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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem.
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Ein an einem Fahrzeug montierbares Brennstoffzellensystem ist herkömmlich in einem Brennstoffzellensystemgehäuse aufgenommen. Ein Kabelbaum zum Zuführen von elektrischer Leistung von einer Sekundärbatterie etc. zu einer Pumpe zum Zuführen von Anodengas zu einer Brennstoffzelle sowie ein Kabelbaum, zum Zuführen von elektrischer Leistung von der Sekundärbatterie etc. zu Hilfsaggregaten wie Sensoren, die mit der Brennstoffzelle verbunden sind, sind an der Brennstoffzelle angebracht. Die Druckschrift
JP 2002 -
362 164 A etc. offenbart eine Brennstoffzelle, die an einer Vorderseite eines Fahrzeugs angeordnet ist, bei der Kabelbäume aus einem Brennstoffzellensystemgehäuse zu einer Rückseite des Fahrzeugs herausgeführt werden, um diese bei einem Frontalzusammenstoß des Fahrzeugs zu schützen.
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Aus der
DE 10 2010 022 024 A1 ist ferner einer Energieversorgungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug bekannt. Hierbe wird eine Energieversorgungsvorrichtung mit einem Gehäuse und zwei Stromschienen offenbart, die durch je eine Aussparung aus dem Gehäuse geführt sind und die zwei Pole eines Hochspannungsanschlusses darstellen. Jede Stromschiene weist innerhalb des Gehäuses eine Schulter auf. Außerdem weist jede Stromschiene außerhalb des Gehäuses ein Außengewinde auf. 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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Weiterhin offenbart die
DE 11 2013 000 719 T5 ein Brennstoffzellenfahrzeug in dem ein Kühler, ein Vorsprungsabschnitt eines Gehäuses und eine Verbindungsstange eines Brennstoffzellenstapels in einem Frontkasten in der genannten Reihenfolge von Vorder- zur Rückseite in der Fahrtrichtung des Fahrzeugs angeordnet sind. Eine erste Endplatte und eine zweite Endplatte sind direkt an einem Rahmenelement über Halterungselemente befestigt, und ein Rahmenelement ist an einem Fahrzeugkarosserierahmen befestigt. Nachdem eine externe Last von dem Kühler und dem Vorsprungsabschnitt des Gehäuses auf die erste Endplatte und die zweite Endplatte übertragen worden ist, wird die externe Last über einen Seitenrahmen auf den Fahrzeugkarosserierahmen übertragen.
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Aus der
DE 11 2009 004 862 T5 ist schließlich eine Montagekonstruktion für ein Brennstoffzellensystem bekannt, die in der Lage sein soll, einer Kollision mit der Seitenfläche eines Brennstoffzellenfahrzeugs standzuhalten. Das Brennstoffzellensystem umfasst eine Brennstoffzelleneinheit zur Aufnahme einer Brennstoffzelle und eine Schutzkonstruktion mit einer Montagefläche zur Montage der Brennstoffzelleneinheit. Die Schutzkonstruktion enthält geneigte Rahmen, die in einer Position, die wenigstens einer Seitenfläche der Brennstoffzelleneinheit gegenüberliegt, relativ schräg zur Montagefläche vorgesehen sind. Weil die Schutzkonstruktion die geneigten Rahmen als Strukturelemente besitzt, die dem Kollisionsstoß von der Seitenfläche ausgesetzt sind, ist der Schutz der gesamten Höhe der Brennstoffzelleneinheit durch leichteste Strukturelemente realisiert.
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Wenn die Kabelbäume jedoch kollektiv von einer Stelle herausgeführt werden, nimmt die Größe einer Durchziehöffnung, durch welche die Kabelbäume aus dem Brennstoffzellensystemgehäuse herausgeführt werden, zu. Daher nimmt, um die Wasserdichtigkeit der Durchziehöffnung zu gewährleisten, die Größe des Brennstoffzellensystemgehäuses, in dem die Brennstoffzelle sowie die Hilfsaggregate aufgenommen sind, zu.
