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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Energieversorgungsvorrichtung zur Bereitstellung elektrischer Energie für ein Fahrzeug mit einem Gehäuse und zwei Stromschienen, die durch je eine Aussparung aus dem Gehäuse geführt sind und die die zwei Pole eines Hochspannungsanschlusses darstellen.
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Brennstoffzellen für Kraftfahrzeuge erzeugen in der Regel Spannungen über 100 V. Daher spricht man in diesem Bereich von Hochspannungen. Dies ist auch der Grund, weshalb man im Hinblick auf die Gestaltung von Brennstoffzellen besondere Aufmerksamkeit walten lassen muss. Speziell die Anschlüsse der Brennstoffzelle müssen bestimmten Sicherheitsstandards genügen. Dies liegt aber nicht nur an der hohen Spannung, die die Brennstoffzelle liefert, sondern auch an dem Umstand, dass in einer Brennstoffzelle Wasserstoff oder ein anderer Brennstoff vorhanden ist, der nach außen dringen kann.
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Die elektrische Energie einer Brennstoffzelle wird in der Regel mit einem Kabel oder einer Stromschiene abgeleitet. Eine feste Stromschiene eignet sich, wenn die Systemkomponente mit der Brennstoffzelle mechanisch verbunden ist, d. h. die beiden Bauteile zueinander keine Relativbewegungen ausführen. Ist die Energie empfangende Komponente jedoch von der Brennstoffzelle entkoppelt, so verwendet man in der Regel flexible Kabel. In diesem Fall sind jedoch sehr aufwendige Stecker zu benutzen, mit denen die Kabel an der Brennstoffzelle angesteckt werden. Dies liegt daran, dass stets eine zuverlässige elektrische Verbindung zwischen Kabel und Brennstoffzelle auch bei gewissen Relativbewegungen gewährleistet sein muss.
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Ein weiteres Ziel bei der Konzeption von Fahrzeugen ist, soweit wie möglich Bauraum einzusparen. Dies gilt auch bei Brennstoffzellensystemen. Die oben beschriebenen aufwendigen Stecker widersprechen jedoch in aller Regel diesem Ziel der Kompaktheit.
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Aus der Druckschrift
US 6 001 502 A ist eine stromleitende Endplatte einer Brennstoffzelle bekannt. Die Endplatte weist einen leitenden Körper auf, der ein elektrisches Verbindungselement besitzt, welches als nach außen ragender Ansatz ausgebildet ist. Dieser Ansatz besitzt eine Gewindebohrung, an die ein Kabel oder eine Busschiene angeschraubt werden kann.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, eine Energieversorgungsvorrichtung mit einem kompakten, sicheren und einfach aufgebauten Hochspannungsanschluss bereitzustellen.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Energieversorgungsvorrichtung nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Es wird demnach eine Energieversorgungsvorrichtung zur Bereitstellung elektrischer Energie für ein Fahrzeug vorgeschlagen, das ein Gehäuse und zwei Stromschienen, welche durch je eine Aussparung aus dem Gehäuse geführt sind und welche die zwei Pole eines Hochspannungsanschlusses darstellen, vorgeschlagen. Jede Stromschiene weist innerhalb des Gehäuses eine Schulter auf. Des Weiteren besitzt jede Stromschiene außerhalb des Gehäuses ein Außengewinde. Je eine Schraubenmutter ist auf das Außengewinde jeder Stromschiene geschraubt, und zur Fixierung der Stromschienen ist ein Gehäuseabschnitt jeweils zwischen eine der Schultern und eine der Schrauben geklemmt.
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In vorteilhafter Weise werden somit die Stromschienen der Energieversorgungsvorrichtung stabil nach außen geführt, wo sie sicher kontaktiert werden können.
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In einer speziellen Ausführungsform weist das Gehäuse eine Stufe mit einer ersten und einer zweiten Ebene auf, und die Stromschienen sind in einem Gehäuseabschnitt nach außen geführt, der die erste mit der zweiten Ebene verbindet. Bei dieser Ausführungsform kann die Stufe für den Hochspannungsanschluss genutzt werden.
