JP5055080B2

JP5055080B2 - 車両

Info

Publication number: JP5055080B2
Application number: JP2007260373A
Authority: JP
Inventors: 和英角皆
Original assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Current assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Priority date: 2007-10-03
Filing date: 2007-10-03
Publication date: 2012-10-24
Anticipated expiration: 2027-10-03
Also published as: JP2009090696A

Description

この発明は車両に関し、より特定的には制御手段を備える車両に関する。

この種の従来技術の一例が特許文献１において開示されている。
特許文献１のコントローラ配設構造では、その図８に示すように断面略Ｉ字状の後部フレームの前端上面にコントローラが取り付けられ、かつコントローラが空間に向かって開放されている。
特開平４−３６２４８６号公報

特許文献１では、コントローラを容易に保守、点検することができるが、コントローラは後部フレームの上面に設けられているので、コントローラが占めるスペースが大きくなり、車両を小さくすることを妨げていた。
また、燃料電池車両のコントローラは、電動車両や内燃機関車両と比べて大型で発熱量も大きい。

それゆえに、この発明の主たる目的は、制御手段の占めるスペースを小さくすることによって車両を小型にできかつ制御手段の放熱を促進できる、車両を提供することである。

上述の目的を達成するために、請求項１に記載の車両は、燃料電池システムを含む車両であって、第１壁と第２壁と前記第１壁および前記第２壁を連結する連結部とを有する車体フレーム、および前記燃料電池システムを制御するために前記第１壁と前記第２壁との間に設けられる制御手段を備え、前記車体フレームは、前記連結部を介さずに対向する前記第１壁と前記第２壁とを有するヒートシンク部を含み、前記制御手段は、前記ヒートシンク部の前記第１壁と前記第２壁との間に設けられることを特徴とする。

請求項２に記載の車両は、請求項１に記載の車両において、前記車体フレームは、ヘッドパイプ、および前記ヘッドパイプの上側接続部から後方に延びた後に屈曲し前記ヘッドパイプのうち前記上側接続部よりも下方に設けられる下側接続部に延びるクレードルフレームを含み、前記クレードルフレームは前記ヒートシンク部を含むことを特徴とする。

請求項３に記載の車両は、請求項２に記載の車両において、前記クレードルフレームを覆いかつ前記下側接続部近傍に吸気口を有するカバーをさらに備え、前記ヒートシンク部は、前記クレードルフレームのうち前記下側接続部よりも上側に設けられることを特徴とする。

請求項４に記載の車両は、請求項３に記載の車両において、前記燃料電池システムは当該燃料電池システムの温度上昇を抑制するための送風手段を含み、前記送風手段は前記制御手段よりも前記吸気口から導入された空気の流れの下流側に設けられることを特徴とする。

請求項５に記載の車両は、請求項１に記載の車両において、前記ヒートシンク部の前記第１壁および前記第２壁の少なくともいずれか一方は平面状の対向面を有し、前記制御手段は前記対向面に固定されることを特徴とする。

請求項６に記載の車両は、燃料電池システムを含む車両であって、第１壁と第２壁と前記第１壁および前記第２壁を連結する連結部とを有する車体フレーム、前記燃料電池システムを制御するために前記第１壁と前記第２壁との間に設けられる制御手段、および所定電圧を出力する電源手段を備え、前記制御手段は前記第１壁および前記第２壁の一方に設けられ、前記電源手段は前記第１壁および前記第２壁の他方に設けられることを特徴とする。

請求項１に記載の車両では、制御手段を車体フレームの第１壁と第２壁との間に設けることによって、第１壁や第２壁の外側に設けた場合に比べて制御手段の占めるスペースを小さくでき、車両を小さくできる。また、車体フレームの第１壁と第２壁とによって制御手段を外力から保護することができる。一般に、制御手段が燃料電池システムの動作を制御する場合、制御手段の発熱量は大きくなる。この発明は、制御手段を第１壁と第２壁との間に設けることによって制御手段の放熱を促進でき制御手段を冷却できるので、燃料電池システムおよび燃料電池システムを制御する制御手段を備える車両に好適に用いられる。さらに、車体フレームのヒートシンク部の第１壁と第２壁との間に制御手段を設けることによって、別途ヒートシンクを用いることなく放熱を促進でき制御手段を円滑に冷却できる。

請求項２に記載の車両では、クレードルフレームはヘッドパイプに上側接続部および下側接続部の２箇所で接続され、剛性の大きい車体フレームが得られる。したがって、クレードルフレームに連結部のないヒートシンク部を構成しても、クレードルフレームひいては車体フレームの剛性を低下させることなくフレーム強度を確保できる。

請求項３に記載の車両では、クレードルフレームをカバーで覆うことによって、クレードルフレームのヒートシンク部に設けられた制御手段を外力からさらに保護することができる。また、ヘッドパイプの下側接続部近傍に吸気口を設け、ヒートシンク部をヘッドパイプの下側接続部よりも上側に設けることによって、制御手段をカバーの吸気口よりも上側に配置することができる。これによって、吸気口から空気を取り込むことができるとともに吸気口から浸入した水等が制御手段に接触することを防止できる。

