DE102017103186A1

DE102017103186A1 - Brennstoffzelleneinheit

Info

Publication number: DE102017103186A1
Application number: DE102017103186.3A
Authority: DE
Inventors: Koji Katano; Hiroyuki Sekine
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2016-02-26
Filing date: 2017-02-16
Publication date: 2017-08-31
Also published as: KR20170101129A; CN107134583A; CA2958391C; CN107134583B; JP2017152286A; US10892508B2; CA2958391A1; KR102150914B1; JP6696794B2; US20170250435A1

Abstract

Eine Brennstoffzelleneinheit umfasst einen Brennstoffzellenstapel (110) mit einer Mehrzahl von gestapelten Einzelzellen; ein Stapelgehäuse (100), in dem der Brennstoffzellenstapel aufgenommen ist; sowie ein Komponentengehäuse (200), in dem eine Hochspannungskomponente (210a, 210b, 210c, 210d) aufgenommen ist, die mit dem im Brennstoffzellenstapel erzeugten elektrischen Strom versorgt wird. Das Komponentengehäuse (200) hat eine Öffnung, die von einer Wand des Stapelgehäuses verschlossen ist, die parallel zu einer Stapelrichtung der Einzelzellen ist. Die Hochspannungskomponente (210a, 210b, 210c, 210d) ist an zumindest einer Wand von einer gegenüberliegenden Wand (208) und einer sich erstreckenden Wand des Komponentengehäuses (200), an einer Fläche dieser Wand, die der Innenseite des Komponentengehäuses zugewandt ist, befestigt. Die gegenüberliegende Wand (208) ist der Öffnung zugewandt. Die sich erstreckende Wand erstreckt sich von der gegenüberliegenden Wand zum Stapelgehäuse (100).

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennstoffzelleneinheit.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Einige Brennstoffzelleneinheiten haben ein Stapelgehäuse, in dem ein Brennstoffzellenstapel aufgenommen ist, der eine Mehrzahl gestapelter Einzelzellen hat, sowie ein Komponentengehäuse, in dem eine Hochspannungskomponente aufgenommen ist, die mit dem vom Brennstoffzellenstapel erzeugten elektrischen Strom versorgt wird.
KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Brennstoffzelleneinheit der japanischen Patentanmeldung JP 2014-086171 A hat ein Komponentengehäuse, das an der Oberseite des Stapelgehäuses in Schwerkraftrichtung angeordnet ist. Um das Stapelgehäuse und das Komponentengehäuse bei einer derartigen Brennstoffzelleneinheit integral auszubilden, ist es denkbar, eine Öffnung in dem Komponentengehäuse auszubilden und diese Öffnung mit einer Wand des Stapelgehäuses zu verschließen, um Größe und Gewicht der Brennstoffzelleneinheit zu verringern. Wo jedoch die Hochspannungskomponente in diesem Gehäuse angeordnet werden soll, wurde bisher nicht bedacht.
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Brennstoffzelleneinheit, aufweisend: einen Brennstoffzellenstapel mit einer Mehrzahl von gestapelten Einzelzellen; ein Stapelgehäuse, in dem der Brennstoffzellenstapel aufgenommen ist; sowie ein Komponentengehäuse, in dem eine Hochspannungskomponente aufgenommen ist, die mit dem im Brennstoffzellenstapel erzeugten elektrischen Strom versorgt wird. Das Komponentengehäuse hat eine Öffnung, die von einer Wand der Wände des Stapelgehäuses verschlossen ist, die parallel zu einer Stapelrichtung der Einzelzellen ist. Die Hochspannungskomponente ist an zumindest einer Wand von einer gegenüberliegenden Wand und einer sich erstreckenden Wand des Komponentengehäuses, an einer Fläche dieser Wand, die der Innenseite des Komponentengehäuses zugewandt ist, befestigt. Die gegenüberliegende Wand ist der Öffnung zugewandt. Die sich erstreckende Wand erstreckt sich von der gegenüberliegenden Wand zum Stapelgehäuse. Im Vergleich zu einer Konfiguration, bei der die Hochspannungskomponente an der Außenseite derjenigen Wand der das Stapelgehäuse bildenden Wände befestigt ist, die parallel zur Stapelrichtung der Einzelzellen ist, kann diese Konfiguration verhindern, dass die Hochspannungskomponente vom Ausdehnen und Zusammenziehen des Brennstoffzellenstapels betroffen ist, das auftritt, wenn der Brennstoffzellenstapel Strom erzeugt. Das bedeutet: wenn der Brennstoffzellenstapel Strom erzeugt, dehnt sich der Brennstoffzellenstapel in Stapelrichtung aus und zieht sich zusammen, wenn die Einzelzellen sich in Stapelrichtung ausdehnen und zusammenziehen. Dieses Ausdehnen und Zusammenziehen des Brennstoffzellenstapels in Stapelrichtung verursacht wiederum ein Ausdehnen und Zusammenziehen des Stapelgehäuses in Stapelrichtung. Dies kann die Befestigung einer Hochspannungskomponente, die an der Außenseite derjenigen Wand der das Stapelgehäuse bildenden Wände befestigt ist, die parallel zur Stapelrichtung der Einzelzellen ist, nachteilig beeinflussen. Gemäß dem vorstehend beschriebenen Aspekt der vorliegenden Erfindung kann dieser nachteilige Effekt des Ausdehnens und Zusammenziehens des Brennstoffzellenstapels auf die Hochspannungskomponente verhindert werden. Somit kann, im Vergleich zu einer Konfiguration, bei welcher die Hochspannungskomponente an der Außenseite derjenigen Wand der das Stapelgehäuse bildenden Wände befestigt ist, die parallel zur Stapelrichtung der Einzelzellen ist, ein Lösen der Befestigung der Hochspannungskomponente vermieden werden.
