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QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
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Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der am 14. November 2014 eingereichten japanischen Patentanmeldung
JP 2016- 96 068 A .
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HINTERGRUND
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem.
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Eine Brennstoffzelle hat Hilfsaggregate wie eine Wasserstoffpumpe, einen Sensor und ein Ventil. Um derlei Hilfsaggregate vor Fremdstoffen wie Wasser und Staub zu schützen, sind die Hilfsaggregate im Allgemeinen in einer Hilfsaggregatabdeckung aufgenommen und durch diese abgedeckt (siehe beispielsweise die JP 2013- 4 352 A.
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Um die Übertragung von Geräuschen und Vibrationen, die von derlei Hilfsaggregaten erzeugt werden, nach außen zu unterdrücken, kann die Oberfläche der Hilfsaggregatabdeckung ferner mit einer weiteren Abdeckung abgedeckt sein. Gleichwohl kann Flüssigkeit zwischen diese Abdeckung und die Hilfsaggregatabdeckung gelangen. Dies kann zu einer Verschlechterung zumindest der Hilfsaggregatabdeckung führen. Dementsprechend besteht Bedarf an einer Technologie, die Flüssigkeit, die zwischen die Abdeckung und die Hilfsaggregatabdeckung gelangt, entfernt.
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Aus der
DE 11 2011 105 442 T5 ist ferner ein Brennstoffzellensystem bekannt, aufweisend: einen Brennstoffzellenstapel mit einer Mehrzahl von gestapelten Zellen; einen plattenförmigen Anschluss, der an einem Endteil des Brennstoffzellenstapels in Stapelrichtung angeordnet ist; ein Stapelanschlussstück, das an den Anschluss angrenzt; und eine Endplatte, die an das Stapelanschlussstück angrenzt, wobei das Stapelanschlussstück zwischen dem Anschluss und der Endplatte angeordnet ist, eine Nut auf einer Fläche des Stapelanschlussstücks ausgebildet ist, wobei die Fläche dem Anschluss gegenüber liegt, die Nut, der Anschluss und die Endplatte zusammen einen Kanal für Kühlwasser bilden, das in den Brennstoffzellenstapel einströmt und aus dem Brennstoffzellenstapel nach außen zirkuliert, und der Kanal derart ausgebildet ist, dass, in einem Zustand, bei dem das Brennstoffzellensystem an einem Fahrzeug montiert ist, das Kühlwasser von einer Rückseite des Fahrzeugs zu einer Vorderseite des Fahrzeugs fließt, wo ein Radiator montiert ist.
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KURZFASSUNG
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Ausgehend von den vorstehend beschriebenen Problemen ist es Aufgabe der Erfindung, ein Brennstoffzellensystem anzugeben, das zumindest einen Teil der vorstehend beschriebenen Probleme lösen kann. Diese Aufgabe wird gelöst mit den Merkmalen des Anspruchs 1, vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
- (1) Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Brennstoffzellensystem geschaffen. Das Brennstoffzellensystem hat ein Hilfsaggregat für eine Brennstoffzelle, eine erste Abdeckung, die ausgestaltet ist, um das Hilfsaggregat aufzunehmen, und eine zweite Abdeckung, die ausgestaltet ist, um zumindest einen Teil einer Seitenfläche und einen Teil einer Bodenfläche der ersten Abdeckung abzudecken, wobei die zweite Abdeckung einen Auslass aufweist, der zumindest in einem Teil eines Bodens der zweiten Abdeckung ausgebildet ist, um eine Flüssigkeitsströmung zu ermöglichen, und eine obere Fläche der ersten Abdeckung in Richtung zur Seitenfläche der ersten Abdeckung nach unten geneigt ist und die erste Abdeckung zwischen der zweiten Abdeckung und dem Hilfsaggregat angeordnet ist. Bei dem Brennstoffzellensystem gemäß diesem Aspekt ist die obere Fläche der ersten Abdeckung nach unten geneigt. Diese Konfiguration verursacht, dass Flüssigkeit, welche zwischen die erste Abdeckung und die zweite Abdeckung gelangt, nach unten fließt, so dass die Flüssigkeit vom Auslass ausgetragen werden kann.