たとえばラジエータや気液分離器を冷却する送風手段の下流側に制御手段があれば、ラジエータや気液分離器を冷却した後の暖かい空気が制御手段に与えられ、制御手段の冷却効率が低下してしまう。請求項４に記載の車両では、送風手段は制御手段の下流側に配置されるので、上記のようなラジエータや気液分離器を冷却した後の空気が制御手段に与えられることはなく、冷却効率の低下を防止できる。

請求項５に記載の車両では、ヒートシンク部のうち制御手段が固定される対向面は平面状であるので、制御手段を安定して固定できる。

請求項６に記載の車両では、制御手段と電源手段とを別々の部材（壁）に設けることによって、同一の部材に設ける場合に比べて、制御手段および電源手段の冷却効率を高くすることができる。

この発明によれば、制御手段の占めるスペースひいては車両を小さくできかつ制御手段の放熱を促進できる。

以下、図面を参照してこの発明の実施の形態の車両１０について説明する。
この発明の実施の形態における左右、前後、上下とは、車両１０のシートにドライバがそのハンドル３６に向かって着座した状態を基準とした左右、前後、上下を意味する。
図１および図２を参照して、車両１０は自動二輪車であり、車体フレーム１２を含む。
図３をも参照して、車体フレーム１２は、ヘッドパイプ１４、ヘッドパイプ１４に設けられるクレードルフレーム１６、クレードルフレーム１６に取り付けられるシートレール１８、シートレール１８を支持するための２つの支持フレーム２０、およびクレードルフレーム１６に設けられる２つのフランジ部２２を含む。

クレードルフレーム１６は、上部フレーム２４と２つの後部フレーム２６と下部フレーム２８と支持フレーム３０とを含む。上部フレーム２４と２つの後部フレーム２６とはたとえばボルトによって連結されており、２つの後部フレーム２６と下部フレーム２８とはたとえばボルトによって連結されている。

上部フレーム２４は、それぞれ左右方向に幅を有する第１壁２４ａと第２壁２４ｂとを含む。第１壁２４ａと第２壁２４ｂとは、相互に略一定の間隔をあけてヘッドパイプ１４の上側接続部１４ａから後方に延びる。第１壁２４ａおよび第２壁２４ｂはそれぞれ平板状に形成され、平面状の対向面３２ａおよび３２ｂを有する。第１壁２４ａと第２壁２４ｂとのうち連結部を有さない部分にヒートシンク部Ｈが形成される。

２つの後部フレーム２６は、上部フレーム２４の後端部から二股に分かれて後方に延び、その後シートレール１８との接続部ＡおよびＢ付近において後方斜め下側に屈曲し、さらに支持フレーム２０との接続部ＣおよびＤ付近で前方斜め下側に向かって屈曲しその後前方に向かって屈曲し、下部フレーム２８の後端部に接続される。各後部フレーム２６は、左右方向の幅を有する第１壁２６ａおよび第２壁２６ｂを含む。第１壁２６ａと第２壁２６ｂとは相互に略一定の間隔をあけて形成され、第１壁２６ａと第２壁２６ｂとは連結部２６ｃによって連結される。連結部２６ｃは第１壁２６ａと第２壁２６ｂとを幅方向の外端縁で連結する。したがって、各後部フレーム２６は断面コ字状に形成される。２つの後部フレーム２６は支持フレーム３０によって連結される。

下部フレーム２８は、後部フレーム２６が接続される後端部から前方に延びさらに前方斜め上側に向かって屈曲し、ヘッドパイプ１４の下側接続部１４ｂに接続される。下部フレーム２８は、それぞれ左右方向に幅を有する第１壁２８ａと第２壁２８ｂとを含む。第１壁２８ａと第２壁２８ｂとは相互に略一定の間隔をあけて形成され、第１壁２８ａと第２壁２８ｂとは連結部２８ｃによって連結される。連結部２８ｃは第１壁２８ａと第２壁２８ｂとを幅方向の中央部で連結し、下部フレーム２８は縦断面Ｉ字型に形成される。

前後方向に延びるフレーム状のシートレール１８は、クレードルフレーム１６の接続部ＡおよびＢに接続されている。シートレール１８の上側には図示しないシートが開閉自在に設けられている。シートを開くことによって二次電池６６（後述）の着脱や燃料の補給が可能となる。

シートレール１８には２つの支持フレーム２０がたとえば溶接等によって取り付けられている。２つの支持フレーム２０の下端部がそれぞれクレードルフレーム１６の接続部ＣおよびＤに取り付けられ、これによってシートレール１８が支持されている。２つの支持フレーム２０は連結フレーム３２によって連結されている。
２つの後部フレーム２６にはそれぞれフランジ２２がたとえば溶接等によって取り付けられている。

図１および図２に戻って、ヘッドパイプ１４内には、車体方向変更用のステアリング軸３４が回動自在に挿通されている。ステアリング軸３４の上端にはハンドル３６が固定されたハンドル支持部３８が取り付けられている。ハンドル支持部３８の上端には表示操作部４０が配置されている。

