JP5407546B2 - 燃料電池車両 - Google Patents

Description

本発明は、燃料電池が発電した電力で走行する燃料電池車両に関する。

燃料、例えば水素ガスを貯蔵する燃料タンクと、燃料と空気、より詳しくは空気中の酸素との化学反応により発電する燃料電池スタック（以下、単に燃料電池という）と、二次電池と、駆動輪を駆動させるモータと、を備えた燃料電池車両の開発が進められている。

ここで、従来の四輪車用の燃料電池システムは、数１０ｋＷという比較的に大電力を発生させるものが多く、発電にともない同等の熱量を発生させる。そこで、従来の四輪車用の燃料電池システムは、冷却効率の高い水冷式の冷却システムを備える。また、大電力を発生させるために、燃料電池システムに大量の空気を送り込むコンプレッサを備える。

一方、空冷式燃料電池システムは、発生させる電力が数ｋＷという比較的に小電力であるものの、水冷式の冷却システムに備わるラジエータ、冷却水ポンプ、リザーバタンク、配管類が不要であり、発電にともない発生する熱を反応ガスとしての空気で冷却できる。また、空冷式燃料電池システムは、空気流路の圧損が低い。これにより、空冷式燃料電池システムは、補機としてコンプレッサに換えてファンで足りるシンプルなシステム構成を有するとともに、補機の消費電力を低く抑えることもできる。そこで、四輪車に比べて低出力で走行可能な燃料電池自動二輪車や、モータチェアのような小型電動車両などの燃料電池車両では、空冷式燃料電池システムが用いられる例が有る。

従来の燃料電池車両の一例としての燃料電池自動二輪車は、空冷式燃料電池システムを備える。このような燃料電池自動二輪車は、車両本体の中央に配置された燃料電池と、燃料電池の前方に開口され、冷却用の空気を吸い込むダクトと、を備える（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００１−３１５６８０号公報

空冷式燃料電池システムを備えた燃料電池車両は、コンプレッサに換えてファンを用いて反応ガスとしての空気を燃料電池に送るため、空冷式燃料電池システムの吸気系および排気系における流路圧損を低減することがシステム設計の上で最重要な課題の１つとなる。

また、空冷式燃料電池システムは、燃料電池に供給される空気を燃料電池の反応ガスとして用いるのみでなく、燃料電池の冷却風としても用いる。したがって、空冷式燃料電池システムにおいては、燃料電池の稼動状態により空気の供給条件を変えられることが望ましいが、車両開発事例が少なく、知見が少ない。

従来の空冷式燃料電池システムを備えた燃料電池自動二輪車は、燃料電池の前方にダクトを設け、走行風を直接的に燃料電池に導くよう構成される。しかしながら、ダクトに吸い込まれる空気の開口は、車両本体の前方側のカウルや、ライダーの足などが障害物となり、十分な走行風を燃料電池に導けないという課題がある。

そこで、本発明は、空冷式の燃料電池を備え、燃料電池に供給される空気の供給量を容易に制御可能な燃料電池車両を提案する。

前記の課題を解決するため本発明に係る燃料電池車両は、車体と、前記車体に収容された燃料電池と、前記車体の側方または前方に向けて開口された吸気口を有し、前記燃料電池に反応ガスを案内する吸気管と、前記燃料電池の排気口に連通される排気ダクトと、を備え、前記吸気口は、前記燃料電池よりも前記車体の下方側に配置され、排気ダクトは、その前方下端部に前記燃料電池の排気口が連通されるとともに、その後方端部であって前記燃料電池の排気口の連通位置よりも上方に配置された排気口によって前記燃料電池の排気を前記車体外へ導くことを特徴とする燃料電池車両。

本発明によれば、空冷式の燃料電池を備え、燃料電池に供給される空気の供給量を容易に制御可能な燃料電池車両を提供できる。

本発明の実施形態に係る燃料電池車両の一例として燃料電池自動二輪車を示した左側面図。 本発明の実施形態に係る燃料電池車両の一例として燃料電池自動二輪車を示した左側面図。 本発明の実施形態に係る燃料電池車両の一例として燃料電池自動二輪車の外装を部分的に切り欠いて示した斜視図。 本発明の実施形態に係る燃料電池車両の一例として燃料電池自動二輪車の後半部を部分的に示した斜視図。 本発明の実施形態に係る燃料電池車両の一例として燃料電池自動二輪車の後半部を示した右側面図。 本発明の実施形態に係る燃料電池車両の一例として燃料電池自動二輪車の後半部を部分的に示した斜視図。 本発明の実施形態に係る燃料電池車両の一例として燃料電池自動二輪車の後半部を部分的に示した斜視図。 本発明の実施形態に係る燃料電池車両の一例として燃料電池自動二輪車の吸気管を部分的に示した斜視図。 本発明の実施形態に係る燃料電池車両の他の例として燃料電池自動二輪車の後半部を示した右側面図。 本発明の実施形態に係る燃料電池車両の他の例として燃料電池自動二輪車の後半部を部分的に示した斜視図。 本発明の実施形態に係る燃料電池車両の他の例として燃料電池自動二輪車の後半部を示した右側面図。 本発明の実施形態に係る燃料電池車両の他の例として燃料電池自動二輪車の後半部を部分的に示した斜視図。 本発明の実施形態に係る燃料電池車両の一例として燃料電池自動二輪車の主要な装置を示したブロック図。