Die Hochspannungskomponente kann an der gegenüberliegenden Wand der das Komponentengehäuse bildenden Wände befestigt sein. Im Vergleich zu einer Konfiguration, bei der die Hochspannungskomponente an einer anderen Wand der das Komponentengehäuse bildenden Wände als der gegenüberliegenden Wand befestigt ist, kann diese Konfiguration zusätzlich verhindern, dass die Hochspannungskomponente vom Ausdehnen und Zusammenziehen des Brennstoffzellenstapels betroffen ist, das auftritt, wenn der Brennstoffzellenstapel elektrischen Strom erzeugt. Die anderen Wände der das Komponentengehäuse bildenden Wände als die gegenüberliegende Wand sind direkt mit dem Stapelgehäuse verbunden, wohingegen die gegenüberliegende Wand nicht direkt mit dem Stapelgehäuse verbunden ist. Dementsprechend ist die an der gegenüberliegenden Wand befestigte Hochspannungskomponente weniger wahrscheinlich vom Ausdehnen und Zusammenziehen des Brennstoffzellenstapels betroffen, das auftritt, wenn der Brennstoffzellenstapel Strom erzeugt
Eine Mehrzahl von Hochspannungskomponenten kann in dem Komponentengehäuse aufgenommen sein, und die Mehrzahl von Hochspannungskomponenten kann an der gegenüberliegenden Wand der das Komponentengehäuse bildenden Wände, an nebeneinander liegenden Stellen entlang der gegenüberliegenden Wand, befestigt sein. Im Vergleich zu einer Konfiguration, bei der die Hochspannungskomponenten in eine Richtung senkrecht zur gegenüberliegenden Wand aufeinander angeordnet sind, kann diese Konfiguration die Länge der Brennstoffzelleneinheit in die Richtung senkrecht zur gegenüberliegenden Wand des Komponentengehäuses verringern. Zudem wird die Wartungsfreundlichkeit der Hochspannungskomponenten im Vergleich zu einem Fall verbessert, bei dem die Hochspannungskomponenten aufeinander in Richtung senkrecht zur gegenüberliegenden Wand angeordnet sind.
Die vorliegende Erfindung kann auch auf verschiedene andere Art und Weise ausgeführt werden, beispielsweise in Form einer Brennstoffzelleneinheit, die in einem Schiff etc. installiert ist, das mit elektrischem Strom betrieben wird, oder in Form einer Haushalt-Brennstoffzelleneinheit. Es versteht sich dabei von selbst, dass die vorliegenden Erfindung nicht auf die vorstehend beschriebenen Konfigurationen beschränkt ist und auf verschiedene andere Art und Weise ausgeführt werden kann, ohne von der Idee der Erfindung abzuweichen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
Die Merkmale und Vorteile sowie die technische und wirtschaftliche Bedeutung beispielhafter Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beigefügte Zeichnung beschrieben, in der gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen; hierbei zeigt:
1 eine Ansicht einer Brennstoffzelleneinheit gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 eine Ansicht einer Brennstoffzelleneinheit gemäß Referenzbeispiel 1;
3 eine Ansicht einer Brennstoffzelleneinheit gemäß Referenzbeispiel 2; und
4 eine Ansicht einer Brennstoffzelleneinheit gemäß einer Abwandlung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
A. Erste Ausführungsform
1 zeigt eine Ansicht einer Brennstoffzelleneinheit 10 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In 1 sind zueinander senkrecht stehende X-, Y- und Z-Achsen dargestellt. Die X-, Y- und Z-Achsen von 1 entsprechen den X-, Y- und Z-Achsen in den anderen Zeichnungen. Die Brennstoffzelleneinheit 10 ist als Stromquelle in einem von einem (Elektro-)Motor betriebenen Fahrzeug installiert. Die Brennstoffzelleneinheit 10 hat ein Stapelgehäuse 100, einen Brennstoffzellenstapel 110, einen ersten Stromkollektor 120, einen zweiten Stromkollektor 130, eine Druckplatte 140, eine Endplatte 150, Lasteinstellschrauben 160, ein Komponentengehäuse 200, eine Hochspannungskomponente 210a und eine Hochspannungskomponente 210b. Der Umriss der Brennstoffzelleneinheit 10 wird durch den Umriss des Stapelgehäuses 100 und des Komponentengehäuses 200 bestimmt, die integral ausgebildet sind, indem das zuletzt genannte am zuerst genannten montiert ist.