図７をも参照して、表示操作部４０は、車両１０を駆動する電動モータ５６（後述）の各種データを計測表示するためのメータ４０ａ、走行状態等の各種情報提供用のたとえば液晶ディスプレイ等で構成される表示部４０ｂ、および各種指示や各種情報入力用の入力部４０ｃを一体的に設けたものである。入力部４０ｃは、電動モータ５６と二次電池６６（後述）とを電気的に接続するための始動ボタン４２ａ、ＯＮ／ＯＦＦ回路１５６をオフするための停止ボタン４２ｂ、および停止ボタン４２ｂを点灯させるためのバックライト４２ｃを含む。

図１に示すように、ステアリング軸３４の下端には左右一対のフロントフォーク４４が取り付けられており、フロントフォーク４４それぞれの下端には、前輪４６が前車軸４８を介して取り付けられている。

また、２つのフランジ部２２の下端部の間には、スイングアーム（リヤアーム）５０がピボット軸５２を介して揺動自在に支持されている。スイングアーム５０の後端部５０ａには、後輪５４に連結されかつ後輪５４を回転駆動させるためのたとえばアキシャルギャップ型の電動モータ５６が内蔵されている。また、スイングアーム５０には、電動モータ５６に電気的に接続され電動モータ５６の回転駆動を制御するためのコントローラ６０が内蔵されている。スイングアーム５０とクレードルフレーム１６の後部フレーム２６とはリヤクッション６４を介して連結されている。

車両１０のクレードルフレーム１６の２つの後部フレーム２６の間でありかつ支持フレーム３０の前側には二次電池６６が配置される。二次電池６６は、シートレール１８で囲まれた空間を通るように矢印Ｐで示す斜め方向に着脱できる。二次電池６６は、セルスタック１０２からの電力を蓄え、コントローラ１５０（後述）の指令に応じて電気構成部材に電力を供給する。二次電池６６は、セルスタック１０２や外部の商用電源によって充電できる。二次電池６６には、二次電池６６の蓄電量を検出するための蓄電量検出器６２が内蔵されている。

車両１０は燃料電池システム１００を含む。
燃料電池システム１００は、電動モータ５６や補機類等を駆動するための電気エネルギを生成する。

以下、燃料電池システム１００について説明する。
図１および図２を参照して、燃料電池システム１００は、メタノール（メタノール水溶液）を改質せずにダイレクトに電気エネルギの生成（発電）に利用する直接メタノール型燃料電池システムである。

燃料電池システム１００は、下部フレーム２８の下方に配置されるセルスタック１０２を含む。図１に示すように、セルスタック１０２は、後部フレーム２６から吊るされるステー１０４によって支持されている。

図６に示すように、セルスタック１０２は、メタノールに基づく水素イオンと酸素との電気化学反応によって発電できる燃料電池（燃料電池セル）１０４を、セパレータ１０６を挟んで複数個積層（スタック）して構成されている。セルスタック１０２を構成する各燃料電池１０４は、固体高分子膜等から構成される電解質膜１０４ａと、電解質膜１０４ａを挟んで互いに対向するアノード（燃料極）１０４ｂおよびカソード（空気極）１０４ｃとを含む。アノード１０４ｂおよびカソード１０４ｃはそれぞれ、電解質膜１０４ａ側に設けられる白金触媒層を含む。

また、図１および図２に戻って、二次電池６６およびクレードルフレーム１６の後部フレーム２６の後方には、上から順にラジエータ１０６および気液分離器１０８が後方に傾くように配置されている。ラジエータ１０６はシートレール１８および支持フレーム２０、気液分離器１０８は後部フレーム２６に、それぞれ固定されている。ラジエータ１０６の裏面側にはラジエータ１０６を冷却するためのファン１１０が設けられ、気液分離器１０８の裏面側には気液分離器１０８を冷却するためのファン１１２が設けられている。ファン１１０および１１２はそれぞれ、ラジエータ１０６および気液分離器１０８による冷却動作を促進し、燃料電池システム１００の温度上昇を抑制する。

また、クレードルフレーム１６内であり二次電池６６の前方には、燃料供給系の組立体１１３が配置されている。組立体１１３は燃料タンク１１４および水溶液タンク１１６等を含む。

燃料タンク１１４は、セルスタック１０２の電気化学反応の燃料となる高濃度（たとえば、メタノールを約５０ｗｔ％含む）のメタノール燃料（高濃度メタノール水溶液）を収容している。燃料タンク１１４にはレベルセンサ１１８（図７参照）が装着され、燃料タンク１１４内のメタノール燃料の液面の高さひいては液量が検出される。また、燃料タンク１１４には燃料ポンプ１２０およびラジエータバルブ１２２が取り付けられており、燃料タンク１１４の前面には燃料フィルタ１２４（図６参照）および逆止弁１２５が取り付けられている。燃料タンク１１４の後部にはキャッチタンク１２６がたとえば面ファスナーによって取り付けられている。

水溶液タンク１１６は、燃料タンク１１４からのメタノール燃料をセルスタック１０２の電気化学反応に適した濃度（たとえば、メタノールを約３ｗｔ％含む）に希釈したメタノール水溶液を収容している。水溶液タンク１１６にはレベルセンサ１２８（図７参照）が装着され、水溶液タンク１１６内のメタノール水溶液の液面の高さひいては液量が検出される。また、水溶液タンク１１６には、水溶液ポンプ１３０および水溶液フィルタ１３２が取り付けられている。

