JP4547554B2 - 電動車両 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、燃料電池ユニットから供給される電力で駆動輪を駆動可能な電動モータを備える電動車両に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、電動車両の一つとして電動補助付き自転車があるが、一般的にその動力源は二次電池であり、走行前に家庭電源より充電器を介して二次電池を充電し、そして二次電池の容量が無くなれば、再度充電して使用する。
【０００３】
このような電動補助付き自転車では、充電に数時間を要し、その間走行ができなくなることがあるため、例えば、燃料電池を搭載し、電動モータを駆動するものがある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、電動車両に燃料電池を搭載し、電動モータを駆動するようにするには、１つのケーシングに収納した燃料電池ユニットにすると搭載スペースの確保が容易になる。このためには、コンパクトに燃料電池の各部品をケーシング内に収納する必要があり、さらに各部品については、適正な温度管理が必要となる。
【０００５】
特に、電動車両に搭載した場合には、走行風により燃料電池が、過度に冷却されてしまうと発電効率が低下することが想定される。また、燃料電池コントロ−ラや二次電池は過度な温度上昇により、耐久性が低下したり、充電効率が低下する等の問題がある。
【０００６】
この発明は、かかる点に鑑みてなされたもので、発熱からの部品の保護を行なうと共に、コンパクトに収納したケーシング内の冷却、保温、加温を適切に行い、発電効率の向上、燃料電池の起動時間の短縮が可能である電動車両を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決し、かつ目的を達成するため、この発明は、以下のように構成した。
【０００８】
請求項１に記載の発明は、『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で駆動輪を駆動可能な電動モータを備える電動車両であって、
前記燃料電池ユニットは、電気化学反応を行って発電する燃料電池セルスタックと、この燃料電池セルスタックに燃料を供給する燃料タンクと、燃料を加温する燃料ヒータと、前記燃料電池セルスタックの出力を制御する燃料電池コントロ−ラと、前記燃料電池セルスタックの発電により充電可能でかつ前記電動モータに電力を供給可能な二次電池とをケーシングに収納して構成し、
前記燃料電池セルスタック及び又は前記燃料ヒータを断熱材で覆い、
かつ、前記ケーシングの車両進行方向前側に走行風導入口を設けるとともに、車両進行方向後側に走行風排出口を設け、走行風が前記ケーシング内を前記走行風導入口から前記走行風排出口へ流れるようにしたことを特徴とする電動車両。
』である。
【０００９】
この請求項１に記載の発明によれば、燃料電池セルスタック及び又は燃料ヒータを断熱材で覆い冷却されないようにし、燃料電池コントロ−ラや二次電池を発熱から保護し、さらに走行風がケーシング内を走行風導入口から走行風排出口へ流れることで、燃料電池コントロ−ラや二次電池を冷却し、コンパクトに収納したケーシング内の冷却、保温、加温を適切に行い、発電効率の向上、燃料電池の起動時間の短縮が可能である。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、『前記燃料電池ユニットをシート部と後輪との間に配置し、
前記燃料電池ユニット内に、前記二次電池と前記燃料電池セルスタックとを上下方向に配置し、前記燃料電池コントロ−ラを前記燃料電池セルスタックに対して車両進行方向前側又は上下方向の位置に配置したことを特徴とする請求項１に記載の電動車両。』である。
【００１１】
この請求項２に記載の発明によれば、二次電池と燃料電池セルスタックとを上下方向に配置し、燃料電池ユニットの構成品を縦列に並べ、細長い形状とすることで、燃料電池ユニットをシート部と後輪との間にコンパクトに配置することができる。また、燃料電池コントロ−ラを燃料電池セルスタックに対して車両進行方向前側又は上下方向の位置に配置することで、燃料電池コントロ−ラを走行風により冷却することができる。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、『前記燃料電池ユニットをシート部と後輪との間に配置し、
前記燃料電池ユニット内に、前記二次電池と前記燃料電池セルスタックとを車両進行方向に配置し、前記燃料電池コントロ−ラを、前記燃料電池セルスタックに対して車両進行方向前側又は上下方向の位置に配置したことを特徴とする請求項１に記載の電動車両。』である。
【００１３】
この請求項３に記載の発明によれば、二次電池と燃料電池セルスタックとを車両進行方向に配置し、燃料電池ユニットの構成品を横列に並べ、細長い形状とすることで、燃料電池ユニットをシート部と後輪との間にコンパクトに配置することができる。また、燃料電池コントロ−ラを、燃料電池セルスタックに対して車両進行方向前側又は上下方向の位置に配置することで、燃料電池コントロ−ラを走行風により冷却することができる。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、『前記燃料電池ユニットを前輪と後輪との間のシート部の下部に配置し、
前記燃料電池ユニット内に、前記二次電池と前記燃料電池セルスタックとを車両進行方向に配置し、前記燃料電池コントロ−ラを前記燃料電池セルスタックに対して上下方向の位置に配置したことを特徴とする請求項１に記載の電動車両。
』である。
【００１５】
この請求項４に記載の発明によれば、二次電池と燃料電池セルスタックとを車両進行方向に配置し、燃料電池ユニットの構成品を横列に並べ、細長い形状とすることで、燃料電池ユニットを、前輪と後輪との間のシート部の下部にコンパクトに配置することができる。また、燃料電池コントロ−ラを、燃料電池セルスタックに対して上下方向の位置に配置することで、燃料電池コントロ−ラを走行風により冷却することができる。
【００１６】
請求項５に記載の発明は、『前記燃料電池ユニットを後輪と荷台との間に配置し、
前記燃料電池ユニット内に、前記二次電池と前記燃料電池セルスタックとを車両進行方向に配置し、前記燃料電池コントロ−ラを前記燃料電池セルスタックに対して上下方向の位置に配置したことを特徴とする請求項１に記載の電動車両。
』である。
【００１７】
この請求項５に記載の発明によれば、二次電池と燃料電池セルスタックとを車両進行方向に配置し、燃料電池ユニットの構成品を横列に並べ、細長い形状とすることで、燃料電池ユニットを後輪と荷台との間にコンパクトに配置することができる。また、燃料電池コントロ−ラを、燃料電池セルスタックに対して上下方向の位置に配置することで、燃料電池コントロ−ラを走行風により冷却することができる。
【００１８】
請求項６に記載の発明は、『前記燃料電池ユニットを、シート部の下部から後輪と荷台との間に配置し、
前記燃料電池ユニット内に、前記二次電池と前記燃料電池セルスタックとを車両進行方向に配置し、前記燃料電池コントロ−ラを前記燃料電池セルスタックに対して上下方向の位置に配置したことを特徴とする請求項１に記載の電動車両。
』である。
【００１９】
この請求項６に記載の発明によれば、二次電池と燃料電池セルスタックとを車両進行方向に配置し、燃料電池ユニットの構成品を縦列に並べ、細長い形状とすることで、燃料電池ユニットを、後輪と荷台との間にコンパクトに配置することができる。また、燃料電池コントロ−ラを燃料電池セルスタックに対して上下方向の位置に配置することで、燃料電池コントロ−ラを走行風により冷却することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下に、この発明の電動車両の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。図１は電動車両の側面図である。
【００２１】
この実施の形態では、電動車両として電動補助自転車１を示す。この電動補助自転車１は、車体フレーム２を有し、この車体フレーム２を構成するメインパイプ３の車体前方に位置するヘッドパイプ４内には、ハンドルステム５が回動自在に挿通されている。ハンドルステム５の上端部にはハンドル６が設けられ、ハンドルステム５の下端部にはフロントフォーク７が設けられている。ハンドル６には、メインスイッチＳＷが設けられ、このメインスイッチＳＷにより電動車両の電源制御システムが作動する。