- (2) Gemäß einer Ausführungsform des Brennstoffzellensystems gemäß dem vorstehend beschriebenen Aspekt hat der Boden der zweiten Abdeckung eine Fläche, die der ersten Abdeckung zugewandt ist und in Richtung zum Auslass nach unten geneigt ist. Diese Konfiguration ermöglicht es, dass Flüssigkeit, die zwischen die erste Abdeckung und die zweite Abdeckung gelangt, effektiver vom Auslass ausgetragen werden kann als bei einem Aufbau, bei welchem die Fläche des Bodens der zweiten Abdeckung, die der ersten Abdeckung zugewandt ist, nicht geneigt ist.
- (3) Gemäß einer Ausführungsform des Brennstoffzellensystems gemäß dem vorstehend beschriebenen Aspekt kann die erste Abdeckung eine Öffnung haben, die derart ausgebildet ist, dass sie durch die erste Abdeckung reicht, und das Brennstoffzellensystem kann ferner eine dritte Abdeckung aufweisen, die ausgestaltet ist, um die Öffnung abzudecken, wobei die dritte Abdeckung eine Außenfläche aufweist, die flach ausgestaltet ist, sowie eine Innenfläche, die Rippen hat. Dieser Aufbau schafft die dritte Abdeckung mit einer entsprechenden Festigkeit, während die Ansammlung von Flüssigkeit an der äußeren Fläche bzw. Außenfläche der dritten Abdeckung verhindert wird.
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Die Erfindung kann vermittels verschiedener anderer Aspekte als dem vorstehend beschriebenen Aspekt des Brennstoffzellensystems realisiert werden, beispielsweise ein Verfahren zum Herstellen des Brennstoffzellensystems, ein Computerprogramm, das ausgestaltet ist, um das Herstellungsverfahren auszuführen, sowie ein nicht flüchtiges Speichermedium, auf welchem ein Computerprogramm gespeichert ist.
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Figurenliste
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- 1 ist eine Außenansicht, die ein Brennstoffzellensystem gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt;
- 2 ist eine Darstellung, die schematisch Außenflächen einer Hilfsaggregatabdeckung zeigt;
- 3 ist eine Außenansicht, die das Brennstoffzellensystem von einer Oberseite des Fahrzeugs (positive Seite in Y-Achsenrichtung) in Richtung nach unten betrachtet zeigt;
- 4 ist eine Schnittansicht, die einen A-A-Schnitt aus 3 zeigt;
- 5A ist eine Darstellung, die eine Außenfläche einer Serviceöffnungsabdeckung zeigt; und
- 5B ist eine Darstellung, die eine Innenfläche der Serviceöffnungsabdeckung zeigt.
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BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
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1 ist eine Außenansicht, die ein Brennstoffzellensystem 10 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt. Das Brennstoffzellensystem 10 hat ein Brennstoffzellensystemgehäuse 140 und einen Rahmen 200. Das Brennstoffzellensystem 10 ist an einem Fahrzeug montiert. Gemäß dieser Ausführungsform ist das Brennstoffzellensystem 10 unter einem Fahrzeuginnenraum angeordnet, in dem sich ein Fahrer befindet. In 1 bezeichnet eine positive X-Achsenrichtung eine Richtung zur Fahrzeugvorderseite, eine positive Y-Achsenrichtung bezeichnet eine Richtung zur Fahrzeugoberseite und eine positive Z-Achsenrichtung bezeichnet eine Richtung zur rechten Fahrzeugseite.
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Das Brennstoffzellensystemgehäuse 140 hat ein Brennstoffzellengehäuse 100 und eine Hilfsaggregatabdeckung 130. Um das Innere des Brennstoffzellensystemgehäuses 140 vor Fremdstoffen wie Wasser oder Staub zu schützen, sind Dichtungen vorgesehen, um zwischen dem Brennstoffzellengehäuse 100 und der Hilfsaggregatabdeckung 130 sowie zwischen verschiedenen anderen Komponenten des Brennstoffzellensystemgehäuses 140 abzudichten.