さらに燃料タンク１１４と水溶液タンク１１６とはブラケット（図示せず）を介して連結され一体化されている。ブラケットには、超音波センサ１３４および検出用バルブ１３６（図６参照）が取り付けられている。

このように燃料タンク１１４、燃料ポンプ１２０、ラジエータバルブ１２２、燃料フィルタ１２４、逆止弁１２５、キャッチタンク１２６、水溶液タンク１１６、水溶液ポンプ１３０、水溶液フィルタ１３２、超音波センサ１３４および検出用バルブ１３６が一体化された組立体１１３は、複数箇所で車体フレーム１２に取り付けられている。具体的には、燃料タンク１１４がクレードルフレーム１６の上部フレーム２４の下方に位置し、水溶液タンク１１６が燃料タンク１１４の前方斜め左下方向に位置するように、組立体１１３がクレードルフレーム１６内に配置されている。そして、燃料タンク１１４の上部が２箇所で上部フレーム２４に取り付けられ、かつ水溶液タンク１１６の下部が１箇所で下部フレーム２８に取り付けられている。

また、セルスタック１０２の後方であり後部フレーム２６の下側には水タンク１３８が設けられ、水タンク１３８にはレベルセンサ１４０（図７参照）が装着され、水タンク１３８内の水面の高さひいては水量が検出される。水タンク１３８の上面には水ポンプ１４２が取り付けられている。

図２からわかるように、クレードルフレーム１６の右側には、気体に含まれる塵等の異物を除去するためのエアフィルタ１４４が配置されている。エアフィルタ１４４の下方にはエアチャンバ１４６が設けられ、エアチャンバ１４６の下方にはエアポンプ１４８が設けられている。

また、図４をも参照して、クレードルフレーム１６の上部フレーム２４の第１壁２４ａと第２壁２４ｂとの間において第２壁２４ｂの対向面３２ｂ上にはコントローラ１５０が設けられ、たとえばボルトによって固定されている。第１壁２４ａの上面にはＤＣ−ＤＣコンバータを含む電源回路１５２が配置され、たとえばボルトによって固定されている。また、ヘッドパイプ１４には、クレードルフレーム１６の右側から操作できるようにメインスイッチ１５４が設けられている。メインスイッチ１５４がオンされることによってコントローラ１５０が起動されかつリレー１８８（後述）がオンされる。
さらに、後部フレーム２６の左側近傍にはＯＮ／ＯＦＦ回路１５６が設けられ、後部フレーム２６の右側近傍にはＤＣ−ＤＣコンバータ１５８が設けられている。

図６に示すように、燃料タンク１１４と燃料フィルタ１２４とはパイプＰ１を介して接続され、燃料フィルタ１２４と燃料ポンプ１２０とはパイプＰ２を介して接続され、燃料ポンプ１２０と水溶液タンク１１６とはパイプＰ３を介して接続されている。

水溶液タンク１１６と水溶液ポンプ１３０とはパイプＰ４を介して接続され、水溶液ポンプ１３０と水溶液フィルタ１３２とはパイプＰ５およびＰ６を介して接続され、水溶液フィルタ１３２と入口温度センサ１６０とはパイプＰ７を介して接続され、入口温度センサ１６０とセルスタック１０２のアノード入口Ｉ１とはパイプＰ８を介して接続されている。水溶液ポンプ１３０を駆動させることによってセルスタック１０２にメタノール水溶液が供給される。入口温度センサ１６０がセルスタック１０２に流入するメタノール水溶液の温度を検出する。この検出温度をセルスタック１０２の温度とみなす。

セルスタック１０２のアノード出口Ｉ２と出口温度センサ１６２とはパイプＰ９を介して接続され、出口温度センサ１６２とラジエータ１０６とはパイプＰ１０を介して接続されている。出口温度センサ１６２がセルスタック１０２から流出するメタノール水溶液の温度を検出する。

ラジエータ１０６と水溶液タンク１１６とはパイプＰ１１を介して接続されている。また、パイプＰ１０とＰ１１とは、パイプＰ１２、ラジエータバルブ１２２およびパイプＰ１３を介して接続され、ラジエータ１０６をバイパスする流路が構成されている。
上述したパイプＰ１〜Ｐ１３は主として燃料の流路となる。

また、エアフィルタ１４４とエアチャンバ１４６とはパイプＰ１４を介して接続され、エアチャンバ１４６とエアポンプ１４８とはパイプＰ１５を介して接続され、エアポンプ１４８とセルスタック１０２のカソード入口Ｉ３とはパイプＰ１６を介して接続されている。燃料電池システム１００の発電時にはエアポンプ１４８を駆動させることによって、酸素を含む空気が外部から吸入される。

セルスタック１０２のカソード出口Ｉ４と気液分離器１０８とはパイプＰ１７を介して接続され、気液分離器１０８と水タンク１３８とはパイプＰ１８を介して接続され、水タンク１３８にはパイプ（排気管）Ｐ１９が設けられている。