【００２２】
フロントフォーク７の下端には、前輪８が回転自在に軸支されている。さらに、フロントフォーク７の前輪８の軸部には、車速センサＳ５１が設けられている。ヘッドパイプ４からはメインパイプ３が車体後方に向かって斜め下方に延出しており、さらに下方で屈曲して後方へ延びている。このメインパイプ３の後端からは、シートポスト９が車体後方に向かって斜め上方に立設されている。シートポスト９の上端部にはシート１１が支持され、高さ調整ハンドル６０の操作で高さ調整可能である。
【００２３】
車体の略中央下部であって、メインパイプ３とシートポスト９との連結部分には、クランク軸１２が回転自在に支承されており、クランク軸１２の左右両端にはクランク１３が取り付けられ、各クランク１３の端部にはペダル１４が軸支されている。
【００２４】
また、ブラケット１９からは、左右一対のチェーンステー２５が車体後方に向かって延設されており、チェーンステー２５の後端部はシートポスト９の上端から車体後方に向かって斜め下方に延出する左右一対のシートステー２２の下端に連結されている。チェーンステー２５とシートステー２２との連結部には後輪２３の車軸６１が軸支されている。シートステー２２には、盗難防止のための後輪ロック装置２４が設けられ、後輪ロック装置２４により後輪２３の回転がロックされる。
【００２５】
後輪２３の車軸６１には、パワーユニット２０が配置されている。パワーユニット２０は、乗員の踏力による主駆動系と電動モータ２１による補助動力系を併設して構成されている。
【００２６】
メインスイッチＳＷがＯＮ状態のときであって、ペダル１４からクランク軸１２に乗員の踏力が加えられ、チェーン２６を介して後輪２３が回転されたときのみに、電動モータ２１を回転させて後輪２３に電動モータ２１からの動力を伝える。すなわち、ペダル１４を踏むと、クランク軸１２にはその踏力に加えて電動モータ２１からの回転トルクが付与されることになる。この電動モータ２１の出力は、ペダル１４に加えられた踏力に略比例するように制御され、この踏力はパワーユニット２０内のトルクセンサＳ５２により検出される。
【００２７】
シートポスト９及びシート１１により構成されるシート部Ａと後輪２３との間に、燃料電池ユニット３０が受け箱３１に着脱可能に配置されている。
【００２８】
次に、燃料電池ユニット３０の構成を図２に基づいて説明する。図２は燃料電池ユニットの構成を示す図である。
【００２９】
この実施の形態の燃料電池ユニット３０は、カートリッジ式であり、燃料電池ユニット３０が受け箱３１に着脱可能であり、受け箱３１の内部には、車両制御コントロ−ラ３２及びモータドライバ３３が配置されている。燃料電池ユニット３０のケーシング３００は、シート部と後輪２３との間に配置され、シートポスト９の後側で、受け箱３１から上方から後輪２３の上方に位置している。
【００３０】
ケーシング３００内には、下部に二次電池３０１が配置され、中央部に燃料電池セルスタック３０２が配置され、上部及び後側に燃料電池補機Ｂが配置されている。燃料電池ユニット３０のコネクタ４００と、受け箱３１のコネクタ４０１とによって、燃料電池ユニット３０の二次電池３０１と受け箱３１の車両制御コントロ−ラ３２とが電気的に接続される。
【００３１】
燃料電池セルスタック３０２は、空気とメタノール水溶液により電気化学反応を行って発電する。燃料電池セルスタック３０２の車両進行方向前側には、燃料電池コントローラ３０４が配置され、下方には二次電池コントローラ３０５が配置されている。受け箱３１の車両制御コントロ−ラ３２及びモータドライバ３３と、燃料電池ユニット３０の二次電池３０１及び燃料電池セルスタック３０２が上下方向に配置され、燃料電池セルスタック３０２の電極出力端間の距離を短くしており、出力ロスを低減し、かつノイズを低減することができる。
【００３２】
燃料電池セルスタック３０２は、車両進行方向前側と下方が断熱材３０６で覆われており、燃料電池コントローラ３０４、二次電池コントローラ３０５、二次電池３０１が燃料電池セルスタック３０２の発熱によって過度な温度上昇が起こらないようにしている。
【００３３】
燃料電池補機Ｂを構成する空気フィルタ３１０及び空気ポンプ３１１は、燃料電池セルスタック３０２の上方位置に配置され、空気ポンプ３１１の駆動により空気が、空気フィルタ３１０から吸入されて燃料電池セルスタック３０２に供給される。空気フィルタ３１０の後方には、排水タンク３１２が配置されている。
【００３４】
燃料電池セルスタック３０２から排出される水が、排水タンク３１２に貯留され、排水タンク３１２の所定レベル以上の水面の水が排水パイプ３１３を介して受け箱３１の後方下方に排出される。
【００３５】
また、排水タンク３１２から排気ガスを触媒を有するフィルタ３１４で浄化し、大気に放出する。フィルタ３１４は、ケーシング３００の後側に設けられ、排気ガスを車両進行方向後側向きに放出する。
【００３６】
また、燃料電池補機Ｂを構成するメタノール水混合器３２０、燃料ヒータ３２１及び燃料ポンプ３２２が配置されている。燃料タンク３２３を上方に配置し、メタノール水混合器３２０を下方に配置し、その間に弁３２４を取り付けており、汲み上げポンプが不要な構成になっている。弁３２４は燃料電池コントローラ３０４からの弁開閉制御信号によって開閉され、燃料タンク３２３からメタノールをメタノール水混合器３２０に供給するメタノール量を制御する。
【００３７】
また、メタノール水混合器３２０には、上方に配置された排水タンク３１２から弁３２５を開くことに水が供給され、メタノール水混合器３２０でメタノールと水とを混合してメタノール水溶液を得るようになっている。弁３２５は燃料電池コントローラ３０４からの弁開閉制御信号によって開閉され、燃料タンク３２３からメタノール水混合器３２０に供給する水量を制御する。
【００３８】
燃料ポンプ３２２の駆動によって、燃料ヒータ３２１で加温されたメタノール水溶液が燃料電池セルスタック３０２に供給される。メタノール水混合器３２０は、燃料の温度を上げることで反応性を向上することができるため、熱発生源の燃料電池セルスタック３０２の後方位置に配置されている。
【００３９】
燃料電池セルスタック３０２の構成を簡単に説明すると、カソード（陰極）に燃料となるメタノール水溶液を供給し、アノード（陽極）に酸化剤として空気を供給し、触媒による電気化学反応を行って発電するものである。両電極間には高分子イオン交換膜が介装される。このイオン交換膜には、水素イオンの透過性を確保して円滑に移動させるべく濡れ状態とするために水が供給される。このような電極対を単位としてセルが構成され、複数枚のセルを組合せて各セルの起電力を合計した所定出力の燃料電池を形成する。燃料電池セルスタック３０２の電力は、電力線３５０，３５１により取り出され、二次電池３０１に充電される。
【００４０】
燃料ヒータ３２１は、断熱材３２６で覆われている。燃料電池セルスタック３０２断熱材で水溶液ヒーターを覆う。燃料電池セルスタック３０２での反応効率を上げるため、メタノール水溶液の燃料は暖かい方がよい。このエネルギー消費を抑えるため、走行風で燃料ヒータ３２１が冷やされないように、断熱材３２６で覆っている。
【００４１】
ケーシング３００の車両進行方向前側に走行風導入口３３０を設けるとともに、車両進行方向後側に走行風排出口３３１を設け、走行風がケーシング３００内を走行風導入口３３０から走行風排出口３３１へ流れるように構成されている。走行風の流れを矢印で示す。二次電池３０１は熱に弱いため、熱発生源の燃料電池セルスタック３０２の下方に配置し、断熱材３２６で熱伝導を遮断すると共に、走行風導入口３３０を二次電池３０１の前側に配置し、走行風を二次電池３０１付近から導いて、二次電池３０１が冷却し易いようにしている。
【００４２】
また、冷却ファン３４０が車両進行方向前側でシートポスト９の付近に設けられ、この冷却ファン３４０により燃料電池コントローラ３０４及び燃料電池セルスタック３０２を冷却する。また、燃料電池コントロ−ラ３０４を、燃料電池セルスタック３０２に対して車両進行方向前側の位置に配置することで、燃料電池コントロ−ラ３０４を走行風により冷却することができる。
【００４３】
二次電池３０１は燃料電池セルスタック３０２起動のため、燃料電池コントローラ３０４を起動し、空気ポンプ３１１を駆動させたり、燃料ポンプ３２２を駆動してメタノール水溶液の燃料を供給する。
