JP2004187485A - 電動車両 - Google Patents

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Abstract

【課題】簡単な構成で効率よく燃料電池およびその関連機器を冷却できる電動車両を提供する。
【解決手段】車体２のほぼ中央部に設けられたシート３と、該シート３の後方に設けられた荷物を収容するための荷台９と、車体２の下部に前後方向に配設されたメインフレーム７と、該メインフレーム７に結合された荷台受けフレーム１４と、車両１を駆動するモータ３６と、該モータ３６の電源となるバッテリ２７と、該バッテリ２７を充電する燃料電池３０と、該燃料電池３０に接続された燃料タンク２５と、前記モータ３６を駆動制御するモータ制御装置３７とを備えた電動車両１において、前記燃料タンク２５を車幅方向のほぼ中央部に設け、この燃料タンク２５の前方で前記シート３の下側に前記燃料電池３０を設け、該燃料タンク２５と燃料電池３０との間に通気用開口３４を有する隔壁３３を設け、前記燃料電池３０冷却用のファン３１を備え、該ファン３１により前記燃料電池３０収容部２９に冷却用空気を取り込み前記隔壁３３の開口３４を通して後方に通気する。
【選択図】 図７

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池を備えた電動車両に関し、特に車体内に収容した燃料電池関連機器の冷却構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ゴルフカートやその他簡易な荷物運搬車両として、燃料電池を用いた電動車両が実用化されている。この電動車両の構成は、車体のほぼ中央部に設けられたシートと、該シートの後方に設けられた荷物を収容するための荷台と、車体の下部に前後方向に配設されたメインフレームと、該メインフレームに結合された荷台受けフレームと、車両を駆動するモータと、該モータの電源となるバッテリと、該バッテリを充電する燃料電池と、該燃料電池に接続された燃料タンクと、前記モータを駆動制御するモータ制御装置とを備えたものである。
【０００３】
燃料電池は、一般に水素と酸素とによる水の生成反応に伴って放出される化学エネルギーを電気エネルギーとして取り出す発電装置であり、実用的には作動温度が約７０〜９０℃の低温領域で発電可能な固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ）が用いられている。ＰＥＦＣは、電解質に高分子イオン交換膜を使った電池であり、燃料として、純水素、あるいはメタノールや天然ガス又はガソリンを改質して取り出した水素を用いる。
【０００４】
このような燃料電池では、電力を生じる化学反応時に熱が発生するが、効率よく信頼性の高い発電作用を得るためには、関連機器を有効に冷却することが望ましい。
【０００５】
従来の燃料電池を備えた電動車両が特許文献１に記載されている。この特許文献１に記載された電動車両の冷却構造は、熱交換器を用いて冷媒を介して燃料電池を冷却するものであり、冷媒を冷却するためにファンを用いている。したがって、構造が大掛かりで複雑になり重量も大きくなる。
【０００６】
【特許文献１】
米国特許第６，４４８，５３５号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記従来技術を考慮したものであって、簡単な構成で効率よく燃料電池およびその関連機器を冷却できる電動車両の提供を目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明では、車体のほぼ中央部に設けられたシートと、該シートの後方に設けられた荷物を収容するための荷台と、車体の下部に前後方向に配設されたメインフレームと、該メインフレームに結合された荷台受けフレームと、車両を駆動するモータと、該モータの電源となるバッテリと、該バッテリを充電する燃料電池と、該燃料電池に接続された燃料タンクと、前記モータを駆動制御するモータ制御装置とを備えた電動車両において、前記燃料タンクを車幅方向のほぼ中央部に設け、この燃料タンクの前方で前記シートの下側に前記燃料電池を設け、該燃料タンクと燃料電池との間に通気用開口を有する隔壁を設け、前記燃料電池冷却用のファンを備え、該ファンにより前記燃料電池収容部に冷却用空気を取り込み前記隔壁の開口を通して後方に通気することを特徴とする電動車両を提供する。
【０００９】
この構成によれば、燃料電池自体を隔壁で仕切ってファンにより強制空冷するため、簡単な構成で効率よく燃料電池を冷却することができる。