以下、本発明に係る燃料電池自動二輪車の実施の形態について、図１から図１３を参照して説明する。

図１および図２は、本発明の実施形態に係る燃料電池車両の一例として燃料電池自動二輪車を示した左側面図である。図１は、燃料電池自動二輪車１の外観を示した左側面図であり、図２は、燃料電池自動二輪車１の外装を部分的に切り欠き、もしくは除去し、内部構造を示した左側面図である。

図３は、本発明の実施形態に係る燃料電池車両の一例として燃料電池自動二輪車の外装を部分的に切り欠いて示した斜視図である。

図４は、本発明の実施形態に係る燃料電池車両の一例として燃料電池自動二輪車の後半部を部分的に示した斜視図である。

また、説明を容易にするため、燃料電池車両すなわち燃料電池自動二輪車の前方を実線矢に「Ｆ」、後方を示す実線矢に「Ｒ」を付して図示する。

図１から図４に示すように、本実施の形態に係る燃料電池車両としての燃料電池自動二輪車１は、燃料電池２を備え、燃料電池２から得られる電力を用いて走行する自動二輪車である。また、燃料電池自動二輪車１は、スクータ型の自動二輪車である。燃料電池自動二輪車１は、車両本体３（車体）と、操舵輪である前輪５と、前輪５を操舵するハンドル６と、駆動輪である後輪７と、後輪７を駆動させるモータ８と、を備える。

燃料電池２は、燃料に水素ガスを用いた空冷式燃料電池システムである。

車両本体３は、主構造部材であるフレーム１０と、フレーム１０を覆う外装１１と、フレーム１０の上方に配置されたシート１２と、を備える。また、車両本体３は、燃料電池２と、燃料電池２の発電に用いられる燃料を貯蔵する燃料タンク１５と、燃料電池２の電力を補助する二次電池１６と、燃料電池２の出力電圧を調整し、燃料電池２および二次電池１６の電力分配制御を行う電力管理装置１７と、電力管理装置１７から供給される直流電力を三相交流電力に変換し、モータ８の運転制御を行うモータコントローラ１８と、これらを統括的に管理し、運転制御を行う車両コントローラ１９と、を備える。すなわち、燃料電池自動二輪車１のパワートレインは、燃料電池２および二次電池１６を有するハイブリッドシステムである。

フレーム１０は、ヘッドパイプ２１と、左右一対の上部ダウンフレーム２２と、左右一対の下部ダウンフレーム２３と、左右一対の上部フレーム２４と、左右一対の下部フレーム２５と、を備える。

ヘッドパイプ２１は、車両本体３の前方部にフォーク式のフロントフォーク２７を軸支する。

上部ダウンフレーム２２は、ヘッドパイプ２１の上部に接続され、車両本体３の後方に向かって後下がりに傾斜される。

下部ダウンフレーム２３は、ヘッドパイプ２１の下部からほぼ真下に向かって延在される。

上部フレーム２４は、車両本体３の前半部において下部ダウンフレーム２３の下端から上部ダウンフレーム２２の下端を経て車両本体３の前後方向に延在され、車両本体３の後半部において車両本体３の後方に後上がりに滑らかに傾斜される。上部フレーム２４の後半部の上方には、シート１２が配置される。

また、上部フレーム２４は、車両本体３の後半部にピボット２８を備える。

下部フレーム２５は、下部ダウンフレーム２３の下端から車両本体３の下方に向かって延在され、車両本体３の下端に達する位置で屈曲され、車両本体３の前後方向に延在され、さらに車両本体３の中央部分に達する位置で屈曲され、車両本体３の後上方向に延在されて上部フレーム２４に接続される。それぞれの下部フレーム２５は、その前方側にライダーのためのフットレスト２９を備える。車両本体３の左側に位置された下部フレーム２５は、サイドスタンドブラケット３０を備える。サイドスタンドブラケット３０には、燃料電池自動二輪車１を左傾状態で自立させるサイドスタンド３１が揺動自在に設けられる。

また、フレーム１０は、下部フレーム２５の後方側の屈曲部に架設されたガードフレーム３３を備える。ガードフレーム３３には、燃料電池自動二輪車１を自立させるセンタースタンド３４が揺動自在に設けられる。