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KURZFASSUNG
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Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um zumindest einen Teil der vorstehenden Punkte zu adressieren und hat zur Aufgabe, ausgehend vom Stand der Technik das Brennstoffzellensystem derart weiterzuentwickeln, dass eine Zunahme der Größe der Durchziehöffnung, durch welche Kabelbäume aus dem Brennstoffzellensystemgehäuse herausgeführt werden, in dem die Brennstoffzelle sowie die Hilfsaggregate aufgenommen sind, sowie eine damit einhergehende Zunahme der Größe des Brennstoffzellensystemgehäuses verhindert werden kann. Diese Aufgabe wird gelöst mit dem Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1, vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
- (1) Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Brennstoffzellensystem geschaffen, das an einem Fahrzeug montierbar ist, und das umfasst: eine Brennstoffzelle, die eine elektrochemische Reaktion von Anodengas und Kathodengas verursacht; eine Mehrzahl von Hilfsaggregaten, die für den Betrieb der Brennstoffzelle verwendet werden; und ein Brennstoffzellensystemgehäuse, das ausgestaltet ist, um die Brennstoffzelle und die Hilfsaggregate aufzunehmen, wobei sich in dem Brennstoffzellensystemgehäuse eine Fläche, von der ein erster Kabelbaum herausgeführt wird, der eine erste elektrische Leitung umfasst, die zum Versorgen der Hilfsaggregate mit elektrischer Leistung genutzt wird, von einer Fläche unterscheidet, von der ein zweiter Kabelbaum herausgeführt wird, der eine zweite elektrische Leitung zum Versorgen mit einer höheren elektrischen Leistung als der elektrischen Leistung der ersten elektrischen Leitung umfasst. Da der erste Kabelbaum und der zweite Kabelbaum von unterschiedlichen Flächen herausgeführt werden, können gemäß diesem Aspekt Durchziehöffnungen, durch welche die Kabelbäume vom Brennstoffzellensystemgehäuse herausgeführt werden, kleiner ausgeführt werden. Daher kann das Brennstoffzellensystemgehäuse kleiner ausgeführt werden.
- (2) Bei dem Brennstoffzellensystem gemäß dem vorstehend beschrieben Aspekt kann der zweite Kabelbaum von einer Fläche des Brennstoffzellensystemgehäuses herausgeführt werden, die eine Fläche ist, die ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus:
- einer Fläche, die einer Vorderseite des Fahrzeugs gegenüberliegt, einer Fläche, die einer Rückseite des Fahrzeugs gegenüberliegt, einer Fläche, die einer Oberseite des Fahrzeugs gegenüberliegt und einer Fläche, die einer Unterseite des Fahrzeugs gegenüber liegt. Gemäß diesem Aspekt kann eine mögliche Unterbrechung oder ein Kurzschluss der im zweiten Kabelbaums enthaltenen elektrischen Leitung aufgrund eines Seitenaufpralls verringert werden. In anderen Worten: die zweite elektrische Leitung zum Versorgen mit eine höheren elektrischen Leistung als derjenigen der ersten elektrischen Leitung kann vorzugsweise bei einem Seitenaufprall vor der ersten elektrischen Leitung geschützt werden.
- (3) Bei dem Brennstoffzellensystem des vorstehend beschrieben Aspekte kann das Brennstoffzellensystemgehäuse ein Brennstoffzellengehäuse umfassen, das ausgestaltet ist, um die Brennstoffzelle aufzunehmen, und ein Hilfsaggregatgehäuse, das die Mehrzahl von Hilfsaggregaten aufnimmt. Dementsprechend kann, da die Mehrzahl von Hilfsaggregaten in dem Hilfsaggregatgehäuse aufgenommen sind, der Kontakt von Fremdstoffen bzw. -körpern mit den Hilfsaggregaten verringert werden.
- (4) Bei dem Brennstoffzellensystem des vorstehend beschriebenen Aspekts kann zumindest ein Teil der Hilfsaggregate mit einer Harzabdeckung bedeckt sein. Gemäß diesem Aspekt können Geräusche und Vibrationen, die innerhalb der Hilfsaggregatabdeckung verursacht werden, verringert werden.
- (5) Bei dem Brennstoffzellensystem gemäß dem vorstehend beschriebenen Aspekt kann die zweite elektrische Leitung eine elektrische Leitung sein, die eine Pumpe, die der Brennstoffzelle das Anodengases zuführt, mit elektrischer Leistung versorgt.
