JP2008100574A - 電動二輪車 - Google Patents

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Abstract

【課題】燃料電池セルスタックを発電効率が高くなる温度に維持しながら、燃料電池ユニットの他の構成部品を走行風によって適正な温度に冷却することができる電動二輪車を提供する。
【解決手段】燃料電池コントローラ５３を燃料電池セルスタック１１の上に配設し、燃料電池コントローラ５３より車体の後方に二次電池１３を配設する。二次電池１３の後方に水素ボンベ１４を配設する。燃料電池コントローラ５３、燃料電池セルスタック１１、二次電池１３および水素ボンベ１４を上下方向と両側方とから囲む車体カバー６を備える。車体カバー６の前端部における燃料電池セルスタック１１より高い部位に走行風入口５５を開口させ、車体カバー６の後端部に走行風出口５６を開口させる。車体カバー６内であって走行風入口５５と走行風出口５６との間に、燃料電池コントローラ５３、二次電池１３、水素ボンベ１４が収容された走行風通路６１を形成した。
【選択図】 図１

Description

本発明は、燃料電池および二次電池を電源とするモータによって駆動輪を回転させて走行する電動二輪車に関するものである。
従来のこの種の電動二輪車としては、たとえば特許文献１に記載されたものがある。この特許文献１に開示された電動二輪車は、乗員がペダルを踏み込むことにより生じる踏力と、モータの動力とを合わせて後輪に伝達する構成の電動自転車である。
この電動自転車においては、シートの下方であって後輪の前方に燃料電池ユニットが配設されている。
この燃料電池ユニットは、一つのケーシング内に収納されてシートの下方に搭載されている。このケーシング内には、燃料電池ユニットを構成する燃料電池セルスタックおよび燃料電池コントローラと、二次電池、燃料タンクなどが収容されている。
前記ケーシングの前端部であって下端部には走行風入口が開口し、ケーシングの後端部であって上端部には走行風出口が開口している。このケーシングは、走行風をケーシング内において前記走行風入口から走行風出口に向けて流し、ケーシング内の上記各部品が走行風によって冷却されるように構成されている。
ケーシング内に収容された前記各部品のうち、燃料電池セルスタックは、ケーシング内の上下方向の中間部分に配設され、燃料電池コントローラは、燃料電池セルスタックの前側近傍または下側近傍に配設されている。二次電池は、ケーシング内の底部に配設され、前記燃料タンクは、ケーシングの走行風出口の近傍に配設されている。
前記燃料電池セルスタックの車体前側および下側には、燃料電池セルスタックが走行風によって過度に冷却されて発電効率が低下するのを防ぐために断熱材が設けられている。
このようにケーシング内に燃料電池ユニットを収納することにより、走行時にケーシング内を流れる走行風によってケーシング内の前記各部品を冷却することができる。
特開２００２−３６２４７０
しかしながら、上述したように構成された従来の電動自転車においては、ケーシング内に収容された各部品を走行風によって適正な温度に冷却することができないという問題があった。この原因としては、先ず第１に、ケーシング内に走行風入口から流入した走行風は二次電池を冷却した後に燃料電池コントローラを冷却するからである。すなわち、発熱量が相対的に多い燃料電池コントローラを走行風によって効率よく冷却することができない。
第２に、走行風が燃料電池セルスタックに当たるから、燃料電池セルスタックを発電効率が最も高くなるような温度に保つことが難しいからである。
このため、従来の電動二輪車においては、上記各部品を適正な温度に冷却できるようにすることが要請されていた。
本発明はこのような要請に応えるためになされたもので、燃料電池セルスタックを発電効率が高くなる温度に維持しながら、燃料電池ユニットの他の構成部品を走行風によって適正な温度に冷却することができる電動二輪車を提供することを目的とする。