このように構成されたフレーム１０によって車両本体３は、左右一対の上部フレーム２４および左右一対の下部フレーム２５で囲まれたセンタートンネル領域３５に燃料タンク１５を備え、上部フレーム２４の後半部、外装１１およびシート１２で囲まれた機器搭載領域３６（機器搭載空間）に燃料電池２、二次電池１６、電力管理装置１７、およびモータコントローラ１８を備える。機器搭載領域３６には、車両本体３の前方側から二次電池１６、電力管理装置１７、燃料電池２、の順に配置される。モータコントローラ１８は、電力管理装置１７の側方、例えば車両本体３の左側に併設される。また、フレーム１０のセンタートンネル領域３５の後方で、かつ機器搭載領域３６の下方のタイヤハウス領域３７は、後輪７が配置される。機器搭載領域３６とタイヤハウス領域３７との間には、それぞれの領域を区画する隔壁部材３９が設けられる。

外装１１は、車両本体３の前半部を覆おうフロントレッグシールドカバー４１と、車両本体３の中央上部に位置され、上部フレーム２４の上方を覆うフロントフレームカバー４２と、車両本体３の後半部に位置され、車両本体３の側面のうちシート１２の下方部分を覆うフレームカバー４３と、を備える。フレームカバー４３は、シート１２とともに燃料電池２、二次電池１６、電力管理装置１７、およびモータコントローラ１８が収容された機器搭載領域３６を区画する。したがって、機器搭載領域３６は、シート１２とフレームカバー４３と隔壁部材３９とで囲まれた密閉的な空間であり、フレームカバー４３、もしくは隔壁部材３９の適宜の箇所に通気孔（図示省略）を設けることで、燃料電池２に供給される反応ガスとしての空気の流れを容易、かつ確実に制御できるとともに、冷却の必要な電気部品に冷却風としての空気の流れを容易、かつ確実に制御できる。なお、機器搭載領域３６は、完全な気密空間である必要はない。

シート１２は、車両本体３の後半上部に位置される。シート１２は、タンデム式であり、運転者が着座する前方部１２ａと、同乗者が着座する後方部１２ｂとが一体的に形成される。

燃料電池２は、シート１２の下方に区画された機器搭載領域３６の後側に偏倚させて配置される。さらに具体的には、燃料電池２は、パッセンジャーが着座するシート１２の後方部１２ｂの下方に配置される。燃料電池２は、扁平な直方体形状に形成され、反応ガスの導入口を有する吸気面２ａを車両本体３の前上方に指向され、前傾される。具体的には、燃料電池２の吸気面２ａは、シート１２の前方部１２ａと後方部１２ｂとの段差部分を指向する。これにより、燃料電池２は、吸気面２ａとシート１２との間に比較的に大きな隙間を確保でき、反応ガスである機器搭載領域３６の雰囲気（空気）を十分に吸い込むことができる。

また、燃料電池２は、ファン４５を有し、吸気面２ａから反応ガスとして機器搭載領域３６の雰囲気（空気）を吸い込む。燃料電池２は、燃料タンク１５から供給された水素ガスと空気に含まれる酸素との化学反応により発電し、この後、湿潤な余剰ガスを排気口４６から排出する。この過程で、燃料電池２は、反応ガスとしての空気によって冷却される。燃料電池２の排気口４６は、排気ダクト４７に連通される。

排気ダクト４７は、燃料電池２の後方に配置され、車両本体３の後端に開口された排気口４８に燃料電池２の排気を導く。排気ダクト４７は、その前方下端部に燃料電池２の排気口４６が連通されるとともに、その後方端部であって燃料電池２の排気口４６の連通位置よりも上方、望ましくは後方上端部に排気口４８を有する。排気ダクト４７は、燃料電池２の排気口４６の連通位置よりも上方に配置された排気口４８を有することで、未反応の水素ガスを含む湿潤な余剰ガスを確実に車両本体３から排気できる。

燃料タンク１５は、燃料電池２の燃料としての水素ガスを貯蔵する。燃料タンク１５は、例えば約３５ＭＰａ高圧圧縮水素貯蔵システムである。燃料タンク１５は、車両本体３の略中央下部のセンタートンネル領域３５に、その長手軸方向を車両本体３の前後方向に沿わせて延在される。したがって、燃料タンク１５は、その周囲を一対の上部フレーム２４および一対の下部フレーム２５によって囲まれ、燃料電池自動二輪車１の衝突などのアクシデントに対し、堅牢に保護される。また、燃料タンク１５は、下部フレーム２５に設けられたフットレスト２９に挟まれる。

また、燃料タンク１５は、車両本体３の一方側の側部に配置された上部フレーム２４、例えば車両本体３の右側に配置された上部フレーム２４と、車両本体３の他方側の側部に配置された下部フレーム２５、例えば車両本体３の左側に配置された下部フレーム２５と、の間に架設されたクランプバンド４９によってセンタートンネル領域３５に固定される。なお、クランプバンド４９は、車両本体３の左側に配置された上部フレーム２４と、車両本体３の右側に配置された下部フレーム２５と、の間に架設しても良い。

さらに、燃料タンク１５は、アルミライナ製複合容器で構成された圧力容器５１と、電磁弁を用いた元弁（図示省略）とレギュレータ（図示省略）とを一体的に有する弁部５２（燃料供給元弁）と、燃料充填口５３を有する燃料充填用継手５４と、を備える。圧力容器５１は両端に半球状の鏡板を有する円柱形状の容器である。

