JP5076776B2

JP5076776B2 - 燃料電池二輪車

Info

Publication number: JP5076776B2
Application number: JP2007247766A
Authority: JP
Inventors: 善全松本; 雄二西本; 謙吾池谷; 徹太田
Original assignee: Suzuki Motor Corp
Current assignee: Suzuki Motor Corp
Priority date: 2007-09-25
Filing date: 2007-09-25
Publication date: 2012-11-21
Anticipated expiration: 2027-09-25
Also published as: JP2009078623A

Description

本発明は、燃料電池二輪車に関する。

燃料電池車両は、主要なコンポーネントとして燃料のガス（例えば水素ガス）を貯蔵する燃料ボンベと、この燃料ガスの供給を受けて発電する燃料電池と、バッテリ等の二次電池と、車両の原動機としてのモータおよび燃料電池をそれぞれ制御する制御装置を備えている。

燃料電池は、燃料と空気が反応して発電する際に熱を発生させるため、専用の冷却装置を備えたものが多い。スクータ型の燃料電池二輪車の場合、車体カバーで覆われた車体内部はスペースにゆとりがあるので、一般には水冷式の冷却装置を備えている。（例えば特許文献１および２参照）。
特開２００７−８３９５３号公報特開２００７−１１８６６６号公報

しかしながら、水冷式の冷却装置の場合、ポンプやラジエター、配管等の部品が必要となり、重量やコストが嵩むと共に、構造も複雑化してしまう。

特に、スクータ型の燃料電池二輪車とは異なるスポーツ指向型の燃料電池二輪車の場合、配置スペースに余裕はなく、重量の増加はスポーツ性を損なわせてしまう。

そこで、空冷式の冷却装置を採用することも考えられるが、スクータ型の燃料電池二輪車の場合、その独特の車体構造から、燃料電池は車体の低い位置に搭載する例が多く、その場合、冷却風の導入口から跳ね水や泥などが燃料電池内に浸入する懸念があった。

本発明は上述した事情を考慮してなされたもので、簡単な構造で燃料電池の冷却を可能にすると共に、燃料電池内への異物の侵入を防止した燃料電池二輪車を提供することを目的とする。

本発明に係る燃料電池二輪車は、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、水素ガス等の燃料ガスを貯蔵する燃料ボンベと、この燃料ガスの供給を受けて発電する空冷式の燃料電池とを備え、この燃料電池によって発電された電力でモータを駆動して走行する燃料電池二輪車において、上記燃料電池を車体フレーム前端のヘッドパイプと車体フレーム後部の運転シートとの間に、この運転シートと略同じ高さで配設すると共に、上記燃料電池の上面にフィルタを、上記燃料電池の下面に冷却装置を構成する冷却ファンをそれぞれ配設して上記燃料電池の上面から下面に向かって空気を導入するように構成し、この燃料電池の下方に上記燃料ボンベを配設し、上記燃料電池を冷却する上記冷却ファンの排気孔を上記燃料ボンベに向けて開口させたものである。

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、上記燃料電池の周囲をカウリングで覆うと共に、このカウリングの側面に外気導入口を開口し、この外気導入口の長さを上記燃料電池の長さと略同じにしたものである。

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、上記燃料電池は、上記カウリングに設けた上記外気導入口よりも高い位置に上記フィルタを配設したものである。

そして、上述した課題を解決するために、請求項４に記載したように上記燃料電池と上記燃料電池の下方に配設した上記燃料ボンベを略上下に重なるように、且つ前傾状態で配設したものである。

本発明に係る燃料電池二輪車によれば、簡単な構造で跳ね水や泥、雨水などの燃料電池内への浸入が防止できると共に、空気の燃料との反応性や燃料電池の冷却性が向上する。

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、この発明を適用した燃料電池二輪車の一例を示す左側面図である。図１に示すように、この燃料電池二輪車１は車体フレーム２を有する。この燃料電池二輪車１の車体フレーム２は、主にヘッドパイプ３と、ダウンフレーム部材４と、ピボットブラケット部材５と、メインフレーム部材６と、シートフレーム部材７とから構成される。また、車体フレーム２はカウリング８によって覆われる。カウリング８は、主に車体フレーム２を上方から覆うアッパーカウリング９と、車体フレーム２の前下部を覆うアンダーカウリング１０とを備える。

