JP4844315B2

JP4844315B2 - 燃料電池搭載の小型電動車両

Info

Publication number: JP4844315B2
Application number: JP2006254486A
Authority: JP
Inventors: 満金子
Original assignee: Suzuki Motor Co Ltd
Current assignee: Suzuki Motor Co Ltd
Priority date: 2006-09-20
Filing date: 2006-09-20
Publication date: 2011-12-28
Anticipated expiration: 2026-09-20
Also published as: JP2008074199A

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）。

一般に、燃料電池のシステムには電気化学反応部である燃料電池スタックに燃料と空気とを供給するためのポンプ類が必要であり、上記自動二輪車においては運転シートの下方にポンプ類を配置している。
特開２００５−１２５８４０号公報

しかしながら、燃料電池のシステムの中で、ポンプ類は最も振動・騒音を発生させる部品であり、走行性能や乗り心地を向上させるためにはその配置の工夫が重要である。

本発明は上述した事情を考慮してなされたもので、ポンプ類をコンパクトに配置すると共に、振動・騒音の低下を図った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を車体カバーによって覆った小型電動車両において、上記燃料電池ユニットを構成する燃料電池スタックと、この燃料電池スタックに空気を供給するエアポンプとを備え、上記車体フレームの前後方向略中央部の左右のフレーム部材を連結する板状のビーム部材で構成されたフレーム部材上に上記エアポンプを配設すると共に、前記ビーム部材に前記エアポンプの上方を前後方向に跨ぐように門型のパイプフレームを連結し、このパイプフレーム上に上記燃料電池スタックを配置固定したものである。

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、上記燃料電池のユニットはダイレクトメタノール型燃料電池ユニットであり、燃料タンク内の燃料を循環タンク内に供給する燃料ポンプと、水タンク内の水を上記循環タンク内に供給する水ポンプと、上記循環タンク内の所定濃度に生成されたメタノール水溶液を上記燃料電池スタックに供給する循環ポンプとを備え、これらの循環ポンプ、燃料ポンプ、水ポンプのうち、少なくとも一つのポンプを上記エアポンプと車体の幅方向に並設したものである。

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、上記燃料電池スタックおよび上記エアポンプの一側方に上記循環タンクおよび水タンクを並設したものである。

本発明に係る燃料電池搭載の小型電動車両によれば、振動および騒音の抑制を図ることができ、運転シートに着座する乗員への振動および騒音の伝達を抑制できる。

また、燃料電池ユニットのコンパクト化を図ることができる。

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の一側方、本実施形態においては後方スペースに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、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。

燃料電池スタック２９に空気を供給するエアポンプ３６はＤＭＦＣユニット２８を構成する部品中最も振動および騒音が大きいものである。一方、車体フレーム４の中央部付近はその構成上最も車体剛性が高い部分である。そこで、エアポンプ３６を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上に配設し固定すれば振動の車体各部への伝達を抑制できる。また、エアポンプ３６は車体カバー６で覆われていることに加え、その上方に燃料電池スタック２９を配置したことによりＤＭＦＣユニット２８上方に配置された運転シート１４に着座する乗員への騒音の伝達を抑制できる。

さらに、燃料系ポンプを構成する循環ポンプ３５、燃料ポンプ３３、水ポンプ３４のうち、少なくとも一つのポンプ、本実施形態に置いては循環ポンプ３５をエアポンプ３６と並設することにより、更なる振動および騒音の抑制が図れるに加え、ＤＭＦＣユニット２８のコンパクト化を図ることができる。

さらにまた、液体のタンク類のうち、本実施形態においては循環タンク３２および水タンク３１をエアポンプ３６の後方に並設したことにより、これらのタンク類が遮音壁となり、騒音の伝達をより抑制できる。

そして、燃料電池スタック２９固定用の部材を、エアポンプ３６の上方を前後方向に跨ぐような門型のパイプフレーム３９として第三ビーム部材１９とその後方の第四ビーム部材２０間に架設したことにより、エアポンプ３６が固定される第三ビーム部材１９の剛性をより高めることができ、振動の伝達をより抑制できる。

そしてまた、重量が嵩むＤＭＦＣユニット２８を車体の中央下部に集中して配置することにより、車両の低重心化を図ることができ、車両の操作性や走行安定性が向上する。

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）
４車体フレーム
６車体カバー
１４運転シート
１５メインフレーム（フレーム部材）
１９第三ビーム部材（フレーム部材）
２８ＤＭＦＣユニット（燃料電池ユニット）
２９燃料電池スタック
３０燃料タンク
３１水タンク
３２循環タンク
３３燃料ポンプ
３４水ポンプ
３５循環ポンプ
３６エアポンプ
３９パイプフレーム

Claims

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を車体カバーによって覆った小型電動車両において、上記燃料電池ユニットを構成する燃料電池スタックと、この燃料電池スタックに空気を供給するエアポンプとを備え、上記車体フレームの前後方向略中央部の左右のフレーム部材を連結する板状のビーム部材で構成されたフレーム部材上に上記エアポンプを配設すると共に、前記ビーム部材に前記エアポンプの上方を前後方向に跨ぐように門型のパイプフレームを連結し、このパイプフレーム上に上記燃料電池スタックを配置固定したことを特徴とする燃料電池搭載の小型電動車両。
上記燃料電池のユニットはダイレクトメタノール型燃料電池ユニットであり、燃料タンク内の燃料を循環タンク内に供給する燃料ポンプと、水タンク内の水を上記循環タンク内に供給する水ポンプと、上記循環タンク内の所定濃度に生成されたメタノール水溶液を上記燃料電池スタックに供給する循環ポンプとを備え、これらの循環ポンプ、燃料ポンプ、水ポンプのうち、少なくとも一つのポンプを上記エアポンプと車体の幅方向に並設した請求項１記載の燃料電池搭載の小型電動車両。
上記燃料電池スタックおよび上記エアポンプの一方側に上記循環タンクおよび水タンクを並設した請求項１または２記載の燃料電池搭載の小型電動車両。