JP2008074198A - 燃料電池搭載の小型電動車両 - Google Patents

Abstract

【課題】車両の重量バランスを保ちつつ、且つ燃料タンクの容量を十分に確保可能な燃料電池搭載の小型電動車両を提供するにある。
【解決手段】車体フレーム４後部に設けられた運転シート１４の下部に燃料電池ユニット２８を搭載し、この燃料電池ユニット２８から供給される電力によって駆動される電動モータで左右一対の後輪３を駆動すると共に、車体フレーム４の前部にステアリングポスト７を立設し、このステアリングポスト７を介して操向ハンドル９によって左右一対の前輪２を左右に操舵する燃料電池搭載の小型電動車両１において、燃料電池ユニット２８用燃料を収容する燃料タンク３０を左右一対の前輪２の間、且つこれらの前輪２の上方に配置したものである。
【選択図】 図１

Description

本発明は、燃料電池搭載の小型電動車両に関する。

近年、車両の走行に用いる電動モータ駆動用の電源を燃料電池とした車両が開発されている。このような開発は主に四輪車を中心に行われているが、燃料電池を搭載した自動二輪車のような小型車両に対しても開発は進められている（例えば特許文献１参照）。

燃料電池搭載車は当然燃料タンクが必要であり、自動二輪車のような小型車両においては従来の内燃機関搭載車同様運転シートの下方に燃料タンクを備えたものがある（例えば特許文献２参照）。
特開２００５−１２５８４０号公報 特開２００５−１１２０９４号公報

しかしながら、運転シートの下方ではスペースが限られているため十分に燃料タンクの容量を確保することができない。

また、燃料が収容された燃料タンクは重量が嵩むため、車両の重量バランスを保つためにもそのレイアウトは十分に考慮する必要がある。

本発明は上述した事情を考慮してなされたもので、車両の重量バランスを保ちつつ、且つ燃料タンクの容量を十分に確保可能な燃料電池搭載の小型電動車両を提供することを目的とする。

本発明に係る燃料電池搭載の小型電動車両は、上述した課題を解決するために、請求項１に記載したように、車体フレーム後部に設けられた運転シートの下部に燃料電池ユニットを搭載し、この燃料電池ユニットから供給される電力によって駆動される電動モータで左右一対の後輪を駆動すると共に、車体フレームの前部にステアリングポストを立設し、このステアリングポストを介して操向ハンドルによって左右一対の前輪を左右に操舵する燃料電池搭載の小型電動車両において、上記燃料電池ユニット用燃料を収容する燃料タンクを上記左右一対の前輪の間、且つこれらの前輪の上方に配置したものである。

また、上述した課題を解決するために、請求項２に記載したように、上記燃料タンクを、乗員の足元を覆うレッグシールド内の上記ステアリングポスト前方のスペース内に収容したものである。

さらに、上述した課題を解決するために、請求項３に記載したように、上記燃料タンクを、前後方向寸法が小さく、上下左右方向寸法が大きい板状のタンク形状に形成したものである。

そして、上述した課題を解決するために、請求項４に記載したように、上記燃料タンクの前方に衝撃吸収部材を設けたものである。

そしてまた、上述した課題を解決するために、請求項５に記載したように、上記燃料電池をダイレクトメタノール型燃料電池とし、メタノールを燃料として用いたものである。

本発明に係る燃料電池搭載の小型電動車両によれば、車両の重量バランスが優れ、操縦性や乗り心地が向上すると共に、燃料の給油も容易になる。

また、デッドスペースを有効利用することができ、燃料タンクの容量を十分に確保することもできる。

さらに、車体の低重心化を図ることができ、操縦安定性の向上が図れると共に、燃料タンクを外部からの衝撃から保護することが容易に行える。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明が適用された小型電動車両としての電動四輪車の左側面図である。この電動四輪車１は、左右一対のパンクレス前輪２および同じく左右一対のパンクレス後輪３を支持するプラットフォーム型の車体フレーム４を備える。

車体フレーム４はその略中央部に足載せ部５を有し、この足載せ部５を含む車体フレーム４の前後が例えば合成樹脂製の車体カバー６で覆われる。

前輪２は車体フレーム４の前部に図示しない前輪懸架装置およびステアリング機構によって左右に操舵可能に支持される。ステアリング機構を構成するステアリングポスト７は車体カバー６を構成する、乗員の足元を覆う例えばレッグシールド８内を上方に向かって立設し、その上部には前輪操舵用の操向ハンドル９と電装部１０とが回動一体に設けられる。そして、前輪２はステアリングポスト７を介して操向ハンドル９によって左右に操舵される。