この目的を達成するために、本発明に係る電動二輪車は、燃料電池セルスタックと燃料電池コントローラとを有する燃料電池ユニットと、この燃料電池ユニットに水素ガスを供給する水素貯蔵容器と、燃料電池ユニットによって充電される二次電池と、前記燃料電池ユニットと二次電池とのうち少なくとも一方から給電されて駆動輪を回転させるモータとを備えた電動二輪車であって、前記燃料電池コントローラを前記燃料電池セルスタックの上に配設し、この燃料電池コントローラより車体の後方に前記二次電池を位置付けるとともに、この二次電池の後方に前記水素貯蔵容器を位置付け、これらの燃料電池コントローラ、燃料電池セルスタック、二次電池および水素貯蔵容器を上下方向と両側方とから囲む車体カバーを備えてなり、前記車体カバーの前端部における前記燃料電池セルスタックより高い部位に走行風入口を開口し、かつこの車体カバーの後端部に走行風出口を開口し、車体カバー内であって前記走行風入口と前記走行風出口との間に、燃料電池コントローラ、二次電池、水素貯蔵容器が収容された走行風通路を形成したものである。
請求項２に記載した発明に係る電動二輪車は、請求項１に記載した電動二輪車において、前輪とシートとの間に脚通し空間を形成し、前記燃料電池セルスタックと前記燃料電池コントローラとを前後方向から見て凸状のケースに収納して前記脚通し空間の底に配設し、前記ケース内の底部に燃料電池セルスタックを位置付けるとともに、上側突部に燃料電池コントローラを位置付け、前記上側突部の両側方および上方と車体カバーとの間に走行風通路を形成したものである。
本発明によれば、走行風入口から車体カバー内に流入した走行風は、燃料電池コントローラを冷却した後に二次電池を冷却し、その後、水素貯蔵容器を冷却する。燃料電池セルスタックは、車体カバー内で走行風通路の外に配設されているから、断熱材を使用しなくても走行風によって不必要に冷却されることはない。
したがって、本発明によれば、燃料電池セルスタックを発電効率が高くなる温度に速やかに昇温させてこの温度に維持することができ、発熱量が相対的に多い燃料電池コントローラを最も温度が低い状態の走行風によって効率よく冷却することができる。しかも、二次電池や水素貯蔵容器は、相対的に発熱量が少ないから燃料電池コントローラを冷却した後の走行風であっても充分に冷却することができる。
この結果、本発明によれば、燃料電池ユニットや二次電池および水素貯蔵容器を走行風によって適正な温度に冷却可能な電動二輪車を提供することができる。
請求項２記載の発明によれば、前輪の後方近傍に走行風入口を設けることができるから、走行風通路内に走行風が入り易くなり、走行風が大量に導入されて冷却効率をより一層向上させることができる。また、ケースの上側突部の上方と両側方とに走行風通路が形成されているから、燃料電池コントローラを上方と両側方とから冷却することができる。したがって、上述したように走行風通路内を流れる走行風の量が多くなることと、前記上側突部の走行風に触れる部分の面積が大きくなることとから、燃料電池コントローラをより一層効率よく冷却することができる。
以下、本発明に係る電動二輪車の一実施の形態を図１ないし図７によって詳細に説明する。
図１は本発明に係る電動二輪車の車体カバー内の構成を示す側面図、図２は同じく正面図、図３は同じく斜視図、図４は車体カバーとケースの縦断面図、図５は本発明に係る電動二輪車の左前方から見た斜視図、図６は同じく側面図、図７は同じく右後方から見た斜視図である。
これらの図において、符号１で示すものは、この実施の形態による自動二輪車を示す。
この電動二輪車１は、図１および図６に示すように、前輪２とシート３との間に脚通し空間４が形成されたスクータ形のもので、後述する車体フレーム５（図１参照）を含む車体の構成部品を覆う車体カバー６を備えている。
この電動二輪車１は、リヤアーム７に内蔵されたモータ８が後輪９を回転させることによって走行する。
このモータ８の電源としては、図１および図３に示すように、前記脚通し空間４の底に搭載された燃料電池セルスタック１１を有する燃料電池ユニット１１と、この燃料電池ユニット１２によって充電された二次電池１３とが用いられている。燃料電池ユニット１２は、車体後部に装備された２本の水素ボンベ１４から供給された水素と、大気中の酸素とを使用して発電する構成のものである。前記水素ボンベ１４によって、本発明でいう水素貯蔵容器が構成されている。
前記車体カバー６は、図６に示すように、フロントフォーク１５の上部および操向ハンドル１６の下部を覆う前部２１と、この前部２１の下端部から脚通し空間４の下方をシート３の前端部の下方まで延びる脚載せ部２２と、この脚載せ部２２の後端部からシート３の下方を通して後輪の上方に延びる後部２３とから構成されている。