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Das Brennstoffzellengehäuse 100 enthält eine Brennstoffzelle. Eine elektrochemische Reaktion von Wasserstoffgas als Anodengas mit Sauerstoffgas als Kathodengas geschieht in der Brennstoffzelle. Die Brennstoffzelle wird durch Stapeln einer Mehrzahl von Einheitszellen gebildet und ist derart am Fahrzeug angebracht, dass die Stapelrichtung identisch zur Fahrzeugbreitenrichtung ist.
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Das Brennstoffzellengehäuse 100 hat ein plattenförmiges Sammelrohr 120, das eine Seitenfläche der Brennstoffzelle auf der rechten Seite des Fahrzeugs (Seite in positive Z-Achsenrichtung) abdeckt, ein Stapelgehäuse, das zur Abdeckung einer oberen Fläche und der verbleibenden Seitenfläche der Brennstoffzelle, abgesehen von der Seitenfläche auf der rechten Seite des Fahrzeugs (Seite in positive Z-Achsenrichtung), vorgesehen ist und eine untere Abdeckung (nicht dargestellt), die vorgesehen ist, um eine Bodenfläche der Brennstoffzelle abzudecken. Das Sammelrohr 120 ist derart ausgestaltet, um einen Strömungspfad für Wasserstoffgas, einen Strömungspfad für Sauerstoffgas und einen Strömungspfad für Kühlwasser, das zum Kühlen der Brennstoffzelle verwendet wird, zu bilden. Das Sammelrohr 120 dient auch zum Sicherstellen der Isolierung der Hochspannungskomponenten im Brennstoffzellengehäuse 100 und zum Zusammendrücken der Einheitszellen gegeneinander.
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Der Rahmen 200 befindet sich unter dem Brennstoffzellensystemgehäuse 140, um das Brennstoffzellensystemgehäuse 140 zu fixieren. Genauer gesagt fixiert der Rahmen 200 das Brennstoffzellensystemgehäuse 140 durch Einsetzen von Bolzen 112A und 112B in Augen 111A und 111B, die im Brennstoffzellengehäuse 100 des Brennstoffzellensystemgehäuses 140 ausgebildet sind. Es gibt andere Augen und Schrauben (nicht dargestellt) an der Vorderseite des Fahrzeugs (Seite in positive X-Achsenrichtung). Um Vibrationen zu verringern, ist ein Gummivibrationsisolator zwischen dem Brennstoffzellensystemgehäuse 140 und dem Rahmen 200 angeordnet. Der Rahmen 200 ist an einer Fahrzeugkarosserie (nicht dargestellt) befestigt.
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Die Hilfsaggregatabdeckung 130 hat eine Mehrzahl von Hilfsaggregaten (nicht dargestellt), die für die Brennstoffzelle verwendet werden. Die Mehrzahl von Hilfsaggregaten umfasst beispielsweise eine Wasserstoffpumpe, einen Injektor, ein Entlüftungs- und Auslassventil, ein Ventil und einen Sensor. Die Hilfsaggregatabdeckung 130 hat, außer den Hilfsaggregaten, eine Leitung für Kühlwasser und Drähte zum Zuführen elektrischer Leistung zu den jeweiligen Hilfsaggregaten. Die „Hilfsaggregatabdeckung 130“ entspricht der „ersten Abdeckung“.
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2 ist eine Darstellung, die schematisch Außenflächen der Hilfsaggregatabdeckung 130 zeigt. XZY-Achsen in 2 und den nachfolgenden Zeichnungen entsprechen den XYZ-Achsen aus 1. Die Hilfsaggregatabdeckung 130 besteht aus Aluminiumguss, wodurch die Festigkeit der Hilfsaggregatabdeckung 130 gewährleistet werden kann.
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Die Hilfsaggregatabdeckung 130 hat eine Mehrzahl von Öffnungen 132 (132A bis 132E), welche die Hilfsaggregatabdeckung 130 durchdringen. Die Öffnung 132A dient zur Aufnahme einer Gasleitung für die Brennstoffzelle. Die Öffnungen 132B und 132C dienen zur Aufnahme von Kabeln. Die Öffnungen 132D und 132E dienen als Serviceöffnungen für die Verbindung der Kabel.