燃料充填用継手５４は、圧力容器５１に連通され、燃料としての水素ガスを燃料充填口５３から圧力容器５１内に導く。燃料充填口５３は、二次電池１６から十分に離間されて配置される。具体的には、燃料充填口５３は、多数の機器が収容された機器搭載領域３６の外側であり、上部ダウンフレーム２２の近傍に配置され、フロントフレームカバー４２に覆われる。さらに具体的には、燃料充填口５３は、圧力容器５１の前方側鏡板の上方近傍に配置される。

また、燃料充填口５３は、車両本体３の上方に指向される。燃料タンク１５に燃料を充填するに際し、フロントフレームカバー４２を開放した状態において、燃料充填口５３の上方は、開放された空間になる。したがって、燃料の充填作業において仮に燃料が漏洩しても、漏洩燃料が滞留することはない。さらに、燃料充填口５３は、通常のガソリンエンジンを備えたスクータ型の自動二輪車における燃料給油口と配置を同じくするので、違和感を生じることがない。

二次電池１６は、箱状のリチウムイオン電池で構成される。二次電池１６は、シート１２の下方に区画された機器搭載領域３６の前側に偏倚させて配置されるとともに、燃料タンク１５の圧力容器５１の後方側鏡板の上方に配置される。さらに具体的には、二次電池１６は、ライダーが着座するシート１２の前方部１２ａの下方に配置され、燃料電池自動二輪車１の仮想的な水平面に略直立される。

なお、燃料電池自動二輪車１は、二次電池１６の他に、メータ類（図示省略）、ランプ類（図示省略）用の電源として１２Ｖ系の電力を供給できる二次電池５６を備える。二次電池５６は、燃料タンク１５の圧力容器５１の側方、例えば車両本体３の右側方に配置される。二次電池５６は、燃料充填口５３よりも下方であるとともに、燃料タンク１５の弁部５２よりも車両本体３の前方に配置される。仮に燃料である水素ガスが燃料充填口５３から漏洩しても、水素ガスは燃料電池自動二輪車１の上方に向かって上昇するので、車内に滞留することなく、車外に拡散する。また、仮に燃料である水素ガスが弁部５２から漏洩しても、水素ガスはタイヤハウス領域３７に向かって移動するので、車内に滞留することなく、車外に拡散する。

電力管理装置１７は、二次電池１６と燃料電池２とに挟まれて配置される。また、電力管理装置１７は、二次電池１６と燃料電池２との間隙に、後傾されて保持される。電力管理装置１７に並設されたモータコントローラ１８も、電力管理装置１７と同様に、二次電池１６と燃料電池２とに挟まれるとともに、二次電池１６と燃料電池２との間隙に後傾されて保持される。

このように、二次電池１６と、電力管理装置１７と、モータコントローラ１８と、燃料電池２とを配置することによって、電気的接続が隣り合う装置を極力近接させて配置することが可能であり、装置間の配線長を短く、配線に係る重量を軽くすることができる。

モータコントローラ１８は、電力管理装置１７に並設される。具体的には、モータコントローラ１８は、車両本体３の左側に配置され、電力管理装置１７は車両本体３の右側に配置される。モータコントローラ１８は、車両本体３の下方に向けて冷却フィン５７を有する。

車両コントローラ１９は、下部フレーム２５の前方であり、燃料タンク１５の前方側鏡板に対向させて配置される。

前輪５は、フロントフォーク２７に回動自在に軸支される。フロントフォーク２７は、弾性的に伸縮自在なテレスコピック構造に構成されるとともに、前輪５の上方にフロントフェンダ５８を支持する。ハンドル６は、フロントフォーク２７の上端部に接続される。前輪５、フロントフォーク２７、およびハンドル６は、ヘッドパイプ２１周りに揺動自在に軸支され、燃料電池自動二輪車１のステアリング機構５９を構成する。

後輪７は、ピボット２８に揺動自在に枢着されたスイングアーム６０に回動自在に軸支される。スイングアーム６０は、リアサスペンション６２を介してフレーム１０に弾性的に支持される。

モータ８は、後輪７を駆動させる燃料電池自動二輪車１の原動機である。モータ８は、スイングアーム６０に一体的に取り付けられ、ユニットスイング式スイングアームを構成する。モータ８は、変速機（図示省略）を介して後輪７に接続される。モータ８が発生させた駆動力は、変速機を介して後輪７に伝達される。