【００４４】
このように、燃料電池ユニット３０は、基本構成として、燃料電池セルスタック３０２と、燃料タンク３２３と、メタノール水混合器３２０と、燃料ヒータ３２１と、燃料電池コントロ−ラ３０４と、二次電池３０１とをケーシング３００に収納して構成する形態であり、構成品は縦列に並べ、細長い形状とすることで、燃料電池ユニット３０をシート部Ａと後輪２３との間にコンパクトに配置することができる。
【００４５】
また、燃料電池セルスタック３０２を断熱材３０６で覆い、また燃料ヒータ３２１を断熱材３２６で覆い、走行風がケーシング３００内を走行風導入口３３０から走行風排出口３３１へ流れることで、コンパクトに収納したケーシング３００内の冷却、保温、加温を適切に行い、発電効率の向上、燃料電池の起動時間の短縮が可能である。
【００４６】
次に、燃料電池ユニット３０の他の実施の形態の構成を図３に基づいて説明する。図３は燃料電池ユニットの構成を示す図である。
【００４７】
この実施の形態の燃料電池ユニット３０は、図２の実施の形態と同様に、受け箱３１に着脱可能であるが、燃料電池セルスタック３０２の車両進行方向前側に二次電池３０１が配置され、さらに車両進行方向前側に燃料電池コントローラ３０４及び二次電池コントローラ３０５が上下方向に並べて配置されている。断熱材３０６が燃料電池セルスタック３０２の車両進行方向前側を覆っている。
【００４８】
この実施の形態では、二次電池３０１を燃料電池セルスタック３０２の車両進行方向前側に配置することで、燃料電池ユニット３０の高さを抑えることができる。また、二次電池３０１のセルを横方向に並べ、パック形状を細長くしてシートポスト９に沿って配置することで、省スペース化が図れ、また冷却性が向上する。
【００４９】
さらに、燃料電池コントローラ３０４及び二次電池コントローラ３０５を上下方向に並べて二次電池３０１に沿って配置することで、省スペース化が図れ、また冷却性が向上する。
【００５０】
また、燃料電池ユニット３０のコネクタ４００と、受け箱３１のコネクタ４０１とによって、燃料電池ユニット３０の燃料電池セルスタック３０２及び二次電池３０１と受け箱３１のモータドライバ３３とが電気的に接続され、電極出力端間の距離を短くしており、出力ロスを低減し、かつノイズを低減することができる。
【００５１】
このように、二次電池３０１と燃料電池セルスタック３０２とを車両進行方向に配置し、燃料電池ユニット３０の構成品を縦列に並べ、細長い形状とすることで、シート部と後輪２３との間にコンパクトに配置することができる。また、二次電池３０１及び燃料電池コントロ−ラ３０４を、燃料電池セルスタック３０２に対して車両進行方向前側に配置することで、二次電池３０１及び燃料電池コントロ−ラ３０４を走行風により冷却することができる。
【００５２】
次に、燃料電池ユニット３０の他の実施の形態の構成を図４に基づいて説明する。図４は燃料電池ユニットの構成を示す図である。
【００５３】
この実施の形態の燃料電池ユニット３０は、ケーシング３００内を断熱材４１０により上下に２分割され、下側室４１１と上側室４１２とが形成される。
【００５４】
下側室４１１には、燃料電池セルスタック３０２、燃料電池コントローラ３０４、空気フィルタ３１０、空気ポンプ３１１、メタノール水混合器３２０、燃料ヒータ３２１及び燃料ポンプ３２２等が配置されている。空気フィルタ３１０、空気ポンプ３１１は、燃料電池セルスタック３０２の下方位置に配置され、燃料電池コントローラ３０４は燃料電池セルスタック３０２の車両進行方向前側に配置されている。断熱材３０６が燃料電池セルスタック３０２の車両進行方向前側と下方とを覆っている。
【００５５】
ケーシング３００の車両進行方向前側に走行風導入口３３０が、燃料電池セルスタック３０２の前側位置に設けるとともに、車両進行方向後側に走行風排出口３３１を燃料ヒータ３２１の後側位置に設け、走行風がケーシング３００の下側室４１１内を走行風導入口３３０から走行風排出口３３１へ流れるように構成され、走行風の流れを矢印で示す。
【００５６】
上側室４１２には、下方から上方にモータドライバ３３、車両制御コントロ−ラ３２、二次電池３０１及び二次電池コントロ−ラ３０５が配置され、車両進行方向前側には燃料タンク３２３が配置されている。モータドライバ３３及び車両制御コントロ−ラ３２はモータドライバケース３４に収納されている。燃料タンク３２３は、シートポスト９の前側に配置され、シートポスト９が邪魔にならず燃料注入の容易性が向上する。
【００５７】
ケーシング３００には、二次電池３０１及び二次電池コントロ−ラ３０５の前側位置に走行風導入口３３２が形成され、後側位置には走行風排出口３３３が形成され、走行風がケーシング３００の上側室４１２内を走行風導入口３３２から走行風排出口３３３へ流れるように構成され、走行風の流れを矢印で示す。
【００５８】
この実施の形態では、燃料電池セルスタック３０２からの反応熱で空気対流が起き、暖められた空気でモータドライバ３３、二次電池３０１等、温度上昇しないように断熱材４１０を設けており、空気を遮断することができる。
【００５９】
また、燃料電池セルスタック３０２の出力電極を上側にし、モータドライバケース３４を挟んで上側に二次電池３０１が配置されており、二次電池３０１を充電する場合には、二次電池３０１を容易に取り出すことができる。また、二次電池コントロ−ラ３０５、車両制御コントロ−ラ３２等の各基板を接続する配線長さが最小になり、ロスが低減できる。さらに、二次電池３０１、モータドライバ３３、燃料電池セルスタック３０２の順番で配置するため、空気フィルタ３１０、空気ポンプ３１１は燃料電池セルスタック３０２の下側に配置され、燃料電池ユニット３０の構成品を縦列に並べ、細長い形状とすることで、燃料電池ユニット３０を、シート部と後輪２３との間にコンパクトに配置することができる。
【００６０】
次に、燃料電池ユニット３０の他の実施の形態の構成を図５に基づいて説明する。図５は燃料電池ユニットの構成を示す図である。
【００６１】
この実施の形態の燃料電池ユニット３０は、図２の実施の形態と同様に構成されるが、図２の受け箱３１を設けないで、燃料電池ユニット３０内に車両制御コントロ−ラ３２及びモータドライバ３３が配置されている。車両制御コントロ−ラ３２は、燃料電池コントローラ３０４と一緒に制御ケース５００に収納されている。燃料電池セルスタック３０２の車両進行方向前側と下側が断熱材３０６で覆われ、走行風がケーシング３００の走行風導入口３３０から走行風排出口３３１へ流れるように構成され、走行風の流れを矢印で示す。
【００６２】
この実施の形態では、シート部と後輪２３の間のスペースを利用して燃料電池ユニット３０が配置され、車両制御コントロ−ラ３２及び燃料電池コントローラ３０４が燃料電池セルスタック３０２の車両進行方向前側に位置し、走行風で冷却される。
【００６３】
次に、燃料電池ユニット３０の他の実施の形態の構成を図６に基づいて説明する。図６は燃料電池ユニットの構成を示す図である。
【００６４】
この実施の形態の燃料電池ユニット３０は、図２の実施の形態と同様に構成されるが、シートポスト９の前側には、燃料電池セルスタック３０２、燃料電池コントローラ３０４、空気フィルタ３１０、空気ポンプ３１１、メタノール水混合器３２０、燃料ヒータ３２１及び燃料ポンプ３２２等が配置されている。空気フィルタ３１０、空気ポンプ３１１は、燃料電池セルスタック３０２の車両進行方向前側に配置され、燃料電池コントローラ３０４は燃料電池セルスタック３０２の下側に配置されている。断熱材３０６が燃料電池セルスタック３０２の車両進行方向前側と下方とを覆っている。
【００６５】
シートポスト９の後側には、モータドライバ３３、車両制御コントロ−ラ３２、二次電池３０１及び二次電池コントロ−ラ３０５が配置され、この車両進行方向前側には断熱材３０７が配置されている。ケーシング３００には、モータドライバ３３の下方位置にフィルタ３１４が配置されている。
【００６６】
この実施の形態では、シートポスト９の前側に、燃料電池セルスタック３０２を配置し、関係補機類はシートポスト前と後ろ側に配置し、燃料電池セルスタック３０２、モータドライバ３３、二次電池３０１の電極間の配線長を最短にすることができる。また、二次電池３０１の上部にタンク類を配置し、燃料電池セルスタック３０２を前部に配置し、全体の高さを抑えることで、低重心化を図り、走行安定性を図ることができる。
【００６７】