車体フレーム２の最前部に設けられたヘッドパイプ３にはステアリング機構１１が設けられる。このステアリング機構１１には、前輪１２を回動自在に支持し、フロントクッションユニット（図示せず）を装備する左右一対のフロントフォーク１３やハンドルバー１４、フロントフェンダ１５等が設けられ、ハンドルバー１４により前輪１２が左右に回動自在に操舵される。

図２は、カウリング８を取り外した状態の、燃料電池二輪車１の左側面図である。図１および図２に示すように、車体フレーム２前部に設けられたヘッドパイプ３の後面からはダウンフレーム部材４が下方の前輪１２後ろ側に向かって延設される。また、車体フレーム２後部には左右一対のピボットブラケット部材５が後上方に延びるように設けられる。

さらに、ヘッドパイプ３の後面からはピボットブラケット部材５の前下端部に向かって左右一対のメインフレーム部材６が車両側面視後斜め下方に向かって直線状に延設される。そして、前端をダウンフレーム部材４の下部に連結し、後端をピボットブラケット部材５の上端部で支持した左右一対のシートフレーム部材７が、メインフレーム部材６の略中間部でＸ字状に交差して車両の前後方向に延設される。

ピボットブラケット部材５にはその下部にスイングピボット部１６が設けられ、このスイングピボット部１６にリヤスイングアーム１７の前端がスイング自在に枢着されると共に、リヤクッションユニット１８を介して車体フレーム２に弾性的に支持される。そして、このリヤスイングアーム１７の後端に後輪１９が回動自在に軸支される。また、ピボットブラケット部材５上方には運転シート２０が設けられる。

この燃料電池二輪車１は、図３に示すシステム構成図に示すように、主要なコンポーネントとして燃料ガスである高圧の水素ガスを貯蔵する燃料ボンベ３１と、この燃料ガスの供給および酸化剤である酸素を含んだ空気の供給を受けて発電する燃料電池３２と、燃料電池３２の出力を補助するバッテリ等の二次電池３３と、燃料電池３２および車両の原動機としての後述するモータ３４をそれぞれ制御するシステム制御装置３５とを備えて構成される。

上記主要コンポーネントは、前輪１２を操舵可能に支持する、車体フレーム２前端のヘッドパイプ３と、後輪１９の上方に配置された、車体フレーム２後部に支持される運転シート２０との間の車体フレーム２に囲まれた空間内に、少なくともこれら燃料電池３２、燃料ボンベ３１および二次電池３３の三者が略上下に重なる状態で配設支持される。

具体的には、燃料ボンベ３１を中央部に、上側に燃料電池３２を、下側に二次電池３３をそれぞれ配設し、燃料ボンベ３１を上記左右一対のシートフレーム部材７とメインフレーム部材６との交差点にこれらの間に重なるよう、また燃料ボンベ３１の長手方向がシートフレーム部材７の長手方向に沿うように燃料ボンベ３１が前傾した状態で配設される。

また、燃料ボンベ３１はその前後が前カバー３６および後カバー３７により前後から挟まれるように保持される。また、燃料ボンベ３１の中間部分は例えば左右のシートフレーム部材７間に架設されたステー３８（またはブラケット）によって下方より保持される。

一方、燃料電池３２は、車体フレーム２前端のヘッドパイプ３と運転シート２０との間に、運転シート２０と略同じ高さで、且つ前傾状態で配設される。

そして、燃料ボンベ３１と燃料電池３２との間には、燃料漏れ時に燃料系統を遮断する水素遮断弁３９（図３参照）や水素の供給圧力を調整するためのレギュレータ（圧力調整弁）（図示せず）、水素の充填口（図示せず）が配設され、燃料供給配管４０によって接続されると共に、供給される水素の圧力および温度を測定するための圧力センサ４１、温度センサ４２等（図３参照）も備えられる。

