DE102004053149A1

DE102004053149A1 - EMI-Schutz und Brennstoffzellensysteme, die diesen verwenden

Info

Publication number: DE102004053149A1
Application number: DE102004053149A
Authority: DE
Inventors: Ralph Hobmeyr; Jeff Arvada Shull; Titus Littleton Herschberger; Hartmut Hinz; Steve Fort Lupton Rysdam
Original assignee: Motors Liquidation Co; Barber Nichols Inc; UQM Technologies Inc
Current assignee: Motors Liquidation Co; Barber Nichols Inc; Danfoss Power Solutions US Co
Priority date: 2003-11-05
Filing date: 2004-11-03
Publication date: 2005-06-02
Anticipated expiration: 2024-11-04
Also published as: GB2407916B; DE102004053149B4; US7176385B2; GB2407916A; US20050092534A1; GB0419860D0

Abstract

Es ist ein Schema vorgesehen, um das Ausmaß, mit dem EMI von Hochspannungskomponenten eines Brennstoffzellensystems oder eines über Brennstoffzellen betriebenen Fahrzeugs in Niederspannungskomponenten des Systems oder Fahrzeugs induziert wird, zu verringern. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die elektrischen Komponenten des Hochspannungsbereichs des Systems und die elektrischen Komponenten des Niederspannungsbereichs des Systems so positioniert, dass in Abwesenheit einer EMI-abschirmenden Anordnung zwischen den Hoch- und Niederspannungskomponenten eine erhebliche Größe einer EMI von den Hochspannungskomponenten in den Niederspannungskomponenten induziert würde. Die EMI-abschirmende Anordnung ist so ausgebildet, dass ein leitendes Gehäuse um den Hochspannungsbereich und den Niederspannungsbereich herum und eine leitende EMI-Barriere zwischen dem Hochspannungsbereich und dem Niederspannungsbereich gebildet wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Brennstoffzellensysteme und über Brennstoffzellen betriebene Fahrzeuge. Genauer betrifft die vorliegende Erfindung ein Schema, das auf eine elektromagnetische Interferenz (EMI) zwischen elektrischen Komponenten eines Brennstoffzellensystems oder eines über Brennstoffzellen betriebenen Fahrzeugs gerichtet ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Schema vorgesehen, um das Ausmaß zu verringern, in dem EMI von Hochspannungskomponenten eines Brennstoffzellensystems oder eines über Brennstoffzellen betriebenen Fahrzeugs in Niederspannungskomponenten des Systems oder Fahrzeugs induziert wird. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein System vorgesehen, das eine elektrochemische Einheit, zumindest eine elektrische Vorrichtung für relativ niedrige Spannung, zumindest eine elektrische Vorrichtung für relativ hohe Spannung, eine Steuerschaltung wie auch eine EMI-Abschirmanordnung umfasst.

Die elektrochemische Einheit ist so ausgebildet, dass sie einen ersten und zweiten Reaktanden verwendet, um elektrischen Strom zu erzeugen. Die elektrischen Vorrichtungen mit relativ niedriger und relativ hoher Spannung sind funktionell mit der elektrochemischen Einheit gekoppelt. Die Steuerschaltung ist funktionell mit der elektrischen Vorrichtung für relativ niedrige Spannung und der elektrischen Vorrichtung für relativ hohe Spannung gekoppelt und umfasst einen Hochspannungsbereich und einen Niederspannungsbereich. Der Hochspannungsbereich umfasst elektrische Komponenten, die im Vergleich zu elektrischen Komponenten des Niederspannungsbereiches für einen Betrieb bei höheren Spannungen ausgebildet sind. Die elektrischen Komponenten des Hochspannungsbereiches und die elektrischen Komponenten des Niederspannungsbereiches sind so positioniert, dass in Abwesenheit einer EMI-abschirmenden Anordnung zwischen den Hoch- und Niederspannungskomponenten eine erhebliche Größe einer EMI von den Hochspannungskomponenten in den Niederspannungskomponenten induziert würde. Die EMI-abschirmende Anordnung ist so ausgebildet, dass sie ein leitendes Gehäuse um den Hochspannungsbereich und den Niederspannungsbereich herum und eine leitende EMI-Barriere zwischen dem Hochspannungsbereich und dem Niederspannungsbereich definiert.

Gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Fahrzeug vorgesehen, mit einer elektrochemischen Einheit, zumindest einem Sensor für relativ niedrige Spannung, zumindest einer elektrischen Vorrichtung für relativ hohe Spannung, einer Steuerschaltung und einer EMI-abschirmenden Anordnung. Die elektrochemische Einheit ist so ausgebildet, dass sie einen ersten Reaktanden von einer Wasserstoff-Brennstoffquelle und einen zweiten Reaktanden in der Form eines oxidierenden Reaktanden verwendet, um einen elektrischen Strom zu erzeugen. Die elektrochemische Einheit ist ferner so ausgebildet, dass sie als eine Quelle für Antriebsenergie für das Fahrzeug dient. Die elektrische Vorrichtung für relativ hohe Spannung und der Sensor für relativ niedrige Spannung sind funktionell mit der elektrochemischen Einheit gekoppelt.

Die Steuerschaltung ist funktionell mit dem elektrischen Sensor für relativ niedrige Spannung gekoppelt, um so von dem Sensor ein Signal für relativ niedrige Spannung einzugeben. Die Schaltung ist auch funktionell mit der elektrischen Vorrichtung für relativ hohe Spannung gekoppelt, um so ein Steuersignal für relativ hohe Spannung an die Vorrichtung auszugeben. Die Steuerschaltung umfasst einen Hochspannungsbereich mit einer Schaltung zur Erzeugung des Hochspannungssteuersignals und einen Niederspannungsbereich mit einer Schaltung zur Verarbeitung des Niederspannungssensorsignals. Der Hochspannungsbereich und der Niederspannungsbereich der Steuerschaltung sind auf einer gemeinsamen Leiterplatte definiert, und elektrische Komponenten der Hoch- und Niederspannungsbereiche sind auf der Leiterplatte derart positioniert, dass in Abwesenheit einer EMI-abschirmenden Anordnung zwischen den Hoch- und Niederspannungskomponenten eine erhebliche Größe einer EMI von den Hochspannungskomponenten in dem Niederspannungsbereich induziert würde. Die EMI-abschirmende Anordnung ist so ausgebildet, dass sie ein leitendes Gehäuse um den Hochspannungsbereich und den Niederspannungsbereich herum und eine leitende EMI-Barriere zwischen dem Hochspannungsbereich und dem Niederspannungsbereich definiert.

Demgemäß ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Mittel vorzusehen, mit dem die EMI von Hochspannungskomponenten eines Brennstoffzellensystems oder eines über Brennstoffzellen betriebenen Fahrzeugs verringert wird. Andere Aufgaben der vorliegenden Erfindung werden in Anbetracht der Beschreibung der hier dargestellten Erfindung offensichtlich.

Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden nur beispielhaft unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, wobei gleiche Anordnungen mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind, und wobei:

1 eine Darstellung einer Steuerschaltung und einer EMI-abschirmenden Anordnung gemäß der vorliegenden Erfindung ist;

2 eine schematische Darstellung eines Brennstoffzellensystems mit Hoch- und Niederspannungsvorrichtungen und einer Steuereinheit gemäß der vorliegenden Erfindung ist;

3 eine Darstellung einer Steuerschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung ist;

4 eine Darstellung von hervorstehenden und aufnehmenden Eingriffsflächen einer EMI-abschirmenden Innenwandanordnung und einer Leiterplatte gemäß der vorliegenden Erfindung ist;

5 eine Darstellung einer EMI-abschirmenden Außenwandanordnung mit einem Kühlmitteldurchgang gemäß der vorliegenden Erfindung ist;

6 eine Darstellung eines Systems mit einer elektrischen Hochspannungsvorrichtung, die mit der EMI-abschirmenden Anordnung gekoppelt ist, gemäß der vorliegenden Erfindung ist; und

7 eine Darstellung eines über Brennstoffzelle betriebenen Fahrzeugs gemäß der vorliegenden Erfindung ist.

