JP2001095109A - Motorcycle and method for driving the same - Google Patents
Motorcycle and method for driving the sameInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、電動自転車および
電動自転車の駆動方法に関する。The present invention relates to an electric bicycle and a method for driving the electric bicycle.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来から、燃料電池としては、燃料気化
供給型や毛管力を利用したタイプなど種々のものが知ら
れているが、いずれのタイプも小型化が困難である。例
えば燃料気化供給型のものは、システムが複雑なため、
そのままの構成では小型化を図ることができない。一
方、液体ポンプを利用したものでは、燃料極に燃料が液
体状態で直接供給されるために低濃度の燃料を使用せざ
るを得ず、結果として燃料部の容量が大きくなって小型
化が困難である。2. Description of the Related Art Conventionally, various types of fuel cells such as a fuel vaporization type and a type utilizing capillary force have been known, but it is difficult to reduce the size of each type. For example, the fuel vaporization type has a complicated system,
It is not possible to reduce the size with the configuration as it is. On the other hand, in the case of using a liquid pump, the fuel is supplied directly to the fuel electrode in a liquid state, so that low-concentration fuel must be used. It is.
【０００３】ところで、従来の電動自転車には、電源と
して二次電池が搭載されており、この二次電池は、放電
が終了すると充電しなければならない。充電のためには
所定の電源が必要であり、時間も要してしまう。[0003] A conventional electric bicycle is equipped with a secondary battery as a power source, and this secondary battery must be charged when the discharge is completed. A predetermined power supply is required for charging, and it takes time.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】上述したように、充電
の必要なく長時間の運転が可能な電動自転車は、未だ得
られていないのが現状である。As described above, at present, there is no electric bicycle that can be operated for a long time without charging.
【０００５】そこで本発明は、充電を必要とせずに、長
時間の運転が可能な電動自転車を提供することを目的と
する。Accordingly, an object of the present invention is to provide an electric bicycle that can be operated for a long time without requiring charging.
【０００６】また本発明は、充電の必要なく長時間運転
可能な電動自転車の駆動方法を提供することを目的とす
る。Another object of the present invention is to provide a method of driving an electric bicycle that can be driven for a long time without requiring charging.
【０００７】[0007]
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、電解質板が燃料極と酸化剤極とに挟持さ
れてなる単電池が燃料浸透板を介して複数層積層された
燃料電池電源と、前記燃料電池電源で駆動される自転車
本体とを具備することを特徴とする電動自転車を提供す
る。In order to solve the above-mentioned problems, the present invention is directed to a single cell comprising an electrolyte plate sandwiched between a fuel electrode and an oxidant electrode, wherein a plurality of cells are laminated via a fuel infiltration plate. An electric bicycle comprising: a fuel cell power supply; and a bicycle body driven by the fuel cell power supply.
【０００８】また本発明は、燃料電池電源、モーター駆
動部、温度検知手段、加熱手段、送気手段、および前記
加熱手段の電源となる二次電池を具備し、前記燃料電池
電源からの電力供給によってモーター駆動部で駆動され
る電動自転車の駆動方法において、前記燃料電池電源
は、電解質板が燃料極と酸化剤極とに挟持されてなる単
電池が燃料浸透板を介して複数層積層され、液体燃料が
各燃料浸透板に導入され、前記蓄電池により前記加熱手
段の加熱を開始して、前記温度検知手段により温度を検
知しつつ前記燃料電池電源の前記燃料浸透板を昇温し、
前記燃料電池電源の前記燃料浸透板の温度が前記液体燃
料の気化温度に達したところで、前記送気手段による送
気を開始するとともに前記燃料電池電源を起動し、前記
燃料電池電源の出力が定常電圧に達したところで、前記
加熱手段の加熱を停止することを特徴とする電動自転車
の駆動方法を提供する。The present invention also includes a fuel cell power supply, a motor driving unit, a temperature detecting means, a heating means, an air supply means, and a secondary battery serving as a power supply for the heating means, and a power supply from the fuel cell power supply. In the driving method of the electric bicycle driven by the motor driving unit, the fuel cell power supply is configured such that a plurality of unit cells each having an electrolyte plate sandwiched between a fuel electrode and an oxidant electrode are stacked via a fuel infiltration plate, Liquid fuel is introduced into each fuel infiltration plate, heating of the heating means is started by the storage battery, and the temperature of the fuel infiltration plate of the fuel cell power supply is raised while detecting the temperature by the temperature detection means,
When the temperature of the fuel infiltration plate of the fuel cell power supply reaches the vaporization temperature of the liquid fuel, air supply by the air supply means is started, and the fuel cell power supply is started. A method for driving an electric bicycle is provided, wherein the heating of the heating means is stopped when the voltage reaches a voltage.
【０００９】以下、本発明を詳細に説明する。Hereinafter, the present invention will be described in detail.
【００１０】本発明の電動自転車の一例の構成を表す概
略図を、図１に示す。FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of an example of the electric bicycle of the present invention.