- (6) Bei dem Brennstoffzellensystem gemäß dem vorstehend beschriebenen Aspekt kann der erste Kabelbaum von einer Fläche des Brennstoffzellensystemgehäuses herausgeführt werden, die eine Fläche ist, die zur rechten Seite des Fahrzeugs gewandt ist, oder eine Fläche, die zur linken Seite des Fahrzeugs gewandt ist, und der erste Kabelbaum kann in einem vertieften Abschnitt angeordnet sein, der in dem Brennstoffzellensystemgehäuse ausgebildet ist. Gemäß diesem Aspekt kann eine mögliche Unterbrechung oder ein Kurzschluss des ersten Kabelbaums aufgrund eines Seitenaufpralls im Vergleich zu einem Fall verringert werden, bei dem der erste Kabelbaum nicht in dem vertieften Abschnitt angeordnet ist.
- (7) Bei dem Brennstoffzellensystem gemäß dem vorstehend beschriebenen Aspekt kann der erste Kabelbaum in Breitenrichtung des Fahrzeugs außerhalb eines Ausgangs angeordnet sein, durch den der zweite Kabelbaum aus dem Brennstoffzellensystemgehäuse herausgeführt wird. Dadurch kann der zweite Kabelbaum durch den ersten Kabelbaum geschützt werden.
- (8) Bei dem Brennstoffzellensystem gemäß dem vorstehend beschriebenen Aspekt kann der erste Kabelbaum eine dritte elektrische Leitung zum Übertragen eines elektrischen Signals, das von der Mehrzahl der Hilfsaggregate erhalten wird, umfassen. Gemäß diesem Aspekt können, da die dritte elektrische Leitung zum Übertragen eines elektrischen Signals, das von der Mehrzahl der Hilfsaggregate erhalten wird, nicht im zweiten Kabelbaum enthalten ist, Störungen des elektrischen Signals aufgrund von elektromagnetischen Wellen, die vom zweiten elektrischen Kabel verursacht werden, verringert werden.
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Die vorliegende Erfindung kann auf verschiedene Art und Weise ausgeführt werden, beispielsweise in Form eines Herstellungsverfahrens für ein Brennstoffzellensystem, als Computerprogramm zum Ausführen des Herstellungsverfahrens und als Speichermedien zum Speichern des Computerprogramms.
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Figurenliste
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- 1 zeigt eine schematische Ansicht eines Brennstoffzellensystems, das eine Ausführungsform der Erfindung darstellt; und
- 2 zeigt eine schematische Ansicht eines Hilfsaggregatgehäuses.
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BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
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1 ist eine schematische Ansicht eines Brennstoffzellensystems 10, das eine Ausführungsform der Erfindung darstellt. Das Brennstoffzellensystem 10 umfasst einen ersten Kabelbaum 130, eine zweiten Kabelbaum 135 und ein Brennstoffzellensystemgehäuse 140. Das Brennstoffzellensystem 10 ist ein einem Fahrzeug montiert. Bei dieser Ausführungsform ist das Brennstoffzellensystem 10 unter einer Fahrgastzelle angeordnet. In 1 bezeichnet eine positive X-Richtung vorne oder die Vorderseite des Fahrzeugs, eine positive Y-Richtung oben oder die Oberseite des Fahrzeugs und eine positive Z-Richtung bezeichnet rechts oder die rechte Seite des Fahrzeugs.
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Der erste Kabelbaum 130 umfasst erste elektrische Leitungen, die für die Versorgung einer Mehrzahl von Hilfsaggregaten (nicht dargestellt) mit elektrischer Leistung genutzt werden, die später beschrieben werden. Der zweite Kabelbaum 135 umfasst zweite elektrische Leitungen zur Versorgung mit einer höheren elektrischen Leistung als derjenigen der ersten elektrischen Leitungen. Bei dieser Ausführungsform sind die zweiten elektrischen Leitungen elektrische Leitungen zum Versorgen einer Wasserstoffpumpe (nicht dargestellt) mit Leistung und stellen eine Leitung zum Versorgen mit Drei-Phasen-Wechselstromleistung (AC-Leistung) dar.