In den 1 und 2 ist eine abgeschirmte Steuereinheit 10 und ein System, das die abgeschirmte Steuereinheit 10 umfasst, gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt. Verschiedene Komponenten der abgeschirmten Steuereinheit 10 sind in 1 detaillierter gezeigt. Im Gegensatz dazu zeigt 2 lediglich eine schematische Darstellung eines Systems, bei dem die Steuereinheit 10 in Verbindung mit einer Vielzahl von Vorrichtungen steht. Die in 2 gezeigten Vorrichtungen sind nur beispielhaft dargestellt und umfassen Hoch- und Niederspannungsvorrichtungen und eine elektrochemische Einheit in der Form einer Brennstoffzelle 20, die so ausgebildet ist, dass sie einen ersten und zweiten Reaktanden, beispielsweise eine Wasserstoff-Brennstoffquelle und ein Oxidationsmittel, wie beispielsweise Luft, verwendet, um einen elektrischen Storm zu erzeugen.

Die vorliegende Erfindung ist besonders für Systeme mit Vorrichtungen für relativ hohe Spannung und relativ niedrige Spannung geeignet. Demgemäß sind in 2 Hochspannungsvorrichtungen in der Form einer ersten und zweiten Reaktandenquelle R₁, R₂ und eine Niederspannungsvorrichtung in der Form eines Sensors 30 gezeigt. Es ist jedoch wichtig anzumerken, dass die vorliegende Erfindung nicht auf einen bestimmten Typ von Hoch- und Niederspannungsvorrichtungen beschränkt ist. Vielmehr sind die erste und zweite Reaktandenquelle R₁, R₂ und der Sensor 30 in 2 lediglich deshalb dargstellt worden, da sie in Brennstoffzellensystemen verwendet werden. Für Fachleute auf dem Gebiet von Brennstoffzellensystemen sei angemerkt, dass die Reaktandenquellen und Sensoren, die in einem Brennstoffzellensystem verwendet werden können, eine Vielzahl von geeigneten Formen annehmen können, einschließlich Vorrichtungen, die als Hochspannungs-, Niederspannungs- oder Nullspannungsvorrichtungen gekennzeichnet werden können. Beispielsweise kann eine Reaktandenquelle einen motorbetriebenen Kompressor für relativ hohe Spannung oder ein nicht elektrisches unter Druck gesetztes Gasreservoir umfassen.

Zur Definition und Beschreibung der vorliegenden Erfindung sei angemerkt, dass hier der Bezug auf relativ hohe und relativ niedrige Spannungen keine spezifischen Betriebsspannungswerte irgendeines Typs von Vorrichtung betrifft. Vielmehr sind die Betriebsspannungen der beiden verschiedenen Vorrichtungstypen nur in dem Sinne beschränkt, dass die Betriebsspannung einer Hochspannungsvorrichtung höher als die Betriebsspannung einer Niederspannungsvorrichtung ist, und umgekehrt. Beispielsweise können Hochspannungsvorrichtungen gemäß der vorliegenden Erfindung Motoren, Kompressoren, Heizelemente, Kühlsystemkomponenten, DC/DC-Wandler, Gebläsemodule oder andere Vorrichtungen umfassen, die bei einer relativ hohen Spannung arbeiten. Niederspannungsvorrichtungen können Sensoren umfassen, die beispielsweise so ausgebildet sind, um einen Antriebsstrangzustand eines Fahrzeugs, einen Betriebszustand eines Fahrzeugs oder einen Betriebszustand eines Brennstoffzellensystems oder einer anderen Vorrichtung, die bei einer relativ niedrigen Spannung arbeitet, zu erfassen.

Bei dem gezeigten Beispiel ist der Niederspannungssensor 30 in Verbindung mit der Steuereinheit 10 angeordnet und so ausgebildet, um die Drehzahl oder einen anderen Betriebszustand eines Fahrzeugantriebsstranges 32 zu erfassen. Ähnlicherweise ist die Steuereinheit 10 in Verbindung mit der ersten und zweiten Reaktandenquelle R₁, R₂ und der Brennstoffzelle 20 angeordnet. Für Fachleute auf dem Gebiet von Brennstoffzellensystemen und Fahrzeugen, die Brennstoffzellen als Quelle für Antriebsenergie verwenden, sei angemerkt, dass die schematische Darstellung von 2 stark vereinfacht ist und viele Komponenten derartiger Systeme weggelassen wurden. Dennoch zeigt 2 die allgemeine Ausge staltung der Steuereinheit wie auch ausgewählte Komponenten des Systems.

