JP5436893B2 - 電動車両 - Google Patents

Description

本発明は、供給された燃料により発電する発電装置と、電気の充電及び放電を行う蓄電装置と、前記発電装置から供給される電力及び前記蓄電装置から放電される電力により駆動される電動機とを備える電動車両に関する。

燃料電池は、燃料ガス（主に水素を含有するガス）及び酸化剤ガス（主に酸素を含有するガス）をアノード側電極及びカソード側電極に供給して電気化学的に反応させることにより、直流の電気エネルギを得るシステムである。

この種の燃料電池の用途としては、自動車等の車両に搭載した燃料電池車両の他、前記燃料電池と蓄電装置（二次電池やキャパシタ等）とを車両に搭載したハイブリッド車両等、種々の電動車両が注目されている。

上記のハイブリッド車両では、燃料電池の発電に使用される水素と、蓄電装置に充電される電力の２つの異なるエネルギを供給する必要がある。その際、水素の供給作業と電力の供給作業とを同時に行おうとすると、作業者に短時間に複数の作業を強いることになり、作業が繁雑化するとともに、作業ミスが惹起し易いという問題がある。

そこで、例えば、特許文献１に開示されているハイブリッド車両が知られている。このハイブリッド車両は、図８に示すように、車両本体１のリアフェンダ２に供給部３が設けられている。供給部３は、給油部４の開口部を閉塞可能な蓋部５を備えており、この蓋部５の外表面には、充電・給電部６が設けられている。

そして、充電・給電部６に外部コネクタ７が接続されると、前記外部コネクタ７と車両本体１とが接触し、蓋部５の回転が制限されている。このため、給油部４の前方領域には、蓋部５が位置しており、前記蓋部５と給油部４との間には、図示しない外部給油部が入り込むことが可能な程度の空間が形成されず、前記外部給油部を前記給油部４に接続することができない、としている。

特開２００８−１６２５４３号公報

しかしながら、上記の特許文献１では、給油部４の開口部を閉塞可能な蓋部５を備えており、部品数が増加するという問題がある。しかも、蓋部５には、充電・給電部６が設けられており、前記蓋部５から車両本体１内に配線を設けなければならない。これにより、蓋部５の構成が相当に複雑化し、経済的ではないという問題がある。

本発明はこの種の問題を解決するものであり、簡単且つ経済的な構成で、燃料の供給と電力の供給とが、同時に行われることを確実に阻止することが可能な電動車両を提供することを目的とする。

本発明は、供給された燃料により発電する発電装置と、電気の充電及び放電を行う蓄電装置と、前記発電装置から供給される電力及び前記蓄電装置から放電される電力により駆動される電動機とを備える電動車両に関するものである。

この電動車両は、車体の一面には、燃料供給口及び電気を供給する電気供給口が、互いに隣接し且つ外方に向かって設けられるとともに、前記燃料供給口に接続される燃料供給コネクタの中心軸と、前記電気供給口に接続される電気供給コネクタの中心軸とは、互いに交差し且つ前記燃料供給コネクタと前記電気供給コネクタとが互いに干渉していずれか一方のみの接続を許容する位置に設定されている。

また、この電動車両は、車体の一面には、互いに交差する方向に延在する第１及び第２面が設けられ、前記第１面に燃料供給口が形成される一方、前記第２面に電気供給口が形成されることが好ましい。

さらに、この電動車両は、燃料供給口と電気供給口とを選択的に開放する蓋部材を備え、前記蓋部材は、前記燃料供給口を開放する際、前記電気供給口に電気供給コネクタが接続されることを規制する一方、前記電気供給口を開放する際、前記燃料供給口に燃料供給コネクタが接続されることを規制することが好ましい。

本発明によれば、燃料供給口に接続される燃料供給コネクタの中心軸と、電気供給口に接続される電気供給コネクタの中心軸との相対的な位置関係を設定するだけで、前記燃料供給コネクタ又は前記電気供給コネクタのいずれか一方のみの接続が許容される。

このため、燃料供給コネクタと電気供給コネクタとは、同時に接続されることがなく、簡単且つ経済的な構成で、燃料の供給と電力の供給とが、同時に行われることを確実に阻止することが可能になる。これにより、燃料及び電力の供給作業が簡素化され、作業性が良好に向上する。

