特表 2024-538031 電気駆動ユニットを有する二輪車用バッテリターミナル

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-10-18

(54)【発明の名称】電気駆動ユニットを有する二輪車用バッテリターミナル

(51)【国際特許分類】

   B62J 43/13 20200101AFI20241010BHJP

   B62M 6/90 20100101ALI20241010BHJP

   H01M 50/244 20210101ALI20241010BHJP

   H01M 50/249 20210101ALI20241010BHJP

【ＦＩ】

B62J43/13

B62M6/90

H01M50/244 Z

H01M50/249

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2024521217

(86)(22)【出願日】2022-10-18

(85)【翻訳文提出日】2024-04-11

(86)【国際出願番号】 EP2022078889

(87)【国際公開番号】W WO2023066888

(87)【国際公開日】2023-04-27

(31)【優先権主張番号】102021211759.7

(32)【優先日】2021-10-19

(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】500045121

【氏名又は名称】ツェットエフ、フリードリッヒスハーフェン、アクチエンゲゼルシャフト

【氏名又は名称原語表記】ＺＦ ＦＲＩＥＤＲＩＣＨＳＨＡＦＥＮ ＡＧ

(74)【代理人】

【識別番号】100147485

【弁理士】

【氏名又は名称】杉村 憲司

(74)【代理人】

【識別番号】230118913

【弁護士】

【氏名又は名称】杉村 光嗣

(74)【代理人】

【識別番号】100186716

【弁理士】

【氏名又は名称】真能 清志

(72)【発明者】

【氏名】ヤコブ ラウホフ

【テーマコード（参考）】

5H040

【Ｆターム（参考）】

5H040AA01

5H040AA03

5H040AS05

5H040AT06

5H040DD06

5H040DD29

(57)【要約】

本発明は、二輪車用の、より詳細にはイーバイク用の、電気駆動ユニットを有するバッテリターミナル（３０）に関する。バッテリターミナル（３０）は、ハウジング（３１）を有する。駆動バッテリ用のプラグ接続部は、フロントサイドに位置する。駆動ユニット用のプラグコネクタ（３６）および小型の負荷用のプラグコネクタ（３７ａ、３７ｂ、３７ｃ）は、リアサイドに位置する。駆動バッテリの電圧を小型の負荷の供給電圧に下げる電圧変換器は、ハウジング（３１）の中に載置される。電圧変換器は、ハウジング（３１）の開口部（３４）を通って外部に延びるヒートシンク（４１）を有する。したがって、電圧変換器の廃熱は、駆動ユニットおよび駆動バッテリから離れて保たれる。
【選択図】図２ｂ

【特許請求の範囲】

【請求項1】

電気駆動ユニットを有する二輪車用のバッテリターミナルであって、
ハウジング（３１）であって、駆動バッテリ（２０）を接続するプラグ接続部（３５）と、電気駆動ユニット（１０）用のプラグコネクタ（３６）と、小型の負荷（５０）用のプラグコネクタ（３７ａ、３７ｂ、３７ｃ）とを有する前記ハウジング（３１）と、
前記ハウジング（３１）の上に、またはその中に配置された電圧変換器（４０）であって、前記駆動バッテリ（２０）の電圧を前記小型の負荷（５０）の供給電圧に下げる前記電圧変換器（４０）と、を備える、バッテリターミナル。

【請求項2】

請求項１に記載のバッテリターミナルであって、前記ハウジング（３１）は、前記駆動バッテリ（２０）用のプラグ接続部（３５）が配置されるフロントサイドと、前記駆動ユニット（１０）用の前記プラグコネクタ（３６）および前記小型の負荷（５０）用の前記プラグコネクタ（３７ａ、３７ｂ、３７ｃ）が配置されるリアサイドと、を有する、バッテリターミナル。