前記前部２１と後部２３とは、図１、図２、図５〜図７に示すように、前記フロントフォーク１５、リヤアーム７およびリヤクッションユニット２４が貫通する部分を除く他の部分を車体の上下方向と車幅方向との両方から覆うように形成されている。
この車体カバー６における前記脚通し空間４の底を構成する脚載せ部２２は、図４に示すように、車体の前後方向から見て断面凸状に形成されている。この脚載せ部２２の上部には、車幅方向の中央に位置する突部２２ａと、この突部２２ａの両側で段差をもって低くなる脚載せ台２２ｂとが形成されている。
この電動二輪車１は、前記シート３に着座した乗員が前方の操向ハンドル１５を把持するとともに、前記脚載せ台２２ｂに脚を載せた状態で走行する。
この電動二輪車１の車体フレーム５は、図１および図２に示すように、フロントフォーク１５と操向ハンドル１６とを操舵自在に支持するヘッドパイプ２５と、このヘッドパイプ２５から下方に延びる１本のダウンチューブ２６と、このダウンチューブ２６の下部に溶接された複数のパイプからなるメインフレーム２７とから構成されている。
メインフレーム２７は、前記ダウンチューブ２６の下端部に溶接された左右一対の下パイプ３１と、この下パイプ３１より上方においてダウンチューブ２６に溶接された左右一対の中パイプ３２と、この中パイプ３２の中間部分に溶接されて上方に延びる上パイプ３３と、複数の補強用パイプ３４およびクロスメンバ３５などによって構成されている。
前記ヘッドパイプ２５には、燃料電池セルスタック１１を冷却するための冷却水を流すラジエータ３６が取付けられている。
前記下パイプ３１と中パイプ３２の前部は、図２に示すように、前記脚載せ部２２の両側部の近傍を通して車体の後方に延びるように形成されている。中パイプ３２は、脚載せ部２２の後端となる部位で屈曲して後上がりに傾斜している。
この中パイプ３２の傾斜部分には、リヤアーム７の前端部を連結するための左右一対のリヤアームブラケット３７が設けられている。車体左側のリヤアームブラケット３７と車体右側のリヤアームブラケット３７との間には、ピボット軸３８が架け渡された状態で取付けられている。リヤアーム７の前端部は、このピボット軸３８に上下方向に揺動自在に支持されている。このリヤアーム７の前端部であって下側には、メインスタンド３９が取付けられている。
前記上パイプ３３は、前記中パイプ３２の屈曲部分の前側近傍上から後上がりに延びる左右一対の前部３３ａ，３３ａと、側面視において後輪９より高い位置において略水平に前後方向に延びる左右一対の後部３３ｂ，３３ｂと、これらの後部３３ｂ，３３ｂの後端どうしを接続する車幅方向延在部３３ｃとから構成されており、平面視において車体の前方に向けて開くＵ字状に形成されている。
この上パイプ３３の車幅方向の幅は、左右一対の中パイプ３２どうしの幅と等しくなるように形成されている。この上パイプ３３の前部上には、前記シート３が設けられている。また、上パイプ３３の後部３３ｂと車幅方向延在部３３ｃとの上には、水素ボンベ１４を側方と後方とから囲む保護部材４０が設けられている。
さらに、上パイプ３３の車体左側に位置する前記後部３３ｂとリヤアーム７との間には、前記リヤクッションユニット２４が介装されている。この後部３３ｂにおける車体の前後方向の中央部は、前記中パイプ３２の後端部が溶接されており、この中パイプ３２によって下方から支えられている。
前記燃料電池ユニット１２は、図１〜図３に示すように、前記脚通し空間４の底に搭載されたケース４１の内部に収容されている。この燃料電池ユニット１２によって充電される前記二次電池１３は、図１に示すように、前記ケース４１の後端部の上方であって前記シート３の下方に配設されており、車体フレーム５における上パイプ３３とクロスメンバ３５とにステー４２を介して支持されている。
燃料電池ユニット１２に供給する水素ガスを貯留する前記２本の水素ボンベ１４，１４は、車体の前後方向を指向しかつ車幅方向に並ぶ状態で車体後部のタンクホルダー４３に載置させられており、このタンクホルダー４４にバンド４５によって緊縛され固定されている。このタンクホルダー４４は、前記車体フレーム５における上パイプ３３の後部３３ｂに支持されている。