上記システム制御装置３５は、主に燃料電池３２の発電電力を電力変換制御する電力制御装置４３と、電力制御装置４３および二次電池３３からの電力を１２Ｖ電源に変換して各部品に供給する電力変換分配装置４４と、電力変換分配装置４４より供給される直流電力を三相交流電力に変換してモータ３４を駆動制御するモータコントローラ４５と、モータコントローラ４５より供給される電力によって駆動されるモータ３４と、これらを統括して制御する車両コントローラ４６とから構成され、各装置は電線４７によって接続される。

モータ３４で発生した駆動力は図示しない変速機を介して駆動輪である後輪１９に伝達される。また、モータコントローラ４５は上述したモータ３４の駆動制御に加え、車両の減速時に発生するモータ３４の負のトルクを電力に変換する回生制御を行い、この回生によって発生する電力を二次電池３３に蓄える。

車両コントローラ４６は、燃料電池３２を含むシステム制御および車両制御を行う装置であり、例えば運転者の加速意思を伝えるためのスロットルセンサ４８（図３参照）をはじめ、上記水素の圧力センサ４１および温度センサ４２、燃料漏れを検出する水素センサ４９等のセンサ類や、上記水素遮断弁３９も車両コントローラ４６に接続される。そして、各センサ類を介して読み込まれた情報に応じてシステム制御および車両制御が行われる。

そして、燃料電池３２、電力制御装置４３、電力変換分配装置４４、車両コントローラ４６および水素センサ４９はその周囲がアッパーカウリング９によって上方から覆われると共に、モータコントローラ４５および二次電池３３はアンダーカウリング１０内に配置される。

後輪１９を駆動する車両の原動機としてのモータ３４は上記リヤスイングアーム１７に一体的に取り付けられてユニットスイング式スイングアームを形成する。また、システム制御装置３５を構成する電力制御装置４３、電力変換分配装置４４および車両コントローラ４６は燃料ボンベ３１の上側に配置される燃料電池３２の近傍、例えば電力制御装置４３は燃料電池３２の後方、電力変換分配装置４４および車両コントローラ４６は燃料電池３２の上方にそれぞれ配設される一方、モータコントローラ４５および二次電池３３は燃料ボンベ３１の下側に、例えばモータコントローラ４５を前側、二次電池３３を後側に縦列配置される。このとき、二次電池３３は燃料ボンベ３１の傾斜に合わせて前傾した状態で配設される。なお、水素センサ４９は主要コンポーネントの最上部位に配設される。

図４は、図１のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図である。図１および図４に示すように、前記アッパーカウリング９の側面には燃料電池３２に酸化剤である酸素を含んだ空気を供給するためのメッシュ状の外気導入口５０が開口される。この外気導入口５０は燃料電池３２の長さと略同じ長さを有する。また、燃料電池３２の上面には空気中の不純物を濾過するフィルタ５２が配設される。さらに、このフィルタ５２はこの外気導入口５０よりも高い位置に配設される。そして、外気導入口５０直上のアッパーカウリング９は外方に張出すように形成される。

図５は、燃料電池３２の斜視図である。図４および図５に示すように、本願発明に適用される燃料電池３２は空冷式の冷却装置５１を備える。この冷却装置５１は電動式の冷却ファン５３を備え、この冷却ファン５３は燃料電池３２の下面、すなわち燃料ボンベ３１の上方に配設される。

そして、冷却ファン５３は、燃料電池３２の上方から取り入れられた、燃料と反応させるための空気を燃料電池３２の下方に導くことにより燃料電池３２を冷却すると共に、冷却ファン５３に付属する排気ダクト５４の排気孔５５が燃料ボンベ３１に向けて開口され、それにより、燃料電池３２を冷却した後の暖かい排風が燃料ボンベ３１に向かって排出されるように構成される。

なお、アンダーカウリング１０にも詳細には図示しないが、モータコントローラ４５冷却用の冷却風を取り込む他の外気導入口が形成される。

次に、本実施形態の作用について説明する。

燃料電池３２を車体フレーム２前端のヘッドパイプ３と運転シート２０との間に、運転シート２０と略同じ高さで、且つ前傾状態で配設したことにより、跳ね水や泥などが燃料電池３２内に浸入する懸念がなくなると共に、燃料電池３２を水平に配置した場合と比べて車両の前方から受けるラム圧をより有効に利用でき、燃料電池３２に対してスムーズな吸気が可能となる。その結果、燃料との反応性や燃料電池３２の冷却性が向上する。