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Der erste Kabelbaum 130 umfasst ferner dritte elektrische Leitungen zum Übertragen eines elektrischen Signals, das von der Mehrzahl der Hilfsaggregate erhalten wird. Da die dritten elektrischen Leitungen nicht im zweiten Kabelbaum 135 enthalten sind können Störungen des elektrischen Signals aufgrund von elektromagnetischen Wellen, die vom zweiten elektrischen Kabel verursacht werden, verringert werden.
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Das Brennstoffzellensystemgehäuse 140 umfasst ein Brennstoffzellengehäuse 100 und ein Hilfsaggregatgehäuse 120. Das Brennstoffzellensystemgehäuse 140 hat Flächen, die jeweils nach vorne, hinten, oben, unten, rechts und links bezüglich des Fahrzeugs weisen. Das Brennstoffzellengehäuse 100 nimmt die Brennstoffzelle auf, die elektrochemische Reaktionen von Wasserstoffgas als Anodengas und Sauerstoffgas als Kathodengas verursacht. Die Brennstoffzelle besteht aus gestapelten Einheitszellen bzw. Elementarzellen und ist derart montiert, dass die Stapelrichtung in Fahrzeugbreitenrichtung orientiert ist.
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Das Hilfsaggregatgehäuse 120 nimmt eine Mehrzahl von Hilfsaggregaten auf, die für den Betrieb der Brennstoffzelle genutzt werden, sowie eine Pumpe (auch als „Wasserstoffpumpe“ bezeichnet) zum Zuführen von Wasserstoff als Anodengas zur Brennstoffzelle. Die Mehrzahl von Hilfsaggregaten (kurz: die Hilfsaggregate) umfassen beispielsweise Injektoren, Austrag- und Entleerungsventile, Ventile und Sensoren.
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Der Perimeter bzw. Umfang des Hilfsaggregatgehäuses 120 ist teilweise mit Abdeckungen 141 und 142 aus natürlichem oder synthetischem Harz verkleidet bzw. abgedeckt. Die Harzabdeckungen 141 und 142 haben eine Innenschicht aus Urethan und eine Außenschicht aus Hartharz. Die Hilfsaggregate sind in dem Hilfsaggregatgehäuse 120 aufgenommen. Daher kann das Eindringen von Fremdstoffen wie Wasser, Steinen und Dreck in das Hilfsaggregatgehäuse 120 verringert werden. Zudem können die Harzabdeckungen 141 und 142 Vibrationen und Geräusche verringern, die von den Hilfsaggregaten und der Wasserstoffpumpe erzeugt werden.
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2 zeigt eine schematische Ansicht des Hilfsaggregatgehäuses 120. Das Hilfsaggregatgehäuse 120 wird einstückig durch Aluminiumdruckguss gebildet. Die Festigkeit des Hilfsaggregatgehäuses 120 kann somit gewährleistet werden. Das X-Y-Z-Koordinatensystem aus 2 entspricht dem X-Y-Z-Koordinatensystem aus 1.
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Ein erster Ausgang 125 ist eine Öffnung, durch die der erste Kabelbaum 130 aus dem Hilfsaggregatgehäuse 120 herausgeführt wird. Ein zweiter Ausgang 124 ist eine Öffnung, durch die der zweite Kabelbaum 135 aus dem Hilfsaggregatgehäuse 120 herausgeführt wird. Öffnungen 121A und 121B sind Serviceöffnungen, die zum Verbinden der Kabelbäume mit den Hilfsaggregaten verwendet werden. Eine Öffnung 121C ist eine Öffnung, durch die eine Gasleitung und eine Kühlwasserleitung für die Brennstoffzelle gehen.