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Vorzugsweise besitzt jede der Stromschienen am freien Ende außerhalb des Gehäuses eine Öse zum Befestigen eines Kabels. Damit kann der Strom der Energieversorgungsvorrichtung sicher auf Komponenten eines Kraftfahrzeugs übertragen werden, welche mechanisch von der Energieversorgungsvorrichtung entkoppelt sind.
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Weiterhin können die Stromschienen außerhalb des Gehäuses unmittelbar in einen Anschlusskasten geführt sein, der gasdicht ist und aus dem wiederum zwei Kabel geführt sind. Damit kann den Sicherheitsstandards Rechnung getragen werden, wie es üblicherweise bei Brennstoffzellen als Energieversorgungsvorrichtungen gegeben sind.
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Die vorliegende Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert, in denen zeigen:
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1 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Brennstoffzelle;
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2 eine Draufsicht auf einen Teil der Brennstoffzelle von 1;
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3 eine Skizze des Anschlusssystems und
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4 einen Querschnitt durch einen Anschluss.
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Die nachfolgend näher geschilderten Ausführungsbeispiele stellen bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dar.
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Die in 1 dargestellte Brennstoffzelle besitzt eine stufenförmige Gestalt. Dementsprechend besitzt auch das Gehäuse 1 der Brennstoffzelle an seiner Oberseite eine Stufe. Insbesondere besitzt es eine erste Ebene 2 und eine zweite Ebene 3, die beide miteinander parallel sind. Verbunden sind die beiden Ebenen 2 und 3 durch eine hier vertikal verlaufende Fläche 4. Im Übrigen stellt die Brennstoffzelle bzw. ihr Gehäuse 1 im Wesentlichen einen Quader dar, der diese eine gestufte Seite 2, 3, 4 besitzt. An einer an die gestufte Seite angrenzende Seite 5 des Gehäuses 1 sind hier Versorgungsanschlüsse 6, 7 nach außen geführt.
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Unmittelbar an der oben beschriebenen Stufe befindet sich ein Anschlusskasten 8, aus dem die Pole der Brennstoffzelle (Kathode und Anode) in Form zweier Kabel 9, 10 geführt sind. Die Kabel 9, 10 sind flexibel, so dass kaum mechanische Kräfte und Schwingungen über sie von oder zu der Brennstoffzelle übertragen werden. Die Kabel 9, 10 sind hier zur Verbesserung der Stabilität mit einer Kabelschelle 11 auf der Oberseite der Ebene 2 des Gehäuses 1 befestigt.
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2 zeigt den Anschlussbereich der Brennstoffzelle vergrößert in der Draufsicht. Außerdem sind die Ebenen 2 und 3 des Gehäuses 1 (vgl. 1) durchsichtig dargestellt. Der Anschlusskasten 8 ist halb durchlässig wiedergegeben. Es ist zu erkennen, dass in der oberen Stufe unterhalb der zweiten Ebene 3 zwei Stromschienen 12 und 13 angeordnet sind, die die Kathode und die Anode der Brennstoffzelle kontaktieren. Die beiden Stromschienen 12 und 13 werden durch die vertikal verlaufende Seite 4 des Gehäuses 1 nach außen geführt. Hierzu dienen zwei Aussparungen 14 und 15 in der Gehäusewand. Innerhalb des Anschlusskastens 8 sind die Stromschienen 12 und 13 weitergeführt. Am Ende der Stromschienen 12, 13 ist jeweils eines der Kabel 9, 10 befestigt.
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Die Kabel 9 und 10 sind durch nicht näher dargestellte Bohrungen aus dem Anschlusskasten 8 geführt. Dabei erfolgt die Fixierung der Kabel 9, 10 an dem Anschlusskasten 8 durch Schraubklemmen 16, 17, welche Gasdichtigkeit gewährleisten.
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3 zeigt schematisch denjenigen Bereich der Brennstoffzelle, in dem der Hochspannungsanschluss aus dem Gehäuse nach außen in den Anschlusskasten (hier nicht dargestellt) geführt wird. Es ist zu erkennen, dass es sich sowohl bei der Stromschiene 12 als auch bei der Stromschiene 13 jeweils um ein einstückiges Leiterelement handelt. Die Stromschiene 12 ist, wie bereits erwähnt, mit der Kathode der Brennstoffzelle verbunden, während die Stromschiene 13 mit der Anode der Brennstoffzelle verbunden ist. Es ist deutlich zu erkennen, dass die beiden Stromschienen 12, 13 an der Seite 4, d. h. genau an der Stufe des Gehäuses 1 nach außen geführt sind. In diesem Bereich ist das Gehäuse als Isolator ausgeführt. Entweder ist das gesamte Gehäuse elektrisch isolierend oder aber es ist, wie in 3 angedeutet ist, ein Isolierabschnitt 18 in die Seitenwand 4 eingefügt. In diesem Isolierabschnitt 18 befinden sich die Aussparungen 14, 15, die in 3 nicht zu erkennen sind.