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Gemäß dieser Ausführungsform ist die Mehrzahl von Hilfsaggregaten am Sammelrohr 120 (in 1 gezeigt) befestigt. Eine Seitenfläche der Hilfsaggregatabdeckung 130 auf der linken Seite des Fahrzeugs (Seite in negative Z-Achsenrichtung) wird vom Sammelrohr 120 abgedeckt.
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Die Flächen der Hilfsaggregatabdeckung 130 sind mit NV-unterdrückenden Abdeckungen (Geräuschvibrationsunterdrückende Abdeckungen) 141 und 142 beschichtet (wie in 1 gezeigt), um die Übertragung von Vibrationen und Geräuschen, welche durch die Hilfsaggregate verursacht werden, nach außen zu vermeiden. Die NV-Unterdrückungsabdeckungen 141 und 142 bedecken zumindest einen Teil einer Seitenfläche und einen Teil einer Bodenfläche der Hilfsaggregatabdeckung 130. Die „NV-Unterdrückungsabdeckungen 141 und 142“ entsprechen der „zweiten Abdeckung“.
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3 ist eine Außenansicht, die das Brennstoffzellensystem 10 von der Oberseite des Fahrzeugs (Seite in positive Y-Achsenrichtung) nach unten betrachtet zeigt.
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4 ist eine Schnittansicht, die einen A-A-Schnitt aus 3 zeigt. Die NV-Unterdrückungsabdeckung 141 hat eine Außenschicht 141B aus einem harten Kunststoff sowie eine Innenschicht 141A aus Urethanschaum. In ähnlicher Weise hat die NV-Unterdrückungsabdeckung 142 eine Außenschicht 142B aus einem harten Kunststoff und eine Innenschicht 142A aus Urethanschaum. Die Öffnung 132D der Hilfsaggregatabdeckung 130 wird durch eine Serviceöffnungsabdeckung 150 abgedeckt.
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Wie in 4 gezeigt ist, ist eine obere Fläche der Hilfsaggregatabdeckung 130 nach unten in Richtung zur Seitenfläche der Hilfsaggregatabdeckung 130 geneigt. Genauer gesagt ist die obere Fläche der Hilfsaggregatabdeckung 130 zur horizontalen Richtung um einen Winkel θ nach unten geneigt. Gemäß dieser Ausführungsform ist der Winkel θ ein vorgegebener Winkel im Bereich von 1° bis 3° [Grad]. Die NV-Unterdrückungsabdeckung 142 hat einen Auslass 133A, der in zumindest einem Teil eines Bodens 123 ausgebildet ist, um ein Fließen von Flüssigkeit zu ermöglichen. Nachfolgend werden die obere Fläche, die Bodenfläche und die Seitenfläche der Hilfsaggregatabdeckung 130 genauer beschrieben. Die obere Fläche bezeichnet eine Fläche, die entlang der horizontalen Richtung verläuft und über den Hilfsaggregaten angeordnet ist, wenn die Hilfsaggregatabdeckung 130 die Hilfsaggregate aufnimmt. Die Bodenfläche bezeichnet eine Fläche, die entlang der horizontalen Richtung verläuft und unter den Hilfsaggregaten angeordnet ist, wenn die Hilfsaggregatabdeckung 130 die Hilfsaggregate aufnimmt. Die Seitenfläche ist eine Fläche, die entlang der vertikalen Richtung verläuft und den Hilfsaggregaten zugewandt angeordnet ist. Die Fläche, die entlang der horizontalen Richtung verläuft, umfasst eine Fläche, die in eine eine horizontale Richtungskomponente umfassende Richtung verläuft. In ähnlicher Weise umfasst die Fläche, die entlang der vertikalen Richtung verläuft, eine Fläche, die in eine eine vertikale Richtungskomponente umfassenden Richtung verläuft. In anderen Worten, jede Fläche kann geneigt sein, kann gekrümmt sein und kann eine nicht einheitliche Dicke haben.
