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Die Erfindung betrifft einen Kühlmittelkreis für ein Brennstoffzellensystem, wobei wenigstens eine im Betrieb des Kühlmittelkreises von einem Kühlmittel durchströmte Komponente des Kühlmittelkreises einen Masseanschluss aufweist. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Brennstoffzellensystem mit einem solchen Kühlmittelkreis und ein Fahrzeug mit einem Brennstoffzellensystem.
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Die
JP 2005005087 A beschreibt ein Brennstoffzellensystem mit zwei Brennstoffzellenstapeln, welche mittels eines durch jeweilige Kühlmittelsysteme strömenden Kühlmittels gekühlt werden. Das Kühlmittelsystem ist an mehreren Stellen geerdet. Beispielsweise sind ein Kühler und ein zwischen einer Pumpe und dem Kühler angeordnetes Ventil des Kühlmittelsystems geerdet.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen verbesserten Kühlmittelkreis der eingangs genannten Art, ein Brennstoffzellensystem mit einem solchen Kühlmittelkreis sowie ein Fahrzeug mit einem solchen Brennstoffzellensystem zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird durch einen Kühlmittelkreis mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, ein Brennstoffzellensystem mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8 und ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
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Bei dem erfindungsgemäßen Kühlmittelkreis, welcher bevorzugt für ein Brennstoffzellensystem eines Fahrzeugs vorgesehen ist, umfasst der Masseanschluss wenigstens ein elektrisch leitfähiges Element, welches zumindest im Betrieb des Kühlmittelkreises mit dem Kühlmittel in Kontakt ist. Auf diese Weise ist in dem Kühlmittelkreis ein Potentialausgleichspunkt bereitgestellt. Es kann also sichergestellt werden, dass das Kühlmittel selber auf Masse liegt, und bei Verwendung des Kühlmittelkreises in einem Brennstoffzellensystem eines Fahrzeugs insbesondere auf der Fahrzeugmasse.
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Durch die Integration des Masseanschlusses in den Kühlmittelkreis können zusätzliche, separate Komponenten entfallen, um für das Kühlmittel ein Massepotential bereitzustellen. Des Weiteren lassen sich durch diese Integration Kosten, Gewicht und Bauraum einsparen. Durch den Masseanschluss wird insbesondere ein Hochvolt-Potentialausgleichspunkt (HV-Potentialausgleichspunkt) bereitgestellt, welcher dann relevant ist, wenn ein Brennstoffzellenstapel des Brennstoffzellensystems eine entsprechend hohe Spannung bereitstellt.
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Bevorzugt ist das wenigstens eine elektrisch leitfähige Element an einer Innenseite einer aus Kunststoff gebildeten Leitung für das Kühlmittel angeordnet. So lässt sich nämlich der Kontakt des Kühlmittels im Betrieb des Kühlmittelkreises mit dem elektrisch leitfähigen Element besonders einfach sicherstellen. Dennoch kann für die Leitung ein besonders leichter und kostengünstiger Werkstoff zum Einsatz kommen. Des Weiteren lässt sich das wenigstens eine elektrisch leitfähige Element besonders einfach im Inneren der Leitung anordnen, wenn diese aus Kunststoff gebildet ist. Es kann nämlich beispielsweise beim Herstellen der Leitung in einem Spritzgießverfahren das wenigstens eine elektrisch leitfähige Element mit eingespritzt werden.
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Als elektrisch leitfähiges Element kann beispielsweise ein Metallgitter oder ein Metallstab zum Einsatz kommen. Des Weiteren können auch mehrere Metallstäbe als Kontaktelemente beziehungsweise elektrisch leitfähige Elemente verwendet werden, welche einen elektrischen Kontakt zu dem durch die Leitung strömenden Kühlmittel haben.
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Im Hinblick auf den Strömungswiderstand hat es sich jedoch als vorteilhaft gezeigt, wenn das wenigstens eine elektrisch leitfähige Element einen aus einem Metall oder aus einer Metalllegierung gebildeten Ring umfasst, welcher an der Innenseite der Leitung anliegt. Der insbesondere beim Spritzgießen in das Kunststoffmaterial der Leitung integrierte Metallring bleibt also frei von Kunststoff und hat somit elektrischen Kontakt zu dem im Betrieb des Kühlmittelkreises durch die Leitung strömenden Kühlmittel.
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Wenn der Metallring erhaben ist und radial nach innen über die Innenseite der aus Kunststoff gebildeten Leitung übersteht, so ist der Leitung eine besonders große Stabilität verliehen, und die Herstellung der Leitung ist besonders einfach. Es braucht dann nämlich nicht lokal eine geringere Wandstärke der Leitung vorgesehen zu werden.