また、燃料電池３２を高く配置することにより、燃料電池３２を覆うカウリング９の側面に外気導入口５０を開口することが可能となり、直接的な空気の吸気が行える。さらに、この外気導入口５０の長さを燃料電池３２の長さと略同じにしたことにより、外気導入口５０からの空気の進入が燃料電池３２の上面に対して一定に制御される。その結果、燃料との反応性や燃料電池３２の冷却性が向上し、ある特定部位の急激な温度上昇が回避できて燃料電池３２の性能を高く維持できる。

一方、燃料電池３２の上面にフィルタ５２を、下面に冷却装置５１を構成する冷却ファン５３を配設し、外気導入口５０よりも高い位置にフィルタ５２を配設して燃料電池３２の上面から下面に向かって空気を導入するようにしたことにより、仮に外気導入口５０から砂や石等の異物が進入してもフィルタ５２に直接的な影響を及ぼさない。また、外気導入口５０直上のアッパーカウリング９を外方に張出すように形成すれば、外気導入口５０に上方から雨水が浸入することも防げる。

ところで、燃料ボンベ３１は燃料の消費に伴って温度が低下し（気化冷却）、燃料の安定供給に支障を起こす虞があるが、燃料電池３２の下方に燃料ボンベ３１を配設し、燃料電池３２を冷却する冷却ファン５３の排気孔５５を燃料ボンベ３１に向けて開口させて燃料電池３２を冷却した後の暖かい排風が燃料ボンベ３１に向かって排出されるように構成することにより、燃料ボンベ３１の温度低下が防止され、燃料を安定して供給できる。

なお、詳細には図示しないが、外気導入口５０はスリット状でもメッシュ状でも同様の効果を期待できる。特に、外気導入口５０をメッシュ状とした場合、フィルタ５２の前段である程度の大きさの、異物の侵入を防ぐことができる。また、燃料との反応および燃料電池３２の冷却に必要な空気量に応じて外気導入口５０の大きさや形状を自由に設定することも可能である。そして、本実施形態では本願発明をスポーツ指向型の燃料電池二輪車に適用した例を示したが、電動の車椅子等の小型移動体にも適用は可能である。

本発明に係る燃料電池二輪車の一実施形態を示す図。カウリングを取り外した状態の、自動二輪車の左側面図。燃料電池二輪車のシステム構成図。図１のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図。燃料電池の斜視図。

符号の説明

１燃料電池二輪車
２車体フレーム
３ヘッドパイプ
８カウリング
９アッパーカウリング
２０運転シート
３１燃料ボンベ
３２燃料電池
３４モータ
５０外気導入口
５１冷却装置
５２フィルタ
５３冷却ファン
５５冷却ファンの排気孔

Claims

水素ガス等の燃料ガスを貯蔵する燃料ボンベと、この燃料ガスの供給を受けて発電する空冷式の燃料電池とを備え、この燃料電池によって発電された電力でモータを駆動して走行する燃料電池二輪車において、上記燃料電池を車体フレーム前端のヘッドパイプと車体フレーム後部の運転シートとの間に、この運転シートと略同じ高さで配設すると共に、上記燃料電池の上面にフィルタを、上記燃料電池の下面に冷却装置を構成する冷却ファンをそれぞれ配設して上記燃料電池の上面から下面に向かって空気を導入するように構成し、この燃料電池の下方に上記燃料ボンベを配設し、上記燃料電池を冷却する上記冷却ファンの排気孔を上記燃料ボンベに向けて開口させたことを特徴とする燃料電池二輪車。
上記燃料電池の周囲をカウリングで覆うと共に、このカウリングの側面に外気導入口を開口し、この外気導入口の長さを上記燃料電池の長さと略同じにした請求項１に記載の燃料電池二輪車。
上記燃料電池は、上記カウリングに設けた上記外気導入口よりも高い位置に上記フィルタを配設した請求項２に記載の燃料電池二輪車。
上記燃料電池と上記燃料電池の下方に配設した上記燃料ボンベを略上下に重なるように、且つ前傾状態で配設した請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の燃料電池二輪車。