燃料電池セルスタック３０２は、シートポスト９の前側に配置され、二次電池３０１との高低を設け、それぞれの冷却性を図るとともに、モータドライバ３３と燃料電池セルスタック３０２間の距離をできるだけ短くすることができる。
【００６８】
次に、燃料電池ユニット３０の他の実施の形態の構成を図７に基づいて説明する。図７は燃料電池ユニットの構成を示す図である。
【００６９】
この実施の形態の燃料電池ユニット３０は、図２の実施の形態と同様に構成されるが、シートポスト９の後ろ側に、下から上方へ、モータドライバ３３、車両制御コントロ−ラ３２、二次電池コントロ−ラ３０５及び二次電池３０１が配置され、シートポスト９から後輪２３の上部に掛けて燃料電池セルスタック３０２と、その補機類が配置されている。
【００７０】
燃料電池ユニット３０をシートポスト９の後側で、後方に延びる荷台７０と、この荷台７０を支持する支持レール７１との間に配置されている。このように、燃料電池ユニット３０を、シート部Ａの下部から後輪２３と荷台７０との間に配置している。
【００７１】
この実施の形態では、燃料電池ユニット３０の構成品を縦列に並べ、細長い形状とすることで、燃料電池ユニット３０を、後輪２３と荷台７０との間にコンパクトに配置することができる。また、燃料電池コントロ−ラ３０４を、燃料電池セルスタック３０２に対して上下方向の位置に配置することで、燃料電池コントロ−ラ３０４を走行風により冷却することができる。
【００７２】
次に、燃料電池ユニット３０の他の実施の形態の構成を図８に基づいて説明する。図８は燃料電池ユニットの構成を示す図である。
【００７３】
この実施の形態の燃料電池ユニット３０は、図７の実施の形態と同様に構成されるが、シートポスト９の後側に、下から上方へ、さらに後輪２３の上方に掛けてモータドライバ３３、車両制御コントロ−ラ３２、燃料電池コントロ−ラ３０４及び燃料電池セルスタック３０２と、燃料電池補機類が配置され、さらに二次電池コントロ−ラ３０５及び二次電池３０１が配置されている。燃料電池セルスタック３０２の上方と下方が断熱材３０６で覆われている。
【００７４】
ケーシング３００には、二次電池３０１に対応する位置に開閉蓋３９０が設けられ、開閉蓋３９０を開くことで後方から二次電池３０１を容易に取り出すことができるようになっている。
【００７５】
この実施の形態では、燃料電池ユニット３０をシート部後方で、後輪２３と荷台７０との間にコンパクトに配置することができる。また、燃料電池コントロ−ラ３０４を、燃料電池セルスタック３０２に対して下方向の位置に配置することで、燃料電池コントロ−ラ３０４を走行風により冷却することができる。
【００７６】
次に、燃料電池ユニット３０の他の実施の形態の構成を図９に基づいて説明する。図９は燃料電池ユニットの構成を示す図である。
【００７７】
この実施の形態の燃料電池ユニット３０は、図８の実施の形態と同様に構成されるが、シートポスト９の前側に二次電池３０１を配置している。二次電池３０１をシートポスト９の前側に配置することで、走行風導入口３３０からの走行風により二次電池３０１を冷却することができるとともに、モータドライバ３３と二次電池３０１間の配線を最短にする。
【００７８】
また、二次電池３０１をシートポスト９の前側に配置することで、シートポスト９の後側は、スペースの余裕ができ、その分、シートポスト９から後輪上部までの占有体積が減り、重心位置が車体中心に移動し、走行安定性が増す。
【００７９】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、請求項１に記載の発明では、燃料電池セルスタック及び又は燃料ヒータを断熱材で覆い冷却されないようにし、燃料電池コントロ−ラや二次電池を発熱から保護し、さらに走行風がケーシング内を走行風導入口から走行風排出口へ流れることで、燃料電池コントロ−ラや二次電池を冷却し、コンパクトに収納したケーシング内の冷却、保温、加温を適切に行い、発電効率の向上、燃料電池の起動時間の短縮が可能である。
【００８０】
請求項２に記載の発明では、二次電池と燃料電池セルスタックとを上下方向に配置し、燃料電池ユニットの構成品を縦列に並べ、細長い形状とすることで、燃料電池ユニットをシート部と後輪との間にコンパクトに配置することができる。また、燃料電池コントロ−ラを燃料電池セルスタックに対して車両進行方向前側又は上下方向の位置に配置することで、燃料電池コントロ−ラを走行風により冷却することができる。
【００８１】
請求項３に記載の発明では、二次電池と燃料電池セルスタックとを車両進行方向に配置し、燃料電池ユニットの構成品を横列に並べ、細長い形状とすることで、燃料電池ユニットをシート部と後輪との間にコンパクトに配置することができる。また、燃料電池コントロ−ラを、燃料電池セルスタックに対して車両進行方向前側又は上下方向の位置に配置することで、燃料電池コントロ−ラを走行風により冷却することができる。
【００８２】
請求項４に記載の発明では、二次電池と燃料電池セルスタックとを車両進行方向に配置し、燃料電池ユニットの構成品を横列に並べ、細長い形状とすることで、燃料電池ユニットを、前輪と後輪との間のシート部の下部にコンパクトに配置することができる。また、燃料電池コントロ−ラを、燃料電池セルスタックに対して上下方向の位置に配置することで、燃料電池コントロ−ラを走行風により冷却することができる。
【００８３】
請求項５に記載の発明では、二次電池と燃料電池セルスタックとを車両進行方向に配置し、燃料電池ユニットの構成品を横列に並べ、細長い形状とすることで、燃料電池ユニットを後輪と荷台との間にコンパクトに配置することができる。
また、燃料電池コントロ−ラを、燃料電池セルスタックに対して上下方向の位置に配置することで、燃料電池コントロ−ラを走行風により冷却することができる。
【００８４】
請求項６に記載の発明では、二次電池と燃料電池セルスタックとを車両進行方向に配置し、燃料電池ユニットの構成品を縦列に並べ、細長い形状とすることで、燃料電池ユニットを、後輪と荷台との間にコンパクトに配置することができる。また、燃料電池コントロ−ラを燃料電池セルスタックに対して上下方向の位置に配置することで、燃料電池コントロ−ラを走行風により冷却することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】電動車両の側面図である。
【図２】燃料電池ユニットの構成を示す図である。
【図３】燃料電池ユニットの構成を示す図である。
【図４】燃料電池ユニットの構成を示す図である。
【図５】燃料電池ユニットの構成を示す図である。
【図６】燃料電池ユニットの構成を示す図である。
【図７】燃料電池ユニットの構成を示す図である。
【図８】燃料電池ユニットの構成を示す図である。
【図９】燃料電池ユニットの構成を示す図である。
【符号の説明】
１ 電動補助自転車
１２ クランク軸
２１ 電動モータ
３０ 燃料電池ユニット
３００ ケーシング
３０１ 二次電池
３０２ 燃料電池セルスタック
３０４ 燃料電池コントローラ
３２１ 燃料ヒータ
３２３ 燃料タンク
３０６，３２６ 断熱材
３３０ 走行風導入口
３３１ 走行風排出口
【発明の属する技術分野】
この発明は、燃料電池ユニットから供給される電力で駆動輪を駆動可能な電動モータを備える電動車両に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、電動車両の一つとして電動補助付き自転車があるが、一般的にその動力源は二次電池であり、走行前に家庭電源より充電器を介して二次電池を充電し、そして二次電池の容量が無くなれば、再度充電して使用する。
【０００３】
このような電動補助付き自転車では、充電に数時間を要し、その間走行ができなくなることがあるため、例えば、燃料電池を搭載し、電動モータを駆動するものがある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、電動車両に燃料電池を搭載し、電動モータを駆動するようにするには、１つのケーシングに収納した燃料電池ユニットにすると搭載スペースの確保が容易になる。このためには、コンパクトに燃料電池の各部品をケーシング内に収納する必要があり、さらに各部品については、適正な温度管理が必要となる。
【０００５】
特に、電動車両に搭載した場合には、走行風により燃料電池が、過度に冷却されてしまうと発電効率が低下することが想定される。また、燃料電池コントロ−ラや二次電池は過度な温度上昇により、耐久性が低下したり、充電効率が低下する等の問題がある。