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Wie in 2 dargestellt ist, unterscheidet sich die Fläche, von der der erste Kabelbaum 130 herausgeführt wird, von einer Fläche, von der der zweite Kabelbaum 135 herausgeführt wird. Das bedeutet: das Brennstoffzellensystemgehäuse 140 hat eine erste Fläche, die mit einem ersten Ausgang 125 ausgebildet ist, durch den der erste Kabelbaum 130 herausgeführt wird, und eine zweite Fläche, die mit einem zweiten Ausgang 124 ausgebildet ist, durch den der zweite Kabelbaum 135 herausgeführt wird, wobei die erste Fläche sich von der zweiten Fläche unterscheidet. Die Ausgänge, durch welche die Kabelbäume jeweils aus dem Brennstoffzellensystemgehäuse 140 herausgeführt werden, werden somit kleiner als bei einem Fall, bei dem alle Kabelbäume kollektiv von der gleiche Fläche oder Öffnung herausgeführt werden. Daher kann das Brennstoffzellensystemgehäuse 140 kleiner ausgebildet werden.
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Der zweite Kabelbaum 135 wird von einer Fläche des Brennstoffzellensystemgehäuses 140 herausgeführt, die zur Vorderseite des Fahrzeugs gewandt ist. Eine mögliche Unterbrechung oder ein Kurzschluss des zweiten Kabelbaums 135 aufgrund eines Seitenaufpralls kann somit verringert werden. In anderen Worten: die zweiten elektrischen Leitungen für die Versorgung mit einer elektrischen Leistung, die höher ist als diejenige der ersten elektrischen Leitungen kann vorzugsweise bei einem Seitenaufprall vor den ersten elektrischen Leitungen geschützt werden. Hierbei sei angemerkt dass das Fahrzeug in Längsrichtung größere Abmessungen hat, als in Breitenrichtung. Somit sind Maßnahmen gegen einen Seitenaufprall wichtiger als Maßnahmen gegen einen Frontalzusammenstoß oder einen Auffahrunfall. Überdies können ähnliche Effekt erzielt werden, wenn der zweite Kabelbaum 135 von einer Fläche des Brennstoffzellensystemgehäuses 140 herausgeführt wird, die der Rückseite des Fahrzeugs zugewandt ist.
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Der erste Kabelbaum 130 wird von einer Fläche des Brennstoffzellensystemgehäuses 140 herausgeführt, die der rechten Seite des Fahrzeugs zugewandt ist. Zudem ist der erste Kabelbaum 130 in einem vertieften Abschnitt 122 angeordnet, der in dem Brennstoffzellensystemgehäuse 140 ausgebildet ist. Mit einer derartigen Konstruktion kann die mögliche Unterbrechung sowie ein Kurzschluss des ersten Kabelbaums 130 aufgrund einer Seitenkollision im Vergleich zu einem Fall verringert werden, bei dem der erste Kabelbaum 130 nicht in dem vertieften Abschnitt 122 angeordnet ist. Hierbei bedeutet das Merkmal „der erste Kabelbaum 130 ist in dem vertieften Abschnitt 122 angeordnet“, dass zumindest ein Teil des ersten Kabelbaums 130 in dem vertieften Abschnitt 122 angeordnet ist. Überdies können ähnliche Effekt erzielt werden, wenn der erste Kabelbaum 130 von einer Fläche des Brennstoffzellensystemgehäuses 140 herausgeführt wird, die der linken Seite des Fahrzeugs zugewandt ist.
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Der erste Kabelbaum 130 ist in Breitenrichtung des Fahrzeugs außerhalb des zweiten Ausgangs 124 angeordnet, durch den der zweite Kabelbaum 135 aus dem Brennstoffzellensystemgehäuse 140 herausgeführt wird. Der Ausgang des zweiten Kabelbaums 135 kann somit durch den ersten Kabelbaum 130 geschützt werden.
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Wie in 1 dargestellt ist, ist eine Dichtscheibe bzw. Durchführungstülle 130G am Ausgang des ersten Kabelbaums 130 vorgesehen, so dass das Eindringen von Fremdstoffen in das Hilfsaggregatgehäuse 120 durch die Dichtscheibe 130G verringert werden kann. In ähnlicher Weise ist eine Dichtscheibe bzw. Durchführungstülle 135G am Ausgang des zweiten Kabelbaums 135 vorgesehen, so dass das Eindringen von Fremdstoffen in das Hilfsaggregatgehäuse 120 durch die Dichtscheibe 135G verringert werden kann. Wenn die im ersten Kabelbaum 130 enthaltenen elektrischen Leitungen und die im zweiten Kabelbaum 135 enthaltenen elektrischen Leitungen in einem einzigen Kabelbaum enthalten wären und dieser Kabelbaum aus einem einzigen Ausgang herausgeführt werden würde, würden sich die folgenden Nachteile ergeben. Da die am Ausgang vorgesehene Dichtscheibe bzw. Durchführungstülle größer ausgebildet werden muss, ist eine größere Fläche zum Ausbilden des Ausgangs nötig, wodurch das Brennstoffzellensystemgehäuse 140 größer wird. Die am Ausgang angeordnete größere Dichtscheibe benötigt eine höhere Maßgenauigkeit, um das Eindringen von Fremdstoffen zu verringern. Derartige Nachteile können mit dieser Ausführungsform jedoch vermieden werden.