【００１１】図示するように、本発明の電動自転車１０
は、基本的には、自転車本体１１、燃料電池電源本体１
２、液体燃料を収容する燃料カートリッジ１３、および
モーター駆動部１４により構成される。燃料カートリッ
ジ１３に収容されている液体燃料は、燃料供給口１５か
ら燃料電池電源本体１２に供給される。なお、詳細には
図示していないが、モーター駆動部１４はＩＮＶ、制御
部、およびセンサ部等が含まれる。As shown, an electric bicycle 10 of the present invention is shown.
Basically, the bicycle body 11, the fuel cell power supply body 1
2. It is composed of a fuel cartridge 13 containing liquid fuel and a motor drive unit 14. The liquid fuel contained in the fuel cartridge 13 is supplied from the fuel supply port 15 to the fuel cell power supply main body 12. Although not shown in detail, the motor drive unit 14 includes an INV, a control unit, a sensor unit, and the like.
【００１２】本発明の電動自転車においては、液体燃料
は燃料カートリッジ１３に収容されているので、燃料が
消費された場合にはカートリッジを新しいものに交換す
るだけでよい。したがって、二次電池の場合のように充
電する必要はなく、本発明の電動自転車は、随時運転す
ることができる。In the electric bicycle according to the present invention, since the liquid fuel is contained in the fuel cartridge 13, it is only necessary to replace the cartridge with a new one when the fuel is consumed. Therefore, there is no need to charge the battery as in the case of the secondary battery, and the electric bicycle of the present invention can be driven at any time.
【００１３】なお、燃料電池電源本体１２は、自転車ペ
ダル軸ａより上方に設置することが好ましい。電源をペ
ダル軸より下方に設置した場合には、重心が下方に偏り
バランスが悪くなるという不都合が生じるおそれがあ
る。It is preferable that the fuel cell power supply main body 12 is installed above the bicycle pedal shaft a. If the power supply is installed below the pedal shaft, there is a possibility that the center of gravity is biased downward and the balance is deteriorated, which may cause a problem.
【００１４】ここで、本発明の電動自転車における電気
回路構成の一例を表す概略図を図２に示す。図示する例
においては、燃料電池電源本体１２の上部から液体燃料
が供給されるように、その上側に燃料カートリッジ１３
が配置されている。すなわち、燃料電池電源本体１２の
上面に燃料供給口１５が設けられており、燃料カートリ
ッジ１３の燃料導出口１３ａは、この供給口１５に接続
されているが、これに限定されるものではない。燃料カ
ートリッジ１３は、燃料電池電源本体１２の側面に配置
されてもよい。ただし、液体燃料を円滑に供給するため
には、燃料カートリッジ１３を燃料電池電源本体１２の
上方に設けて、燃料電池電源の上部から供給することが
望ましい。FIG. 2 is a schematic diagram showing an example of an electric circuit configuration of the electric bicycle according to the present invention. In the illustrated example, the fuel cartridge 13 is provided on the upper side of the fuel cell power supply main body 12 so that the liquid fuel is supplied from the upper side thereof.
Is arranged. That is, the fuel supply port 15 is provided on the upper surface of the fuel cell power supply main body 12, and the fuel outlet 13a of the fuel cartridge 13 is connected to the supply port 15, but is not limited thereto. The fuel cartridge 13 may be arranged on a side surface of the fuel cell power supply main body 12. However, in order to supply the liquid fuel smoothly, it is desirable that the fuel cartridge 13 is provided above the fuel cell power supply main body 12 and supplied from above the fuel cell power supply.
【００１５】燃料電池電源本体１２は、ＯＮ／ＯＦＦを
行う開閉スイッチ１６を介してインバーター１７に接続
されている。インバーター１７、制御手段１８およびモ
ーター１９によりトルク制御手段が構成され、モーター
１９は駆動手段２０に接続されている。さらに、図示し
ていないが、開閉スイッチ１６と連動して動作する燃料
供給カット機構を、燃料カートリッジ１３の燃料導出口
１３ａに設けることもできる。この燃料供給カット機構
は、本発明の電動自転車を停止する際に、燃料カートリ
ッジ１３からの液体燃料の供給を停止する弁として作用
する。The fuel cell power supply body 12 is connected to an inverter 17 via an open / close switch 16 for turning on / off. The inverter 17, the control unit 18 and the motor 19 constitute a torque control unit, and the motor 19 is connected to the driving unit 20. Further, although not shown, a fuel supply cut mechanism that operates in conjunction with the open / close switch 16 may be provided at the fuel outlet 13 a of the fuel cartridge 13. This fuel supply cut mechanism acts as a valve for stopping the supply of the liquid fuel from the fuel cartridge 13 when stopping the electric bicycle of the present invention.
【００１６】図３には、電動自転車における電気回路構
成の他の例の概略図を示す。図示する例においては、開
閉スイッチ１６および制御手段１８を制御するコンピュ
ーター２２を含み、このコンピューター２２はスイッチ
２１に接続されている。このようにコンピューター２２
を含んだ場合には、モーター駆動のトルクをフィードバ
ックすることにより全体の制御を適正化できる点で有利
である。FIG. 3 is a schematic diagram showing another example of the electric circuit configuration of the electric bicycle. The illustrated example includes a computer 22 that controls the open / close switch 16 and the control unit 18, and the computer 22 is connected to the switch 21. Thus, the computer 22
Is advantageous in that the overall control can be optimized by feeding back the motor drive torque.