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Während die Stromschienen 12, 13 im Inneren des Gehäuses größtenteils einen rechteckförmigen Querschnitt besitzen, besitzen sie im Bereich des Durchbruchs durch das Gehäuse einen runden Querschnitt. An dem Durchbruch durch das Gehäuse sind die Stromschienen 12, 13 außerdem mit einem Außengewinde versehen, auf die die Schraubmuttern 19, 20 aufgeschraubt sind. Am nach außen ragenden freien Ende sind die Stromschienen 12, 13 flach ausgeprägt und sie besitzen jeweils eine Öse 21, 22. Da das flache Ende der einen Stromschiene 13 hier länger ausgeprägt ist als dasjenige der Stromschiene 12, besitzt es eine zusätzliche Befestigungsbohrung 23. Die unterschiedlichen Längen der flachen Endabschnitte der Stromschienen 12, 13 resultieren daher, dass der Stromanschluss hier um 90° umgelenkt wird, was aus 2 ersichtlich ist.
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4 zeigt einen Querschnitt durch eine der beiden Stromschienen 12, 13 im Bereich des Gehäusedurchbruchs an der Seite 4. An der Seite 4 befindet sich hier der Isolatorabschnitt 18 mit der Aussparung 14.
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Die in 4 beispielhaft dargestellte Stromschiene 12 besitzt im Inneren des Gehäuses den Abschnitt 121, der rechteckförmigen Querschnitt besitzt (vgl. auch 3). An diesen Abschnitt grenzt der Abschnitt 122 mit dem kreisförmigen Querschnitt. Dieser runde Abschnitt 122 durchläuft die Seite 4 und verjüngt sich an seinem Ende zu dem flachen Abschnitt 123, welcher die nicht mehr dargestellte Öse 22 besitzt.
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Im Bereich des Durchbruchs durch die Seite 4 besitzt der Abschnitt 122 noch im Inneren des Gehäuses 1 eine umlaufende Schulter 124. Außerdem besitzt der runde Abschnitt 122 im Bereich des Durchbruchs zumindest außerhalb des Gehäuses 1 das bereits erwähnte Außengewinde 125. Auf dieses Außengewinde 125 ist die Schraubenmutter 20 (z. B. Sechskantmutter) aufgeschraubt. Zwischen der Gehäuseseite 4 und der Schulter 124 befindet sich ein O-Ring 24. Wird die Schraubenmutter 20 angezogen, so wird nicht nur die Stromschiene 12 in dem Gehäuse 1 befestigt, sondern durch den O-Ring 24, der von der Seite 4 an die Schulter 24 gedrückt wird, Gasdichtigkeit hergestellt. Damit kann kein Wasserstoff nach außen dringen, denn die Stromschiene 12 an sich ist ebenfalls wasser- und gasdicht.
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Zur elektrischen Isolierung ist auf die Stromschiene 12 hier im Inneren des Gehäuses 1 ein Isolator in Form einer Isolierschicht 25 aufgetragen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Gehäuse
- 2
- erste Ebene
- 3
- zweite Ebene
- 4
- Fläche
- 5
- Seite
- 6, 7
- Versorgungsanschlüsse
- 8
- Anschlusskasten
- 9, 10
- Kabel
- 11
- Kabelschelle
- 12, 13
- Stromschienen
- 14, 15
- Aussparungen
- 16, 17
- Schraubklemmen
- 18
- Isolierabschnitt
- 19, 20
- Schraubmuttern
- 21, 22
- Ösen
- 23
- Befestigungsbohrung
- 24
- O-Ring
- 25
- Isolierschicht
- 121, 122, 123
- Abschnitte
- 124
- Schulter
- 125
- Außengewinde
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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