【０００６】
この発明は、かかる点に鑑みてなされたもので、発熱からの部品の保護を行なうと共に、コンパクトに収納したケーシング内の冷却、保温、加温を適切に行い、発電効率の向上、燃料電池の起動時間の短縮が可能である電動車両を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決し、かつ目的を達成するため、この発明は、以下のように構成した。
【０００８】
請求項１に記載の発明は、『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で駆動輪を駆動可能な電動モータを備える電動車両であって、
前記燃料電池ユニットは、電気化学反応を行って発電する燃料電池セルスタックと、この燃料電池セルスタックに燃料を供給する燃料タンクと、燃料を加温する燃料ヒータと、前記燃料電池セルスタックの出力を制御する燃料電池コントロ−ラと、前記燃料電池セルスタックの発電により充電可能でかつ前記電動モータに電力を供給可能な二次電池とをケーシングに収納して構成し、
前記燃料電池セルスタック及び又は前記燃料ヒータを断熱材で覆い、
かつ、前記ケーシングの車両進行方向前側に走行風導入口を設けるとともに、車両進行方向後側に走行風排出口を設け、走行風が前記ケーシング内を前記走行風導入口から前記走行風排出口へ流れるようにしたことを特徴とする電動車両。
』である。
【０００９】
この請求項１に記載の発明によれば、燃料電池セルスタック及び又は燃料ヒータを断熱材で覆い冷却されないようにし、燃料電池コントロ−ラや二次電池を発熱から保護し、さらに走行風がケーシング内を走行風導入口から走行風排出口へ流れることで、燃料電池コントロ−ラや二次電池を冷却し、コンパクトに収納したケーシング内の冷却、保温、加温を適切に行い、発電効率の向上、燃料電池の起動時間の短縮が可能である。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、『前記燃料電池ユニットをシート部と後輪との間に配置し、
前記燃料電池ユニット内に、前記二次電池と前記燃料電池セルスタックとを上下方向に配置し、前記燃料電池コントロ−ラを前記燃料電池セルスタックに対して車両進行方向前側又は上下方向の位置に配置したことを特徴とする請求項１に記載の電動車両。』である。
【００１１】
この請求項２に記載の発明によれば、二次電池と燃料電池セルスタックとを上下方向に配置し、燃料電池ユニットの構成品を縦列に並べ、細長い形状とすることで、燃料電池ユニットをシート部と後輪との間にコンパクトに配置することができる。また、燃料電池コントロ−ラを燃料電池セルスタックに対して車両進行方向前側又は上下方向の位置に配置することで、燃料電池コントロ−ラを走行風により冷却することができる。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、『前記燃料電池ユニットをシート部と後輪との間に配置し、
前記燃料電池ユニット内に、前記二次電池と前記燃料電池セルスタックとを車両進行方向に配置し、前記燃料電池コントロ−ラを、前記燃料電池セルスタックに対して車両進行方向前側又は上下方向の位置に配置したことを特徴とする請求項１に記載の電動車両。』である。
【００１３】
この請求項３に記載の発明によれば、二次電池と燃料電池セルスタックとを車両進行方向に配置し、燃料電池ユニットの構成品を横列に並べ、細長い形状とすることで、燃料電池ユニットをシート部と後輪との間にコンパクトに配置することができる。また、燃料電池コントロ−ラを、燃料電池セルスタックに対して車両進行方向前側又は上下方向の位置に配置することで、燃料電池コントロ−ラを走行風により冷却することができる。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、『前記燃料電池ユニットを前輪と後輪との間のシート部の下部に配置し、
前記燃料電池ユニット内に、前記二次電池と前記燃料電池セルスタックとを車両進行方向に配置し、前記燃料電池コントロ−ラを前記燃料電池セルスタックに対して上下方向の位置に配置したことを特徴とする請求項１に記載の電動車両。
』である。
【００１５】
この請求項４に記載の発明によれば、二次電池と燃料電池セルスタックとを車両進行方向に配置し、燃料電池ユニットの構成品を横列に並べ、細長い形状とすることで、燃料電池ユニットを、前輪と後輪との間のシート部の下部にコンパクトに配置することができる。また、燃料電池コントロ−ラを、燃料電池セルスタックに対して上下方向の位置に配置することで、燃料電池コントロ−ラを走行風により冷却することができる。
【００１６】
請求項５に記載の発明は、『前記燃料電池ユニットを後輪と荷台との間に配置し、
前記燃料電池ユニット内に、前記二次電池と前記燃料電池セルスタックとを車両進行方向に配置し、前記燃料電池コントロ−ラを前記燃料電池セルスタックに対して上下方向の位置に配置したことを特徴とする請求項１に記載の電動車両。
』である。
【００１７】
この請求項５に記載の発明によれば、二次電池と燃料電池セルスタックとを車両進行方向に配置し、燃料電池ユニットの構成品を横列に並べ、細長い形状とすることで、燃料電池ユニットを後輪と荷台との間にコンパクトに配置することができる。また、燃料電池コントロ−ラを、燃料電池セルスタックに対して上下方向の位置に配置することで、燃料電池コントロ−ラを走行風により冷却することができる。
【００１８】
請求項６に記載の発明は、『前記燃料電池ユニットを、シート部の下部から後輪と荷台との間に配置し、
前記燃料電池ユニット内に、前記二次電池と前記燃料電池セルスタックとを車両進行方向に配置し、前記燃料電池コントロ−ラを前記燃料電池セルスタックに対して上下方向の位置に配置したことを特徴とする請求項１に記載の電動車両。
』である。
【００１９】
この請求項６に記載の発明によれば、二次電池と燃料電池セルスタックとを車両進行方向に配置し、燃料電池ユニットの構成品を縦列に並べ、細長い形状とすることで、燃料電池ユニットを、後輪と荷台との間にコンパクトに配置することができる。また、燃料電池コントロ−ラを燃料電池セルスタックに対して上下方向の位置に配置することで、燃料電池コントロ−ラを走行風により冷却することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下に、この発明の電動車両の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。図１は電動車両の側面図である。
【００２１】
この実施の形態では、電動車両として電動補助自転車１を示す。この電動補助自転車１は、車体フレーム２を有し、この車体フレーム２を構成するメインパイプ３の車体前方に位置するヘッドパイプ４内には、ハンドルステム５が回動自在に挿通されている。ハンドルステム５の上端部にはハンドル６が設けられ、ハンドルステム５の下端部にはフロントフォーク７が設けられている。ハンドル６には、メインスイッチＳＷが設けられ、このメインスイッチＳＷにより電動車両の電源制御システムが作動する。
【００２２】
フロントフォーク７の下端には、前輪８が回転自在に軸支されている。さらに、フロントフォーク７の前輪８の軸部には、車速センサＳ５１が設けられている。ヘッドパイプ４からはメインパイプ３が車体後方に向かって斜め下方に延出しており、さらに下方で屈曲して後方へ延びている。このメインパイプ３の後端からは、シートポスト９が車体後方に向かって斜め上方に立設されている。シートポスト９の上端部にはシート１１が支持され、高さ調整ハンドル６０の操作で高さ調整可能である。
【００２３】
車体の略中央下部であって、メインパイプ３とシートポスト９との連結部分には、クランク軸１２が回転自在に支承されており、クランク軸１２の左右両端にはクランク１３が取り付けられ、各クランク１３の端部にはペダル１４が軸支されている。
【００２４】
また、ブラケット１９からは、左右一対のチェーンステー２５が車体後方に向かって延設されており、チェーンステー２５の後端部はシートポスト９の上端から車体後方に向かって斜め下方に延出する左右一対のシートステー２２の下端に連結されている。チェーンステー２５とシートステー２２との連結部には後輪２３の車軸６１が軸支されている。シートステー２２には、盗難防止のための後輪ロック装置２４が設けられ、後輪ロック装置２４により後輪２３の回転がロックされる。