【００１７】図９には、従来の電動自転車における電気
回路構成を示す。電池４１は、電圧制御回路４２に接続
されており、この電池４１は必要に応じて所定の電源４
５に接続され充電して用いられる。電圧制御回路４２、
制御手段４３およびモーター４４によりトルク制御手段
が構成され、モーター４４は駆動手段４６に接続されて
いる。FIG. 9 shows an electric circuit configuration of a conventional electric bicycle. The battery 41 is connected to a voltage control circuit 42, and the battery 41 is connected to a predetermined power source 4 as necessary.
5 and used after being charged. Voltage control circuit 42,
The control means 43 and the motor 44 constitute a torque control means, and the motor 44 is connected to the driving means 46.
【００１８】ここで、本発明の電動自転車に用いられる
燃料電池電源におけるスタック本体の構成を図４に示
す。FIG. 4 shows the configuration of the stack body in the fuel cell power supply used in the electric bicycle of the present invention.
【００１９】図示するように、スタック本体１は、複数
の単電池２が燃料浸透板３を介して積層された構成であ
る。このスタック本体１の上面には燃料供給口（図示せ
ず）が設けられ、燃料カートリッジ（図示せず）が接続
される。液体燃料は、図示しない燃料カートリッジから
レシーバー４を経て、各燃料浸透板３にそれぞれ供給さ
れる。As shown in the figure, the stack body 1 has a configuration in which a plurality of cells 2 are stacked via a fuel permeable plate 3. A fuel supply port (not shown) is provided on the upper surface of the stack body 1, and a fuel cartridge (not shown) is connected to the fuel supply port. The liquid fuel is supplied from a fuel cartridge (not shown) to each fuel permeation plate 3 via a receiver 4.
【００２０】本発明の電動自転車に用いられる燃料電池
電源は、図示するように、燃料浸透板３を加熱するため
のヒーター５を備えることが好ましく、低温時の気化を
促進することができる。ヒーター５は、各燃料浸透板３
をそれぞれ加熱するように配置されてもよい。このよう
にヒーターを用いる場合には、ヒーターを加熱するため
の補助電源や、温度センサーをさらに設けることが好ま
しいが、これについては後述する。The fuel cell power source used in the electric bicycle according to the present invention preferably includes a heater 5 for heating the fuel infiltration plate 3 as shown in the figure, and can promote vaporization at low temperatures. The heater 5 is provided with each fuel infiltration plate 3
May be arranged to heat each. When a heater is used as described above, it is preferable to further provide an auxiliary power supply for heating the heater and a temperature sensor, which will be described later.
【００２１】図５には、スタックの起電部の主要な構成
の一例を示す。図示するように、起電部においては、電
解質膜２５がアノード２４とカソード２６との２つの電
極により挟み込まれており、アノード２４の上には燃料
気化板２３が設けられている。電解質膜２５は、常温で
高いイオン導電性を有する固体高分子膜により構成さ
れ、電極２４、２６としては、触媒層を形成したカーボ
ンペーパーが用いられる。また、アノード２４上に設け
られた燃料気化板２３としては、導電性の多孔体が用い
られる。一方、カソード２６の下側には、ガス供給のた
めのカソード側流路板２７が設けられ、さらにその下に
は、単電池を仕切るセパレータ２８が設けられている。FIG. 5 shows an example of the main configuration of the electromotive section of the stack. As shown, in the electromotive section, an electrolyte membrane 25 is sandwiched between two electrodes, an anode 24 and a cathode 26, and a fuel vaporization plate 23 is provided on the anode 24. The electrolyte membrane 25 is composed of a solid polymer membrane having high ionic conductivity at normal temperature, and the electrodes 24 and 26 are made of carbon paper on which a catalyst layer is formed. Further, as the fuel vaporization plate 23 provided on the anode 24, a conductive porous body is used. On the other hand, a cathode-side flow path plate 27 for supplying gas is provided below the cathode 26, and a separator 28 that partitions the unit cells is provided therebelow.
【００２２】図示する例においては、こうした単電池２
の燃料気化板２３の上にそれぞれ燃料浸透板３を配置し
た積層体として、２組積層されている。燃料浸透板３
は、前述の燃料気化板２３より目の細かい多孔体により
構成される。この燃料浸透板３には、ヒーター（図示せ
ず）を埋設するとともに、浸透板の温度を計測するセン
サー（図示せず）が設置される。In the example shown, such a cell 2
The fuel vaporizing plate 23 is provided with two sets of the fuel infiltration plates 3 arranged on the fuel vaporizing plate 23. Fuel permeation plate 3
Is constituted by a porous body finer than the fuel vaporization plate 23 described above. A heater (not shown) is embedded in the fuel permeation plate 3 and a sensor (not shown) for measuring the temperature of the permeation plate is installed.
【００２３】こうして２層積層され、上部および下部に
締め付け板２９および３０を配置して、スタックが構成
される。In this way, two layers are laminated, and the fastening plates 29 and 30 are arranged on the upper and lower portions to form a stack.