In 1 umfasst die Steuerschaltung der Steuereinheit 10 Hochspannungsbereiche 22 und einen Niederspannungsbereich 24. Einfach gesagt umfasst der Hochspannungsbereich 22 elektrische Komponenten, die im Vergleich zu elektrischen Komponenten des Niederspannungsbereiches 24 für einen Betrieb bei höheren Spannungen ausgebildet sind. Wie in 1 gezeigt ist, sind die elektrischen Komponenten des Hochspannungsbereiches 22 und die elektrischen Komponenten des Niederspannungsbereiches 24 direkt benachbart zueinander positioniert. Bei Abwesenheit der EMI-abschirmenden Anordnung, wie nachfolgend detaillierter beschrieben ist, würde eine erhebliche Größe einer EMI von den Hochspannungskomponenten des Hochspannungsbereiches 22 in den Niederspannungskomponenten des Niederspannungsbereiches 24 induziert werden.

Eine EMI-abschirmende Anordnung definiert ein leitendes Gehäuse 12 um den Hochspannungsbereich 22 und den Niederspannungsbereich 24 herum und eine leitende EMI-Barriere 14 zwischen dem Hochspannungsbereich 22 und dem Niederspannungsbereich 24. Das leitende Gehäuse, das durch die EMI-abschirmende Anordnung definiert wird, kann im Wesentlichen die gesamte Steuerschaltung umgeben und umfasst einen Hochspannungsverbindereinlass 26 und einen Niederspannungsverbindereinlass 28. Die Hoch- und Niederspannungsverbindereinlässe 26, 28 können so positioniert sein, dass die EMI in Niederspannungsverbindern, die durch den Niederspannungsverbindereinlass 28 verlaufen, von Hochspannungsverbindern, die durch den Hochspannungsverbindereinlass 26 laufen, beispielsweise dadurch minimiert wird, dass die Einlässe 26, 28 an gegenüberliegenden Extremen von einer der Seiten des Gehäuses 12 angeordnet werden.

Die Abschirmanordnung ist so ausgebildet, dass die Leiterplatte oder die Leiterplatten, auf der bzw. denen die Hoch- und Niederspannungsbereiche 22, 24 der Steuerschaltung angeordnet sind, an der Abschirmanordnung befestigt sein können. Die Abschirmanordnung definiert Hochspannungsfächer 16 und ein Niederspannungsfach 18, die durch die leitende EMI-Barriere 14 getrennt sind. Obwohl 1 ein Paar von Hochspannungsfächern 16 und ein einzelnes Niederspannungsfach zeigt, sei gemerkt, dass eine beliebige Anzahl von Typen von Fächern vorgesehen werden kann, ohne vom Schutzumfang der Erfindung abzuweichen.

Genauer definiert das durch die Abschirmanordnung definierte leitende Gehäuse 12 eine Außenwandanordnung 15 und eine Innenwandanordnung, die durch die leitende EMI-Barriere 14 gebildet sind. Bei der gezeigten Ausführungsform ist die durch die leitende EMI-Barriere 14 gebildete Innenwandanordnung so ausgebildet, dass die bauliche Einheitlichkeit des Gehäuses gesteigert wird.

Wie in 3 gezeigt ist, kann der Hochspannungsbereich 22 und der Niederspannungsbereich 24 der Steuerschaltung auf einer gemeinsamen Leiterplatte 40 definiert sein. Alternativ dazu sei angemerkt, dass die Hoch- und Niederspannungsbereiche auf separaten Leiterplatten angeordnet sein können. Um die EMI-Abschirmung zu verbessern, umfasst das leitende Gehäuse 12, das durch die Abschirmanordnung definiert wird, Komponenten, die mit auf der Leiterplatte 40 ausgebildeten Leiterbahnen 42 ausgerichtet sind. Beispielsweise sind bei der gezeigten Ausführungsform die leitende EMI-Barriere 14 und Abschnitte der Außenwandanordnung 15 mit den Leiterbahnen 42 ausgerichtet.