また、車両本体３は、燃料である水素ガスの漏洩を検出する燃料漏洩検出器６３、６４を備える。燃料漏洩検出器６３、６４は、水素ガスを検出可能な水素ガス検出器を用いて構成される。燃料漏洩検出器６３は、機器搭載領域３６、すなわちシート１２の内部空間のうち上方寄りに配置される。燃料漏洩検出器６４は、センタートンネル領域３５のうち燃料タンク１５の弁部５２近傍の空間の上方寄りであり、かつタイヤハウス領域３７に接近した位置に配置される。水素ガスは機器搭載領域３６およびセンタートンネル領域３５の雰囲気である空気よりも軽く、燃料電池２や、燃料タンク１５、燃料タンク１５と燃料電池２との途中配管などからの水素ガスの漏洩時に容易に検出が可能となる。特に、機器搭載領域３６は、密閉的な空間であり、燃料電池２、もしくはその近傍の配管系統（図示省略）から燃料である水素ガスが漏洩した場合は、燃料漏洩検出器６３によって速やかに燃料の漏洩を検知できる。また、燃料漏洩検出器６４は、燃料タンク１５の弁部５２付近から燃料である水素ガスが漏洩した場合に、走行風などによってタイヤハウス領域３７に漏洩燃料が流れ出しやすい状況下においても、確実に燃料の漏洩を検知できる。

ここで、燃料電池自動二輪車１は、加速時や、上り坂の走行の際のようにモータ８の駆動に必要な電力が比較的に大きい場合には、燃料電池２の発電に用いられる反応ガスとしての空気、および燃料電池２の発電にともなう発熱の冷却に用いられる冷却風としての空気の流量を多く必要とするため、走行風（ラムエア）による圧力（ラム圧）を利用できるよう燃料電池２の吸気系を構成することが、補機としてのファン４５の消費電力を低減させるという観点において望ましい。一方、燃料電池２の発電量の制御の観点では、燃料電池自動二輪車１の走行中においても反応ガスとしての空気の供給を減少、もしくは停止させる必要が生じる場合がある。

そこで、燃料電池自動二輪車１の吸気系について説明する。

図５は、本発明の実施形態に係る燃料電池車両の一例として燃料電池自動二輪車の後半部を示した右側面図である。

図６は、本発明の実施形態に係る燃料電池車両の一例として燃料電池自動二輪車の後半部を部分的に示した斜視図である。

図７は、本発明の実施形態に係る燃料電池車両の一例として燃料電池自動二輪車の後半部を部分的に示した斜視図である。

図８は、本発明の実施形態に係る燃料電池車両の一例として燃料電池自動二輪車の吸気管を部分的に示した斜視図である。

図５から図８に示すように、燃料電池自動二輪車１は、車両本体３の側方、例えば右側方に向けて開口された吸気口６６を有し、燃料電池２に反応ガスとしての空気を案内する吸気管６７を備える。

したがって、燃料電池自動二輪車１は、走行風が燃料電池２に直接的に供給されない吸気系を備えることによって、燃料電池２のファン４５を適宜に制御し、適正量の空気を燃料電池２に供給できる。

燃料電池自動二輪車１は、車両本体３の一方側、具体的には左側の側面に配置されたモータ８を備える。そこで、吸気管６７は、車両本体３の他方側、具体的には右側の側面に配置される。

吸気口６６は、燃料電池２の吸気面２ａよりも車両本体３の下方側に配置される。具体的には、燃料電池２は、フレーム１０の上部フレーム２４よりも上方側に区画された機器搭載領域３６に位置され、吸気面２ａは、車両本体３の前上方に向けられ、他方、吸気口６６は、上部フレーム２４よりも下方側に区画されたタイヤハウス領域３７に位置される。

より具体的には、吸気口６６は、車両本体３の他方側、具体的には右側の側面であり、かつ後輪７のホイール部７ａの近傍に配置される。

吸気管６７は、吸気口６６から機器搭載領域３６の内部に延設された管状部６８と、管状部６８に一体に設けられ、燃料電池２の吸気面２ａを覆うように連通された箱状部６９と、を備える。

管状部６８は、吸気口６６を有するエアボックス７１と、後輪７を軸支するスイングアーム６０の揺動に追従して変形する蛇腹部７２と、を備える。

エアボックス７１は、車両本体３の他方側、具体的には右側の側面であり、かつ後輪７のホイール部７ａの近傍に配置される。また、エアボックス７１は、吸気口６６から吸い込まれた空気を整流する螺旋状の流路が形成される。さらに、エアボックス７１は、車両本体３の下方側に位置させたドレン孔７３を有する。ドレン孔７３は、エアボックス７１の最も下方に偏倚させて配置されることが望ましい。なお、エアボックス７１は、吸気口６６から燃料電池２までの流路の途中であれば、何れの位置に設けても良い。また、エアボックス７１内の流路は、螺旋状のものに限られず、空気を整流し、圧力の脈動を低減できる流路形状であれば、例えばジグザグに蛇行する流路形状であっても良い。さらに、エアボックス７１内の流路は、圧力の脈動を十分に低減化できる容量があれば、単なる箱状の容器であっても良い。

箱状部６９は、車両本体３の前上方に指向され、前傾された燃料電池２の吸気面２ａを覆うように設けられ、吸気管６７から案内される反応ガスとしての空気を燃料電池２に供給する。