【００２４】図４に示したスタックの場合と同様に、図
５に示した構成のスタックにおいても、スタック本体１
の上面には燃料供給口（図示せず）が設けられ、燃料カ
ートリッジ（図示せず）が接続される。液体燃料は、図
示しない燃料カートリッジからレシーバー４を経て、各
燃料浸透板３にそれぞれ供給される。As in the case of the stack shown in FIG. 4, the stack having the configuration shown in FIG.
A fuel supply port (not shown) is provided on the upper surface of the device, and a fuel cartridge (not shown) is connected to the fuel supply port. The liquid fuel is supplied from a fuel cartridge (not shown) to each fuel permeation plate 3 via a receiver 4.
【００２５】図４および図５に示したような構成の電池
スタックにおいては、燃料としての液体燃料は毛管力に
より単電池２内に導入されるため、燃料を供給するため
のポンプ等の駆動部を必要とされない。電池内に導入さ
れた液体燃料は、燃料気化板２３にて電池反応の反応熱
を利用して気化されるため、燃料気化器等の補器も必要
ない。また、燃料気化板２３内の気体燃料は、ほぼ飽和
状態に保たれるので、電池反応による燃料気化板中の気
体燃料の消費分だけ燃料浸透板３から液体燃料が気化
し、さらに気化分だけ液体燃料が毛管力によって単電池
２内に導入される。In the cell stack having the structure shown in FIGS. 4 and 5, the liquid fuel as fuel is introduced into the unit cell 2 by capillary force, and therefore a driving unit such as a pump for supplying fuel is provided. Is not needed. Since the liquid fuel introduced into the battery is vaporized by the reaction heat of the battery reaction in the fuel vaporization plate 23, no auxiliary device such as a fuel vaporizer is required. Further, since the gaseous fuel in the fuel vaporization plate 23 is kept substantially saturated, the liquid fuel is vaporized from the fuel infiltration plate 3 by the consumption of the gaseous fuel in the fuel vaporization plate due to the cell reaction, and further by the vaporization amount. Liquid fuel is introduced into the cell 2 by capillary force.
【００２６】このように、上述した電池スタックにおい
ては、燃料供給量は燃料消費量に連動しているため、未
反応で電池の外に排出される燃料はほとんどなく、従来
の液体燃料電池のように燃料出口側の処理系を必要とし
ない。すなわち、図示する電池スタックを含む燃料電池
電源は、ポンプやブロワ、燃料気化器、凝縮器等の補器
を特に用いる必要なく、液体燃料を円滑に供給すること
ができるので、小型化を図ることが可能となった。した
がって、本発明の電動自転車を駆動するための電源とし
て好適に用いることができる。As described above, in the above-described cell stack, since the fuel supply amount is linked to the fuel consumption amount, there is almost no unreacted fuel discharged to the outside of the cell, as in the conventional liquid fuel cell. Does not require a treatment system on the fuel outlet side. That is, the fuel cell power supply including the illustrated cell stack can supply the liquid fuel smoothly without particularly using auxiliary devices such as a pump, a blower, a fuel vaporizer, and a condenser. Became possible. Therefore, it can be suitably used as a power source for driving the electric bicycle of the present invention.
【００２７】図６には、本発明の電動自転車を駆動する
ための燃料電池電源およびその周辺の構成の一例を示
す。図示するように、燃料電池電源１２は、スタック本
体１、スタックの燃料浸透板を加熱するためのヒーター
５、酸化剤ガスを供給するためのファン６、およびスタ
ック本体の気化部近傍に設けられた温度センサー７を含
む。さらに、ヒーター５を加熱するための蓄電池８が設
けられる。この蓄電池８は燃料電池電源１２より小さい
容量を有するものであり、補助電池として作用する。FIG. 6 shows an example of a fuel cell power supply for driving the electric bicycle according to the present invention and its peripheral configuration. As shown in the figure, the fuel cell power supply 12 is provided near the stack body 1, a heater 5 for heating the fuel infiltration plate of the stack, a fan 6 for supplying the oxidizing gas, and a vaporizing portion of the stack body. Includes temperature sensor 7. Further, a storage battery 8 for heating the heater 5 is provided. The storage battery 8 has a smaller capacity than the fuel cell power supply 12, and functions as an auxiliary battery.
【００２８】ヒーター５、ファン６および温度センサー
７を有しているので、かかる構成の燃料電池電源１２
は、低温条件でも短時間で起動して、所望の電圧を出力
側９に取り出すことができる。Since the fuel cell power supply 12 has the heater 5, the fan 6, and the temperature sensor 7,
Can be started in a short time even under a low temperature condition, and a desired voltage can be taken out to the output side 9.
【００２９】本発明者らは、次のような知見に基づい
て、本発明の電動自転車を駆動するために最適な燃料電
池電源を得た。すなわち、液体燃料を用いる燃料電池の
場合、低温では飽和蒸気圧が低下するので、アノード反
応に必要な燃料の供給が不足してしまう。したがって、
低温での起動を可能にするには、液体燃料がアノードに
到達する直前で加熱することが最も効果的である。The present inventors have obtained an optimal fuel cell power source for driving the electric bicycle of the present invention based on the following findings. In other words, in the case of a fuel cell using a liquid fuel, the supply of fuel necessary for the anode reaction is insufficient because the saturated vapor pressure decreases at low temperatures. Therefore,
Heating most immediately before the liquid fuel reaches the anode is the most effective way to enable cold start.