燃料タンク１１４の気層と逆止弁１２５とはパイプＰ２０を介して接続され、逆止弁１２５と水溶液タンク１１６の気層とはパイプＰ２１を介して接続されている。このようにして燃料タンク１１４と水溶液タンク１１６との気層同士が接続される。
上述したパイプＰ１４〜Ｐ１９は主として酸化剤の流路となる。

さらに、水タンク１３８と水ポンプ１４２とはパイプＰ２２を介して接続され、水ポンプ１４２と水フィルタ１６６とはパイプＰ２３を介して接続され、水フィルタ１６６と逆止弁１６８とはパイプＰ２４を介して接続され、逆止弁１６８と水溶液タンク１１６とはパイプＰ２５を介して接続されている。
上述したパイプＰ２２〜Ｐ２５は水の流路となる。

また、パイプＰ５には超音波センサ１３４が接続されている。超音波センサ１３４は、メタノール濃度に応じて超音波の伝搬時間（伝搬速度）が変化することを利用して、メタノール水溶液のメタノール濃度（メタノール水溶液におけるメタノールの割合）を検出するために用いられる。超音波センサ１３４による濃度検出には、セルスタック１０２に向けて送られるメタノール水溶液の一部が用いられる。超音波センサ１３４は、発信部と受信部とを含み、発信部から発信した超音波を受信部で受信して超音波伝搬時間を検出し、その伝搬時間に相当する電圧値を物理的な濃度情報とする。コントローラ１５０は、その濃度情報に基づいて、セルスタック１０２に送られるメタノール水溶液のメタノール濃度を検出する。

超音波センサ１３４にはパイプＰ２６を介して検出用バルブ１３６が接続され、検出用バルブ１３６と水溶液タンク１１６とはパイプＰ２７を介して接続されている。メタノール濃度の検出時には検出用バルブ１３６が閉じられ、超音波センサ１３４内でのメタノール水溶液の流れが止められる。メタノール濃度の検出後、検出用バルブ１３６が開けられ、濃度検出済みのメタノール水溶液が水溶液タンク１１６に戻される。
上述したパイプＰ２６およびＰ２７は主として濃度検出用の流路となる。

さらに、水溶液タンク１１６とキャッチタンク１２６とはパイプＰ２８を介して接続され、キャッチタンク１２６とパイプＰ１６とはパイプＰ２９を介して接続され、キャッチタンク１２６と水溶液タンク１１６とはパイプＰ３０を介して接続されている。
上述したパイプＰ２０，Ｐ２１およびＰ２８〜Ｐ３０は主として燃料処理用の流路となる。

図１および図２に戻って、このような車両１０はカバー１７０を備える。カバー１７０は、シートの部分を除いてクレードルフレーム１６や燃料電池システム１００を、車両左右両側および上側から覆うように設けられている。カバー１７０の固定手段は任意でよいが、この実施形態では、カバー１７０の内表面に設けられた突部（図示せず）をクレードルフレーム１６等に設けられたギボシ（図示せず）に嵌入することによって固定されている。図５からわかるように、カバー１７０は、ヘッドパイプ１４の下側接続部１４ｂの近傍に外気を取り入れるための吸気口１７２を有している。吸気口１７２は前方下向きに形成されている。ラジエータ冷却用のファン１１０の駆動によってカバー１７０内の空間が負圧となるため吸気口１７２から外気が導入される。これによってクレードルフレーム１６内に設けられた各種補機類やコントローラ１５０等が冷却される。

また、吸気口１７２はコントローラ１５０よりも低い位置に設けられている。車両１０は外を走行するため降雨時など吸気口１７２から浸水する場合がある。このときでもコントローラ１５０を吸気口１７２よりも上側に設けておくことによってコントローラ１５０が水分によって濡れてしまうことを防止できる。

ついで、図７を参照して、燃料電池システム１００の電気的構成について説明する。
燃料電池システム１００のコントローラ１５０は、必要な演算を行い燃料電池システム１００の動作を制御するためのＣＰＵ１７４、ＣＰＵ１７４にクロックを与えるクロック回路１７６、燃料電池システム１００の動作を制御するためのプログラムやデータおよび演算データ等を格納するための、たとえばＥＥＰＲＯＭからなるメモリ１７８、電動モータ５６にセルスタック１０２を接続するための電気回路１８０における電圧を検出するための電圧検出回路１８２、燃料電池１０４ひいてはセルスタック１０２を流れる電流を検出するための電流検出回路１８４、および電気回路１８０を保護するための電圧保護回路１８６を含む。

電気回路１８０には、電気回路１８０を開閉するためのＯＮ／ＯＦＦ回路１５６およびＤＣ−ＤＣコンバータ１５８が直列接続され、さらに、電気回路１８０には所定の電圧を出力するための電源回路１５２がリレー１８８を介して接続されている。電圧保護回路１８６は、セルスタック１０２の電圧低下検出時にＯＮ／ＯＦＦ回路１５６を開放させる。