【００２５】
後輪２３の車軸６１には、パワーユニット２０が配置されている。パワーユニット２０は、乗員の踏力による主駆動系と電動モータ２１による補助動力系を併設して構成されている。
【００２６】
メインスイッチＳＷがＯＮ状態のときであって、ペダル１４からクランク軸１２に乗員の踏力が加えられ、チェーン２６を介して後輪２３が回転されたときのみに、電動モータ２１を回転させて後輪２３に電動モータ２１からの動力を伝える。すなわち、ペダル１４を踏むと、クランク軸１２にはその踏力に加えて電動モータ２１からの回転トルクが付与されることになる。この電動モータ２１の出力は、ペダル１４に加えられた踏力に略比例するように制御され、この踏力はパワーユニット２０内のトルクセンサＳ５２により検出される。
【００２７】
シートポスト９及びシート１１により構成されるシート部Ａと後輪２３との間に、燃料電池ユニット３０が受け箱３１に着脱可能に配置されている。
【００２８】
次に、燃料電池ユニット３０の構成を図２に基づいて説明する。図２は燃料電池ユニットの構成を示す図である。
【００２９】
この実施の形態の燃料電池ユニット３０は、カートリッジ式であり、燃料電池ユニット３０が受け箱３１に着脱可能であり、受け箱３１の内部には、車両制御コントロ−ラ３２及びモータドライバ３３が配置されている。燃料電池ユニット３０のケーシング３００は、シート部と後輪２３との間に配置され、シートポスト９の後側で、受け箱３１から上方から後輪２３の上方に位置している。
【００３０】
ケーシング３００内には、下部に二次電池３０１が配置され、中央部に燃料電池セルスタック３０２が配置され、上部及び後側に燃料電池補機Ｂが配置されている。燃料電池ユニット３０のコネクタ４００と、受け箱３１のコネクタ４０１とによって、燃料電池ユニット３０の二次電池３０１と受け箱３１の車両制御コントロ−ラ３２とが電気的に接続される。
【００３１】
燃料電池セルスタック３０２は、空気とメタノール水溶液により電気化学反応を行って発電する。燃料電池セルスタック３０２の車両進行方向前側には、燃料電池コントローラ３０４が配置され、下方には二次電池コントローラ３０５が配置されている。受け箱３１の車両制御コントロ−ラ３２及びモータドライバ３３と、燃料電池ユニット３０の二次電池３０１及び燃料電池セルスタック３０２が上下方向に配置され、燃料電池セルスタック３０２の電極出力端間の距離を短くしており、出力ロスを低減し、かつノイズを低減することができる。
【００３２】
燃料電池セルスタック３０２は、車両進行方向前側と下方が断熱材３０６で覆われており、燃料電池コントローラ３０４、二次電池コントローラ３０５、二次電池３０１が燃料電池セルスタック３０２の発熱によって過度な温度上昇が起こらないようにしている。
【００３３】
燃料電池補機Ｂを構成する空気フィルタ３１０及び空気ポンプ３１１は、燃料電池セルスタック３０２の上方位置に配置され、空気ポンプ３１１の駆動により空気が、空気フィルタ３１０から吸入されて燃料電池セルスタック３０２に供給される。空気フィルタ３１０の後方には、排水タンク３１２が配置されている。
【００３４】
燃料電池セルスタック３０２から排出される水が、排水タンク３１２に貯留され、排水タンク３１２の所定レベル以上の水面の水が排水パイプ３１３を介して受け箱３１の後方下方に排出される。
【００３５】
また、排水タンク３１２から排気ガスを触媒を有するフィルタ３１４で浄化し、大気に放出する。フィルタ３１４は、ケーシング３００の後側に設けられ、排気ガスを車両進行方向後側向きに放出する。
【００３６】
また、燃料電池補機Ｂを構成するメタノール水混合器３２０、燃料ヒータ３２１及び燃料ポンプ３２２が配置されている。燃料タンク３２３を上方に配置し、メタノール水混合器３２０を下方に配置し、その間に弁３２４を取り付けており、汲み上げポンプが不要な構成になっている。弁３２４は燃料電池コントローラ３０４からの弁開閉制御信号によって開閉され、燃料タンク３２３からメタノールをメタノール水混合器３２０に供給するメタノール量を制御する。
【００３７】
また、メタノール水混合器３２０には、上方に配置された排水タンク３１２から弁３２５を開くことに水が供給され、メタノール水混合器３２０でメタノールと水とを混合してメタノール水溶液を得るようになっている。弁３２５は燃料電池コントローラ３０４からの弁開閉制御信号によって開閉され、燃料タンク３２３からメタノール水混合器３２０に供給する水量を制御する。
【００３８】
燃料ポンプ３２２の駆動によって、燃料ヒータ３２１で加温されたメタノール水溶液が燃料電池セルスタック３０２に供給される。メタノール水混合器３２０は、燃料の温度を上げることで反応性を向上することができるため、熱発生源の燃料電池セルスタック３０２の後方位置に配置されている。
【００３９】
燃料電池セルスタック３０２の構成を簡単に説明すると、カソード（陰極）に燃料となるメタノール水溶液を供給し、アノード（陽極）に酸化剤として空気を供給し、触媒による電気化学反応を行って発電するものである。両電極間には高分子イオン交換膜が介装される。このイオン交換膜には、水素イオンの透過性を確保して円滑に移動させるべく濡れ状態とするために水が供給される。このような電極対を単位としてセルが構成され、複数枚のセルを組合せて各セルの起電力を合計した所定出力の燃料電池を形成する。燃料電池セルスタック３０２の電力は、電力線３５０，３５１により取り出され、二次電池３０１に充電される。
【００４０】
燃料ヒータ３２１は、断熱材３２６で覆われている。燃料電池セルスタック３０２断熱材で水溶液ヒーターを覆う。燃料電池セルスタック３０２での反応効率を上げるため、メタノール水溶液の燃料は暖かい方がよい。このエネルギー消費を抑えるため、走行風で燃料ヒータ３２１が冷やされないように、断熱材３２６で覆っている。
【００４１】
ケーシング３００の車両進行方向前側に走行風導入口３３０を設けるとともに、車両進行方向後側に走行風排出口３３１を設け、走行風がケーシング３００内を走行風導入口３３０から走行風排出口３３１へ流れるように構成されている。走行風の流れを矢印で示す。二次電池３０１は熱に弱いため、熱発生源の燃料電池セルスタック３０２の下方に配置し、断熱材３２６で熱伝導を遮断すると共に、走行風導入口３３０を二次電池３０１の前側に配置し、走行風を二次電池３０１付近から導いて、二次電池３０１が冷却し易いようにしている。
【００４２】
また、冷却ファン３４０が車両進行方向前側でシートポスト９の付近に設けられ、この冷却ファン３４０により燃料電池コントローラ３０４及び燃料電池セルスタック３０２を冷却する。また、燃料電池コントロ−ラ３０４を、燃料電池セルスタック３０２に対して車両進行方向前側の位置に配置することで、燃料電池コントロ−ラ３０４を走行風により冷却することができる。
【００４３】
二次電池３０１は燃料電池セルスタック３０２起動のため、燃料電池コントローラ３０４を起動し、空気ポンプ３１１を駆動させたり、燃料ポンプ３２２を駆動してメタノール水溶液の燃料を供給する。
【００４４】
このように、燃料電池ユニット３０は、基本構成として、燃料電池セルスタック３０２と、燃料タンク３２３と、メタノール水混合器３２０と、燃料ヒータ３２１と、燃料電池コントロ−ラ３０４と、二次電池３０１とをケーシング３００に収納して構成する形態であり、構成品は縦列に並べ、細長い形状とすることで、燃料電池ユニット３０をシート部Ａと後輪２３との間にコンパクトに配置することができる。
【００４５】
また、燃料電池セルスタック３０２を断熱材３０６で覆い、また燃料ヒータ３２１を断熱材３２６で覆い、走行風がケーシング３００内を走行風導入口３３０から走行風排出口３３１へ流れることで、コンパクトに収納したケーシング３００内の冷却、保温、加温を適切に行い、発電効率の向上、燃料電池の起動時間の短縮が可能である。
【００４６】
次に、燃料電池ユニット３０の他の実施の形態の構成を図３に基づいて説明する。図３は燃料電池ユニットの構成を示す図である。
【００４７】
この実施の形態の燃料電池ユニット３０は、図２の実施の形態と同様に、受け箱３１に着脱可能であるが、燃料電池セルスタック３０２の車両進行方向前側に二次電池３０１が配置され、さらに車両進行方向前側に燃料電池コントローラ３０４及び二次電池コントローラ３０５が上下方向に並べて配置されている。断熱材３０６が燃料電池セルスタック３０２の車両進行方向前側を覆っている。