【００１０】
好ましい構成例では、前記燃料タンクの左右両側にバッテリを設け、該バッテリの前側は、前記燃料電池収容部の左右両側に開放され、車体外部からこの開放空間に取り入れた空気の一部を前記燃料電池収容部の左右両側からフィルタを通して該収容部内に吸引して燃料電池を冷却するとともに、前記開放空間の空気をそのまま後方に流して前記バッテッリを冷却することを特徴としている。
【００１１】
この構成によれば、例えば車体左右両側の前方から走行風を取り入れ、これを車体内部の左右両側のバッテリ搭載部に流通させて冷却するとともに、この走行風をファンにより燃料電池収容部に吸引して燃料電池を冷却できる。
【００１２】
さらに好ましい構成例では、前記燃料タンクの後方に前記モータ制御装置を設けたことを特徴としている。
【００１３】
この構成によれば、モータ制御装置が、燃料タンクを間に介して発熱源である燃料電池から離れて配置されるため、熱的影響が軽減され信頼性の高い制御機能が維持される。
【００１４】
さらに好ましい構成例では、前記隔壁の開口に、通気方向切換手段を設けたことを特徴としている。
【００１５】
この構成によれば、例えば夏には排熱空気による温風をそのまま開口を通して車体後方に放出し、冬にはこの温風の排出方向を切り換えてシートに座る乗員側に向けることにより、排熱を利用した暖房が可能になり、快適な状態で運転することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１〜図４は、本発明が適用される電動車両の上面図、側面図、正面図及び後面図である。
電動車両１は、車体２のほぼ中央部にシート３を有し、その前方にハンドル４が備わる。車体前面の前輪５の上側は前面カウル６で覆われる。車体２の下部にパイプ材からなるメインフレーム７が配設される。メインフレーム７の外側にサイドフレーム１２が備わる。シート３の後方の後輪８の上側に荷物を収容する荷台９が備わる。シート３の下部前面及び車体側面は車体カウル１０で覆われる。
【００１７】
図５は、上記電動車両の車体フレームの構成図である。
車体前後方向に配設された左右一対のメインフレーム７の後端部がクロスメンバー１１で連結される。各メインフレーム７の後端部にブラケット１３が固定される。ブラケット１３にコ字枠状の荷台受けフレーム１４の左右の側枠１４ａ，１４ｂの後端部が接合される。荷台受けフレーム１４の中間部及び前部は支持材１５によりメインフレーム７上に固定支持される。車体前部のメインフレーム７上に床プレート１６が装着される。
【００１８】
図６は、上記電動車両のワイヤ系統図である。
床プレート１６上にブレーキペダル１７が設けられる。ブレーキペダル１７は、右前輪ブレーキワイヤ１８、左前輪ブレーキワイヤ１９：右後輪ブレーキワイヤ２０及び左後輪ブレーキワイヤ２１にそれぞれ接続される。床プレート１６上に不図示のアクセルペダルが設けられ、スロットルワイヤ２２が接続される。スロットルワイヤ２２は不図示のモータに接続される。２３はシフトケーブルであり、前進、後進の切換を行う。
【００１９】
図７及び図８は、本発明の実施形態に係る電動車両の構成を示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は側面図である。
前面カウル６内のメインフレーム７の上部にＤＣ／ＤＣコンバータ２４が設けられる。ＤＣ／ＤＣコンバータ２４は、燃料電池で発電された電圧を昇圧するものである。このＤＣ／ＤＣコンバータ２４は、正面から見た前面カウル６の中央部を凹ませて、この凹み部分の前面カウル６の内部に設けることが望ましい。これにより、凹み部分の上面を流通する走行風によって内部のＤＣ／ＤＣコンバータ２４が効果的に冷却される。
【００２０】
前述の図５に示したように、メインフレーム７の上側に支持材１５やブラケット１３を介して荷台受けフレーム１４が固定支持される。この荷台受けフレーム１４上に荷台９が搭載支持される。シート３の後方で左右のメインフレーム７の上に持ち上がった部分（図８参照）の間に挟まれて、２個の水素タンク２５が長手方向を車体前後方向に平行に配設される。各水素タンク２５は台座２６上に載置され、前後方向及び左右方向（図１０参照）に位置決めされ、位置ずれが防止される。
【００２１】
２個の水素タンク２５の両側にバッテリ２７が２個ずつ配設される。バッテリ２７は、荷台受けフレーム１４の左右側枠１４ａ，１４ｂの内側に沿って並べて搭載され保持される。水素タンク２５とバッテリ２７との間に樹脂材料（又は鉄板）からなる隔壁２８が配設される。この隔壁２８により、車体フレームの強度を高め、水素タンク２５及びバッテリ２７を保護するとともに、前方から導入される走行風がバッテリ２７の上面及び側面を流れるようにガイドしてバッテリに対する冷却効率を高める。