本発明の第１の実施形態に係る電動車両であるハイブリッド自動車の側面説明図である。 前記ハイブリッド自動車の平面説明図である。 前記ハイブリッド自動車の要部斜視説明図である。 水素供給コネクタが水素供給接続部に接続された状態の説明図である。 電気供給コネクタが電気供給接続部に接続された状態の説明図である。 前記ハイブリッド自動車を構成する燃料電池及び蓄電装置の流路系及び電気回路系の説明図である。 本発明の第２の実施形態に係る電動車両であるハイブリッド自動車の要部斜視説明図である。 特許文献１のハイブリッド車両の説明図である。

図１及び図２に示すように、本発明の第１の実施形態に係る電動車両であるハイブリッド自動車１０は、車体１２の後部側一側面（一面）１４に、水素（燃料）を供給する水素供給接続部（燃料供給口）１６と、電気を供給する電気供給接続部（電気供給口）１８とが、互いに隣接し且つ外方に向かって設けられる。

図３に示すように、水素供給接続部１６には、水素供給コネクタ（燃料供給コネクタ）２０が接続されるとともに、電気供給接続部１８には、電気供給コネクタ２２が接続される。水素供給コネクタ２０は、配管２４を介して図示しない水素供給源に連通する一方、電気供給コネクタ２２は、ケーブル２６を介して図示しない電力供給源に接続される。

水素供給接続部１６に接続される水素供給コネクタ２０の中心線Ｏ１と、電気供給接続部１８に接続される電気供給コネクタ２２の中心線Ｏ２とは、互いに交差し、且つ互いに干渉していずれか一方のみの接続を許容する位置に設定される。中心線Ｏ１、Ｏ２は、水平でなくてもよく、傾斜していてもよい。また、中心線Ｏ１、Ｏ２は、同一高さでもよく、水素供給コネクタ２０と電気供給コネクタ２２とが互いに干渉する程度にずれていてもよい。

すなわち、図４に示すように、水素供給接続部１６に水素供給コネクタ２０が接続された状態では、電気供給接続部１８に電気供給コネクタ２２が接続されることがない。同様に、図５に示すように、電気供給接続部１８に電気供給コネクタ２２が接続された状態では、水素供給接続部１６に水素供給コネクタ２０が接続されることはない。

車体１２の一側面１４には、互いに交差する方向に延在する第１及び第２面１４ａ、１４ｂが形成され、前記第１及び第２面１４ａ、１４ｂには、水素供給接続部１６及び電気供給接続部１８が取り付けられる。

車体１２内には、燃料電池３０が配設される。図６に示すように、燃料電池３０は、複数の発電セル３２を積層して構成される。各発電セル３２は、図示しないが、固体高分子電解質膜をアノード側電極とカソード側電極とで挟持した電解質膜・電極構造体を備え、前記電解質膜・電極構造体が一対のセパレータで挟持される。燃料電池３０の積層方向一端部には、空気等の酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス入口連通孔３４ａと、前記酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス出口連通孔３４ｂとが形成される。

燃料電池３０の積層方向他端部には、水素（燃料ガス）を供給するための燃料ガス入口連通孔３６ａと、前記水素を排出するための燃料ガス出口連通孔３６ｂとが形成される。酸化剤ガス入口連通孔３４ａ及び酸化剤ガス出口連通孔３４ｂは、各発電セル３２に空気を供給する酸化剤ガス流路３８に連通する。燃料ガス入口連通孔３６ａ及び燃料ガス出口連通孔３６ｂは、各発電セル３２に水素を供給する燃料ガス流路４０に連通する。

酸化剤ガス入口連通孔３４ａには、空気供給流路４２の一端が接続され、前記空気供給流路４２の他端には、大気からの空気を圧縮して供給するためのエアコンプレッサ４４が接続される。酸化剤ガス出口連通孔３４ｂには、空気排出流路４６が接続されるとともに、この空気排出流路４６には、背圧弁４８が接続される。

燃料ガス入口連通孔３６ａには、水素供給流路５０が接続され、前記水素供給流路５０は、エゼクタ５２を介して水素タンク５４に接続される。水素タンク５４には、水素供給接続部１６が接続され、この水素供給接続部１６を介して前記水素タンク５４に水素が供給可能である。燃料ガス出口連通孔３６ｂには、水素循環流路５６の一端が接続され、この水素循環流路５６は、エゼクタ５２に接続され、前記燃料ガス出口連通孔３６ｂから排出される水素を含む排ガスが燃料電池３０に、再度、供給される。水素循環流路５６は、弁（シャットバルブ）５８を介して排出流路５９に連通する。