Die elektrischen Komponenten 23 des Hochspannungsbereiches 22 sind für einen Betrieb bei Spannungen ausgebildet, die erheblich höher sind, d.h. um zumindest eine Größenordnung, als die Betriebsspannungen der elektrischen Komponenten 25 des Niederspannungsbereiches 24. Genauer können beispielsweise die Betriebsspannungen des Hochspannungsbereiches über etwa 450 V liegen, während die Betriebsspannungen des Niederspannungsbereiches unter etwa 5 V liegen können. Ähnlicherweise können die elektrischen Komponenten 23 des Hochspannungsbereiches 22 auch für einen Betrieb bei elektrischen Strömen ausgebildet sein, die erheblich höher, d.h. zumindest um eine Größenordnung höher als die Betriebsströme der elektrischen Komponenten 25 des Niederspannungsbereiches 24 sind. Genauer können die Betriebsströme der elektrischen Komponenten 25 des Niederspannungsbereiches 24 unterhalb 0,01 Ampere liegen, während die elektrischen Komponenten des Hochspannungsbereiches für einen Betrieb gut oberhalb 0,01 Ampere, beispielsweise bis zu etwa 700 Ampere ausgebildet sein können. Aufgrund dessen ist der resultierende elektromagnetische Einfluss der Signale mit hoher Spannung und hohem Strom auf die Signale mit niedriger Spannung und niedrigem Strom potenziell erheblich.

Wie in 4 gezeigt ist, definieren die Innenwandanordnung 14 und die Leiterplatte 40, auf der der Hochspannungsbereich 22 und der Niederspannungsbereich 24 der Steuerschaltung angeordnet ist, komplementäre hervorstehende und aufnehmende Eingriffsflächen 44, 46. Auf diese Art und Weise kann eine sichere Befestigung der Leiterplatte 40 an der Innenwandanordnung 14 hinsichtlich thermischer Ausdehnung und anderer mechanischer Beanspruchungen aufrechterhalten werden. Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfassen die komplementären hervorstehenden und aufnehmenden Eingriffsflächen 44, 46 einen Stift an der Innenwandanordnung und ein Loch in der Leiterplatte.

Ungeachtet der Art und Weise, wie die Innen- und Außenwandanordnungen 14, 15 ausgebildet sind, sei angemerkt, dass Konstruktionsaspekte die Wichtigkeit, EMI-abschirmende Anordnungen so auszubilden, dass eine Leckage von Hochspannungsfächern in Niederspannungsfächer verhindert wird, berücksichtigen sollten. Konstruktionsaspekte können eine Optimierung eines engen Kontaktes zwischen der Innenwandanordnung 14 und der Leiterplatte 40 wie auch eine Minimierung der Größe von Löchern, Spalten oder anderen Öffnungen in den Innen- und Außenwandanordnungen 14, 15 umfassen. Wenn Löcher oder Spalte nicht weggelassen werden können, sollte die Größe derartiger Öffnungen minimiert werden, und es ist darauf zu achten, dass sichergestellt wird, dass die Größe des Loches klein genug ist, um sowohl die Frequenz als auch die Wellenlänge der abzuschirmenden Strahlung zu berücksichtigen. Sichtlinien durch notwendige Löcher oder Spalte von einem Fach zu dem nächsten können indirekt ausgebildet werden, um eine Abschirmung zu verbessern.

Die Außenwandanordnung 15 und die Innenwandanordnung 14 können auch in thermischer Verbindung mit der Leiterplatte 40 angeordnet werden, um in der Steuerschaltung gebildete Wärme abzuführen bzw. eine Wärmesenke zu bilden. Zu diesem Zweck können die Anordnungen aus Materialien mit hoher Wärmeleitfähigkeit, wie beispielsweise Aluminium oder Aluminiumlegierungen ausgebildet werden. Es sei angemerkt, dass ferner abrieb- und verschleißbeständige Beschichtungen, die für typische Brennstoffzellenumgebungen geeignet sind, auf derartige Materialien aufgebracht werden können.