【００３０】さらに、加熱により液体燃料の気化が加速
されれば、電流の取り出し可能な状態となるため、反応
熱によって内部加熱が開始する。この際、立ち上げ時間
の短縮化を図るには、酸化剤ガスを供給するタイミング
を制御することが必要である。具体的には、アノード側
における液体燃料の気化状態を検知して、電流が取り出
せる状況になったときに、ファンにより酸化剤ガスの供
給を開始する。Further, if the vaporization of the liquid fuel is accelerated by the heating, a current can be taken out, so that the internal heating is started by the heat of reaction. At this time, in order to shorten the startup time, it is necessary to control the timing of supplying the oxidizing gas. Specifically, the state of vaporization of the liquid fuel on the anode side is detected, and when the current can be taken out, the supply of the oxidizing gas is started by the fan.
【００３１】酸化剤ガスを供給することによって、電池
反応は著しく加速されるため、反応熱の発生により定常
の発電状態に容易に到達する。しかしながら、充分に気
化されていない状態のアノード側に酸化剤ガスを供給し
た場合には、スタック温度が低下するので、燃料電池電
源の起動が困難になってしまう。酸化剤ガスの供給タイ
ミングを判断してこうした不都合を避けるためには、気
化部近傍の温度をモニターして気化状態を判断するセン
サーが必要である。By supplying the oxidizing gas, the battery reaction is remarkably accelerated, and a steady power generation state is easily reached by the generation of reaction heat. However, when the oxidizing gas is supplied to the anode side that has not been sufficiently vaporized, the stack temperature decreases, and it becomes difficult to start the fuel cell power supply. In order to avoid such inconvenience by judging the supply timing of the oxidizing gas, it is necessary to provide a sensor for monitoring the temperature in the vicinity of the vaporizing portion and judging the vaporized state.
【００３２】図６に示した構成の燃料電池電源は、ヒー
ター５、ファン６および温度センサー７を備えているの
で、低温での起動が可能であり、しかも短時間で起動す
ることができる。加えて、小型化を図ることができるの
で、かかる燃料電池電源は本発明の電動自転車を駆動す
るための電源として最適である。Since the fuel cell power supply having the configuration shown in FIG. 6 includes the heater 5, the fan 6, and the temperature sensor 7, it can be started at a low temperature and can be started in a short time. In addition, since the size can be reduced, such a fuel cell power supply is most suitable as a power supply for driving the electric bicycle of the present invention.
【００３３】こうした燃料電池電源は、図７に示す駆動
パターンにより駆動される。図示する駆動パターンに
は、スタック本体１２、補助電池８、ヒーター５、およ
びファン６の出力と、温度センサー７により検知される
スタック１の温度とを示している。Such a fuel cell power supply is driven by a drive pattern shown in FIG. In the illustrated drive pattern, the outputs of the stack body 12, the auxiliary battery 8, the heater 5, and the fan 6 and the temperature of the stack 1 detected by the temperature sensor 7 are shown.
【００３４】駆動に当たっては、まず補助電池（蓄電
池）８が起動して、その直後にヒーター４が加熱され
る。補助電池８およびヒーター４の出力は、所定の間、
一定に維持される。スタック本体の気化部近傍の温度は
センサー７により検知され、その温度が上昇して液体燃
料の気化温度を越えると、ファン６が作動して酸化剤ガ
スが供給されるとともに、スタック本体１が起動され
る。In driving, first, the auxiliary battery (storage battery) 8 is started, and immediately thereafter, the heater 4 is heated. The outputs of the auxiliary battery 8 and the heater 4 are kept
It is kept constant. The temperature in the vicinity of the vaporized portion of the stack body is detected by the sensor 7, and when the temperature rises and exceeds the vaporization temperature of the liquid fuel, the fan 6 is operated to supply the oxidizing gas and the stack body 1 is started. Is done.
【００３５】その後、スタック温度が一定になる前に、
ファン６の出力は一定に維持される。スタック温度が一
定になると、スタック本体１の出力は安定して定常電圧
の状態となり、補助電池８およびヒーター４は停止され
る。Thereafter, before the stack temperature becomes constant,
The output of the fan 6 is kept constant. When the stack temperature becomes constant, the output of the stack body 1 becomes stable and becomes a steady voltage state, and the auxiliary battery 8 and the heater 4 are stopped.
【００３６】図８には、図６に示した構成の燃料電池電
源等を備えた本発明の電動自転車の運転パターンを示
す。図８のグラフにおいて、横軸および縦軸は、それぞ
れ時間（任意単位）と、燃料電池電源出力（任意単位）
とを表している。FIG. 8 shows a driving pattern of the electric bicycle of the present invention provided with the fuel cell power supply having the configuration shown in FIG. In the graph of FIG. 8, the horizontal axis and the vertical axis represent time (arbitrary unit) and fuel cell power supply output (arbitrary unit), respectively.
