JP4872559B2

JP4872559B2 - 燃料電池搭載の小型電動車両

Info

Publication number: JP4872559B2
Application number: JP2006254488A
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: 2012-02-08
Anticipated expiration: 2026-09-20
Also published as: JP2008074201A

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。

燃料電池は電気化学反応による電気エネルギー生成時に発熱し、副産物として高温の水蒸気を含んだ排気ガスを生成するため、この排気ガスは排出前に冷却されなければならない。

燃料電池を搭載した自動二輪車のような小型車両は、例えばリヤフェンダ内にラジエターを配置し、このラジエターに走行風を導いて排気ガスを冷却している（例えば特許文献１参照）。
特開２００５−１２５８４０号公報

しかしながら、高齢者等が使用する小型の電動車両等は走行速度が遅いため、自動二輪車型の小型車両のように走行風をラジエターに導いて排気ガスを冷却する構成では冷却効率が悪いため、ラジエターに強制的に冷却風を導く例えば電動式の冷却ファンを装備する必要がある。

一方、上述した小型の電動車両はその燃料電池ユニットを車体カバーによって覆っているため、車体カバー内に冷却ファンによって強制的に排出されるラジエターからの排熱風（温風）がこもりやすく、排気ダクト等の排熱風を効率よく外部に排出する技術が必要となる。特に、車両のコンパクト化と冷却効率と外観性を両立させることは困難である。

本発明は上述した事情を考慮してなされたもので、排気ダクトをコンパクトに配設すると共に、外観性と冷却効率を両立させ、且つ排気熱を回収可能としてエネルギー効率を高め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うと共に、上記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車輪を駆動する小型電動車両において、前記運転シートは着座部と、この着座部の後端部から後上方に延設される背凭れ部とを備え、上記燃料電池ユニットを構成する燃料電池スタックを、上記運転シート下部の車体幅方向一側に搭載し、その燃料電池スタックの他側の開いたスペースに車体カバーの側面に沿って、上記燃料電池ユニットによる電気エネルギー生成時に排出される排気ガスを冷却するラジエターを備えると共に、上記燃料電池スタックと上記ラジエターとの間にラジエターの冷却ファンを配設する一方、上記冷却ファンによって排出される上記ラジエターからの排熱風を上記車体カバーの外部に導く排気ダクトを上記ラジエターから車体の後方に向かって延設し、上記排気ダクトの排気口を上記運転シートの上記背凭れ部の後上端部よりも前方に位置する着座部の後下端部と上記車体カバーの上端部との間から後方に向かって開口するように配設したものである。

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、上記ラジエターからの排熱風を車体の前部に導く排気ダクトを備え、上記運転シート前下部の上記車体カバー前面に形成される上記排気ダクトの排気口に開閉操作可能な遮断装置を設けたものである。

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、上記ラジエターからの排熱風を車体の上部に導く排気ダクトを備える一方、この排気ダクトは上記運転シートの着座部下面に向かって開口し、この着座部の略全面に亘って配設される排気口を備えると共に、上記排気ダクトの途中に開閉操作可能な遮断装置を設けたものである。

本発明に係る燃料電池搭載の小型電動車両によれば、排熱風を車両の後方に出すことができると共に、外観性も良好に保てる。

また、排熱風の熱を冬場に暖房として利用でき、エネルギー効率が向上する。さらに、排気ダクトをコンパクトに配設できる。

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第一実施形態を示す左側面図である。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、気液分離された排ガス中の水分が最終的に貯留される第二水タンク５１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に導かれた空気および炭酸ガスは排気フィルタ３８を介して外部に排出される。

他方、水タンク３１に導かれ、さらに水タンク３１をオーバーフローした水は排気フィルタ３８を介して外部に排水される。

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。

一方、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。また、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。

ところで、ＤＭＦＣユニット２８は車体カバー６によって覆っているため、車体カバー６内に冷却ファン４０によって強制的に排出されるラジエター３７からの排熱風（温風）がこもりやすい。

図６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第二実施形態を示す左側面図である。また、図７は図６に示す電動四輪車の平面図である。なお、第一実施形態に示された電動四輪車１と同一の構成部材には同じ符号を付して説明を省略する。

図６および図７に示すように、この電動四輪車５１はラジエター３７からの排熱風を車体カバー６の外部に導く排気ダクト５２を備える。排気ダクト５２は、ラジエター３７の冷却ファン４０に接続されて一旦上方に向かって延び、運転シート１４の下方で折曲されて車両の側部、本実施形態においてはラジエター３７が配置された車両の左側を後方に向かって略水平に延びた後、運転シート１４の後方で車両の幅方向に延びてその後部に排気口５３が形成される。また、この排気口５３は運転シート１４の下端部と車体カバー６の上端部との間を後方に向かって開口するように配設される。

図８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第三実施形態を示す左側面図である。また、図９は図８に示す電動四輪車の平面図である。さらに、図１０は図９のＸ矢視図である。なお、第一実施形態に示された電動四輪車１と同一の構成部材には同じ符号を付して説明を省略する。