【請求項3】

請求項１または２に記載のバッテリターミナルであって、前記電圧変換器（４０）は、熱損失を放散するヒートシンク（４１）を有する、バッテリターミナル。

【請求項4】

請求項３に記載のバッテリターミナルであって、前記ヒートシンク（４１）は、前記ハウジング（３１）の開口部（３４）から外部に突出する、バッテリターミナル。

【請求項5】

請求項４に記載のバッテリターミナルであって、前記ヒートシンク（４１）用の前記開口部（３４）は、前記ハウジング（３１）のリアサイドに配置される、バッテリターミナル。

【請求項6】

請求項５に記載のバッテリターミナルであって、前記ハウジング（３１）の前記リアサイドは、実質的に、前記ヒートシンク（４１）用の前記開口部（３４）を囲むフレーム（３３）によって形成される、バッテリターミナル。

【請求項7】

請求項６に記載のバッテリターミナルであって、前記プラグコネクタ（３６、３７ａ、３７ｂ、３７ｃ）は、前記ヒートシンク（４１）の周囲の前記フレーム（３３）上に配置される、バッテリターミナル。

【請求項8】

請求項１から７のいずれか一項に記載のバッテリターミナルであって、前記ハウジング（３１）の外形は、前記駆動バッテリ（２０）の断面形状に適合されている、バッテリターミナル。

【請求項9】

請求項１から８のいずれか一項に記載のバッテリターミナルであって、前記ハウジング（３１）は、二輪車のフレームに固定できる取り付けレール（６０）上に載置され、前記取り付けレールは、前記駆動バッテリ（２０）を着脱可能に固定する固定要素（６１ａ、６１ｂ）を有する、バッテリターミナル。

【請求項10】

請求項１から９のいずれか一項に記載のバッテリターミナルであって、前記ハウジング（３１）は、前記駆動バッテリ（２０）と形状結合的な接続を形成するように設計される、バッテリターミナル。

【請求項11】

二輪車の電気コンポーネントの装置であって、電気駆動ユニット（１０）と、駆動バッテリ（２０）と、小型の負荷（５０）と、請求項１～１０のいずれか一項に記載のバッテリターミナル（３０）と、を備え、前記バッテリターミナル（３０）は、前記駆動バッテリと前記駆動ユニットとの間に配置されて、電圧変換器（４０）は前記バッテリターミナル（３０）に統合されている、装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電気駆動ユニットを有する二輪車、特にイーバイク（E-Bike）、電動アシスト自転車（Pedelec）、電動自転車、電動バイク、および電動スクータなどの、バッテリターミナルに関する。本発明はまた、そのような二輪車の電気コンポーネントの装置に関する。

【背景技術】

【0002】

電気駆動ユニット用の電気エネルギは、例えば３６Ｖまたは４８Ｖである比較的高い電圧を有する比較的大型の駆動バッテリからくる。加えて、ヘッドライト、テールライト、ディスプレイを有するハンドルバー上のリモコン、携帯電話用の充電装置などの、より小型の負荷にも、駆動バッテリから電力を供給する必要がある。これらの小型の負荷は、通常、より低い電圧（通常は１２Ｖ）で動作する。したがって、小型の負荷は、駆動用の高電圧バッテリに直接には接続できない。駆動バッテリの電圧を小型の負荷の供給電圧に下げる、電圧変換器を接続する必要がある。

【0003】

多くの場合、電圧変換器は駆動ユニット、すなわち電気モータのごく近傍に設置される。この場合、結果として、駆動ユニットが、すべての電気的負荷すなわち電気モータと小型の電気的負荷の両方が接続される一種の配分ノードとなる、アーキテクチャが得られる。駆動ユニットが比較的大きくて重いコンポーネントであり、小型の負荷の数が少ない場合、このアーキテクチャは、特にミッドモータのレイアウトを備えるイーバイクにとって、実証済みの優れたソリューションである。したがって、電動アシスト自転車の大部分はこのように構築されている。

【0004】

しかしながら、二輪車、特にイーバイクに対しては、より小型の駆動ユニットを搭載する傾向があり、多機能電気回路、ヒータ付グリップ、電気ロック、大型スクリーン付制御ユニットなどを含む追加的な電気負荷の数も増え続けている。前輪または後輪がハブモータで駆動される場合に、小型の負荷を電源供給のために駆動ユニットに接続することは、まったく不可能である。