Es können ein oder mehrere Kühlmitteldurchgänge 50 in der Außenwandanordnung 15 vorgesehen werden, wie in 5 gezeigt ist. Alternativ oder zusätzlich dazu ist die Außenwandanordnung thermisch mit einem oder mehreren Kühlelementen 55 gekoppelt, wie in 6 gezeigt ist. Selbstverständlich ist es auch möglich, dass Kühlmitteldurchgänge in einem beliebigen Abschnitt der Außen- oder Innenwandanordnungen vorgesehen sein können, und dass Kühlelemente an einer Vielzahl von Orten bezüglich der Steuereinheit 10 positioniert sein können. Im Zusammenhang mit einem Fahrzeug mit einem über Fluid gekühlten Motor können die Kühlmitteldurchgänge integral mit existierenden Kühlmitteldurchgängen des Kraftfahrzeuges ausgebildet sein.

Wie ferner in 6 gezeigt ist, kann, wenn ein über Kompressor betriebenes Gebläse 60 als eine der elektrischen Hochspannungsvorrichtungen eines Brennstoffzellensystems vorgesehen ist, das leitende Gehäuse 12, das durch die Abschirmanordnung definiert ist, an dem Gebläse 60 befestigt oder mechanisch mit dem Gebläse 60 über eine geeignete Befestigungsausstattung befestigt sein. Ferner ist das leitende Gehäuse 12 der Steuereinheit 10 so orientiert, dass der Abstand zwischen dem Hochspannungsverbindereinlass 26 und dem Gebläse 60 minimiert ist. Auf diese Art und Weise kann die Länge der elektrischen Hochspannungsverbindungen, die von der Steuereinheit 10 zu dem Gebläse 60 verlaufen, und die dadurch erzeugte entsprechende EMI minimiert werden. Die Abschirmanordnung kann als eine Gussanordnung oder auf eine beliebige Art und Weise ausgebildet werden.

Schließlich ist in 7 ein Fahrzeug 100 mit einer Wasserstoff-Kraftstoffquelle 110 und einem Brennstoffzellensystem 120 gezeigt, das unter anderem eine elektrochemische Einheit, elektrische Hoch- und Niederspannungsvorrichtungen, eine Steuerschaltung und eine EMI-abschirmende Anordnung gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst.

Zu Definitions- und Beschreibungszwecken der vorliegenden Erfindung sei angemerkt, dass, wenn Bezug auf eine Vorrichtung genommen wird, die mit einer anderen Vorrichtung "funktionell gekoppelt" ist, eine Anzahl funktioneller Beziehungen möglich sind, zum Beispiel die folgenden: (i) wenn eine erste Vorrichtung ein Signal steuert oder liefert, das dazu verwendet wird, eine zweite Vorrichtung zu steuern, oder umgekehrt (beispielsweise eine erste Vorrichtung ist ein Brennstoffzellenspannungs- oder Stromsensor, eine zweite Vorrichtung ist die Brennstoffzelle); (ii) wenn die erste Vorrichtung einen Betriebszustand der zweiten Vorrichtung erfasst oder umgekehrt (beispielsweise eine erste Vorrichtung ist ein Brennstoffzellentemperatursensor, eine zweite Vorrichtung ist die Brennstoffzelle); (iii) wenn die erste Vorrichtung einen Betriebszustand einer dritten Vorrichtung steuert oder erfasst, die ihrerseits mit der zweiten Vorrichtung funktionell gekoppelt ist (beispielsweise (a) eine erste Vorrichtung ist ein Antriebsstrangsensor, eine zweite Vorrichtung ist eine Brennstoffzelle, eine dritte Vorrichtung ist ein durch die Brennstoffzelle betriebener Antriebsstrang; (b) eine erste Vorrichtung ist ein Brennstoffzellentemperatursensor, eine zweite Vorrichtung ist die Brennstoffzelle, eine dritte Vorrichtung ist eine Kühlfluidpumpe für die Brennstoffzelle; (c) eine erste Vorrichtung ist ein Antriebsstrangsensor, eine zweite Vorrichtung ist eine Brennstoffzelle, eine dritte Vorrichtung ist ein Kompressor oder ein Gebläse, um einen Reaktanden an die Brennstoffzelle zu führen; etc.); (iv) wenn die erste Vorrichtung eine elektrische Schaltung zur Verarbeitung von Signalen umfasst, die von der zweiten Vorrichtung eingegeben oder an die zweite Vorrichtung ausgegeben werden (beispielsweise die erste Vorrichtung umfasst eine Steuerschaltung und die zweite Vorrichtung umfasst einen Sensor oder eine Hochspannungsvorrichtung in Verbindung mit der Steuerschaltung).