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Jedoch kann in alternativen Ausführungsformen der Metallring bündig mit an den Metallring angrenzenden Bereichen der Innenseite der Leitung abschließen. Dann bleibt trotz des Vorsehens des Metallrings der Strömungswiderstand der Leitung besonders gering.
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Der Metallring beziehungsweise das wenigstens eine elektrisch leitfähige Element kann beispielsweise aus Edelstahl oder aus Aluminium beziehungsweise aus einer Aluminiumlegierung gefertigt sein.
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Die Leitung kann als Einlass eines Ventils ausgebildet sein, mittels welchem ein Strömen des Kühlmittels durch den Kühlmittelkreis eingestellt werden kann. So kann nämlich besonders gut die formstabile Kunststoffstruktur an einem solchen Einlass oder Eingangsstutzen des Ventils verwendet werden, um den Potentialausgleichspunkt in der Kühlmittelleitung bereitzustellen. Bei dem Ventil kann es sich insbesondere um ein Regelventil handeln, mittels welchem sich der Strom des Kühlmittels durch den Kühlmittelkreis stufenlos einstellen lässt.
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Zudem ist durch Integration des wenigstens einen elektrisch leitfähigen Elements in den Einlass des Ventils das wenigstens eine elektrisch leitfähige Element besonders Bauraum sparend untergebracht, so dass sich ein besonders kompakter Kühlmittelkreis bereitstellen lässt.
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Bevorzugt umfasst der Masseanschluss ein elektrisches Verbindungselement, welches das wenigstens eine elektrisch leitfähige Element kontaktiert und in radialer Richtung durch eine Öffnung in der Leitung hindurchtritt. Ein solches elektrisches Verbindungselement, etwa in Form eines Metallbolzens, kann an das elektrisch leitfähige Element geschweißt, gepresst oder auf dergleichen Art und Weise angebracht sein. Auf diese Weise lässt sich ein besonders robuster und zuverlässiger Masseanschluss bereitstellen.
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Als weiter vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn die Öffnung in der Leitung zu einer Umgebung des Kühlmittelkreises hin mittels wenigstens eines Dichtelements abgedichtet ist. Beispielsweise kann das nach Art eines Metallbolzens ausgebildete elektrische Verbindungselement durch einen radial von der Leitung abstehenden, nach Art eines Hülsenteils ausgebildeten Stutzen hindurchgeführt sein, in welchem eine O-Ring-Dichtung angeordnet ist. Dadurch können ein Austreten des Kühlmittels aus dem Kühlmittelkreis und eine Verunreinigung des Kühlmittels besonders wirksam unterbunden werden.
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Das beispielsweise als Bolzen oder Stab ausgebildete elektrische Verbindungselement kann ein Gewinde aufweisen, mit welchem ein Gewinde einer an dem Verbindungselement angeordneten Mutter in Eingriff ist. Auf diese Weise lässt sich einerseits gut ein Dichtelement wie etwa ein O-Ring fixieren. Des Weiteren lässt sich durch die Mutter besonders gut ein Anschluss für ein Potentialausgleichskabel oder eine derartige Leitung bereitstellen.
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Das erfindungsgemäße Brennstoffzellensystem umfasst einen erfindungsgemäßen Kühlmittelkreis. Das erfindungsgemäße Fahrzeug umfasst das erfindungsgemäße Brennstoffzellensystem. Hierbei ist der Massenanschluss über eine Leitung mit der Fahrzeugmasse verbunden.
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Die für den erfindungsgemäßen Kühlmittelkreis beschriebenen Vorteile und bevorzugten Ausführungsformen gelten auch für das erfindungsgemäße Brennstoffzellensystem und für das erfindungsgemäße Fahrzeug.
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Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der Figur alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es sind somit auch Ausführungen als von der Erfindung umfasst und offenbart anzusehen, die in der Figur nicht explizit gezeigt oder erläutert sind, jedoch durch separierte Merkmalskombinationen aus den erläuterten Ausführungen hervorgehen und erzeugbar sind.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnung.
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Diese zeigt stark schematisiert einen Kühlmittelkreis eines Brennstoffzellensystems eines Fahrzeugs, wobei ein Einlass in ein in dem Kühlmittelkreis angeordnetes Regelventil geschnitten dargestellt ist.