燃料電池３０には、給電回路６０を介してＤＣ／ＤＣコンバータ６２が接続され、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ６２を介して前記燃料電池３０と蓄電装置６４とが前記給電回路６０上で接続可能である。

蓄電装置６４は、二次電池又はキャパシタ等で構成されており、ＡＣ／ＤＣコンバータ６６を介して電気供給接続部１８に接続される。燃料電池３０及びＤＣ／ＤＣコンバータ６２は、給電回路６０を介してインバータ６８に接続可能であり、前記インバータ６８を通じて車両走行用の駆動モータ（電動機）７０に電力が供給される。図１及び図２に示すように、水素タンク５４及び蓄電装置６４は、車体１２の後方側に配置される。

このように構成されるハイブリッド自動車１０の動作について、以下に説明する。

先ず、燃料電池３０による発電を行う際には、エアコンプレッサ４４が駆動される。このエアコンプレッサ４４から供給される圧縮空気は、空気供給流路４２から燃料電池３０の酸化剤ガス入口連通孔３４ａに供給される。一方、水素タンク５４内の水素は、水素供給流路５０に供給されると、エゼクタ５２を通って燃料電池３０の燃料ガス入口連通孔３６ａに供給される。

燃料電池３０を構成する各発電セル３２では、酸化剤ガス入口連通孔３４ａに供給された空気は、酸化剤ガス流路３８に導入される。この空気は、図示しないカソード側電極の電極面に沿って移動した後、酸化剤ガス出口連通孔３４ｂに排出される。

一方、燃料ガス入口連通孔３６ａに供給された水素ガスは、各発電セル３２の図示しないアノード側電極の電極面に沿って移動した後、燃料ガス出口連通孔３６ｂに排出される。従って、各発電セル３２では、カソード側電極に供給される空気中の酸素と、アノード側電極に供給される水素とが反応して発電が行われる。

なお、燃料ガス出口連通孔３６ｂに排出された排ガスは、水素循環流路５６を通ってエゼクタ５２に吸引され、水素供給流路５０の途上に戻された後、再度、燃料電池３０に供給される。

上記のように、燃料電池３０で発電が行われることにより、給電回路６０に発電電力が供給され、インバータ６８を介して駆動モータ７０に電力が供給され、ハイブリッド自動車１０の走行が行われる。一方、蓄電装置６４による電力供給を行う際には、この蓄電装置６４からＤＣ／ＤＣコンバータ６２を介して給電回路６０に電力が供給され、この電力は、インバータ６８を介して駆動モータ７０に供給される。

次いで、水素タンク５４に水素を供給する際には、図３及び図４に示すように、水素供給コネクタ２０が、車体１２に設けられている水素供給接続部１６に接続される。そして、図示しない水素供給源から配管２４を介して水素供給接続部１６に水素ガスが供給され、この水素は、水素タンク５４に充填される。

一方、蓄電装置６４に充電する際には、図３及び図５に示すように、電気供給コネクタ２２が、車体１２に設けられている電気供給接続部１８に接続される。そして、図示しない電力供給源から交流電流が供給され、この交流電流は、ＡＣ／ＤＣコンバータ６６を介して直流電流に返還された後、蓄電装置６４に充電される。なお、電気供給接続部１８には、直接、直流電流が供給されてもよく、その際、直流電流は、ＡＣ／ＤＣコンバータ６６を用いずに、蓄電装置６４に充電される。

この場合、第１の実施形態では、図４に示すように、水素供給コネクタ２０が水素供給接続部１６に接続された状態では、電気供給コネクタ２２が電気供給接続部１８に接続されることはない。

一方、図５に示すように、電気供給コネクタ２２が電気供給接続部１８に接続された状態では、水素供給コネクタ２０が水素供給接続部１６に接続されることはない。

すなわち、図３に示すように、水素供給コネクタ２０の中心線Ｏ１と、電気供給コネクタ２２の中心線Ｏ２との相対的な位置関係を設定するだけで、前記水素供給コネクタ２０又は前記電気供給コネクタ２２のいずれか一方のみの接続が許容されている。

このため、第１の実施形態では、水素供給コネクタ２０と電気供給コネクタ２２とは、同時に接続されることがなく、簡単且つ経済的な構成で、水素の供給と電力（電気）の供給とが同時に行われることを確実に阻止することが可能になる。これにより、水素及び電力の供給作業が簡素化され、作業性が良好に向上するという効果が得られる。