Es sei angemerkt, dass die Begriffe wie "bevorzugt", "üblicherweise" und "typischerweise" hier nicht dazu verwendet sind, den Schutzumfang der beanspruchten Erfindung zu beschränken oder zu implizieren, dass bestimmte Merkmale kritisch, wesentlich oder sogar für den Aufbau oder die Funktion der beanspruchten Erfindung wichtig sind. Stattdessen sind diese Begriffe lediglich dazu bestimmt, alternative oder zusätzliche Merkmale hervorzuheben, die in einer bestimmten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, jedoch nicht verwendet werden müssen.

Zum Zwecke der Beschreibung und Definition der vorliegenden Erfindung sei angemerkt, dass der Begriff "im Wesentlichen" hier dazu verwendet wird, einen inhärenten Grad an Unsicherheit darzustellen, die auf einen quantitativen Vergleich, Wert, eine Messung oder eine andere Darstellung zurückzuführen ist. Der Begriff "im Wesentlichen" wird hier auch dazu verwendet, das Ausmaß darzustellen, um das eine quantitative Darstellung von einer festgelegten Referenz abweichen kann, ohne eine Änderung der Grundfunktion des beanspruchten Erfindungsgegenstandes zu bewirken.

Zusammengefasst ist ein Schema vorgesehen, um das Ausmaß, mit dem EMI von Hochspannungskomponenten eines Brennstoffzellensystems oder eines über Brennstoffzellen betriebenen Fahrzeugs in Niederspannungskomponenten des Systems oder Fahrzeugs induziert wird, zu verringern. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die elektrischen Komponenten des Hochspannungsbereichs des Systems und die elektrischen Komponenten des Niederspannungsbereichs des Systems so positioniert, dass in Abwesenheit einer EMI-abschirmenden Anordnung zwischen den Hoch- und Niederspannungskomponenten eine erhebliche Größe einer EMI von den Hochspannungskomponenten in den Nieder spannungskomponenten induziert würde. Die EMI-abschirmende Anordnung ist so ausgebildet, dass ein leitendes Gehäuses um den Hochspannungsbereich und den Niederspannungsbereich herum und eine leitende EMI-Barriere zwischen dem Hochspannungsbereich und dem Niederspannungsbereich gebildet wird.