Das Stapelgehäuse 100 ist auf der negativen Seite in Richtung der Z-Achse relativ zum Komponentengehäuse 200 angeordnet. Das Stapelgehäuse 100 ist ein kastenförmiges Element mit einer Öffnung 102 auf der positiven Seite in Richtung der Y-Achse. Bei dieser Ausführungsform ist das Stapelgehäuse 100 ein rechteckiges Parallelepiped. Von den das Stapelgehäuse 100 bildenden Wänden ist eine Wand 104, die auf der negative in Seite in Richtung der Y-Achse liegt, mit Öffnungen 106 ausgebildet. Der Brennstoffzellenstapel 110 ist im Stapelgehäuse 100 aufgenommen.
Der Brennstoffzellenstapel 110 hat eine Mehrzahl von Einzelzellen 112, die durch eine elektrochemische Reaktion von Reaktionsgasen Strom bzw. Elektrizität erzeugen. Die Einzelzellen 112 sind mittels einer Drucklast in einem Zustand aneinander befestigt, in welchem sie in eine Stapelrichtung D gestapelt sind. In dieser Ausführungsform ist die Stapelrichtung D der Einzelzellen 112 die Richtung der Y-Achse. Bei dieser Ausführungsform wird der Brennstoffzellenstapel 110 mit Wasserstoffgas und Luft versorgt und erzeugt elektrischen Strom durch eine elektrochemische Reaktion von Wasserstoff und Sauerstoff.
Der erste Stromkollektor 120 ist angrenzend an eine Endwand des Brennstoffzellenstapels 110 angeordnet, die auf der negativen Seite in Richtung der Y-Achse liegt. Der zweite Stromkollektor 130 ist angrenzend an eine Endwand des Brennstoffzellenstapels 110 angeordnet, die auf der positiven Seite in Richtung der Y-Achse liegt. Der erste Stromkollektor 120 und der zweite Stromkollektor 130 sammeln elektrischen Strom, der vom Brennstoffzellenstapel 110 erzeugt wird.
Bei dieser Ausführungsform bestehen der erste Stromkollektor 120 und der zweite Stromkollektor 130 hauptsächlich aus Aluminium. Bei andern Ausführungsformen können der erste Stromkollektor 120 und der zweite Stromkollektor 130 aus Kupfer bestehen.
Die Druckplatte 140 ist angrenzend an den ersten Stromkollektor 120 von der negativen Seite in Richtung der Y-Achse angeordnet. Die Endplatte 150 ist angrenzend an den zweiten Stromkollektor 130 von der positiven Seite in Richtung der Y-Achse angeordnet. Die Endplatte 150 ist an einer Stelle angeordnet, dass sie die Öffnung 102 des Stapelgehäuses 100 abdeckt. Die Druckplatte 140 und die Endplatte 150 sind Teile, die den Brennstoffzellenstapel 110 an beiden Enden in Richtung der Y-Achse mit Druck beaufschlagen.
Bei dieser Ausführungsform bestehen die Druckplatte 140 und die Endplatte 150 hauptsächlich aus Aluminium und Harz bzw. Kunststoff. Bei anderen Ausführungsformen können die Druckplatte 140 und die Endplatte 150 aus verschiedenen Metallteilen bestehen, die korrosionsbeständig und fest sind, oder aus Teilen, die Metall und Harz bzw. Kunststoff kombinieren.
Die Lasteinstellschrauben 160 sind in die Öffnungen 106 des Stapelgehäuses 100 hin zur positiven Seite in Richtung der Y-Achse eingesetzt und drücken die Druckplatte 140 hin zur positiven Seite in Richtung der Y-Achse. Somit bringen die Druckplatte 140 und die Endplatte 150 eine Kompressionslast auf den Brennstoffzellenstapel 110 auf, wenn die Lasteinstellschrauben 160 den Brennstoffzellenstapel 110 drücken. Durch die Druckplatte 140 und die Endplatte 150 erfährt das Stapelgehäuse 100 eine Kraft, die auf die Kompressionslast auf den Brennstoffzellenstapel 110 reagiert. Durch das Einstellen der Länge führender Endteile der Lasteinstellschrauben 160, die in das Stapelgehäuse 100 ragen, kann die Kraft eingestellt werden, mit der die Druckplatte 140 gedrückt wird.