さらに、車体１２の一側面１４には、互いに交差する方向に延在して第１及び第２面１４ａ、１４ｂが設けられ、前記第１及び第２面１４ａ、１４ｂに水素供給接続部１６及び電気供給接続部１８が設けられている。従って、簡単な構成で、各中心線Ｏ１、Ｏ２を互いに交差させることができる。

なお、第１の実施形態では、燃料電池３０と蓄電装置６４とを組み込むハイブリッド自動車１０を用いているが、これに限定されるものではない。例えば、内燃機関（エンジン）と蓄電装置とを組み込むハイブリッド自動車にも適用することができる。

図７は、本発明の第２の実施形態に係るハイブリッド自動車の要部斜視説明図である。

なお、第１の実施形態に係る電動車両であるハイブリッド自動車１０と同一の構成要素には同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。

この第２の実施形態では、車体１２の一側面１４に、水素供給接続部１６と電気供給接続部１８とを選択的に開放する蓋部材８０が設けられる。この蓋部材８０は、支軸８２を支点にして第１面１４ａと第２面１４ｂとに近接及び離間可能であり、揺動先端側には、幅広なフランジ部８４が設けられる。

蓋部材８０は、水素供給接続部１６を開放してこの水素供給接続部１６に水素供給コネクタ２０を接続する際には、電気供給接続部１８を閉塞する。この状態では、電気供給接続部１８に電気供給コネクタ２２を接続させることはできない。

一方、電気供給接続部１８を開放して、この電気供給接続部１８に電気供給コネクタ２２を接続する際には、前記蓋部材８０は、水素供給接続部１６を閉塞している。この状態では、水素供給接続部１６に水素供給コネクタ２０を接続することはできない。

従って、第２の実施形態では、第１及び第２面１４ａ、１４ｂのなす角度を比較的大きく設定することができる他、水素供給コネクタ２０と電気供給コネクタ２２とが同時に接続されることを阻止することが可能になる等、上記の第１の実施形態と同様の効果が得られる。

１０…ハイブリッド自動車 １２…車体
１４…一側面 １６…水素供給接続部
１８…電気供給接続部 ２０…水素供給コネクタ
２２…電気供給コネクタ ２４…配管
２６…ケーブル ３０…燃料電池
３２…発電セル ３８…酸化剤ガス流路
４０…燃料ガス流路 ４４…エアコンプレッサ
５２…エゼクタ ５４…水素タンク
６０…給電回路 ６２…ＤＣ／ＤＣコンバータ
６４…蓄電装置 ７０…駆動モータ

Claims (3)

1. 供給された燃料により発電する発電装置と、電気の充電及び放電を行う蓄電装置と、前記発電装置から供給される電力及び前記蓄電装置から放電される電力により駆動される電動機とを備える電動車両であって、
   車体の一面には互いに交差する方向に延在する２つの面からなる凹部が設けられ、
   該２つの面の一方に燃料供給口が、他方に電気供給口が、互いに隣接し且つ外方に向かって設けられるとともに、
   前記燃料供給口に接続される燃料供給コネクタの中心軸と、前記電気供給口に接続される電気供給コネクタの中心軸とは、互いに交差し且つ前記燃料供給コネクタと前記電気供給コネクタとが互いに干渉していずれか一方のみの接続を許容する位置に設定されることを特徴とする電動車両。
2. 請求項１記載の電動車両において、前記燃料供給口と前記電気供給口とを選択的に開放する蓋部材を備え、
   前記蓋部材は、前記燃料供給口を開放する際、前記電気供給口に前記電気供給コネクタが接続されることを規制する一方、
   前記電気供給口を開放する際、前記燃料供給口に前記燃料供給コネクタが接続されることを規制することを特徴とする電動車両。
3. 電気の充電及び放電を行う蓄電装置と、前記蓄電装置から放電される電力により駆動される電動機とを備え、外部より第１供給口を介して前記蓄電装置に充電を行う電動車両であって、
   車体の一面には互いに交差する方向に延在する２つの面からなる凹部が設けられ、
   該２つの面の一方に前記第１供給口が設けられ、前記２つの面の他方には前記第１供給口と隣接するように前記第１供給口とは別の第２供給口が外方に向かって設けられており、
   前記第１供給口に接続されるコネクタの中心軸が、前記第２供給口に接続される別のコネクタの中心軸に対して交差し、且つ、前記コネクタが前記別のコネクタと互いに干渉する位置になるように前記第１供給口の位置が設定され、いずれか一方のコネクタのみの接続を許容することを特徴とする電動車両。

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