【0005】

駆動ユニットに電圧変換器を配置する代わりに、電圧変換器がバッテリ管理システム（Batterie-Management-System:ＢＭＳ）と共に駆動バッテリ内に位置するアーキテクチャが、長い間存在している。これには、小型の負荷用のインターフェイスおよび接続プラグをもはや含む必要がないため、電子モータ制御ユニットを含む駆動ユニット（Drive Unit:ＤＵ）をより小型でコンパクトに製造できるという利点がある。

【0006】

電圧変換器が駆動バッテリ内に位置する場合、当然のことながら、個々の小型の負荷をすべて、個別に駆動バッテリに直接接続することはもはやできない。代わりに、分配機能が、ワイヤハーネスに移行される。このアーキテクチャは、特に、より強力な電動二輪車および電動バイク用に、広く普及している。

【0007】

ＤＣ／ＤＣ変換器は、当然のことながら、比較的大量の熱損失を発生する。したがって、特に、より高い出力用の電圧変換器を駆動バッテリに設置することには問題がある。なぜなら、バッテリセルはより高い温度に敏感に反応する。こうしたより高い温度が、電気駆動ユニットからの重い負荷のもと、および／またはバッテリ充電時の高い充電電流のもとで、いずれの場合でも、必然的に発生するためである。電圧変換器を駆動バッテリに配置することのもう１つの欠点は、電動アシスト自転車などのモジュール製品に必要なワイヤハーネスによって、結果的に、異なるフレームサイズ、装備のバリエーションなどのために、ほとんど管理不可能な相違が生じることである。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

したがって、技術的な課題は、電気駆動ユニットを有する二輪車の電気コンポーネントのアーキテクチャを最適化して、このアーキテクチャが、一方ではより多くの数の小型の負荷をサポートすることであり、他方では駆動ユニットの寸法を可及的にコンパクトに保ち、また全体の重量を可及的に低く保ちながら、シンプルなモジュール方式での設計を可能にすることである。

【課題を解決するための手段】

【0009】

この課題は、請求項１に記載のバッテリターミナルによって解決される。

【0010】

本発明によるバッテリターミナルは、駆動バッテリを接続するプラグ接続部と、電気駆動ユニット用のプラグコネクタと、小型の負荷用のいくつかの他のプラグコネクタと、を有するハウジングを有する。駆動バッテリの電圧を小型の負荷の供給電圧に下げる電圧変換器は、バッテリターミナルのハウジングの上に、またはその中に位置する。電圧変換器は、したがって、駆動ユニットにでも、駆動バッテリにでもなく、通常は放電プラグが位置する場所に、位置する。

【0011】

本発明によるバッテリターミナルの第１の利点は、電気駆動ユニットにも駆動バッテリにも、電圧変換器からの廃熱で負荷がかからないことである。第２の利点は、駆動バッテリから物理的に分離されたバッテリターミナルにも、多数の小型の負荷用の多数のコネクタまたはプラグコネクタのためのスペースがあることである。これによって、多くの分岐を有する複雑なワイヤハーネスの必要性がなくなる。それらは、小型の負荷から直接にバッテリターミナルに至るシンプルで細い接続ケーブルに置き換えられる。

【0012】

本発明によるアプローチは、駆動ユニットまたは駆動バッテリ用の限られた設置スペースを、電圧変換器用に使用せず、代わりに、電圧変換器を、十分なスペースがある場所、すなわち駆動ユニットと駆動バッテリとの間に収容するというものである。これによって、結果的に、特に良好にスペースを節約することになり、二輪車の設計が単純化される。電圧変換器からの廃熱も、この点に干渉せず、問題なく周囲の環境に放散することができる。