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Von einem Kühlmittelkreis 10 eines Brennstoffzellensystems eines Fahrzeugs ist in der Fig. eine Leitung 12 schematisch gezeigt, welche aus einem Kunststoff gebildet ist. Bei dieser Leitung 12 kann es sich insbesondere um die Hauptkühlmitteleitung oder Hauptkühlwasserleitung des Kühlmittelkreises 10 handeln. Von der Leitung 12 ist in einer vergrößerten Schnittdarstellung ein Eingangsstutzen 14 stark vergrößert gezeigt, durch welchen ein Einlass eines Ventils 16 bereitgestellt ist. Bei dem Ventil 16, welches den Eingangsstutzen 14 aufweist, handelt es sich bevorzugt um ein Regelventil, mittels welchem sich der Strom des Kühlmittels durch den Kühlmittelkreis 10 einstellen lässt. In der vorliegenden, schematischen Zeichnung des Kühlmittelkreises 10 sind das Ventil 16 und der Eingangsstutzen 14 als separate Teile dargestellt, jedoch gehört tatsächlich der Eingangsstutzen 14 zu dem Ventil 16.
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In dem Kühlmittelkreis 10 befinden sich des Weiteren ein Kühler 18 und eine Pumpe 20, welche das Kühlmittel hin zu einem Brennstoffzellenstapel 22 des im Übrigen nicht näher gezeigten Brennstoffzellensystems des Fahrzeugs fördert. Das Kühlmittel dient entsprechend dem Abführen von Wärme von dem Brennstoffzellenstapel 22 sowie von anderen Komponenten des Brennstoffzellensystems.
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Vorliegend ist in den Eingangsstutzen 14 des Ventils 16 ein Potentialausgleichspunkt integriert, mittels welchem sich das elektrische Potential des Kühlmittels auf Masse 24 legen lässt. Vorliegend handelt es sich bei der in der Fig. lediglich schematisch gezeigten Masse 24 um die Fahrzeugmasse, beispielsweise in Form der Karosserie des Fahrzeugs.
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Zum Bereitstellen des Potentialausgleichspunkts ist ein Masseanschluss 26 vorgesehen, welcher vorliegend als elektrisch leitfähiges Element einen Ring 28 umfasst. Dieser aus einer Metalllegierung wie beispielsweise Edelstahl oder Aluminium gebildete Ring 28 liegt an einer Innenseite 30 des Eingangsstutzens 14 an, welcher Teil der Leitung 12 des Kühlmittelkreises 10 ist. Die Innenfläche des in das Kunststoffmaterial des Eingangsstutzens 14 eingespritzten Rings 28 bleibt frei von Kunststoff und hat damit elektrischen Kontakt zum durch die Leitung 12 hindurch strömenden Kühlmittel. Anstelle des Rings 28 aus Metall können auch ein Metallgitter, ein Metallstab oder mehrere Metallstäbe als elektrisch leitfähiges Element für den Kontakt zu dem Kühlmittel sorgen.
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An den Ring 28 ist ein elektrisches Verbindungselement in Form eines Bolzens 32 angebracht, beispielsweise durch Schweißen. Der Bolzen 32 tritt durch eine Öffnung hindurch, welche in einem radial von der Wand des Eingangsstutzens 14 abstehenden Hülsenteil 34 ausgebildet ist. Für das Abdichten sorgt ein Dichtungselement beispielsweise in Form eines O-Rings 36.
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An einem äußeren, dem Ring 28 fernen Ende weist der Bolzen 32 ein Gewinde 38 auf. Mit diesem Gewinde 38 ist ein Gewinde einer Mutter 40 in Eingriff, welche vorliegend als Hutmutter ausgebildet ist. Der Bolzen 32 ist in lediglich schematisch gezeigter Art und Weise über eine Leitung wie beispielsweise ein Kabel 42 für den Potentialausgleich mit der Masse 24, vorliegend also mit der Fahrzeugmasse, verbunden. Auf diese Weise ist über das Regelventil ein HV-Potentialausgleichspunkt in die Hauptkühlwasserleitung im Kühlmittelkreis 10 des Brennstoffzellensystems integriert.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Kühlmittelkreis
- 12
- Leitung
- 14
- Eingangsstutzen
- 16
- Ventil
- 18
- Kühler
- 20
- Pumpe
- 22
- Brennstoffzellenstapel
- 24
- Masse
- 26
- Masseanschluss
- 28
- Ring
- 30
- Innenseite
- 32
- Bolzen
- 34
- Hülsenteil
- 36
- O-Ring
- 38
- Gewinde
- 40
- Mutter
- 42
- Kabel
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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