したがって、燃料電池自動二輪車１は、燃料電池２の吸気面２ａよりも車両本体３の下方側に吸気口６６を配置させたことによって、燃料電池２に供給される反応ガスとしての空気に水や泥などの異物が混入せず、吸気の清浄を確保できる。

また、燃料電池自動二輪車１は、螺旋状の流路が形成されたエアボックス７１を吸気系に備え、燃料電池２に供給される空気の圧力変動を緩和できるとともに、燃料電池２のファン４５を制御することでより確実に適正量の空気を燃料電池２に供給できる。エアボックス７１は、車両本体３の下方側に位置させたドレン孔７３を有することによって、雨水などの水分をドレン孔７３から排出できる。

さらに、燃料電池自動二輪車１は、スイングアーム６０のうち、モータ８が配置された車両本体３の一方側の側面に対し、その反対側である車両本体３の他方側の側面に吸気口６６、およびエアボックス７１を配置させることによって、吸気系の圧力変動の緩和に必要十分な容量を確実に確保できる。

なお、吸気口６６は、車両の側方の他に、車両の後方に向けても良い。この場合にも、走行風が燃料電池２に直接的に供給されルことのない吸気系を構成できる。

次に、燃料電池自動二輪車１の吸気系の他の例について説明する。

図９は、本発明の実施形態に係る燃料電池車両の他の例として燃料電池自動二輪車の後半部を示した右側面図である。

図１０は、本発明の実施形態に係る燃料電池車両の他の例として燃料電池自動二輪車の後半部を部分的に示した斜視図である。

図９および図１０に示すように、燃料電池自動二輪車１は、車両本体３の前方に向けて開口された吸気口７５を有し、燃料電池２に反応ガスとしての空気を案内する吸気管７６を備える。燃料電池自動二輪車１は、車両本体３の前方に向けて開口された吸気口７５を有することによって、走行風を燃料電池２に直接的に供給できる。

したがって、燃料電池自動二輪車１は、走行風を直接的に燃料電池２に供給可能な吸気系を備えることによって、燃料電池２に反応ガス、および冷却風としての空気を供給するためのファン４５の出力を低減させることが可能になり、車両全体としての電力効率を向上できる。

吸気口７５は、燃料電池２よりも車両本体３の前方側に配置され、具体的には、シート１２の前端の下方に配置される。一方、燃料電池２は、吸気面２ａを前上方に向けて配置されるため、吸気口７５から吸気管７６に流れ込んだ空気は効率よく燃料電池２の吸気面２ａに案内される。

吸気管７６は、吸気口７５から機器搭載領域３６の内部に延設された管状部７７と、管状部７７に一体に設けられ、燃料電池２の吸気面２ａを覆うように連通された箱状部７８と、を備える。

管状部７７の内部には、燃料電池２に供給される反応ガス、および冷却風としての空気の流量を調整する流量調整ダンパ８０が設けられる。流量調整ダンパ８０は、吸気管７６を開閉自在な弁である。燃料電池自動二輪車１は、燃料電池２に供給される空気量を増減、もしくは遮断させる場合に、流量調整ダンパ８０の開度およびファン４５の回転数を制御する。

箱状部７８は、車両本体３の前上方に指向され、前傾された燃料電池２の吸気面２ａを覆うように設けられ、吸気管７６から案内される反応ガスとしての空気を燃料電池２に供給する。

したがって、燃料電池自動二輪車１は、走行風を直接的に燃料電池２に供給可能な吸気系を備えることによって、車両全体としての電力効率を向上できるとともに、他方、流量調整ダンパ８０の開度およびファン４５の回転数を制御することによって、燃料電池２の発電量を減少、もしくは遮断できる。

なお、燃料電池自動二輪車１は、燃料電池２の吸気面２ａを車両本体３の前方、もしくは下方を指向させて備えることも可能であり、この場合には、箱状部７８を燃料電池２の吸気面２ａの向きに応じて適宜に形成することによって、走行風を直接的に燃料電池２に供給可能な吸気系を構成することができる。

さらに、燃料電池自動二輪車１の吸気系の他の例について説明する。

図１１は、本発明の実施形態に係る燃料電池車両の他の例として燃料電池自動二輪車の後半部を示した右側面図である。

図１２は、本発明の実施形態に係る燃料電池車両の他の例として燃料電池自動二輪車の後半部を部分的に示した斜視図である。

なお、本変形例において他の例と同じ構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

図１１および図１２に示すように、燃料電池自動二輪車１は、車両本体３の側方に向けて開口された吸気口６６（第一吸気口）を有し、燃料電池２に反応ガスを案内する吸気管６７（第一吸気管）と、車両本体３の前方に向けて開口された吸気口７５（第二吸気口）を有し、燃料電池２に反応ガスを案内する吸気管７６（第二吸気管）と、吸気管７６内に設けられ、燃料電池２に供給される反応ガスの流量を調整する流量調整ダンパ８０と、を備える。燃料電池自動二輪車１は、車両本体３の前方に向けて開口された吸気口７５を有することによって、走行風を燃料電池２に直接的に供給できるとともに、流量調整ダンパ８０で吸気管７６を閉塞させると、車両本体３の側方に向けて開口された吸気口６６を有することによって、走行風が燃料電池２に直接供給されることを避けることができる。これにより、燃料電池自動二輪車１は、流量調整ダンパ８０を開いた状態において、吸気管７６から燃料電池２に反応ガス、および冷却風としての空気を直接的に供給することでファン４５の出力を低減させ、車両全体としての電力効率を向上できるとともに、流量調整ダンパ８０を閉じた状態において、燃料電池２のファン４５を制御することで吸気管６７から適正量の空気を燃料電池２に供給できる。