一方、車体フレーム４の後部には後輪３に動力を伝達する駆動ユニット１１が配置される。駆動ユニット１１は内部に図示しないギヤケースおよび電動モータを備え、その前端部が車体フレーム４に上下方向にスイング自在に枢着されると共に、クッションユニット１２により車体フレーム４に弾性的に支持される。

駆動ユニット１１上方の車体フレーム４後部には一段高いシートポスト１３が配置され、このシートポスト１３に運転シート１４が設置される。

図２は、図１に示す電動四輪車１の左側面図であり、図３は同電動四輪車１の平面図である。また、図４は同電動四輪車１の斜視図である。なお、図２〜図４はいずれも車体カバー６等の外装品を取り外した状態を示す。

図１〜図４に示すように、車体フレーム４は車幅方向左右一対の、例えばアルミニウム製パイプから成るフレーム部材としてのメインフレーム１５と、これらのメインフレーム１５を連結する他のフレーム部材としての複数のビーム部材１７〜２２とから構成される。

各メインフレーム１５は、側面視でその略中央部に形成された折曲部を最下点として直線状に前方および後方に向かって緩やかに上昇する略Ｖ字状に折曲形成され、折曲部を境に前部フレーム１５Ｆと後部フレーム１５Ｒとを形成する。また、左右の後部フレーム１５Ｒは平行に配置されると共に、平面視で上記折曲部から前方の前部フレーム１５Ｆが内側に向かって直線状に先窄まりに折曲形成される。

前部フレーム１５Ｆの前端（図の左側）は前記ステアリング機構を支持するステアリングブラケットおよび前輪懸架装置の一部を兼ねた第一ビーム部材１７によって連結される。また、この第一ビーム部材１７の後方には板状の第二ビーム部材１８が離間して架設される。

さらに、第二ビーム部材１８後方の、メインフレーム１５の折曲部直後には板状の第三ビーム部材１９が架設されると共に、この第三ビーム部材１９の後方には板状の第四ビーム部材２０が離間して架設される。そして、後部フレーム１５Ｒの後端（図の右側）は棒状の第五ビーム部材２１によって連結される。

第二ビーム部材１８と第三ビーム部材１９との間は足載せ部５として設定され、例えば鉄製の板材をプレス加工したフロア部材２２が左右のメインフレーム１５間に跨設される。フロア部材２２は強度部材としてのビーム部材を兼ねており、平面視矩形形状を有し、前部フレーム１５Ｆの上面に載置されることによりフロア部材２２の両側前部が前部フレーム１５Ｆの外方に突出する。

左右の後部フレーム１５Ｒの略中央部には、例えばアルミニウム製パイプから一体的に折曲形成されたシートパイプ２３が跨設される。シートパイプ２３の、水平部分の車幅方向中央には前記運転シート１４を水平方向に回動自在且つ所定の位置においてロック可能に支持するシートポスト１３が形成される。また、このシートポスト１３の後部からは後方下部の、メインフレーム１５の後端部に架設された第五ビーム部材２１に向かって補強ステー２４が延設される。

左右の後部フレーム１５Ｒの略中央部下面にはそれぞれピボットブラケット２５が設けられ、これらのピボットブラケット２５に前記駆動ユニット１１の前端部がスイング自在に枢着される。また、シートポスト１３の後部には駆動ユニット１１を弾性的に支持するクッションユニット１２の上部支持ブラケット２６が設けられる。さらに、左右の後部フレーム１５Ｒの後部と、第四ビーム部材２０および第五ビーム部材２１に囲まれた空間には、例えばチャージャーや制御ユニット等の電装品２７が配置される。

本発明に係る小型電動車両（電動四輪車１）に搭載される駆動ユニット１１の電動モータ（図示せず）はその電力の供給源として燃料電池を用いる。また、本実施例において、燃料電池のユニットはメタノールの水溶液を改質せずにダイレクトに発電に利用する、公知のダイレクトメタノール型燃料電池ユニット２８（以下、ＤＭＦＣユニットと略す）である。そして、図５にこのＤＭＦＣユニット２８のフロー図を示す。

