(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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燃料電池と、二次電池とを備え、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車両において、車体フレーム前端に設けられて前輪を操舵可能に支持するヘッドパイプと、後輪の上方において上記車体フレーム後部に支持される運転シートとの間の車体前部の位置に、少なくとも上記燃料電池、燃料ボンベおよび二次電池の三者が略上下に重なる状態で車体に配設支持し、上記ヘッドパイプの後面から下方の上記前輪後ろ側に向かって延設されるダウンフレーム部材と、後端に上記後輪を回動自在に軸支するリヤスイングアームの前端がスイング自在に枢着されるスイングピボット部を備えて後上方に延びるピボットブラケット部材と、上記ヘッドパイプの後面から上記ピボットブラケット部材の前下端部に向かって車両側面視で後斜め下方に略直線状に延設されるメインフレーム部材と、前端を上記ダウンフレーム部材の下部に連結し、後端を上記ピボットブラケット部材の上端部で支持して上記メインフレーム部材の略中間部でＸ字状に交差して車両の前後方向に延設されるシートフレーム部材とを有し、略上下に重なる状態で車体に配設される上記燃料電池、燃料ボンベおよび二次電池の三者は、上記燃料ボンベを中央部に、上側または下側に上記燃料電池または上記二次電池をそれぞれ配設し、上記燃料ボンベを上記左右一対のシートフレーム部材に沿うようにこれらの間に重なるように配設したことを特徴とする燃料電池車両。
【請求項２】
上記燃料電池に空冷式の冷却装置を備え、上記燃料電池を冷却した後の排風を上記燃料ボンベに向かって排出するよう、上記燃料電池を上記燃料ボンベの上方に配設した請求項１に記載の燃料電池車両。
【請求項３】
上記燃料電池車両のシステム制御装置を、上記燃料電池の発電電力を制御する電力制御装置と、この電力制御装置および上記二次電池からの電力を１２Ｖ電源に変換して各部品に供給する電力変換分配装置と、この電力変換分配装置より供給される直流電力を三相交流電力に変換して上記モータを駆動制御するモータコントローラと、これらを統括して制御する車両コントローラとから構成し、上記後輪を駆動する上記モータを上記リヤスイングアームに一体的に取り付けてユニットスイング式スイングアームを形成すると共に、上記システム制御装置を構成する上記電力制御装置、電力変換分配装置および車両コントローラを、上記燃料ボンベの上側に配設された上記燃料電池の近傍に配置する一方、上記スイングピボット部が設けられている、上記燃料ボンベ下側に上記モータコントローラおよび上記二次電池を配置した請求項１または請求項２に記載の燃料電池車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
自動二輪車型の燃料電池車両は、車体の大部分をカバーで覆ったスクータ型車両が多く、そのカバー内に上記主要コンポーネントを外部に露出させることなく配置でき、またレイアウトの自由度も高い。
【０００４】
スクータ型の、燃料電池車両の各コンポーネントの配置例としては、例えば燃料電池を運転シートの前方に配設する一方、燃料ボンベや二次電池、制御装置を運転シートの前方および下方に分散して配設している（例えば特許文献１および２参照）。
【特許文献１】特開２００５−２８９８８号公報
【特許文献２】特開２００７−８３９５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、燃料ボンベや二次電池等の重量の嵩むコンポーネントを車両の各所に分散配置すれば車両の運動性能や操縦安定性を低下させる虞がある。また、コンポーネントの分散配置は車両の組み立て時において各コンポーネントを連結する電気線の配線が煩雑になるなど、製造ライン上における組み立て工数が嵩み、車両の製造コストの低減を妨げる要因となる。
【０００６】
さらに、運転シートの下方にコンポーネントを配置すると運転シート下方のスペースに物入れなどを形成できない。
【０００７】
ところで、例えば水素ガスを貯蔵する燃料ボンベは、エネルギー密度を高めるために高圧の水素ガスが貯蔵できるよう、超高圧ボンベを使用するのが一般的である。しかしながら、このような燃料ボンベはガソリンやメタノール等の液体燃料を貯蔵する燃料タンクのように、その一部分を凹ませるなどの形状の自由度がない。その結果、例えば水素の燃料ボンベを運転シートの下方と後輪との間に配設すると、運転シートの座面が高くなって車両停車時の足着き性が良くない。
【０００８】
そして、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、すべてのコンポーネントをカバーで覆うことは困難であると共に、各コンポーネントの分散配置も困難である。
【０００９】