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Bei dieser Ausführungsform sind eine Halterung 130A und eine Klemme bzw. Schelle 130B am ersten Kabelbaum 130 vorgesehen, und der erste Kabelbaum 130 wird durch die Halterung und die Schelle fixiert. In ähnlicher Weise ist eine Klemme bzw. Schelle 135A am zweiten Kabelbaum 135 vorgesehen, und der zweite Kabelbaum 135 wird durch die Schelle fixiert.
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Andere Effekte des vorstehend beschriebenen Aufbaus umfassen leicht gesicherte Spalten zwischen dem Brennstoffzellensystemgehäuse 140 und angrenzenden Komponenten sowie einen erhöhten Freiheitsgrad bezüglich des Einbauraums aufgrund einer Verkleinerung des Brennstoffzellensystemgehäuses 140. Wenn dagegen die Kabelbäume integral ausgebildet werden, statt mehrere Kabelbäume vorzusehen, wird der Kabelbaum dicker und es wird schwer, diesen zu biegen. Somit wird ein größerer Raum zum Legen des Kabelbaums benötigt, wodurch die Größe des Brennstoffzellensystems zunimmt. Derartige Nachteile können mit dieser Ausführungsform jedoch vermieden werden.
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Bei dieser Ausführungsform sind keine Harzabdeckungen 141 und 142 an einer Außenfläche des Hilfsaggregatgehäuses 120 angeordnet, wo der erste Kabelbaum 130 angeordnet ist. Mit einer derartigen Konstruktion kann ein verhindert werden, dass der Kabelbaum 130 nach außen vorsteht. Die vorliegende Erfindung ist hierauf jedoch nicht beschränkt. Beispielsweise können die Harzabdeckungen 141 und 142 auch an der Außenfläche des Hilfsaggregatgehäuses 120 angeordnet sein, wo der erste Kabelbaum 130 angeordnet ist.
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Bei dieser Ausführungsform ist, im Brennstoffzellensystemgehäuse 140, die Fläche, von welcher der erste Kabelbaum 130 herausgeführt wird, eine Fläche, die zur rechten Seite des Fahrzeugs weist und die Fläche, von welcher der zweite Kabelbaum 135 herausgeführt wird, ist eine Fläche, die zur Vorderseite des Fahrzeugs weist. Die vorliegende Erfindung ist hierauf jedoch nicht beschränkt. Das Brennstoffzellensystemgehäuse 140 hat einen Aufbau, bei dem die Fläche, von welcher der erste Kabelbaum 130 herausgeführt, wird sich von der Fläche unterscheidet, von welcher der zweite Kabelbaum 135 herausgeführt wird. Somit kann eine mögliche Unterbrechung bzw. Trennung oder ein Kurzschluss der im zweiten Kabelbaum enthaltenen elektrischen Leitungen aufgrund eines Seitenaufpralls verringert werden, indem als diejenige Fläche, von welcher der zweite Kabelbaum 135 herausgeführt wird, die Fläche verwendet wird, die zur Rückseite des Fahrzeugs weist, die Fläche, die zur Oberseite des Fahrzeugs weist, oder die Fläche, die zur Unterseite des Fahrzeugs weist. Eine Zunahme der Höhe des Brennstoffzellensystems kann auch verringert werden, indem als diejenige Fläche, von welcher der zweite Kabelbaum 135 herausgeführt wird, die Fläche verwendet wird, die zur Vorderseite des Fahrzeugs weist, oder die Fläche, die zur Rückseite des Fahrzeugs weist.