燃料電池ユニット１２を収容する前記ケース４１は、図４に示すように、車体の前後方向から見て凸状に形成されており、車体カバー６の脚載せ部２２内に収容されている。詳述すると、このケース４１は、車幅方向に相対的に広く形成された底部５１と、このケース４１の上端部における車幅方向の中央部に上方へ向けて突出するように形成された上側突部５２とから構成されている。この上側凸部５２は、車体カバー６の前記突部２２ａの中に下方から挿入されている。また、このケース４１は、車体フレーム５の下パイプ３１に支持、固定されている。図４おいては、車体カバー６の脚載せ部２２を一つの部材によって形成されているように描いてあるが、実際には、車体カバー６は、複数のカバー部材（図示せず）を組み合わせることによって形成されている。
前記燃料電池ユニット１２は、このケース４１の前記底部５１内に収納された燃料電池セルスタック１１と、ケース４１の前記上側突部５２内に収納された燃料電池コントローラ５３などによって構成されている。燃料電池コントローラは、上側突部５２を構成する上壁５２ａと側壁５２ｂとに接触し、上側突部５２との間で熱伝達が可能となるように構成されている。なお、ケース４１の後部内には、図示してはいないが、燃料電池構成部品が収容されている。
前記ケース４１の上側突部５２と車体カバー６の脚載せ部２２（突部２２ａ）との間には、図４に示すように、空間Ｓ１が形成されている。また、ケース４１の上側突部５２の両側面には、前記空間Ｓ１内で上下方向と前後方向とに延びる形状に形成されたヒートシンク５４が取付けられている。一方、ケース４１の底部５１と車体カバー６の脚載せ部２２との間には、クリアランス程度の隙間しか形成されていない。
前記空間Ｓ１は、前記上側突部５２を上方と両側方とから囲み、かつ前記脚載せ部２２内で前後方向に延びるように形成されている。この空間Ｓ１の前端部は、車体カバー６の前端部に形成された走行風入口５５（図１および図５参照）に車体カバー６内の空間Ｓ２を介して接続されている。前記走行風入口５５は、図１に示すように、車体カバー６における前輪２の後方であって、ケース４１の底部５１（燃料電池セルスタック１１）より高い位置に車体の前方に向けて開口するように形成されている。また、走行風入口５５は、図２に示すように、車体カバー６の車体左側の端部から車体右側の端部まで延びるように開口している。
前記空間Ｓ１の後端部は、図１および図７に示すように、車体カバー６の後端部に形成された走行風出口５６に車体カバー６内の空間Ｓ３を介して接続されている。空間Ｓ３は、車体カバー６の後部２３内に形成されている。前記走行風出口５６は、図２に示すように、前後方向から見て前記水素ボンベ１４の両側近傍に位置するように、車体カバー後部２３の上側の２箇所に形成されている。
前記空間Ｓ３は、シート３と車体カバー６の上端部とからなる上壁と、車体カバー６の後部の両側部からなる左右一対の側壁と、車体カバー６の後部内で前後方向に延びる板状の部材からなる底壁５７（図１参照）とによって囲まれた内側に形成されている。前記底壁５７は、車体カバー６の脚載せ台２２ｂの後端から上パイプ３３の前部３３ａに沿って後上がりに延びるとともに、上パイプ３３の後部３３ｂに沿って後方へ延びている。この空間Ｓ３の前部内には、前記二次電池１３が収容され、空間Ｓ３の後部内には、水素ボンベ１４が収容されている。
これらの空間Ｓ１〜Ｓ３は、車体の前後方向に延びる一連の空間を構成しているから、この実施の形態による電動二輪車１においては、車体カバー６の走行風入口５５と走行風出口５６との間に空間Ｓ１〜Ｓ３からなる走行風通路６１が形成されることになる。この走行風通路６１内には、燃料電池コントローラ５３、二次電池１３および水素ボンベ１４がこの順に並べて配設されている。
このように車体カバー６内に走行風通路６１が形成された電動二輪車１によれば、走行時に走行風が走行風入口５５から走行風通路６１内に流入する。この走行風は、空間Ｓ２から車体カバー６とケース４１との間の空間Ｓ１に流入し、この空間Ｓ１を通過するときにケース４１の上側突部５２に接触する。すなわち、走行風が上側突部５２の上壁５２ａおよび両側壁５２ｂ，５２ｂとヒートシンク５４とに接触することによって、燃料電池コントローラ５３が冷却される。
その後、走行風は、空間Ｓ３に流入し、二次電池１３と水素ボンベ１４とを冷却してから走行風出口５６を通って車体カバー６の後方に排出される。