このようなコントローラ１５０のＣＰＵ１７４には、レベルセンサ１１８，１２８および１４０からの検出信号、ならびに超音波センサ１３４、入口温度センサ１６０および出口温度センサ１６２からの検出信号が入力される。また、ＣＰＵ１７４には、メインスイッチ１５４からの入力信号や、入力部４０ｃの始動ボタン４２ａおよび停止ボタン４２ｂからの入力信号が入力される。また、ＣＰＵ１７４には蓄電量検出器６２からの検出信号が入力される。ＣＰＵ１７４は、蓄電量検出器６２からの検出信号と二次電池６６の容量に関する情報とを用いて二次電池６６の蓄電率（二次電池６６の容量に対する蓄電量の割合）を算出する。さらに、ＣＰＵ１７４には電圧検出回路１８２からの電圧検出値および電流検出回路１８４からの電流検出値が入力される。ＣＰＵ１７４は、電圧検出値と電流検出値とを用いてセルスタック１０２の出力を算出する。

また、ＣＰＵ１７４によって、燃料ポンプ１２０、水溶液ポンプ１３０、エアポンプ１４８、水ポンプ１４２、ファン１１０，１１２、ラジエータバルブ１２２および検出用バルブ１３６等の補機類が制御される。また、ＣＰＵ１７４によって、各種情報を表示し車両１０のドライバに各種情報を報知するための表示部４０ｂが制御される。さらに、ＣＰＵ１７４によって、入力部４０ｃのバックライト４２ｃの点灯／消灯が制御される。また、ＣＰＵ１７４によって、ＯＮ／ＯＦＦ回路１５６およびリレー１８８の開閉動作が制御され、電源回路１５２の動作が制御され、電動モータ５６と二次電池６６との電気的接続が制御される。

セルスタック１０２には二次電池６６およびコントローラ６０を接続できる。二次電池６６およびコントローラ６０は電動モータ５６に接続できる。二次電池６６はセルスタック１０２からの電力によって充電可能であり、二次電池６６の放電によって電動モータ５６、コントローラ６０および補機類等に電力を与えることができる。

コントローラ６０には、電動モータ５６の各種データを計測するためのメータ４０ａが接続され、メータ４０ａによって計測されたデータおよび電動モータ５６の状況は、ＣＰＵ１７４に与えられる。

なお、二次電池６６は車両１０から取り外して外部電源（商用電源）によって充電できる。

この実施形態では、コントローラ１５０が制御手段に相当する。電源回路１５２が電源手段に相当する。ラジエータ１０６を冷却するためのファン１１０が送風手段に相当する。

ついで、このような車両１０の基本的な動作について説明する。
まず、メインスイッチ１５４がオンされるとコントローラ１５０が起動され、リレー１８８がオンされる。リレー１８８がオンされると、二次電池６６からの電圧が電源回路１５２で所定の電圧に変換されて補機類等に与えられる。その後、始動ボタン４２ａが押されると、コントローラ６０によって電動モータ５６と二次電池６６とが電気的に接続され、二次電池６６の蓄電量が所定値（たとえば蓄電率４０％）以上であれば、二次電池６６によって電動モータ５６が駆動される。

二次電池６６の蓄電量が当該所定値未満であれば、ＣＰＵ１７４によってＯＮ／ＯＦＦ回路１５６がオンされ、セルスタック１０２が二次電池６６および電動モータ５６に接続される。そして、ＣＰＵ１７４からの指示によって水溶液ポンプ１３０やエアポンプ１４８等の補機類の駆動が開始され、セルスタック１０２の発電が開始される。

図６を参照して、セルスタック１０２の発電動作について説明する。
水溶液タンク１１６内のメタノール水溶液は、水溶液ポンプ１３０の駆動によってパイプＰ４からＰ６を介して水溶液フィルタ１３２に供給される。そして、水溶液フィルタ１３２で不純物等が除去されたメタノール水溶液は、パイプＰ７、入口温度センサ１６０、パイプＰ８およびアノード入口Ｉ１を介して、セルスタック１０２を構成する各燃料電池１０４のアノード１０４ｂにダイレクトに供給される。

また、水溶液タンク１１６内にある気体（主に、二酸化炭素、気化したメタノールおよび水蒸気）は、パイプＰ２８を介してキャッチタンク１２６に与えられる。キャッチタンク１２６内では気化したメタノールと水蒸気とが冷却される。キャッチタンク１２６内で得られたメタノール水溶液は、パイプＰ３０を介して水溶液タンク１１６に戻される。また、キャッチタンク１２６内の気体（二酸化炭素、液化されなかったメタノールおよび水蒸気）は、パイプＰ２９を介してパイプＰ１６に与えられる。

一方、エアポンプ１４８の駆動によってエアフィルタ１４４から吸入された空気（エア）は、パイプＰ１４を介してエアチャンバ１４６に流入することによって消音され、その後パイプＰ１５およびエアポンプ１４８を介してパイプＰ１６に与えられる。そして、その空気は、キャッチタンク１２６からの気体とともに、パイプＰ１６およびカソード入口Ｉ３を介してセルスタック１０２を構成する各燃料電池１０４のカソード１０４ｃに供給される。