図５に示すように、ＤＭＦＣユニット２８はメタノールに基づく水素と空気中の酸素との電気化学反応により電気エネルギーを生成可能な単電池セル（図示せず）を複数個積層して構成される燃料電池スタック２９を備える。また、ＤＭＦＣユニット２８は燃料である、例えば５４％程度の高濃度メタノールを収容する燃料タンク３０と、この高濃度メタノールを燃料電池スタック２９の電気化学反応に適した例えば約３％濃度に希釈してメタノール水溶液を生成するための水を収容する水タンク３１と、生成されたメタノール水溶液を収容する循環タンク３２とを備える。

さらに、ＤＭＦＣユニット２８は燃料タンク３０内の高濃度メタノールを循環タンク３２内に供給する燃料ポンプ３３と、水タンク３１内の水を循環タンク３２内に供給する水ポンプ３４と、循環タンク３２内のメタノール水溶液を燃料電池スタック２９に供給する循環ポンプ３５とを備える。

そして、ＤＭＦＣユニット２８は燃料電池スタック２９に酸素を含む空気を供給するエアポンプ３６と、燃料電池スタック２９内の電気化学反応による電気エネルギー生成時に副産物として生成される高温の水蒸気を含んだ排気ガスを冷却するラジエター３７とを備える。

ＤＭＦＣユニット２８は、メタノール水溶液と空気とを燃料電池スタック２９内において電気化学反応させることにより電気エネルギーを生成させる。また、この電気化学反応時に生成される炭酸ガスおよび使用されなかった一部のメタノール水溶液は循環タンク３２に導かれる。循環タンク３２内においてはメタノール水溶液の濃度が常時モニタされ、必要に応じて高濃度メタノールや水を自動的に加えることによりメタノール水溶液の濃度を一定に維持するように構成される。

一方、電気エネルギー生成時に生成される排気ガスはラジエター３７によって冷却されて水と空気に分離された後、水タンク３１に導かれる。また、循環タンク３２に導かれた炭酸ガスも同様に水タンク３１に導かれる。そして、水タンク３１に導かれた空気、炭酸ガスおよび水タンク３１をオーバーフローした水は排気フィルタ３８を介して外部に排出される。

次に、ＤＭＦＣユニット２８の各機器のレイアウトについて述べる。図２〜図４に示すように、ＤＭＦＣユニット２８は車体フレーム４後部に設けられた運転シート１４の下部に搭載され、車体カバー６によって全体が覆われる。

左右一対のメインフレーム１５を連結する複数のビーム部材のうち、車体フレーム４の前後方向略中央部に配置される板状の第三ビーム部材１９上には上記エアポンプ３６が配設され固定される。また、第三ビーム部材１９からその後方に配置された板状の第四ビーム部材２０にかけてエアポンプ３６の上方を前後方向に跨ぐように門型のパイプフレーム３９が架設され、このパイプフレーム３９上に上記燃料電池スタック２９が配設され固定される。エアポンプ３６、パイプフレーム３９および燃料電池スタック２９は車体の幅方向一側、本実施形態においては右側にオフセット配置され、エアポンプ３６の左側に開いたスペースの第三ビーム部材１９上には、燃料系ポンプを構成する上記循環ポンプ３５、燃料ポンプ３３、水ポンプ３４のうち、例えば上記循環ポンプ３５が車体の幅方向に並設されると共に、燃料電池スタック２９の左側に開いたスペースには車体の側面に沿うようにラジエター３７が配設される。さらに、ラジエター３７の燃料電池スタック２９側面にはラジエター３７の冷却ファン４０が配設される。

一方、エアポンプ３６および燃料電池スタック２９の後方スペースには残りの燃料系ポンプ、本実施形態に置いては燃料ポンプ３３および水ポンプ３４、並びに循環タンク３２および水タンク３１が車体の幅方向に並設される。さらに、ラジエター３７の下部スペースには排気フィルタ３８が配設されると共に、図１に示すように、ラジエター３７に対向した車体カバー６の側面には冷却風の取入口４１が設けられる。

そして、燃料タンク３０は例えば合成樹脂等の素材で形成されると共に、その前後方向寸法が小さく、上下左右方向寸法が大きい板状のタンク形状を呈し、前記左右一対の前輪２の間、且つ前輪２の上方に配置される。好ましくは、燃料タンク３０は、車体カバー６を構成するレッグシールド８内のステアリングポスト７前方のスペース内に収容され、給油口４２がレッグシールド８の例えば左上部に配置されると共に、燃料タンク３０の前方、レッグシールド８の前面には衝撃吸収部材としての荷物搭載用バスケット４３が設けられる。

