、幅広ケース部３８に形成された貫通孔３８ａから外部へ放出される。これにより、スイングアーム３０の内部圧力が高くなりすぎることが防止される。

また、本実施形態では、バッテリ５６の車体前方側の面と、収納空間３５の車体前方側の内壁面との間に、第３スポンジラバー５０４が配設されている（図１５）。すなわち、図１７に示すように、収納空間３５の車体前方側の内壁面との間（＋極側）に、３個の方形状の第３スポンジラバー５０４が配設され、収納空間３５の車体後方側の内壁面との間（−極側）に、方形状のゴムシート５５０が配設されている。図１７中、図５と同じ構成には同一の符合を付している。
各第３スポンジラバー５０４は、圧縮された状態で組み付けられて、バッテリ５６の車体前方側の面を車体後方側に押しつける付勢力を生じる。これにより、第３スポンジラバー５０４の分だけポッティング剤の使用量が低減できるのみならず、各バッテリセル（ラミネートセル）５６ａのフィン５６ｄがガイド溝４４の側壁面に押し当てられることで、バッテリセル（ラミネートセル）５６ａが安定的に固定されると共に、バッテリセル（ラミネートセル）５６ａの生じる熱が収納空間３５の内壁面に伝達されやすくなり、バッテリ５６の放熱性が高められることとなる。

上記したように、本発明に係る電動二輪車のバッテリモジュール保持構造によれば、スイングアームに形成された収納空間に収納されるバッテリの一側面と、該バッテリに近接配置される制御基板との間にスポンジラバーを配置したうえで、制御基板およびバッテリの周囲にポッティング剤を流し込んでバッテリを固定するようにしたので、スポンジラバーの体積分だけポッティング剤を低減してスイングアームの軽量化を図りつつ、バッテリの固定および制御基板のポッティング処理を行うことができる。

なお、電動二輪車、スイングアーム、基板、バッテリ、スポンジラバーの形状や構造等は、上記実施形態に限られず、種々の変更が可能である。本発明に係るバッテリモジュール保持構造は、電動二輪車に限られず、鞍乗型の三／四輪車等の各種電動車両等に適用することが可能である。

１…電動二輪車、 ２…車体フレーム、 ８…操向ハンドル、 １９…揺動軸、 ３０…スイングアーム、 ３２…車軸、 ３５…収納空間、 ３８…幅広ケース部、 ３８ａ…貫通孔、 ３９…アーム部、 ４０…湾曲部、 ４４…ガイド溝、 ４５…塞栓、 ５０…パワーモジュール（制御部）、 ５０ａ…制御基板、 ５０ｂ…発熱素子基板、 ５０ｃ…アルミ基板、 ５６…バッテリ（バッテリモジュール）、 ５６ａ…バッテリセル（ラミネートセル）、 ５６ｂ…正電極、 ５６ｃ…負電極、 ５６ｄ…フィン、 ５７…スイングアームカバー、 ５９…ポッティング剤（流動性樹脂剤）、 ５００…板状端子（バッテリ端子）、 ５０１，５０２…スポンジラバー（発砲体）、 ５０３…第２スポンジラバー、 ５０４…第３スポンジラバー、 ５０６…防爆弁、 ５０７…ガス、 ６００…プラス側全体端子（出力線接続部）、 ６０１…マイナス側全体端子（出力線接続部）、 ６０２…センサ配線、 ６０３…セル接続部、 ６０４…出力配線、 Ｍ…電動モータ、 ＷＲ…後輪。

Claims (7)

1. 電動車両の駆動輪（ＷＲ）を駆動する電動モータ（Ｍ）へ電力を供給する電動車両用バッテリにおいて、
   前記バッテリには、複数のバッテリセル（５６ａ）の集合体で構成されるバッテリ（５６）に対して接続される一つの基板（５０ｃ）を備え、
   前記各バッテリセル（５６ａ）には、前記基板（５０ｃ）側に接続される正電極（５６ｂ）及び負電極（５６ｃ）を有し、
   前記基板（５０ｃ）には、前記各セルの電極に対応して各セル情報を収集するための複数のセル接続部（６０３）を前記バッテリセルの個数に関係なく予め複数設けており、
   前記セル接続部（６０３）により、前記各バッテリセル（５６ａ）の個数分のみ前記基板（５０ｃ）と前記各セルの各電極とをセンサ配線（６０２）にてそれぞれ接続して成り、
   前記バッテリは、長方形の薄板状の前記バッテリセル（５６ａ）を積層することで全体が直方体をなしており、
   前記正電極（５６ｂ）及び負電極（５６ｃ）は、前記直方体をなすバッテリの６面のうち最も面積が小さくなる一側面に設けられており、
   前記基板（５０ｃ）は、前記バッテリの一側面と同等の形状とされると共に、前記一側面に対向して配置されており、
   前記セル接続部（６０３）は、前記基板（５０ｃ）上において、前記バッテリの一側面と対向しない側の表面の外縁寄りの位置に設けられており、
   前記センサ配線（６０２）は、前記基板（５０ｃ）の外縁の外側を通って、前記セル接続部（６０３）と前記各電極とを接続することを特徴とする電動車両用バッテリ。
2. 前記基板（５０ｃ）には、各バッテリセル（５６ａ）を直列に接続した場合の集合体端部となる正電極及び負電極からの出力配線（６０４）に接続する各出力線接続部（６００，６０１）を設けた請求項１に記載の電動車両用バッテリ。
3. 前記セル接続部（６０３）は、前記基板（５０ｃ）上において、対向する２辺の外縁寄りに設けられており、
   前記出力線接続部（６００，６０１）は、前記バッテリの一側面と対向しない側の前記基板（５０ｃ）の表面において、前記２辺と隣り合う２辺の外縁寄りの位置に設けられている請求項２に記載の電動車両用バッテリ。
4. 前記基板（５０ｃ）の近傍に、前記電動モータ（Ｍ）を制御する制御回路の構成部品、及び、前記バッテリセル（５６ａ）を充電する充電回路の構成部品を配置した制御部（５０a、５０ｂ）を設け、前記基板（５０ｃ）と制御部（５０ａ、５０ｂ）を一体化したパワーモジュール（５０）とした請求項１ないし３のいずれかに記載の電動車両用バッテリ。
5. 前記パワーモジュール（５０）は、主に前記電動モータ（Ｍ）を制御する制御基板（５０ａ）と、主に前記バッテリセル（５６ａ）の充電を行う充電回路を有する発熱素子基板（５０ｂ）と、前記基板（５０ｃ）とから成り、前記基板（５０ｃ）のセル接続部（６０３）を前記制御基板（５０ａ）に接続した請求項４に記載の電動車両用バッテリ。
6. 前記バッテリセル（５６ａ）は、セル毎にパッキングされたラミネートタイプである請求項１ないし５のいずれかに記載の電動車両用バッテリ。
7. 前記バッテリセル（５６ａ）の集合体と前記基板（５０ｃ）との間に発泡体（５０１）を介在させて、前記駆動輪（ＷＲ）を支持するスイングアーム（３０）に設けた収納空間（３５）に収納し、前記収納空間（３５）に充填する流動性樹脂剤（５９）にて前記バッテリセル（５６ａ）と前記基板（５０ｃ）を含むパワーモジュールとを一体結合する請求項１ないし６のいずれかに記載の電動車両用バッテリ。

Images