And
【００３７】ここで用いられる燃料電池電源は、すでに
図７の駆動パターンにおいて説明したように起動され、
定常の電圧に達したところで補助電池およびヒーターは
停止される。すなわち本発明の電動自転車は、定常走行
の間は燃料電池電源の出力でモーターを駆動して運転さ
れる。The fuel cell power supply used here is started as described in the drive pattern of FIG.
When the steady voltage is reached, the auxiliary battery and heater are stopped. That is, the electric bicycle of the present invention is driven by driving the motor with the output of the fuel cell power supply during steady running.
【００３８】本発明の電動自転車の停止の際には、図２
において説明したような開閉スイッチと連動する燃料供
給カット機構が作用してもよい。When the electric bicycle of the present invention is stopped, FIG.
The fuel supply cut-off mechanism interlocked with the open / close switch described in the above may operate.
【００３９】上述したように、本発明の電動自転車は、
特定の小型の燃料電池電源を搭載しているので、充電を
必要とせずに、長時間の運転が可能である。特に、本発
明の方法により駆動される電動自転車は、低温において
も短時間で駆動することができる。As described above, the electric bicycle of the present invention
Since a specific small fuel cell power supply is mounted, long-time operation is possible without requiring charging. In particular, the electric bicycle driven by the method of the present invention can be driven in a short time even at a low temperature.
【００４０】[0040]
【発明の実施の形態】以下、具体例および比較例を示し
て本発明をさらに詳細に説明する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to specific examples and comparative examples.
【００４１】まず、図５に示した構成のスタックを作製
した。なお、このスタックの上部には、燃料供給口（図
示せず）を設けるとともに、各燃料浸透板３に液体燃料
が供給されるような構造とした。First, a stack having the structure shown in FIG. 5 was manufactured. In addition, a fuel supply port (not shown) is provided at the upper part of the stack, and the structure is such that liquid fuel is supplied to each fuel permeable plate 3.
【００４２】一方、液体燃料としてメタノール・水の混
合液を調製し、これを燃料カートリッジに収容した。燃
料カートリッジの燃料導出口を、前述のスタックの燃料
供給口に挿入し、毛細管浸透によりスタック内部に燃料
を供給した。酸化剤の供給にはファンを用いて、カソー
ド側のガス流路に空気を供給した。On the other hand, a mixed solution of methanol and water was prepared as a liquid fuel, and this was stored in a fuel cartridge. The fuel outlet of the fuel cartridge was inserted into the fuel supply port of the stack, and the fuel was supplied into the stack by capillary penetration. The fan was used to supply the oxidant, and air was supplied to the gas flow path on the cathode side.
【００４３】こうした構成によって、本発明の電導自転
車を駆動するための燃料電池電源を作製し、−２０℃の
状態でスタック電圧の起動性を評価した。燃料電池電源
の起動に当たっては、図７の駆動パターンに示したよう
に、まず、補助電池によりヒーターを加熱して燃料浸透
板の温度を上昇させた。浸透板の温度が３０℃に達した
ところで、ファンによる酸化剤供給を開始して、０．２
Ａ／ｃｍ2の定電流負荷で燃料電池電源を運転した。そ
の結果、定常のスタック電圧に達するまでに要した時間
は、５秒以内であった。With such a configuration, a fuel cell power supply for driving the conductive bicycle of the present invention was manufactured, and the startability of the stack voltage at -20 ° C. was evaluated. In starting the fuel cell power supply, as shown in the driving pattern of FIG. 7, first, the heater was heated by the auxiliary battery to raise the temperature of the fuel infiltration plate. When the temperature of the permeation plate reached 30 ° C., the supply of the oxidant by the fan was started,
The fuel cell power supply was operated at a constant current load of A / cm 2 . As a result, the time required to reach the steady stack voltage was within 5 seconds.
【００４４】また、浸透板にヒーターを設けない以外
は、上述と同様の構成により比較例のスタックを作製し
て、電池試験を行った。ヒーターが設けられていないの
で、燃料浸透板は加熱されない状態で、酸化剤がファン
により供給される。この場合には、電流を取り出すこと
ができなかった。Further, a stack of the comparative example was prepared by the same configuration as described above except that the heater was not provided on the permeation plate, and a battery test was performed. Since no heater is provided, the oxidant is supplied by the fan without heating the fuel infiltration plate. In this case, no current could be extracted.
【００４５】さらに、温度を２０℃に変更した以外は、
前述と同様にして本発明の電動自転車を駆動するための
燃料電池電源のスタック電圧の起動性を評価した。前述
と同様に、浸透板の温度が３０℃に達したところで、フ
ァンによる酸化剤供給を開始して、０．２Ａ／ｃｍ2の
定電流負荷で燃料電池電源を運転した。その結果、５秒
以内という短時間で、定常のスタック電圧に達した。Further, except that the temperature was changed to 20 ° C.