各燃料電池１０４のアノード１０４ｂでは、供給されたメタノール水溶液におけるメタノールと水とが化学反応し、二酸化炭素および水素イオンが生成される。生成された水素イオンは、電解質膜１０４ａを介してカソード１０４ｃに流入し、そのカソード１０４ｃ側に供給された空気中の酸素と電気化学反応して水（水蒸気）および電気エネルギが生成される。つまり、セルスタック１０２において発電が行われる。セルスタック１０２からの電力は、二次電池６６への充電や車両１０の走行駆動等に利用される。セルスタック１０２は、電気化学反応に伴って発生する熱によって温度上昇する。セルスタック１０２の出力はその温度上昇に伴って上昇し、セルスタック１０２は約６０℃で定常的に発電可能となる。この実施形態では、燃料電池システム１００は、セルスタック１０２の温度が６０℃を超えると昇温運転から通常運転に移行する。

各燃料電池１０４のアノード１０４ｂで生成された二酸化炭素および未反応メタノール水溶液は、上記電気化学反応に伴って熱せられる。当該二酸化炭素および未反応メタノール水溶液は、昇温運転時には、セルスタック１０２のアノード出口Ｉ２、パイプＰ９、出口温度センサ１６２およびパイプＰ１０を介してラジエータ１０６に与えられ冷却された後、パイプＰ１１を介して水溶液タンク１１６に戻される。ラジエータ１０６による二酸化炭素および未反応メタノールの冷却動作は、ファン１１０を動作させることによって促進される。

また、セルスタック１０２のアノード出口Ｉ２から流出するメタノール水溶液が所定温度以下であり冷却する必要がない場合には、ラジエータバルブ１２２が開き、そのメタノール水溶液は、パイプＰ１２、ラジエータバルブ１２２、パイプＰ１３およびＰ１１を介して水溶液タンク１１６に与えられる。

一方、各燃料電池１０４のカソード１０４ｃで生成された水蒸気の大部分は液化して水となってセルスタック１０２のカソード出口Ｉ４から排出されるが、飽和水蒸気分はガス状態で排出される。カソード出口Ｉ４から排出された水分（水、水蒸気）、二酸化炭素および未反応の空気を含む排気は、パイプＰ１７を介して気液分離器１０８に与えられて冷却され、水蒸気の一部は露点以下となって液化される。気液分離器１０８による水蒸気の液化動作は、ファン１１２を動作させることによって促進される。そして、気液分離器１０８からの水、水蒸気、二酸化炭素および未反応の空気を含む排気は、パイプＰ１８を介して水タンク１３８に供給され、水は水タンク１３８に回収され、水蒸気、二酸化炭素および未反応の空気を含む排気はパイプＰ１９を介して外部へ排出される。

水タンク１３８に回収された水は、水ポンプ１４２の駆動によってパイプＰ２２、水ポンプ１４２、パイプＰ２３、水フィルタ１６６、パイプＰ２４、逆止弁１６８およびパイプＰ２５を介して水溶液タンク１１６に適宜還流され、メタノール水溶液の水として利用される。

つぎに、車両１０の運転停止動作について説明する。
まず、車両１０が運転されかつ燃料電池システム１００が発電している状態において、メインスイッチ１５４がオフされると、電動モータ５６とセルスタック１０２および二次電池６６との接続を絶つようにＣＰＵ１７４がコントローラ６０に指示する。これに応じて、電動モータ５６とセルスタック１０２および二次電池６６との接続が絶たれる。その後、二次電池６６の蓄電量が所定値（たとえば蓄電率９８％）以上になるか停止ボタン４２ｂが押されると、水溶液ポンプ１３０およびエアポンプ１４８等の補機類が停止されるとともにＯＮ／ＯＦＦ回路１５６およびリレー１８８がオフされる。これによって、燃料電池システム１００の発電が停止されかつ車両１０の運転が停止される。

また、車両１０が運転されかつ燃料電池システム１００が発電している状態において、二次電池６６の蓄電量が所定値（たとえば蓄電率９８％）以上になるか停止ボタン４２ｂが押されると、水溶液ポンプ１３０およびエアポンプ１４８等の補機類が停止されるとともにＯＮ／ＯＦＦ回路１５６がオフされ、燃料電池システム１００の発電が停止される。その後、メインスイッチ１５４がオフされると、電動モータ５６とセルスタック１０２および二次電池６６との接続が絶たれるとともにリレー１８８がオフされ、車両１０の運転が停止される。

このような車両１０によれば、コントローラ１５０を車体フレーム１２の第１壁２４ａと第２壁２４ｂとの間に設けることによって、第１壁２４ａや第２壁２４ｂの外側に設けた場合に比べてコントローラ１５０の占めるスペースを小さくでき、車両１０を小さくできる。また、第１壁２４ａと第２壁２４ｂとによってコントローラ１５０を外力から保護することができる。さらに、コントローラ１５０を第１壁２４ａと第２壁２４ｂとの間に設けることによってコントローラ１５０の放熱を促進できコントローラ１５０を冷却できるので、コントローラ１５０が燃料電池システム１００を制御しコントローラ１５０の発熱量が大きくなる場合に好適に用いられる。

車体フレーム１２のヒートシンク部Ｈにコントローラ１５０を設けることによって、別途ヒートシンクを用いることなく放熱を促進できる。

クレードルフレーム１６はヘッドパイプ１４に上側接続部１４ａおよび下側接続部１４ｂの２箇所で接続され、剛性の大きい車体フレーム１２が得られる。したがって、クレードルフレーム１６に連結部のないヒートシンク部Ｈを構成しても、クレードルフレーム１６ひいては車体フレーム１２の剛性を低下させることなくフレーム強度を確保できる。