【００２２】
シート３の下側のメインフレーム７上に燃料電池収容部２９が形成され、その内部に燃料電池ユニット３０が収容される。燃料電池ユニット３０の底部には冷却用のファン３１が備わる。燃料電池収容部２９の左右両側は開口し、フィルタ３２が装着される。
【００２３】
燃料電池収容部２９とその後側の水素タンク２５との間に、断面Ｌ字形の樹脂又は鉄板からなる隔壁３３が設けられる。この隔壁３３は、図９の斜視図に示すように、上面部３３ａと立壁部３３ｂとからなり、立壁部３３ｂの上部中央に通気用の開口３４が設けられる。
【００２４】
車体カウル１０の前端下部の左右両側の隅部に前方及び側方に開口した空気取り入れ口３５が設けられる。この空気取り入れ口３５には、水や異物の進入を防止するための鎧板あるいはラビリンス構造等からなるカバー（不図示）が装着される。
【００２５】
空気取り入れ口３５から矢印Ａのように車体２内に取り入れられた外気（走行風）の一部は、ファン３１により矢印Ａ１のようにフィルタ３２を通して燃料電池収容部２９内に吸引され、燃料電池ユニット３０を冷却する。燃料電池ユニット３０を冷却して温度上昇した排熱空気は、隔壁３３の開口３４を通して矢印Ｂのようにその後方の水素タンク２５の方向に排出される。
【００２６】
また、空気取り入れ口３５から矢印Ａのように車体２内に取り入れられた外気は、そのまま矢印Ａ２のように真直ぐに流れて、バッテリ２７を冷却する。このとき、バッテリ２７は、隔壁２８により水素タンク側を仕切られているため、走行風により効果的に冷却されるとともに矢印Ｂの温風の影響が緩和される。
【００２７】
水素タンク２５の後方にモータ３６が設けられ、その後側にモータ制御装置（ＭＣＵ）３７が備わる。モータ制御装置３７をなるべく燃料電池ユニット３０から離れた位置に設けることにより、燃料電池ユニット３０からの熱的影響を軽減することができる。
【００２８】
図９は、燃料電池と水素タンク間の隔壁の斜視図である。
図示したように、隔壁３３は上面部３３ａと立壁部３３ｂとからなり、立壁部３３ｂに前述のように開口３４が形成される。上面部３３ａにより燃料電池ユニット３０を上から保護する。
【００２９】
図１０は、水素タンク設置部分の断面構成図である。
左右のメインフレーム７の両外側に受け板３８が固定され、その上にバッテリ２７が載置される。水素タンク２５は、左右方向の位置ずれを防止する台座２６上に載置され、上から押え金具３９により台座２６側に締付けられて固定保持される。
【００３０】
図１１は、燃料電池と水素タンク間の隔壁の別の例を示す断面図である。
この例は、隔壁３３の開口３４に、矢印Ｃのように、偏向位置（実線）と直進位置（点線）の２位置に切換可能な切換カバー４０を設けたものである。直進位置（点線）では排熱空気（図７、図８の矢印Ｂ）は、そのまま真直ぐに車体内部後方側に流れる（矢印Ｅ）。偏向位置（実線）では排熱空気は矢印Ｄのように上側に偏向して流れる。これにより、温風をシート３側に向けることができ、冬季にシート３に座る乗員に対し暖房することができる。
【００３１】
図１２は、本発明の別の実施形態に係る水素タンクの配置例の説明図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は側面図である。
この例では、水素タンク２５を、（Ａ）に示すように、車体前後方向に対し左右方向に傾けるとともに、（Ｂ）に示すように、上下方向にも傾けて載置する。これにより、限られたスペース内に大型で容量の大きいタンクを搭載することができる。
【００３２】
図１３は、本発明に係る配管系統図である。
燃料配管４３の端部に第１燃料供給口４１及び第２燃料供給口４２が備わる。第１、第２の燃料供給口４１，４２には、それぞれ逆止弁（不図示）が備わる。燃料配管４３は、さらに逆止弁４４を介して２個の水素タンク２５に接続される。各水素タンク２５の燃料注入口４５には手動弁が備わる。２個の水素タンク２５の間の配管４３から分岐してリリーフ弁４６が設けられる。水素タンク２５の下流側の配管４３から燃料抜き管４７が分岐する。５５は手動弁である。燃料抜き管４７の下流側にフィルタ４８、圧力レギュレータ４９、ロックオフ弁５０及び流量計５１が設けられる。ロックオフ弁５０は、燃料電池使用時に自動的に開き、圧力低下等の異常時に自動的に閉じる弁である。
【００３３】