The startability of the stack voltage of the fuel cell power supply for driving the electric bicycle of the present invention was evaluated in the same manner as described above. Similarly to the above, when the temperature of the permeation plate reached 30 ° C., the supply of the oxidant by the fan was started, and the fuel cell power supply was operated at a constant current load of 0.2 A / cm 2 . As a result, a steady stack voltage was reached in a short time of 5 seconds or less.
【００４６】一方、ヒーター加熱のない比較例のスタッ
クで、ファンによる酸化剤供給を開始し、取り出せる最
大の電流密度で負荷を取り出しながら昇温したところ、
定常のスタック電圧に達するまでに３０秒以上の時間を
要した。これは、気化が不十分な状態で電流を取り出し
たために電流密度が上がらず、反応に必要な発熱量が得
られなかったことに起因する。On the other hand, in the stack of the comparative example without heater heating, the supply of the oxidizing agent by the fan was started, and the temperature was raised while taking out the load at the maximum current density that could be taken out.
It took more than 30 seconds to reach a steady stack voltage. This is because the current density was not increased because the current was taken out in a state where the vaporization was insufficient, and the calorific value required for the reaction was not obtained.
【００４７】本発明の燃料電池電源では、ヒーター加熱
を行うことによって充分な電流密度の取れる気化状態で
酸化剤ガスを供給しているため、高い電流密度での運転
が可能となり、起動時間を大幅に短縮することが可能と
なった。In the fuel cell power supply of the present invention, since the oxidizing gas is supplied in a vaporized state where a sufficient current density can be obtained by heating the heater, operation at a high current density becomes possible, and the startup time is greatly reduced. It became possible to shorten to.
【００４８】このように、本発明の電動自転車を駆動す
るための燃料電池電源は、低温においても短時間で起動
できるのみならず、小型であり、燃料カートリッジを交
換するのみで随時起動することができる。しかも、所望
であれば長時間の運転も可能である。As described above, the fuel cell power source for driving the electric bicycle of the present invention can be started not only in a short time even at a low temperature but also in a small size, and can be started at any time only by replacing the fuel cartridge. it can. In addition, long-term operation is possible if desired.
【００４９】以上、燃料電池電源を例に挙げて説明した
が、こうした燃料電池電源を搭載した本発明の電動自転
車は、充電の必要がなく、長時間運転可能であることが
容易に予測される。As described above, the fuel cell power supply has been described as an example. However, it is easily predicted that the electric bicycle according to the present invention equipped with such a fuel cell power supply does not require charging and can be driven for a long time. .
【００５０】[0050]
【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
充電を必要とせずに、長時間の運転が可能な電動自転車
が供給される。また本発明によれば、充電の必要なく長
時間運転可能な電動自転車の駆動方法が提供される。As described in detail above, according to the present invention,
An electric bicycle that can be driven for a long time without charging is provided. Further, according to the present invention, there is provided a driving method of an electric bicycle that can be driven for a long time without requiring charging.
【図１】本発明の電動自転車の一例の構成を表す概略
図。FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a configuration of an example of an electric bicycle of the present invention.
【図２】本発明の電動自転車における電気回路構成の一
例を表す概略図。FIG. 2 is a schematic diagram illustrating an example of an electric circuit configuration of the electric bicycle according to the present invention.
【図３】本発明の電動自転車における電気回路構成の他
の例を表す概略図。FIG. 3 is a schematic diagram showing another example of the electric circuit configuration in the electric bicycle of the present invention.
【図４】本発明の電動自転車を駆動するための燃料電池
電源におけるスタック本体の構成を表す概略図。FIG. 4 is a schematic diagram illustrating a configuration of a stack body in a fuel cell power supply for driving the electric bicycle according to the present invention.
【図５】スタックの起電部の主要な構成の一例を表す概
略図。FIG. 5 is a schematic diagram illustrating an example of a main configuration of an electromotive section of a stack.
【図６】本発明の電動自転車を駆動するための燃料電池
電源およびその周辺の構成の一例を表す概略図。FIG. 6 is a schematic diagram illustrating an example of a configuration of a fuel cell power supply for driving an electric bicycle according to the present invention and peripheral components thereof.
【図７】本発明の電動自転車を駆動するための燃料電池
電源の駆動パターン。FIG. 7 is a driving pattern of a fuel cell power supply for driving the electric bicycle of the present invention.
【図８】本発明の電動自転車の運転パターン。FIG. 8 is a driving pattern of the electric bicycle of the present invention.
【図９】従来の電動自転車電気回路構成を表す概略図。FIG. 9 is a schematic diagram showing a conventional electric bicycle electric circuit configuration.