【００４８】
この実施の形態では、二次電池３０１を燃料電池セルスタック３０２の車両進行方向前側に配置することで、燃料電池ユニット３０の高さを抑えることができる。また、二次電池３０１のセルを横方向に並べ、パック形状を細長くしてシートポスト９に沿って配置することで、省スペース化が図れ、また冷却性が向上する。
【００４９】
さらに、燃料電池コントローラ３０４及び二次電池コントローラ３０５を上下方向に並べて二次電池３０１に沿って配置することで、省スペース化が図れ、また冷却性が向上する。
【００５０】
また、燃料電池ユニット３０のコネクタ４００と、受け箱３１のコネクタ４０１とによって、燃料電池ユニット３０の燃料電池セルスタック３０２及び二次電池３０１と受け箱３１のモータドライバ３３とが電気的に接続され、電極出力端間の距離を短くしており、出力ロスを低減し、かつノイズを低減することができる。
【００５１】
このように、二次電池３０１と燃料電池セルスタック３０２とを車両進行方向に配置し、燃料電池ユニット３０の構成品を縦列に並べ、細長い形状とすることで、シート部と後輪２３との間にコンパクトに配置することができる。また、二次電池３０１及び燃料電池コントロ−ラ３０４を、燃料電池セルスタック３０２に対して車両進行方向前側に配置することで、二次電池３０１及び燃料電池コントロ−ラ３０４を走行風により冷却することができる。
【００５２】
次に、燃料電池ユニット３０の他の実施の形態の構成を図４に基づいて説明する。図４は燃料電池ユニットの構成を示す図である。
【００５３】
この実施の形態の燃料電池ユニット３０は、ケーシング３００内を断熱材４１０により上下に２分割され、下側室４１１と上側室４１２とが形成される。
【００５４】
下側室４１１には、燃料電池セルスタック３０２、燃料電池コントローラ３０４、空気フィルタ３１０、空気ポンプ３１１、メタノール水混合器３２０、燃料ヒータ３２１及び燃料ポンプ３２２等が配置されている。空気フィルタ３１０、空気ポンプ３１１は、燃料電池セルスタック３０２の下方位置に配置され、燃料電池コントローラ３０４は燃料電池セルスタック３０２の車両進行方向前側に配置されている。断熱材３０６が燃料電池セルスタック３０２の車両進行方向前側と下方とを覆っている。
【００５５】
ケーシング３００の車両進行方向前側に走行風導入口３３０が、燃料電池セルスタック３０２の前側位置に設けるとともに、車両進行方向後側に走行風排出口３３１を燃料ヒータ３２１の後側位置に設け、走行風がケーシング３００の下側室４１１内を走行風導入口３３０から走行風排出口３３１へ流れるように構成され、走行風の流れを矢印で示す。
【００５６】
上側室４１２には、下方から上方にモータドライバ３３、車両制御コントロ−ラ３２、二次電池３０１及び二次電池コントロ−ラ３０５が配置され、車両進行方向前側には燃料タンク３２３が配置されている。モータドライバ３３及び車両制御コントロ−ラ３２はモータドライバケース３４に収納されている。燃料タンク３２３は、シートポスト９の前側に配置され、シートポスト９が邪魔にならず燃料注入の容易性が向上する。
【００５７】
ケーシング３００には、二次電池３０１及び二次電池コントロ−ラ３０５の前側位置に走行風導入口３３２が形成され、後側位置には走行風排出口３３３が形成され、走行風がケーシング３００の上側室４１２内を走行風導入口３３２から走行風排出口３３３へ流れるように構成され、走行風の流れを矢印で示す。
【００５８】
この実施の形態では、燃料電池セルスタック３０２からの反応熱で空気対流が起き、暖められた空気でモータドライバ３３、二次電池３０１等、温度上昇しないように断熱材４１０を設けており、空気を遮断することができる。
【００５９】
また、燃料電池セルスタック３０２の出力電極を上側にし、モータドライバケース３４を挟んで上側に二次電池３０１が配置されており、二次電池３０１を充電する場合には、二次電池３０１を容易に取り出すことができる。また、二次電池コントロ−ラ３０５、車両制御コントロ−ラ３２等の各基板を接続する配線長さが最小になり、ロスが低減できる。さらに、二次電池３０１、モータドライバ３３、燃料電池セルスタック３０２の順番で配置するため、空気フィルタ３１０、空気ポンプ３１１は燃料電池セルスタック３０２の下側に配置され、燃料電池ユニット３０の構成品を縦列に並べ、細長い形状とすることで、燃料電池ユニット３０を、シート部と後輪２３との間にコンパクトに配置することができる。
【００６０】
次に、燃料電池ユニット３０の他の実施の形態の構成を図５に基づいて説明する。図５は燃料電池ユニットの構成を示す図である。
【００６１】
この実施の形態の燃料電池ユニット３０は、図２の実施の形態と同様に構成されるが、図２の受け箱３１を設けないで、燃料電池ユニット３０内に車両制御コントロ−ラ３２及びモータドライバ３３が配置されている。車両制御コントロ−ラ３２は、燃料電池コントローラ３０４と一緒に制御ケース５００に収納されている。燃料電池セルスタック３０２の車両進行方向前側と下側が断熱材３０６で覆われ、走行風がケーシング３００の走行風導入口３３０から走行風排出口３３１へ流れるように構成され、走行風の流れを矢印で示す。
【００６２】
この実施の形態では、シート部と後輪２３の間のスペースを利用して燃料電池ユニット３０が配置され、車両制御コントロ−ラ３２及び燃料電池コントローラ３０４が燃料電池セルスタック３０２の車両進行方向前側に位置し、走行風で冷却される。
【００６３】
次に、燃料電池ユニット３０の他の実施の形態の構成を図６に基づいて説明する。図６は燃料電池ユニットの構成を示す図である。
【００６４】
この実施の形態の燃料電池ユニット３０は、図２の実施の形態と同様に構成されるが、シートポスト９の前側には、燃料電池セルスタック３０２、燃料電池コントローラ３０４、空気フィルタ３１０、空気ポンプ３１１、メタノール水混合器３２０、燃料ヒータ３２１及び燃料ポンプ３２２等が配置されている。空気フィルタ３１０、空気ポンプ３１１は、燃料電池セルスタック３０２の車両進行方向前側に配置され、燃料電池コントローラ３０４は燃料電池セルスタック３０２の下側に配置されている。断熱材３０６が燃料電池セルスタック３０２の車両進行方向前側と下方とを覆っている。
【００６５】
シートポスト９の後側には、モータドライバ３３、車両制御コントロ−ラ３２、二次電池３０１及び二次電池コントロ−ラ３０５が配置され、この車両進行方向前側には断熱材３０７が配置されている。ケーシング３００には、モータドライバ３３の下方位置にフィルタ３１４が配置されている。
【００６６】
この実施の形態では、シートポスト９の前側に、燃料電池セルスタック３０２を配置し、関係補機類はシートポスト前と後ろ側に配置し、燃料電池セルスタック３０２、モータドライバ３３、二次電池３０１の電極間の配線長を最短にすることができる。また、二次電池３０１の上部にタンク類を配置し、燃料電池セルスタック３０２を前部に配置し、全体の高さを抑えることで、低重心化を図り、走行安定性を図ることができる。
【００６７】
燃料電池セルスタック３０２は、シートポスト９の前側に配置され、二次電池３０１との高低を設け、それぞれの冷却性を図るとともに、モータドライバ３３と燃料電池セルスタック３０２間の距離をできるだけ短くすることができる。
【００６８】
次に、燃料電池ユニット３０の他の実施の形態の構成を図７に基づいて説明する。図７は燃料電池ユニットの構成を示す図である。
【００６９】
この実施の形態の燃料電池ユニット３０は、図２の実施の形態と同様に構成されるが、シートポスト９の後ろ側に、下から上方へ、モータドライバ３３、車両制御コントロ−ラ３２、二次電池コントロ−ラ３０５及び二次電池３０１が配置され、シートポスト９から後輪２３の上部に掛けて燃料電池セルスタック３０２と、その補機類が配置されている。
【００７０】
燃料電池ユニット３０をシートポスト９の後側で、後方に延びる荷台７０と、この荷台７０を支持する支持レール７１との間に配置されている。このように、燃料電池ユニット３０を、シート部Ａの下部から後輪２３と荷台７０との間に配置している。
【００７１】
この実施の形態では、燃料電池ユニット３０の構成品を縦列に並べ、細長い形状とすることで、燃料電池ユニット３０を、後輪２３と荷台７０との間にコンパクトに配置することができる。また、燃料電池コントロ−ラ３０４を、燃料電池セルスタック３０２に対して上下方向の位置に配置することで、燃料電池コントロ−ラ３０４を走行風により冷却することができる。