次に、本実施形態の作用について説明する。

従来の電動四輪車は車体の後部にバッテリや駆動部などの重量物が配置されていたため、重心が後方寄りになっていたが、本願発明のように燃料タンク３０を左右一対の前輪２の間、且つ前輪２の上方に配置したことにより重量の嵩む燃料タンク３０が車体の前方に配置され、好適な重量の前後配分を得ることができる。その結果、車両の重量バランスが優れ、操縦性や乗り心地が向上する。特に、傾斜路等における後方安定性能が向上する。

また、電動四輪車は高齢者のユーザーが多く、燃料給油はなるべく姿勢変化の少ない状態で行えることが望まれるが、燃料タンク３０を上記位置に配置することにより給油口４２をレッグシールド８の例えば左上部に配置可能となり、燃料の給油が容易になると共に、燃料流路の短縮化を図ることができる。

一方、レッグシールド８は乗員の保護上必要度は高いが、その内部は容量が多いにもかかわらず有効的に活用されておらず、いわゆるデッドスペースとなっていたが、燃料タンク３０をレッグシールド８内のステアリングポスト７前方のスペース内に収容したことにより、デッドスペースを有効利用することができ、また燃料タンクの容量を十分に確保することもできる。

さらに、燃料タンク３０を、その前後方向寸法が小さく、上下左右方向寸法が大きい板状のタンク形状としたことにより、レッグシールド８内のスペースを最大限に利用でき、全体のコンパクト化を図ることができると共に、上下方向寸法を長くすることにより車体の低重心化を図ることができ、操縦安定性の向上が図れる。

また、燃料タンク３０内には高濃度のメタノールが収納されているため、燃料タンク３０を外部からの衝撃から保護する必要がある。そこで、燃料タンク３０をレッグシールド８内に収容すると共に、燃料タンク３０の前方、レッグシールド８の前面に衝撃吸収部材としての荷物搭載用バスケット４３を設けたことにより燃料タンク３０の保護が十分に行える。

そして、燃料電池をダイレクトメタノール型燃料電池とし、水素などではなくメタノールを燃料として用いることにより、燃料タンク３０を例えば合成樹脂で形成できる。その結果、燃料タンク３０の形状の自由度が増し、容量の確保が容易となる。また、メタノールは燃料としての取り扱いが比較的容易である。

本発明に係る燃料電池搭載の小型電動車両の一実施形態を示す電動四輪車の左側面図。 図１に示す電動四輪車の左側面図。 図１に示す電動四輪車の平面図。 図１に示す電動四輪車の斜視図。 ダイレクトメタノール型燃料電池ユニット（ＤＭＦＣユニット）のフロー図。

符号の説明

１ 電動四輪車（小型電動車両）
２ 前輪
３ 後輪
４ 車体フレーム
７ ステアリングポスト
８ レッグシールド
９ 操向ハンドル
１４ 運転シート
２８ ＤＭＦＣユニット（燃料電池ユニット）
３０ 燃料タンク
４３ 荷物搭載用バスケット（衝撃吸収部材）

Claims (5)

1. 車体フレーム後部に設けられた運転シートの下部に燃料電池ユニットを搭載し、この燃料電池ユニットから供給される電力によって駆動される電動モータで左右一対の後輪を駆動すると共に、車体フレームの前部にステアリングポストを立設し、このステアリングポストを介して操向ハンドルによって左右一対の前輪を左右に操舵する燃料電池搭載の小型電動車両において、上記燃料電池ユニット用燃料を収容する燃料タンクを上記左右一対の前輪の間、且つこれらの前輪の上方に配置したことを特徴とする燃料電池搭載の小型電動車両。
2. 上記燃料タンクを、乗員の足元を覆うレッグシールド内の上記ステアリングポスト前方のスペース内に収容した請求項１記載の燃料電池搭載の小型電動車両。
3. 上記燃料タンクを、前後方向寸法が小さく、上下左右方向寸法が大きい板状のタンク形状に形成した請求項１または２記載の燃料電池搭載の小型電動車両。
4. 上記燃料タンクの前方に衝撃吸収部材を設けた請求項１、２または３記載の燃料電池搭載の小型電動車両。
5. 上記燃料電池をダイレクトメタノール型燃料電池とし、メタノールを燃料として用いた請求項１、２、３または４記載の燃料電池搭載の小型電動車両。

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