１…スタック本体 ２…単電池 ３…燃料浸透板 ４…レシーバー ５…ヒーター ６…ファン ７…温度センサー ８…蓄電池（補助電池） ９…出力側 １０…電動自転車 １１…自転車本体 １２…燃料電池電源本体 １３…燃料カートリッジ １３ａ…燃料導出口 １４…モーター駆動部 １５…燃料供給口 ａ…自転車ペダル軸 １６…開閉スイッチ １７…インバーター １８…制御手段 １９…モーター ２０…駆動手段 ２１…スイッチ ２２…コンピューター ２３…燃料気化板 ２４…アノード ２５…電解質膜 ２６…カソード ２７…カソード側流路板 ２８…セパレーター ２９…上部締め付け板 ３０…下部締め付け板 ４１…電池 ４２…電圧制御回路 ４３…制御手段 ４４…モーター ４５…電源 ４６…駆動手段 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Stack body 2 ... Single cell 3 ... Fuel penetration plate 4 ... Receiver 5 ... Heater 6 ... Fan 7 ... Temperature sensor 8 ... Storage battery (auxiliary battery) 9 ... Output side 10 ... Electric bicycle 11 ... Bicycle body 12 ... Fuel cell power supply Main body 13 ... Fuel cartridge 13a ... Fuel outlet 14 ... Motor drive unit 15 ... Fuel supply port a ... Bicycle pedal shaft 16 ... Open / close switch 17 ... Inverter 18 ... Control means 19 ... Motor 20 ... Drive means 21 ... Switch 22 ... Computer 23 ... fuel vaporization plate 24 ... anode 25 ... electrolyte membrane 26 ... cathode 27 ... cathode side flow path plate 28 ... separator 29 ... upper clamping plate 30 ... lower clamping plate 41 ... battery 42 ... voltage control circuit 43 ... control means 44 ... motor 45 ... Power supply 46 ... Drive means
Claims (6)
れてなる単電池が燃料浸透板を介して複数層積層された
燃料電池電源と、前記燃料電池電源で駆動される自転車
本体とを具備することを特徴とする電動自転車。1. A fuel cell power supply in which a plurality of unit cells each having an electrolyte plate sandwiched between a fuel electrode and an oxidant electrode are stacked via a fuel infiltration plate, and a bicycle body driven by the fuel cell power supply. An electric bicycle comprising:
液体燃料を供給するための脱着可能な燃料カートリッジ
とを含むことを特徴とする請求項１に記載の電動自転
車。2. The electric bicycle according to claim 1, wherein the fuel cell power supply includes a detachable fuel cartridge for supplying liquid fuel to the fuel permeable plate.
段、前記燃料浸透板の温度を計測する温度検知手段、前
記酸化剤極に酸化剤を供給するための送気手段、および
前記加熱手段の電源となる二次電池をさらに具備するこ
とを特徴とする請求項１または２に記載の電動自転車。3. Heating means for heating the fuel infiltration plate, temperature detecting means for measuring the temperature of the fuel infiltration plate, air supply means for supplying an oxidant to the oxidant electrode, and the heating means The electric bicycle according to claim 1, further comprising a secondary battery serving as a power source for the electric bicycle.
給されるための燃料供給口をその上面に有し、前記燃料
カートリッジは、前記燃料電池電源本体の前記燃料供給
口に接続されることを特徴とする請求項２または３に記
載の電動自転車。4. The fuel cell power supply body has a fuel supply port for supplying liquid fuel on an upper surface thereof, and the fuel cartridge is connected to the fuel supply port of the fuel cell power supply body. The electric bicycle according to claim 2 or 3, wherein:
間に、前記負荷への出力を制御するための開閉スイッチ
を具備することを特徴とする請求項１ないし４のいずれ
か１項に記載の電動自転車。5. The switch according to claim 1, further comprising an open / close switch for controlling output to the load, between the output electrode of the fuel cell power supply and the load. The electric bicycle described.
知手段、加熱手段、送気手段、および前記加熱手段の電
源となる二次電池を具備し、前記燃料電池電源からの電
力供給によってモーター駆動部で駆動される電動自転車
の駆動方法において、 前記燃料電池電源は、電解質板が燃料極と酸化剤極とに
挟持されてなる単電池が燃料浸透板を介して複数層積層
され、液体燃料が各燃料浸透板に導入され、 前記蓄電池により前記加熱手段の加熱を開始して、前記
温度検知手段により温度を検知しつつ前記燃料電池電源
の前記燃料浸透板を昇温し、 前記燃料電池電源の前記燃料浸透板の温度が前記液体燃
料の気化温度に達したところで、前記送気手段による送
気を開始するとともに前記燃料電池電源を起動し、 前記燃料電池電源の出力が定常電圧に達したところで、
前記加熱手段の加熱を停止することを特徴とする電導自
転車の駆動方法。6. A fuel cell power supply, a motor drive unit, a temperature detecting means, a heating means, an air supply means, and a secondary battery serving as a power supply for the heating means, wherein the motor is driven by power supply from the fuel cell power supply. In the driving method of the electric bicycle driven by the unit, the fuel cell power supply, a plurality of unit cells each having an electrolyte plate sandwiched between a fuel electrode and an oxidizer electrode are laminated via a fuel infiltration plate, Introduced into each fuel infiltration plate, starting heating of the heating means by the storage battery, raising the temperature of the fuel infiltration plate of the fuel cell power supply while detecting the temperature by the temperature detection means, When the temperature of the fuel infiltration plate reaches the vaporization temperature of the liquid fuel, air supply by the air supply means is started and the fuel cell power supply is started, and the output of the fuel cell power supply is a steady voltage. It was reached,
A method for driving a conductive bicycle, wherein the heating of the heating means is stopped.
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