【００７２】
次に、燃料電池ユニット３０の他の実施の形態の構成を図８に基づいて説明する。図８は燃料電池ユニットの構成を示す図である。
【００７３】
この実施の形態の燃料電池ユニット３０は、図７の実施の形態と同様に構成されるが、シートポスト９の後側に、下から上方へ、さらに後輪２３の上方に掛けてモータドライバ３３、車両制御コントロ−ラ３２、燃料電池コントロ−ラ３０４及び燃料電池セルスタック３０２と、燃料電池補機類が配置され、さらに二次電池コントロ−ラ３０５及び二次電池３０１が配置されている。燃料電池セルスタック３０２の上方と下方が断熱材３０６で覆われている。
【００７４】
ケーシング３００には、二次電池３０１に対応する位置に開閉蓋３９０が設けられ、開閉蓋３９０を開くことで後方から二次電池３０１を容易に取り出すことができるようになっている。
【００７５】
この実施の形態では、燃料電池ユニット３０をシート部後方で、後輪２３と荷台７０との間にコンパクトに配置することができる。また、燃料電池コントロ−ラ３０４を、燃料電池セルスタック３０２に対して下方向の位置に配置することで、燃料電池コントロ−ラ３０４を走行風により冷却することができる。
【００７６】
次に、燃料電池ユニット３０の他の実施の形態の構成を図９に基づいて説明する。図９は燃料電池ユニットの構成を示す図である。
【００７７】
この実施の形態の燃料電池ユニット３０は、図８の実施の形態と同様に構成されるが、シートポスト９の前側に二次電池３０１を配置している。二次電池３０１をシートポスト９の前側に配置することで、走行風導入口３３０からの走行風により二次電池３０１を冷却することができるとともに、モータドライバ３３と二次電池３０１間の配線を最短にする。
【００７８】
また、二次電池３０１をシートポスト９の前側に配置することで、シートポスト９の後側は、スペースの余裕ができ、その分、シートポスト９から後輪上部までの占有体積が減り、重心位置が車体中心に移動し、走行安定性が増す。
【００７９】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、請求項１に記載の発明では、燃料電池セルスタック及び又は燃料ヒータを断熱材で覆い冷却されないようにし、燃料電池コントロ−ラや二次電池を発熱から保護し、さらに走行風がケーシング内を走行風導入口から走行風排出口へ流れることで、燃料電池コントロ−ラや二次電池を冷却し、コンパクトに収納したケーシング内の冷却、保温、加温を適切に行い、発電効率の向上、燃料電池の起動時間の短縮が可能である。
【００８０】
請求項２に記載の発明では、二次電池と燃料電池セルスタックとを上下方向に配置し、燃料電池ユニットの構成品を縦列に並べ、細長い形状とすることで、燃料電池ユニットをシート部と後輪との間にコンパクトに配置することができる。また、燃料電池コントロ−ラを燃料電池セルスタックに対して車両進行方向前側又は上下方向の位置に配置することで、燃料電池コントロ−ラを走行風により冷却することができる。
【００８１】
請求項３に記載の発明では、二次電池と燃料電池セルスタックとを車両進行方向に配置し、燃料電池ユニットの構成品を横列に並べ、細長い形状とすることで、燃料電池ユニットをシート部と後輪との間にコンパクトに配置することができる。また、燃料電池コントロ−ラを、燃料電池セルスタックに対して車両進行方向前側又は上下方向の位置に配置することで、燃料電池コントロ−ラを走行風により冷却することができる。
【００８２】
請求項４に記載の発明では、二次電池と燃料電池セルスタックとを車両進行方向に配置し、燃料電池ユニットの構成品を横列に並べ、細長い形状とすることで、燃料電池ユニットを、前輪と後輪との間のシート部の下部にコンパクトに配置することができる。また、燃料電池コントロ−ラを、燃料電池セルスタックに対して上下方向の位置に配置することで、燃料電池コントロ−ラを走行風により冷却することができる。
【００８３】
請求項５に記載の発明では、二次電池と燃料電池セルスタックとを車両進行方向に配置し、燃料電池ユニットの構成品を横列に並べ、細長い形状とすることで、燃料電池ユニットを後輪と荷台との間にコンパクトに配置することができる。
また、燃料電池コントロ−ラを、燃料電池セルスタックに対して上下方向の位置に配置することで、燃料電池コントロ−ラを走行風により冷却することができる。
【００８４】
請求項６に記載の発明では、二次電池と燃料電池セルスタックとを車両進行方向に配置し、燃料電池ユニットの構成品を縦列に並べ、細長い形状とすることで、燃料電池ユニットを、後輪と荷台との間にコンパクトに配置することができる。また、燃料電池コントロ−ラを燃料電池セルスタックに対して上下方向の位置に配置することで、燃料電池コントロ−ラを走行風により冷却することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】電動車両の側面図である。
【図２】燃料電池ユニットの構成を示す図である。
【図３】燃料電池ユニットの構成を示す図である。
【図４】燃料電池ユニットの構成を示す図である。
【図５】燃料電池ユニットの構成を示す図である。
【図６】燃料電池ユニットの構成を示す図である。
【図７】燃料電池ユニットの構成を示す図である。
【図８】燃料電池ユニットの構成を示す図である。
【図９】燃料電池ユニットの構成を示す図である。
【符号の説明】
１ 電動補助自転車
１２ クランク軸
２１ 電動モータ
３０ 燃料電池ユニット
３００ ケーシング
３０１ 二次電池
３０２ 燃料電池セルスタック
３０４ 燃料電池コントローラ
３２１ 燃料ヒータ
３２３ 燃料タンク
３０６，３２６ 断熱材
３３０ 走行風導入口
３３１ 走行風排出口
Claims (6)
- 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で駆動輪を駆動可能な電動モータを備える電動車両であって、
前記燃料電池ユニットは、電気化学反応を行って発電する燃料電池セルスタックと、この燃料電池セルスタックに燃料を供給する燃料タンクと、燃料を加温する燃料ヒータと、前記燃料電池セルスタックの出力を制御する燃料電池コントロ−ラと、前記燃料電池セルスタックの発電により充電可能でかつ前記電動モータに電力を供給可能な二次電池とをケーシングに収納して構成し、
前記燃料電池セルスタック及び又は前記燃料ヒータを断熱材で覆い、
かつ、前記ケーシングの車両進行方向前側に走行風導入口を設けるとともに、車両進行方向後側に走行風排出口を設け、走行風が前記ケーシング内を前記走行風導入口から前記走行風排出口へ流れるようにしたことを特徴とする電動車両。 - 前記燃料電池ユニットをシート部と後輪との間に配置し、
前記燃料電池ユニット内に、前記二次電池と前記燃料電池セルスタックとを上下方向に配置し、前記燃料電池コントロ−ラを前記燃料電池セルスタックに対して車両進行方向前側又は上下方向の位置に配置したことを特徴とする請求項１に記載の電動車両。 - 前記燃料電池ユニットをシート部と後輪との間に配置し、
前記燃料電池ユニット内に、前記二次電池と前記燃料電池セルスタックとを車両進行方向に配置し、前記燃料電池コントロ−ラを、前記燃料電池セルスタックに対して車両進行方向前側又は上下方向の位置に配置したことを特徴とする請求項１に記載の電動車両。 - 前記燃料電池ユニットを前輪と後輪との間のシート部の下部に配置し、
前記燃料電池ユニット内に、前記二次電池と前記燃料電池セルスタックとを車両進行方向に配置し、前記燃料電池コントロ−ラを前記燃料電池セルスタックに対して上下方向の位置に配置したことを特徴とする請求項１に記載の電動車両。 - 前記燃料電池ユニットを後輪と荷台との間に配置し、
前記燃料電池ユニット内に、前記二次電池と前記燃料電池セルスタックとを車両進行方向に配置し、前記燃料電池コントロ−ラを前記燃料電池セルスタックに対して上下方向の位置に配置したことを特徴とする請求項１に記載の電動車両。 - 前記燃料電池ユニットを、シート部の下部から後輪と荷台との間に配置し、
前記燃料電池ユニット内に、前記二次電池と前記燃料電池セルスタックとを車両進行方向に配置し、前記燃料電池コントロ−ラを前記燃料電池セルスタックに対して上下方向の位置に配置し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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