配管４３は流量計５１の下流側で燃料電池ユニット３０に接続される。燃料電池ユニット３０にはエアポンプ５３により空気配管５２を介して空気が矢印Ｆのように供給される。燃料配管４３からの水素と空気配管５２からの空気（酸素）との反応で発電した後、生成された水はドレン水としてドレン管５４から排出される。
【００３４】
燃料電池で発生した直流電圧は、ＤＣ／ＤＣコンバータ（昇圧器）２４を介してモータ制御装置３７に接続され、モータ３６を駆動する。
【００３５】
図１４は、図１３の配管の車体でのレイアウトを示す平面図である。また、図１５は、車体正面からみた一部立面図である。
図示したように、燃料配管４３は、荷台受けフレーム１４の左右側枠１４ａ，１４ｂ間にわたって、且つこれらの内側に沿って、水素タンク２５を大きく囲んで引き回して配設される。第１、第２燃料供給口４１，４２は、荷台９の後部下側に上から覆われた位置に設けられる。配管４３は、図１５に示すように、上下方向について数ヶ所で段差を持つように配設される。このように配管４３を長く引き回し、また段差を持たせることにより、配管の柔軟性が高まり、振動等を吸収して安定して車体フレーム側に固定保持される。
【００３６】
図１６及び図１７は、燃料電池ユニットのドレン管の配置説明図である。
図示したように、燃料電池ユニット３０のドレン管５４は、車幅方向の車体中央部の下方に向けて設けられる。これにより、燃料電池のドレン水が両輪間の中央部に排出されるため、路上に排出されたドレン水の上を車輪が通過することが少なくなり、安定した走行ができる。
【００３７】
図１８は、配管レイアウトの別の例を示す平面図である。
この例は、水素タンク２５の注入口４５を車体後方側に配置し、配管長の短縮を図ったものである。これにより、前述の例と同様に、燃料配管４３を荷台受けフレーム１４の両側枠１４ａ，１４ｂ間にわたって配設し、且つ数ヶ所に段差をもって配設することにより、配管に柔軟性をもたせて振動吸収作用を確保した上で配管を短縮して流路抵抗を小さくし、円滑な燃料供給を図ることができる。
【００３８】
図１９及び図２０は、本発明の別の実施形態の平面図及び側面図である。
この実施形態は、燃料電池ユニット３０をシート３の前に置いたものである。これにより、水素タンク２５の前端部をシート３の下まで突出させることができるため、タンク容量を大きくすることができる。これによりタンク１回の充填による航続距離を延ばすことができる。その他の構成及び作用効果は前述の図７及び図８の実施形態と同様である。
【００３９】
図２１及び図２２は、本発明のさらに別の実施形態の平面図及び側面図である。
この実施形態は、燃料電池ユニット３０を水素タンク２５の後方に載置したものである。これにより、水素タンク２５の前端部をシート３の下まで突出させることができるため、タンク容量を大きくすることができる。これによりタンク１回の充填による航続距離を延ばすことができる。その他の構成及び作用効果は前述の図７及び図８の実施形態と同様である。
【００４０】
図２３及び図２４は、本発明のさらに別の実施形態の平面図及び側面図である。
この実施形態は、車体後部のモータ３６の位置を下げて、このモータ３６の上に燃料電池ユニット３０を載置したものである。これにより、水素タンク２５の前端部をシート３の下まで突出させることができるとともに、後端部も後に伸ばすことができるため、タンク容量をさらに大きくすることができる。これによりタンク１回の充填による航続距離を延ばすことができる。その他の構成及び作用効果は前述の図７及び図８の実施形態と同様である。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、燃料電池自体を隔壁で仕切ってファンにより強制空冷するため、簡単な構成で効率よく燃料電池を冷却することができる。
【００４２】
この場合、前記燃料タンクの左右両側にバッテリを設け、該バッテリの前側は、前記燃料電池収容部の左右両側に開放され、車体外部からこの開放空間に取り入れた空気の一部を前記燃料電池収容部の左右両側からフィルタを通して該収容部内に吸引して燃料電池を冷却するとともに、前記開放空間の空気をそのまま後方に流して前記バッテッリを冷却する構成によれば、例えば車体左右両側の前方から走行風を取り入れ、これを車体内部の左右両側のバッテリ搭載部に流通させて冷却するとともに、この走行風をファンにより燃料電池収容部に吸引して燃料電池を冷却できる。
【００４３】
また、前記燃料タンクの後方に前記モータ制御装置を設けた構成によれば、モータ制御装置が、燃料タンクを間に介して発熱源である燃料電池から離れて配置されるため、熱的影響が軽減され信頼性の高い制御機能が維持される。
【００４４】