図８、図９および図１０に示すように、この電動四輪車６１も第二実施形態に示す電動四輪車５１同様、ラジエター３７からの排熱風を車体の後部に設けられた排気口６２から車体カバー６の外部に導く排気ダクト６３を備える。加えて、この電動四輪車６１にはラジエター３７からの排熱風を車体の前部に導く排気ダクト６４が備えられる。

この排熱風を車体の前部に導く排気ダクト６４は、他方の排気ダクト６３の例えばラジエター３７の冷却ファン４０から上方に向かって延びる部位から分岐するように設けられ、運転シート１４前下部の車体カバー６の前面に向かって延びると共に、車体カバー６の前面に形成されるこの排気ダクト６４の排気口６５には開閉操作可能な遮断装置、例えばルーバー式のゲート６６が設けられる。

図１１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第四実施形態を示す左側面図である。また、図１２は図１１に示す電動四輪車の平面図である。なお、第一実施形態に示された電動四輪車１と同一の構成部材には同じ符号を付して説明を省略する。

図１１および図１２に示すように、この電動四輪車７１も第二実施形態に示す電動四輪車５１同様、ラジエター３７からの排熱風を車体の後部に設けられた排気口７２から車体カバー６の外部に導く排気ダクト７３を備える。加えて、この電動四輪車７１にはラジエター３７からの排熱風をラジエター３７の上方に導く排気ダクト７４が備えられる。

この排熱風をラジエター３７の上方に導く排気ダクト７４は運転シート１４の着座部下面に向かって開口し、この着座部の略全面に亘って配設される排気口７５が備えられると共に、この排気ダクト７４の途中には開閉操作可能な遮断装置７６が設けられる。

次に、本実施形態の作用について説明する。

ラジエター３７からの排熱風を車体カバー６の外部に導く排気ダクト５２の排気口５３を運転シート１４の下端部と車体カバー６の上端部との間を後方に向かって開口するように配設したことにより、排熱風を車両の後方に出すので乗員や周囲の歩行者等に排熱風が直接当たることが無い。また、外観性も良好に保てる。

さらに、通常は外部にただ排出する（捨てる）のみであった排熱風を車体の前部に導く排気ダクト６４や上方に導く排気ダクト７４を設けて乗員の足元や運転シート１４の着座部下面に排熱風を導くように構成したことにより、この排熱風の熱を冬場に暖房として利用でき、エネルギー効率が向上する。

また、排気ダクト６４の排気口６５および排気ダクト７４の排気口７５にはそれぞれ開閉操作可能な遮断装置６６および遮断装置７６を設けたので、夏場等暖房が不要なときは排熱風の吹き出しを遮断できる。

さらに、ラジエター３７を、車体の側面に沿うように配設したことにより、その前後方向および上下に配設される排気ダクト５２，６３，６４，７３，７４を短くでき、全体をコンパクト化することができる。

本発明に係る燃料電池搭載の小型電動車両の第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。本発明に係る燃料電池搭載の小型電動車両の第二実施形態を示す電動四輪車の左側面図。図６に示す電動四輪車の平面図。本発明に係る燃料電池搭載の小型電動車両の第三実施形態を示す電動四輪車の左側面図。図８に示す電動四輪車の平面図。図９のＸ矢視図。本発明に係る燃料電池搭載の小型電動車両の第四実施形態を示す電動四輪車の左側面図。図１１に示す電動四輪車の平面図。

符号の説明

１，５１，６１，７１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
２８ＤＭＦＣユニット（燃料電池ユニット）
３７ラジエター
４０冷却ファン
５２，６３，６４，７３，７４排気ダクト
５３，６２，６５，７２，７５排気口
６６，７６遮断装置

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うと共に、上記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車輪を駆動する小型電動車両において、前記運転シートは着座部と、この着座部の後端部から後上方に延設される背凭れ部とを備え、上記燃料電池ユニットを構成する燃料電池スタックを、上記運転シート下部の車体幅方向一側に搭載し、その燃料電池スタックの他側の開いたスペースに車体カバーの側面に沿って、上記燃料電池ユニットによる電気エネルギー生成時に排出される排気ガスを冷却するラジエターを備えると共に、上記燃料電池スタックと上記ラジエターとの間にラジエターの冷却ファンを配設する一方、上記冷却ファンによって排出される上記ラジエターからの排熱風を上記車体カバーの外部に導く排気ダクトを上記ラジエターから車体の後方に向かって延設し、上記排気ダクトの排気口を上記運転シートの上記背凭れ部の後上端部よりも前方に位置する着座部の後下端部と上記車体カバーの上端部との間から後方に向かって開口するように配設したことを特徴とする燃料電池搭載の小型電動車両。
上記ラジエターからの排熱風を車体の前部に導く排気ダクトを備え、上記運転シート前下部の上記車体カバー前面に形成される上記排気ダクトの排気口に開閉操作可能な遮断装置を設けた請求項１記載の燃料電池搭載の小型電動車両。
上記ラジエターからの排熱風を車体の上部に導く排気ダクトを備える一方、この排気ダクトは上記運転シートの着座部下面に向かって開口し、この着座部の略全面に亘って配設される排気口を備えると共に、上記排気ダクトの途中に開閉操作可能な遮断装置を設けた請求項１または２記載の燃料電池搭載の小型電動車両。