燃料電池セルスタック１１は、車体カバー６内に設けられているにもかかわらず前記走行風通路６１の外に配設されているから、断熱材を使用しなくても走行風によって不必要に冷却されることはない。
したがって、この実施の形態による電動二輪車１によれば、燃料電池セルスタック１１を発電効率が高くなる温度に速やかに昇温させてこの温度に維持することができる。また、この電動二輪車１においては、走行風入口５５の下流側近傍に燃料電池コントローラ５３が位置付けられているから、発熱量が相対的に多い燃料電池コントローラ５３を最も温度が低い状態の走行風によって効率よく冷却することができる。しかも、二次電池１３や水素ボンベ１４は、相対的に発熱量が少ないから燃料電池コントローラ５３を冷却した後の走行風であっても充分に冷却することができる。
この結果、この実施の形態によれば、燃料電池ユニット１２や二次電池１３および水素ボンベ１４を走行風によって適正な温度に冷却可能な電動二輪車１を製造することができる。
また、この実施の形態によれば、前輪２の後方近傍に走行風入口５５が設けられているから、走行風通路６１内に走行風が入り易くなり、走行風が大量に導入されて前記各部品の冷却効率をより一層向上させることができる。
この実施の形態によれば、ケース４１の上側突部５２（燃料電池コントローラ５３）の上方と両側方とに走行風通路６１（空間Ｓ１）が形成されているから、燃料電池コントローラ５３を上方と両側方とから冷却することができる。したがって、走行風通路６１内を流れる走行風の量が多くなることと、前記上側突部５２の走行風に触れる部分の面積が大きくなることとから、燃料電池コントローラ５３をより一層効率よく冷却することができる。
本発明に係る電動二輪車の車体カバー内の構成を示す側面図である。 本発明に係る電動二輪車の車体カバー内の構成を示す正面図である。 本発明に係る電動二輪車の車体カバー内の構成を示す斜視図である。 車体カバーとケースの縦断面図である。 本発明に係る電動二輪車の左前方から見た斜視図である。 本発明に係る電動二輪車の側面図である。 本発明に係る電動二輪車の右後方から見た斜視図である。
符号の説明
２…前輪、３…シート、４…脚通し空間、６…車体カバー、７…リヤアーム、８…モータ、９…後輪、１１…燃料電池セルスタック、１２…燃料電池ユニット、１３…二次電池、１４…水素ボンベ、２２ｂ…脚載せ台、４１…ケース、５１…底部、５２…上側突部、５３…燃料電池コントローラ、５５…走行風入口、５６…走行風出口、５７…底壁、６１…走行風通路、Ｓ１〜Ｓ３…空間。

Claims (2)

  1. 燃料電池セルスタックと燃料電池コントローラとを有する燃料電池ユニットと、
    この燃料電池ユニットに水素ガスを供給する水素貯蔵容器と、
    前記燃料電池ユニットによって充電される二次電池と、
    前記燃料電池ユニットと二次電池とのうち少なくとも一方から給電されて駆動輪を回転させるモータとを備えた電動二輪車であって、
    前記燃料電池コントローラを前記燃料電池セルスタックの上に配設し、この燃料電池コントローラより車体の後方に前記二次電池を位置付けるとともに、この二次電池の後方に前記水素貯蔵容器を位置付け、
    これらの燃料電池コントローラ、燃料電池セルスタック、二次電池および水素貯蔵容器を上下方向と両側方とから囲む車体カバーを備えてなり、
    前記車体カバーの前端部における前記燃料電池セルスタックより高い部位に走行風入口を開口し、かつこの車体カバーの後端部に走行風出口を開口し、
    車体カバー内であって前記走行風入口と前記走行風出口との間に、燃料電池コントローラ、二次電池、水素貯蔵容器が収容された走行風通路を形成してなる電動二輪車。
  2. 請求項１記載の電動二輪車において、
    前輪とシートとの間に脚通し空間を形成し、
    前記燃料電池セルスタックと前記燃料電池コントローラとを前後方向から見て凸状のケースに収納して前記脚通し空間の底に配設し、
    前記ケース内の底部に燃料電池セルスタックを位置付けるとともに、上側突部に燃料電池コントローラを位置付け、
    前記上側突部の両側方および上方と車体カバーとの間に走行風通路を形成したことを特徴とする電動二輪車。
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