流量調整ダンパ８０は、吸気口７５と燃料電池２の吸気面２ａとの間に設けられ、吸気管７６を開閉自在な弁である。燃料電池自動二輪車１は、燃料電池２に供給される空気量を増減、もしくは遮断させる場合に、流量調整ダンパ８０の開度およびファン４５の回転数を制御する。

図１３は、本発明の実施形態に係る燃料電池車両の一例として燃料電池自動二輪車の主要な装置を示したブロック図である。

図１３に示すように、燃料電池自動二輪車１は、燃料電池２と、モータ８と、燃料タンク１５と、二次電池１６と、電力管理装置１７と、モータコントローラ１８と、車両コントローラ１９と、を備えるとともに、ライダーの加速意思が入力されるスロットルセンサ８６と、燃料タンク１５から燃料電池２に供給される燃料の圧力を検出する圧力センサ８７と、燃料タンク１５から燃料電池２に供給される燃料の温度を検出する温度センサ８８と、燃料漏れ時に燃料タンク１５から燃料電池２に供給される燃料を遮断する遮断弁８９と、を備える。なお、図１３中、実線矢は、燃料である水素ガスおよび反応ガスである空気の流れを示し、破線、もしくは破線矢は、電力の流れを示し、一点鎖線、もしくは一点鎖線矢は制御信号の流れを示す。線分で描かれたものは、双方向に流れる。

電力管理装置１７は、燃料電池２の発電電力を制御するとともに、燃料電池２および二次電池１６から送られる電力を１２Ｖ電源に変換し、二次電池５６に蓄電する。

モータコントローラ１８は、モータ８の駆動制御に加え、燃料電池自動二輪車１の減速時や、下り坂走行時にモータ８に発生する負のトルクを電力に変換する回生制御を行う。

車両コントローラ１９は、スロットルセンサ８６で検出されたライダーによるアクセル操作量、圧力センサ８７および温度センサ８８の検出値を入力として受けるとともに、燃料電池２、二次電池１６、電力管理装置１７、およびモータコントローラ１８と双方向に状態量の入力および制御信号の出力を行い、燃料電池自動二輪車１の運転制御を行う。

具体的には、車両コントローラ１９は、燃料電池自動二輪車１の走行に必要なエネルギーが比較的に小さい巡航時や平坦路の走行の際、燃料電池２が発電した電力を電力管理装置１７からモータコントローラ１８を経由し、モータ８に供給するとともに、電力管理装置１７から二次電池１６に供給し、モータ８の駆動に不要な余剰電力を二次電池１６に蓄える。

他方、車両コントローラ１９は、燃料電池自動二輪車１の走行に必要なエネルギーが比較的に大きい加速時や、上り坂の走行の際、燃料電池２が発電した電力を電力管理装置１７からモータコントローラ１８を経由し、モータ８に供給するとともに、二次電池１６に蓄えられた電力も電力管理装置１７からモータコントローラ１８を経由し、モータ８に供給する。

さらに、車両コントローラ１９は、減速時や、下り坂の走行の際、モータ８を発電機として使用し、モータ８が発電した回生電力を電力管理装置１７から二次電池１６に供給し、蓄える。

このように構成された燃料電池車両である燃料電池自動二輪車１は、燃料電池自動二輪車１は、走行風が燃料電池２に直接的に供給されない吸気系を備えることによって、燃料電池２のファン４５を適宜に制御し、適正量の空気を燃料電池２に供給できる。

また、燃料電池自動二輪車１は、燃料電池２の吸気面２ａよりも車両本体３の下方側に吸気口６６を配置させたことによって、燃料電池２に供給される反応ガスとしての空気に水や泥などの異物が混入せず、吸気の清浄を確保できる。

さらに、燃料電池自動二輪車１は、螺旋状の流路が形成されたエアボックス７１を吸気系に備え、燃料電池２に供給される空気の圧力変動を緩和できるとともに、燃料電池２のファン４５を制御することでより確実に適正量の空気を燃料電池２に供給できる。エアボックス７１は、車両本体３の下方側に位置させたドレン孔７３を有することによって、雨水などの水分をドレン孔７３から排出できる。

さらにまた、燃料電池自動二輪車１は、スイングアーム６０のうち、モータ８が配置された車両本体３の一方側の側面に対し、その反対側である車両本体３の他方側の側面に吸気口６６、およびエアボックス７１を配置させることによって、吸気系の圧力変動の緩和に必要十分な容量を確実に確保できる。