本発明は上述した事情を考慮してなされたもので、車両の運動性能および操縦安定性の向上を図った燃料電池車両を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る燃料電池車両は、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、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燃料電池と、二次電池とを備え、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車両において、車体フレーム前端に設けられて前輪を操舵可能に支持するヘッドパイプと、後輪の上方において上記車体フレーム後部に支持される運転シートとの間の車体前部の位置に、少なくとも上記燃料電池、燃料ボンベおよび二次電池の三者が略上下に重なる状態で車体に配設支持し、上記ヘッドパイプの後面から下方の上記前輪後ろ側に向かって延設されるダウンフレーム部材と、後端に上記後輪を回動自在に軸支するリヤスイングアームの前端がスイング自在に枢着されるスイングピボット部を備えて後上方に延びるピボットブラケット部材と、上記ヘッドパイプの後面から上記ピボットブラケット部材の前下端部に向かって車両側面視で後斜め下方に略直線状に延設されるメインフレーム部材と、前端を上記ダウンフレーム部材の下部に連結し、後端を上記ピボットブラケット部材の上端部で支持して上記メインフレーム部材の略中間部でＸ字状に交差して車両の前後方向に延設されるシートフレーム部材とを有し、略上下に重なる状態で車体に配設される上記燃料電池、燃料ボンベおよび二次電池の三者は、上記燃料ボンベを中央部に、上側または下側に上記燃料電池または上記二次電池をそれぞれ配設し、上記燃料ボンベを上記左右一対のシートフレーム部材に沿うようにこれらの間に重なるように配設したものである。
【００１２】
さらに、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、上記燃料電池に空冷式の冷却装置を備え、上記燃料電池を冷却した後の排風を上記燃料ボンベに向かって排出するよう、上記燃料電池を上記燃料ボンベの上方に配設したものである。
【００１３】
そして、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、上記燃料電池車両のシステム制御装置を、上記燃料電池の発電電力を制御する電力制御装置と、この電力制御装置および上記二次電池からの電力を１２Ｖ電源に変換して各部品に供給する電力変換分配装置と、この電力変換分配装置より供給される直流電力を三相交流電力に変換して上記モータを駆動制御するモータコントローラと、これらを統括して制御する車両コントローラとから構成し、上記後輪を駆動する上記モータを上記リヤスイングアームに一体的に取り付けてユニットスイング式スイングアームを形成すると共に、上記システム制御装置を構成する上記電力制御装置、電力変換分配装置および車両コントローラを、上記燃料ボンベの上側に配設された上記燃料電池の近傍に配置する一方、上記スイングピボット部が設けられている、上記燃料ボンベ下側に上記モータコントローラおよび上記二次電池を配置したものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る燃料電池車両によれば、組み立て性、メンテナンス性が向上すると共に、スペースが効率的に利用され、さらにマスの集中化によって車両の運動性能および操縦安定性が向上する。
【００１５】
また、燃料ボンベが車体フレームによって周囲からの衝撃等から保護ざれる。さらに、燃料ボンベの温度低下が防止され、燃料の安定供給が可能となる。
【００１６】
さらにまた、モータコントローラからモータへ供給される電流の電圧低下が防止され、モータの正確な制御および省燃費が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１８】
図１は、この発明を適用した燃料電池車両としての自動二輪車の一例を示す左側面図である。図１に示すように、この自動二輪車１は車体フレーム２を有する。この自動二輪車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。
【００１９】
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。
【００２０】
図２は、カウリング８を取り外した状態の、自動二輪車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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
この燃料電池車両としての自動二輪車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。
【００２４】
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に囲まれた車体前部の位置に、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。
【００２５】
具体的には、燃料ボンベ３１を中央部に、上側または下側に燃料電池３２または二次電池３３を、本実施形態においては、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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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はアンダーカウリング１０内に配置される。
【００３２】