【0013】

原則として、統合された電圧変換器を有するバッテリターミナルは、二輪車のどこにでも取り付けることができる。しかしながら、ハウジングが、駆動バッテリ用のプラグ接続部が配置されるフロントサイドと、トラクションユニット用のプラグコネクタおよび小型の負荷用のプラグコネクタが配置されるリアサイドと、を有する実施形態が好適である。駆動バッテリ用のプラグ接続部は、純粋に電気的な接続部とすることができる、または、バッテリターミナルのハウジングと駆動バッテリまたはそのハウジングとの間の機械的な接続部として、同時に設計することもできる。バッテリターミナルが、駆動バッテリとは別のモジュールであることが、必須である。

【0014】

ハウジング上、または好適にはハウジング内に配置された電圧変換器は、好適には、熱損失を放散するヒートシンクを有する。電圧変換器のサイズと性能に応じて、ヒートシンクからの廃熱がハウジングの壁を介して外部に放散されるだけで十分な場合がある。しかしながら、特に有利な実施形態では、電圧変換器のヒートシンクは、ハウジングの開口部から外部に突出する。その結果、さらに大量の熱を効果的に放散することができる。

【0015】

説明したように、駆動バッテリには廃熱で更に負荷がかかるべきでない。そのため、ヒートシンク用の開口部は、都合よく、ハウジングのリアサイド、すなわち駆動バッテリとは反対側に配置される。ハウジングのリアサイドは、実質的に、ヒートシンク用の開口部を囲むフレームによって形成できる。その結果、電圧変換器が最適な状態に冷却される。外側に突出するヒートシンクは、この点に干渉せず、空気流の中に最適な状態で位置する。電気駆動ユニットおよび／または小型の負荷用のプラグコネクタは、都合よく、このフレーム上に位置する。それによって、中央から突出するヒートシンクが、利用可能な全長を最適に活用する。

【0016】

電動二輪車用の駆動バッテリは、通常は細長い形状であり、フレームの外形に合わせた断面形状を有する。したがって、また好適には、バッテリターミナルのハウジングは、駆動バッテリが接続されたときにバッテリターミナルが１つのユニットに見えるように、駆動バッテリの断面形状に適合させる。

【0017】

比較的重く、通常は細長い駆動バッテリは、二輪車のフレームに、例えばねじを使用して取り付け可能な取り付けレールに固定されることが多い。有利には、バッテリターミナルも、この取り付けレール上に、または対応して形成された延長部上に載置される。これによって、二輪車のフレームに取り付けるための追加の取り付け手段が、もはや不要になる。

【0018】

バッテリターミナルのハウジングは、駆動バッテリのフロントサイドと形状結合的な接続を形成するように設計できる。その結果、バッテリターミナルが、駆動バッテリの延長部のように機能し、二輪車の設計に非常によく統合される。加えて、バッテリターミナルは駆動バッテリの締結機構の一部でもある。

【0019】

記載された技術的な課題も、請求項１１による装置によって解決される。本発明による装置は、二輪車のすべての電気コンポーネント、すなわち、電気駆動ユニットと、駆動バッテリと、小型の負荷と、駆動バッテリと駆動ユニットとの間に配置されたバッテリターミナルと、を備える。駆動バッテリの電圧を小型の負荷の供給電圧に下げる電圧変換器は、バッテリターミナルに、またはその中に配置される。

【0020】

本発明の例示的な実施形態は、添付の図面を参照して以下に説明される。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】二輪車の電気コンポーネントの装置の概略図である。

【図2a】図１の装置による電圧変換器を備えるバッテリターミナルの斜め前方から見た斜視図である。

【図2b】図２ａのバッテリターミナルのリアサイドの斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

図１の概略図は、電動アシスト自転車（Pedal Electric Cycle: Pedelec）の電気コンポーネントの例を示す。装置は、ＤＣモータおよび関連するパワーエレクトロニクスからなる駆動ユニット１０を含む。駆動バッテリ２０は、駆動ユニット１０にエネルギを供給する。駆動ユニット１０は、いくつかのバッテリセルおよび電子バッテリ管理システム（ＢＭＳ）を含む。これらは、コンパクトなハウジングに共に収容される。駆動バッテリ２０は、電動アシスト自転車のフレーム上に、駆動ユニット１０からある程度離れて配置されている。駆動ユニット１０は、例えば、ミッドモータのレイアウトとして設計され、ボトムブラケットの一部として自転車のクランクに直接に配置される。一方、駆動バッテリは、例えば、フレームのダウンチューブに着脱可能に固定される。