クレードルフレーム１６をカバー１７０で覆うことによって、クレードルフレーム１６のヒートシンク部Ｈに設けられたコントローラを外力からさらに保護することができる。

ファン１１０はコントローラ１５０よりも吸気口１７２から導入された空気の流れの下流側に配置されるので、ラジエータ１０６を冷却した後の空気がコントローラ１５０に与えられることはなく、冷却効率の低下を防止できる。

ヒートシンク部Ｈのうちコントローラ１５０が固定される対向面３２ｂは平面状であるので、コントローラ１５０を安定して固定できる。

コントローラ１５０と電源回路１５２とを別々の部材（壁）に設けることによって、同一の部材に設ける場合に比べて、コントローラ１５０および電源回路１５２の冷却効率を高くすることができる。

なお、コントローラ１５０が第２壁２４ｂの対向面３２ｂに設けられている場合、電源回路１５２は第１壁２４ａの下面である対向面３２ａに設けられてもよい。また、コントローラ１５０が第１壁２４ａの対向面３２ａに設けられている場合、電源回路１５２は第１壁２４ａの上面および下面のいずれに設けられてもよい。

また、上述の実施形態では、コントローラ１５０および電源回路１５２は、燃料電池システム１００に含まれていたが、それに限定されず、燃料電池システム１００に含まれないように構成されてもよいことはいうまでもない。

送風手段は、ファン１１０に限定されず、ファン１１２であってもよい。

さらに、吸気口１７２とコントローラ１５０との間には水溶液タンク１１６などの燃料電池システム１００の構成部材が存在しないことが好ましい。この場合、吸気口１７２から導入された外気は他の熱を吸収する前にコントローラ１５０を冷却するのでコントローラ１５０の冷却効率が向上する。

上述の実施形態では、燃料としてメタノールを、燃料水溶液としてメタノール水溶液を用いたが、これに限定されず、燃料としてエタノール等のアルコール系燃料、燃料水溶液としてエタノール水溶液等のアルコール系水溶液を用いてもよい。

この発明の一実施形態の車両を示す左側面図である。図１の実施形態の車両を示す右側面図である。車体フレームを示す斜視図である。コントローラおよび電源回路の配置状態を示す図解図である。カバーの吸気口近傍を示す図解図である。図１の実施形態で用いられた燃料電池システムの配管を示すシステム図である。図１の実施形態で用いられた燃料電池システムの電気的構成を示すブロック図である。

符号の説明

１０車両
１２車体フレーム
１４ヘッドパイプ
１４ａ上側接続部
１４ｂ下側接続部
１６クレードルフレーム
２４ａ，２６ａ，２８ａ第１壁
２４ｂ，２６ｂ，２８ｂ第２壁
２６ｃ，２８ｃ連結部
３２ａ，３２ｂ対向面
６０，１５０コントローラ
１００燃料電池システム
１０２セルスタック
１０４燃料電池（燃料電池セル）
１１０，１１２ファン
１５２電源回路
１７０カバー
１７２吸気口
１７４ＣＰＵ
Ｈヒートシンク部

Claims

燃料電池システムを含む車両であって、
第１壁と第２壁と前記第１壁および前記第２壁を連結する連結部とを有する車体フレーム、および
前記燃料電池システムを制御するために前記第１壁と前記第２壁との間に設けられる制御手段を備え、
前記車体フレームは、前記連結部を介さずに対向する前記第１壁と前記第２壁とを有するヒートシンク部を含み、
前記制御手段は、前記ヒートシンク部の前記第１壁と前記第２壁との間に設けられる、車両。
前記車体フレームは、ヘッドパイプ、および前記ヘッドパイプの上側接続部から後方に延びた後に屈曲し前記ヘッドパイプのうち前記上側接続部よりも下方に設けられる下側接続部に延びるクレードルフレームを含み、
前記クレードルフレームは前記ヒートシンク部を含む、請求項１に記載の車両。
前記クレードルフレームを覆いかつ前記下側接続部近傍に吸気口を有するカバーをさらに備え、
前記ヒートシンク部は、前記クレードルフレームのうち前記下側接続部よりも上側に設けられる、請求項２に記載の車両。
前記燃料電池システムは当該燃料電池システムの温度上昇を抑制するための送風手段を含み、
前記送風手段は前記制御手段よりも前記吸気口から導入された空気の流れの下流側に設けられる、請求項３に記載の車両。
前記ヒートシンク部の前記第１壁および前記第２壁の少なくともいずれか一方は平面状の対向面を有し、
前記制御手段は前記対向面に固定される、請求項１に記載の車両。
燃料電池システムを含む車両であって、
第１壁と第２壁と前記第１壁および前記第２壁を連結する連結部とを有する車体フレーム、
前記燃料電池システムを制御するために前記第１壁と前記第２壁との間に設けられる制御手段、および
所定電圧を出力する電源手段を備え、
前記制御手段は前記第１壁および前記第２壁の一方に設けられ、
前記電源手段は前記第１壁および前記第２壁の他方に設けられる、車両。