また、前記隔壁の開口に、通気方向切換手段を設けた構成によれば、例えば夏には排熱空気による温風をそのまま開口を通して車体後方に放出し、冬にはこの温風の排出方向を切り換えてシートに座る乗員側に向けることにより、排熱を利用した暖房が可能になり、快適な状態で運転することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用される電動車両の上面図。
【図２】本発明が適用される電動車両の側面図。
【図３】本発明が適用される電動車両の正面図。
【図４】本発明が適用される電動車両の後面図。
【図５】本発明の電動車両の車体フレーム構成図。
【図６】本発明の電動車両のワイヤ系統図。
【図７】本発明の実施形態の平面図。
【図８】図７の実施形態の側面図。
【図９】図７の実施形態の隔壁の斜視図。
【図１０】図７の実施形態の台座の説明図。
【図１１】燃料電池と水素タンク間の隔壁の別の例の断面図。
【図１２】本発明の別の実施形態に係る水素タンク搭載例の説明図。
【図１３】本発明に係る配管系統図。
【図１４】図１３の配管の車体でのレイアウト図。
【図１５】図１４の配管を車体正面から見た一部立面図。
【図１６】本発明の燃料電池のドレン管の平面配置図。
【図１７】図１６のドレン管の側面配置図。
【図１８】配管レイアウトの別の例を示す平面図。
【図１９】本発明の別の実施形態の平面図。
【図２０】図１９の実施形態の側面図。
【図２１】本発明の別の実施形態の平面図。
【図２２】図２１の実施形態の側面図。
【図２３】本発明の別の実施形態の平面図。
【図２４】図２３の実施形態の側面図。
【符号の説明】
１：電動車両、２：車体、３：シート、４：ハンドル、５：前輪、
６：前面カウル、７：メインフレーム、８：後輪、９：荷台、
１０：車体カウル、１１：クロスメンバー、１２：サイドフレーム、
１３：ブラケット、１４：荷台受けフレーム、１４ａ，１４ｂ：側枠、
１５：支持材、
１６：床プレート、１７：ブレーキペダル、１８：右前輪ブレーキワイヤ、
１９：左前輪ブレーキワイヤ、２０：右後輪ブレーキワイヤ、
２１：左後輪ブレーキワイヤ、２２：スロットルワイヤ、
２３：シフトケーブル、２４：ＤＣ／ＤＣコンバータ、２５：水素タンク、
２６：台座、２７：バッテリ、２８：隔壁、２９：燃料電池収容部、
３０：燃料電池ユニット、３１：ファン、３２：フィルタ、３３：隔壁、
３３ａ：上面部、３３ｂ：立壁部、３４：開口、３５：空気取り入れ口、
３６：モータ、３７：モータ制御装置、３８：受け板、３９：押え金具、
４０：切換カバー、４１：第１燃料供給口、４２：第２燃料供給口、
４３：燃料配管、４４：メイン逆止弁、４５：燃料注入口（手動弁）、
４６：リリーフ弁、４７：燃料抜き管、４８：フィルタ、
４９：圧力レギュレータ、５０：ロックオフ弁、５１：流量計、
５２：エアポンプ、５３：空気配管、５４：ドレン管、５５：手動弁。

Claims (4)

  1. 車体のほぼ中央部に設けられたシートと、
    該シートの後方に設けられた荷物を収容するための荷台と、
    車体の下部に前後方向に配設されたメインフレームと、
    該メインフレームに結合された荷台受けフレームと、
    車両を駆動するモータと、
    該モータの電源となるバッテリと、
    該バッテリを充電する燃料電池と、
    該燃料電池に接続された燃料タンクと、
    前記モータを駆動制御するモータ制御装置とを備えた電動車両において、
    前記燃料タンクを車幅方向のほぼ中央部に設け、この燃料タンクの前方で前記シートの下側に前記燃料電池を設け、該燃料タンクと燃料電池との間に通気用開口を有する隔壁を設け、前記燃料電池冷却用のファンを備え、該ファンにより前記燃料電池収容部に冷却用空気を取り込み前記隔壁の開口を通して後方に通気することを特徴とする電動車両。
  2. 前記燃料タンクの左右両側にバッテリを設け、該バッテリの前側は、前記燃料電池収容部の左右両側に開放され、車体外部からこの開放空間に取り入れた空気の一部を前記燃料電池収容部の左右両側からフィルタを通して該収容部内に吸引して燃料電池を冷却するとともに、前記開放空間の空気をそのまま後方に流して前記バッテッリを冷却することを特徴とする請求項１に記載の電動車両。
  3. 前記燃料タンクの後方に前記モータ制御装置を設けたことを特徴とする請求項１に記載の電動車両。
  4. 前記隔壁の開口に、通気方向切換手段を設けたことを特徴とする請求項１に記載の電動車両。
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