【0023】

バッテリターミナル３０は、駆動ユニット１０と駆動バッテリ２０との間に配置されている。電圧変換器４０は、バッテリターミナル３０に統合されている。

【0024】

いくつかの小型の負荷５０、この例ではヘッドライト５１、テールライト５２、駆動ユニット１０を制御および監視するリモコン５３、および更なる電子回路５４は、直接にバッテリターミナル３０に電気的に接続されている。

【0025】

例えば、駆動バッテリ２０は４８Ｖの公称電圧を有する。電圧変換器４０は、電圧を小型の負荷５０の供給電圧、すなわち通常は１２Ｖに下げるために使用される。

【0026】

バッテリターミナル３０の設計の詳細は、図２ａおよび２ｂに示される。

【0027】

バッテリターミナル３０は、トラフ状の下部３２と、フレーム３３の形態のねじ止めされた上部とからなる、２つの部分からなるハウジング３１を有する。フレーム３３は、実質的にハウジング３１のリアサイドを形成し、大きな角張った開口部３４を囲む。（ここでは見えない）電圧変換器４０は、ハウジング３１の内側に位置する。図２ａでは、電圧変換器４０のヒートシンク４１のみを見ることができる。これは、開口部３４からフレーム３３に突出し、周囲の空気と接触している。

【0028】

プラグ接続部３５は、ハウジング３１のリアサイドの下部３２上に位置し、駆動バッテリ２０（図１を参照）の電子機器との電気的接触を確立するためと、駆動バッテリ２０のハウジングをバッテリターミナル３０に機械的に接続するためにも使用される。ハウジング３１のリアサイド（図２ａ）にもプラグコネクタ３６がある。これを介して、駆動ユニット１０（図１を参照）を駆動バッテリ２０に電気的に接続することができる。更なるプラグコネクタ３７ａ、３７ｂ、３７ｃは、小型の負荷５０（図１を参照）を電気的に接続するために使用される。接続プラグ３８は、駆動バッテリ２０を充電する充電ソケット（図示されず）に接続される。プラグコネクタ３６、他のプラグコネクタ３７ａ、３７ｂ、３７ｃ、および接続プラグ３８は、中央に配置されたヒートシンク４１を囲むように、フレーム３３上のハウジング３１の端部に配置さている。

【0029】

バッテリターミナル３０は、二輪車のフレームにねじ止め可能な取り付けレール６０の下側に位置する。この取り付けレール６０上には、駆動バッテリ２０（図示されず）を摺動させることができるダブテール形状の固定要素６１ａ、６１ｂが形成されている。

【0030】

バッテリターミナル３０のハウジング３１の外形は、駆動バッテリ２０の断面形状に適合されている。駆動バッテリ用のホルダ７０および鍵７２を有するロック装置７１は、ハウジング３１に接続されている。

【符号の説明】

【0031】

１０ 駆動ユニット
２０ 駆動バッテリ
３０ バッテリターミナル
３１ ハウジング
３２ 下部（ハウジング）
３３ フレーム（ハウジング）
３４ 開口部
３５ プラグ接続部（駆動バッテリ）
３６ プラグコネクタ（駆動ユニット）
３７ａ、３７ｂ、３７ｃ プラグコネクタ（小型の負荷）
３８ 接続プラグ
４０ 電圧変換器
４１ ヒートシンク
５０ 小型の負荷
５１ ヘッドライト
５２ テールライト
５３ リモコン
５４ 電子回路
６０ 取り付けレール
６１ａ、６１ｂ 固定要素
７０ ホルダ（駆動バッテリ）
７１ ロック装置
７２ 鍵

【図1】

【図2a】

【図2b】

【国際調査報告】