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、リヤスイングアーム１７の前端をスイング自在に支持するスイングピボット部１６が設けられている、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。
【００３３】
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外気導入口５０が開口される。一方、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は詳細には図示しないが電動式の冷却ファンを備え、この冷却ファンは燃料電池３２の下面、すなわち燃料ボンベ３１の上方に配設される。
【００３４】
そして、冷却ファンは、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、燃料電池３２を冷却した後の暖かい排風を燃料ボンベ３１に向かって排出するように構成される。
【００３５】
なお、アンダーカウリング１０には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。
【００３６】
次に、本実施形態の作用について説明する。
【００３７】
車体フレーム２前部に設けられたヘッドパイプ３と車体フレーム２後部に設けられた運転シート２０との間の車体前部の位置に、少なくとも燃料電池３２、燃料ボンベ３１および二次電池３３の三者を略上下に重なる状態で配設支持したことにより、燃料電池車両を構成する主要コンポーネントが集中配置化される。主要コンポーネントの集中配置化により、燃料供給配管４０や電線４７の配索が簡素化されて組み立て性、メンテナンス性が向上すると共に、スペースが効率的に利用され、さらに重量物の集中配置によりマスが集中化し、前輪１２および後輪１９への荷重分担が適正化されて車両の運動性能および操縦安定性が向上する。
【００３８】
また、燃料ボンベ３１を中央部に、上側または下側に燃料電池３２または二次電池３３をそれぞれ配設し、燃料ボンベ３１を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配設したことにより、燃料ボンベ３１が車体フレーム２の構成部材によって周囲からの衝撃等から保護ざれる。
【００３９】
さらに、後輪１９を駆動する車両の原動機としてのモータ３４をリヤスイングアーム１７に一体的に取り付けてユニットスイング式スイングアームを形成すると共に、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を、例えば燃料ボンベ３１の上側に配設された燃料電池３２の近傍に配置する一方、リヤスイングアーム１７の前端をスイング自在に支持するスイングピボット部１６が設けられている、燃料ボンベ３１下側にモータコントローラ４５および二次電池３３を配置したことにより、モータコントローラ４５からモータ３４への長さを短縮化できる。その結果、モータコントローラ４５からモータ３４へ供給される電流の電圧低下が防止され、モータ３４の正確な制御および省燃費が可能となる。
【００４０】
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に空冷式の冷却装置５１を備え、燃料電池３２を冷却した後の暖まった排風を燃料ボンベ３１に向かって排出するよう、燃料ボンベ３１の上方に配設すれば燃料ボンベ３１の温度低下が防止され、燃料を安定して供給できる。
【００４１】
一方、モータコントローラ４５をアンダーカウリング１０内に配置することにより、前輪１２が撥ね上げる飛石等からモータコントローラ４５を保護できると共に、アンダーカウリング１０に他の外気導入口を形成して冷却風を導入する、或はモータコントローラ４５に設けた冷却フィン（図示せず）をアンダーカウリング１０の外面に臨ませてモータコントローラ４５を冷却可能にし、二次電池３３をモータコントローラ４５の後方に燃料ボンベ３１の傾斜に合わせて前傾した状態で配設すれば、モータコントローラ４５脇を通過した冷却風で二次電池３３の各部を効果的に冷却可能となる。
【００４２】
なお、本実施形態では本願発明を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。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明に係る燃料電池車両の一実施形態を示す図。
【図２】カウリングを取り外した状態の、自動二輪車の左側面図。
【図３】燃料電池車両のシステム構成図。
【符号の説明】
【００４４】
１  自動二輪車（燃料電池車両）
２  車体フレーム
３  ヘッドパイプ
４  ダウンフレーム部材
５  ピボットブラケット部材
６  メインフレーム部材
７  シートフレーム部材
１２  前輪
１６  スイングピボット部
１７  リヤスイングアーム
１９  後輪
２０  運転シート
３１  燃料ボンベ
３２  燃料電池
３３  二次電池
３４  モータ
３５  システム制御装置
４３  電力制御装置
４４  電力変換分配装置
４５  モータコントローラ
４６  車両コントローラ
５１  冷却装置
【図１】
0005076777.tif 000002
【図２】
0005076777.tif 000003
【図３】
0005076777.tif 000004