Claims

System mit: einer elektrochemischen Einheit, die so ausgebildet ist, dass sie einen ersten und zweiten Reaktanden verwendet, um einen elektrischen Strom zu erzeugen; zumindest einer elektrischen Vorrichtung für relativ niedrige Spannung, die funktionell mit der elektrochemischen Einheit gekoppelt ist; zumindest einer elektrischen Vorrichtung für relativ hohe Spannung, die funktionell mit der elektrochemischen Einheit gekoppelt ist; einer Steuerschaltung, die funktionell mit der elektrischen Vorrichtung für relativ niedrige Spannung und der elektrischen Vorrichtung für relativ hohe Spannung gekoppelt ist, wobei die Steuerschaltung einen Hochspannungsbereich und einen Niederspannungsbereich umfasst, wobei der Hochspannungsbereich elektrische Komponenten umfasst, die für einen Betrieb bei höheren Spannungen ausgebildet sind, als die elektrischen Komponenten des Niederspannungsbereiches, und elektrische Komponenten des Hochspannungsbereiches und elektrische Komponenten des Niederspannungsbereiches so positioniert sind, dass in Abwesenheit einer EMI-abschirmenden Anordnung zwischen den Hoch- und Niederspannungskomponenten eine erhebliche Größe einer EMI von den Hochspannungskomponenten in den Niederspannungskomponenten induziert würde; und einer EMI-abschirmenden Anordnung, die so ausgebildet ist, um ein leitendes Gehäuse um den Hochspannungsbereich und den Nieder spannungsbereich herum und eine leitende EMI-Barriere zwischen dem Hochspannungsbereich und dem Niederspannungsbereich zu definieren.
System nach Anspruch 1, wobei das leitende Gehäuse, das durch die EMI-abschirmende Anordnung definiert ist, im Wesentlichen die gesamte Steuerschaltung umgibt.
System nach Anspruch 1, wobei: das leitende Gehäuse, das durch die EMI-abschirmende Anordnung definiert ist, zumindest einen Verbindereinlass umfasst; das leitende Gehäuse einen Hochspannungsverbindereinlass und einen Niederspannungsverbindereinlass umfasst; und die Hoch- und Niederspannungsverbindereinlässe so positioniert sind, dass eine EMI in Niederspannungsverbindern, die durch den Niederspannungsverbindereinlass verlaufen, von Hochspannungsverbindern, die durch den Hochspannungsverbindereinlass verlaufen, minimiert wird.
System nach Anspruch 1, wobei: das leitende Gehäuse, das durch die EMI-abschirmende Anordnung definiert wird, zumindest einen Verbindereinlass umfasst; das leitende Gehäuse einen Hochspannungsverbindereinlass und einen Niederspannungsverbindereinlass umfasst; und das leitende Gehäuse mechanisch mit der elektrischen Hochspannungsvorrichtung gekoppelt und so orientiert ist, um einen Abstand zwischen dem Hochspannungsverbindereinlass und der elektrischen Hochspannungsvorrichtung zu minimieren.
System nach Anspruch 1, wobei die Abschirmanordnung ein Hochspannungsfach und ein Niederspannungsfach definiert, das durch die leitende EMI-Barriere zwischen dem Hochspannungsbereich und dem Niederspannungsbereich getrennt ist.
System nach Anspruch 1, wobei: das leitende Gehäuse, das durch die abschirmende Anordnung definiert ist, eine Außenwandanordnung definiert; und die leitende EMI-Barriere eine Innenwandanordnung des leitenden Gehäuses bildet.
System nach Anspruch 6, wobei die Innenwandanordnung, die durch die leitende EMI-Barriere gebildet wird, so ausgebildet ist, um eine bauliche Einheitlichkeit des Gehäuses zu steigern.
System nach Anspruch 6, wobei die Innenwandanordnung und eine Leiterplatte, auf der die Steuerschaltung angeordnet ist, komplementäre hervorstehende und aufnehmende Eingriffsflächen definieren.
System nach Anspruch 6, wobei: die Außenwandanordnung und die Innenwandanordnung so ausgebildet sind, um in der Steuerschaltung erzeugte Wärme abzuführen; und die Außenwandanordnung einen Kühlmitteldurchgang umfasst.
System nach Anspruch 6, wobei die Außenwandanordnung thermisch mit einem Kühlelement gekoppelt ist.
System nach Anspruch 1, wobei die Abschirmanordnung an der elektrischen Vorrichtung für relativ hohe Spannung angebracht ist.
System nach Anspruch 1, wobei: der Hochspannungsbereich und der Niederspannungsbereich der Steuerschaltung auf zumindest einer Leiterplatte definiert sind; die Leiterplatte zumindest eine Leiterbahn umfasst; die Abschirmanordnung Komponenten umfasst, die mit der Leiterbahn ausgerichtet sind; die leitende EMI-Barriere mit der Leiterbahn ausgerichtet ist.
System nach Anspruch 1, wobei die Hochspannungsvorrichtung einen Motor, einen Kompressor, ein Heizelement, ein Kühlsystem, einen DC/DC-Wandler, ein Gebläsemodul oder eine Kombinationen aus diesen umfasst.
System nach Anspruch 1, wobei die Hochspannungsvorrichtung ein Gebläse umfasst, das derart ausgebildet ist, um einen Reaktanden an die elektrochemische Einheit zu liefern.
System nach Anspruch 1, wobei die Niederspannungsvorrichtung einen Sensor umfasst, der derart ausgebildet ist, um einen Antriebsstrangzustand eines Fahrzeugs zu erfassen.
System nach Anspruch 1, wobei die Niederspannungsvorrichtung einen Sensor umfasst, der derart ausgebildet ist, um einen Betriebszustand des Systems zu erfassen.
System nach Anspruch 1, wobei die Niederspannungsvorrichtung einen Sensor umfasst, der derart ausgebildet ist, um einen Betriebszustand eines Kraftfahrzeuges zu erfassen.