また、燃料電池自動二輪車１は、走行風を直接的に燃料電池２に供給可能な吸気系を備えることによって、燃料電池２に反応ガス、および冷却風としての空気を供給するためのファン４５の出力を低減させることが可能になり、車両全体としての電力効率を向上できる。

さらに、燃料電池自動二輪車１は、走行風を直接的に燃料電池２に供給可能な吸気系を備えることによって、車両全体としての電力効率を向上できるとともに、他方、流量調整ダンパ８０の開度およびファン４５の回転数を制御することによって、燃料電池２の発電量を減少、もしくは遮断できる。

また、燃料電池自動二輪車１は、流量調整ダンパ８０を開いた状態において、吸気管７６から燃料電池２に反応ガス、および冷却風としての空気を直接的に供給することでファン４５の出力を低減させ、車両全体としての電力効率を向上できるとともに、流量調整ダンパ８０を閉じた状態において、燃料電池２のファン４５を制御することで吸気管６７から適正量の空気を燃料電池２に供給できる。

したがって、本発明に係る燃料電池車両である燃料電池自動二輪車１によれば、空冷式の燃料電池２を備え、燃料電池２に供給される空気の供給量を容易に制御できる。

なお、本発明に係る燃料電池車両は、燃料電池自動二輪車１に限られず、空冷式の燃料電池２を備えたモータチェアなどの小型電動車両であっても良い。また、発電のために反応ガスとしての空気の供給を要する燃料電池であれば、燃料としてメタノールを用いるダイレクトメタノール型燃料電池を備えた燃料電池車両であっても良い。

１ 燃料電池自動二輪車
２ 燃料電池
２ａ 吸気面
３ 車両本体
５ 前輪
６ ハンドル
７ 後輪
７ａ ホイール部
８ モータ
１０ フレーム
１１ 外装
１２ シート
１２ａ 前方部
１２ｂ 後方部
１５ 燃料タンク
１６ 二次電池
１７ 電力管理装置
１８ モータコントローラ
１９ 車両コントローラ
２１ ヘッドパイプ
２２ 上部ダウンフレーム
２３ 下部ダウンフレーム
２４ 上部フレーム
２５ 下部フレーム
２７ フロントフォーク
２８ ピボット
２９ フットレスト
３０ サイドスタンドブラケット
３１ サイドスタンド
３３ ガードフレーム
３４ センタースタンド
３５ センタートンネル領域
３６ 機器搭載領域
３７ タイヤハウス領域
３９ 隔壁部材
４１ フロントレッグシールドカバー
４２ フロントフレームカバー
４３ フレームカバー
４５ ファン
４６ 排気口
４７ 排気ダクト
４８ 排気口
４９ クランプバンド
５１ 圧力容器
５２ 弁部
５３ 燃料充填口
５４ 燃料充填用継手
５６ 二次電池
５７ 冷却フィン
５８ フロントフェンダ
５９ ステアリング機構
６０ スイングアーム
６２ リアサスペンション
６３ 燃料漏洩検出器
６４ 燃料漏洩検出器
６６ 吸気口
６７ 吸気管
６８ 管状部
６９ 箱状部
７１ エアボックス
７２ 蛇腹部
７３ ドレン孔
７５ 吸気口
７６ 吸気管
７７ 管状部
７８ 箱状部
８０ 流量調整ダンパ
８６ スロットルセンサ
８７ 圧力センサ
８８ 温度センサ
８９ 遮断弁

Claims (3)

1. 車体と、
   前記車体に収容された燃料電池と、
   前記車体の側方または前方に向けて開口された吸気口を有し、前記燃料電池に反応ガスを案内する吸気管と、
   前記燃料電池の排気口に連通される排気ダクトと、を備え、
   前記吸気口は、前記燃料電池よりも前記車体の下方側に配置され、
   排気ダクトは、その前方下端部に前記燃料電池の排気口が連通されるとともに、その後方端部であって前記燃料電池の排気口の連通位置よりも上方に配置された排気口によって前記燃料電池の排気を前記車体外へ導くことを特徴とする燃料電池車両。
2. 前記吸気管は、前記吸気口を前記燃料電池よりも下方側に配置し、前記吸気口から前記燃料電池までの途中に螺旋状の流路が形成されたエアボックスと、前記燃料電池の吸気面を覆う箱状部と、を備えたことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池車両。
3. 前記車体に設けられた駆動輪と、
   前記駆動輪を回動自在に軸支するスイングアームと、
   前記スイングアームに設けられ、前記車両の一方側の側面、かつ前記駆動輪のホイール近傍に配置され、前記燃料電池から供給された電力で前記駆動輪を駆動するモータと、を備え、
   前記エアボックスは、前記車体の他方側の側面に設けられ、
   前記吸気口は、前記駆動輪のホイール部近傍に配置され、
   前記吸気管は、前記スイングアームの揺動に追従して変形する蛇腹部を備えたことを特徴とする請求項２に記載の燃料電池車両。

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