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Die hier genannte Flüssigkeit umfasst beispielsweise Wasser, das in der Brennstoffzelle erzeugt wird, Schmutzwasser von außerhalb des Fahrzeugs, sowie eine Flüssigkeit mit einem Frostschutzmittel. Gemäß dieser Ausführungsform ist die Hilfsaggregatabdeckung 130 aus Aluminium und wird somit insbesondere in Anwesenheit des Frostschutzmittels auf der Oberfläche der Hilfsaggregatabdeckung 130 beschädigt.
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Gemäß dieser Ausführungsform jedoch ist die obere Fläche der Hilfsaggregatabdeckung 130 nach unten zur Seitenfläche der Hilfsaggregatabdeckung 130 geneigt, wie vorstehend beschrieben. Dieser Aufbau verursacht, dass Flüssigkeit, welche zwischen die Hilfsaggregatabdeckung 130 und die NV-Unterdrückungsabdeckungen 141 und 142 gelangt, von der oberen Fläche nach unten fließt. Die NV-Unterdrückungsabdeckung 142 hat auch den Auslass 133A, so dass die an der Seitenfläche entlang fließende Flüssigkeit durch den Auslass 133A ausgetragen wird.
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Zudem ist eine Fläche des Bodens 123 der NV-Unterdrückungsabdeckung 142, die der Hilfsaggregatabdeckung 133 zugewandt ist, in Richtung zum Auslass 133A geneigt. Diese Konfiguration ermöglicht es, dass Flüssigkeit, die zwischen die Hilfsaggregatabdeckung 130 und die NV-Unterdrückungsabdeckungen 141 und 142 gelangt, im Vergleich zu einem Aufbau, bei welchem die Fläche des Bodens 123, der der Hilfsaggregatabdeckung 130 zugewandt ist, nicht geneigt ist, effizient vom Auslass 133A ausgetragen wird.
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Die 5A und 5B zeigen Ansichten, die eine Serviceöffnungsabdeckung 150, die zum Abdecken der Serviceöffnung vorgesehen ist, oder genauer gesagt der Öffnung 132D der Hilfsaggregatabdeckung 130, zeigen. 5A ist eine Darstellung, die eine Außenfläche der Serviceöffnungsabdeckung 150 zeigt, und 5B ist eine Darstellung, die eine Innenfläche der Serviceöffnungsabdeckung 150 zeigt.
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Die Außenfläche der Serviceöffnungsabdeckung 150 ist flach ausgebildet, um die Ansammlung von Flüssigkeit an der Außenfläche der Serviceöffnungsabdeckung 150 zu vermeiden. Die Innenfläche der Serviceöffnungsabdeckung 150 hat dagegen Rippen 151, um die Serviceöffnungsabdeckung 150 steif auszubilden. Die „Serviceöffnungsabdeckung 150“ entspricht der „dritten Abdeckung“.
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Die NV-Unterdrückungsabdeckung besteht bei der vorstehenden Ausführungsform aus zwei Komponenten 141 und 142. Diese Ausgestaltung ist jedoch nicht beschränkend. Die NV-Unterdrückungsabdeckung kann als integrale einzelne Komponente ausgestaltet sein oder aus drei oder mehr Komponente bestehen.
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Der Auslass 133A ist bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform auf der linken Seite des Fahrzeugs (Seite in negative Z-Achsenrichtung) angeordnet. Dieser Aufbau ist jedoch nicht beschränkt. Der Auslass 133A kann auf der rechten Seite des Fahrzeugs (Seite in positive Z-Achsenrichtung) angeordnet sein.
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Gemäß der vorstehend beschriebenen Ausführungsform ist die obere Fläche des Bodens 123 der NV-Unterdrückungsabdeckung 142 zum Auslass 133A nach unten geneigt. Die obere Fläche des Bodens 123 der NV-Unterdrückungsabdeckung 142 muss jedoch nicht geneigt sein, oder kann in entgegengesetzte Richtung zum Auslass 133A geneigt sein.