Der Brennstoffzellenstapel 110 kann sich ausdehnen und zusammenziehen, wenn der Brennstoffzellenstapel 110 Strom bzw. Elektrizität erzeugt. Insbesondere dehnt sich der Brennstoffzellenstapel 110 in die Stapelrichtung D aus und zieht sich zusammen, wenn der Brennstoffzellenstapel 110 Strom erzeugt, da sich die Einzelzellen 112 in Stapelrichtung D ausdehnen und zusammenziehen. Das Stapelgehäuse 100, das eine Kraft erfährt, die auf die Kompressionslast auf den Brennstoffzellenstapel 110 durch die Druckplatte 140 und die Endplatte 150 reagiert, kann sich als Ergebnis des Ausdehnens und Zusammenziehens des Brennstoffzellenstapels 110 ebenso in Stapelrichtung D ausdehnen und zusammenziehen.
Das Komponentengehäuse 200 ist auf der positiven Seite in Richtung der Z-Achse relativ zum Stapelgehäuse 100 angeordnet. Das Komponentengehäuse 200 ist ein kastenförmiges Element mit einer Öffnung 202 auf der negativen Seite in Richtung der Z-Achse. Bei dieser Ausführungsform ist das Komponentengehäuse 200 ein rechteckiges Parallelepiped. Die Öffnung 202 ist derart angeordnet, dass sie von einer Wand 108 der das Stapelgehäuse 100 bildenden Wände verschlossen ist, die auf der positiven Seite in Richtung der Z-Achse liegt (durch eine Fläche der Wand 108, die der Außenfläche des Stapelgehäuses 100 entspricht). Die Wand 108 ist eine Wand, die parallel zur Stapelrichtung D der Einzelzellen 112 ist. Parallel bedeutet hierbei nicht „exakt parallel” zur Stapelrichtung D sondern auch „annähernd parallel” zu dieser.
Eine Wand 208 der das Komponentengehäuse 200 bildenden Wände, die auf der positiven Seite in Richtung der Z-Achse liegt, hat zwei Öffnungen 206. Die Öffnungen 206 stellen Öffnungen dar, durch welche Kabel 214a, welche die in dem Komponentengehäuse 200 aufgenommene Hochspannungskomponente 210a mit einer anderen Komponente verbinden, herausgeführt sind.
Die Hochspannungskomponente 210a und die Hochspannungskomponente 210b sind an einer der Innenfläche des Komponentengehäuses 200 entsprechenden Fläche der Wand 208 des Komponentengehäuses 200 befestigt, die auf der positiven Seite in Richtung der Z-Achse liegt. Bei der vorliegenden Erfindung bedeutet „an der Wand befestigt” nicht nur eine direkte Befestigung an der Wand sondern auch eine indirekte Befestigung an einer Wand vermittels einer anderen Komponente. Bei dieser Ausführungsform sind die Hochspannungskomponente 210a und die Hochspannungskomponente 210b direkt an der der Innenfläche des Komponentengehäuses 200 entsprechenden Fläche der Wand 208 befestigt.
Die Hochspannungskomponente 210a und die Hochspannungskomponente 210b sind an Stellen nebeneinander entlang der Wand 208 (der Innenfläche des Komponentengehäuses 200) befestigt. Die Hochspannungskomponente 210a und die Hochspannungskomponente 210b werden mit dem vom Brennstoffzellenstapel 110 erzeugten Strom versorgt. Bei dieser Ausführungsform ist die Hochspannungskomponente 210a ein Wandler, der den vom Brennstoffzellenstapel 110 zugeführten Strom einstellt. Bei dieser Ausführungsform ist die Hochspannungskomponente 210b ein Service- bzw. Wartungsstecker, der die elektrische Verbindung in einer Schaltung, die den Brennstoffzellenstapel 110 umfasst, unterbrechen kann. In der nachfolgenden Beschreibung wird das Bezugszeichen „210” verwendet, um kollektiv die beiden Hochspannungskomponenten zu bezeichnen.
Im Vergleich zu einer Konfiguration, bei der die Hochspannungskomponenten 210 aufeinander in Richtung der Z-Achse angeordnet sind, kann diese Konfiguration, bei der die Hochspannungskomponenten 210 an Stellen nebeneinander entlang der Wand 208 angeordnet sind, die Länge der Brennstoffzelleneinheit 10 in Richtung der Z-Achse verringern. Zudem kann, im Vergleich zu einer Konfiguration, bei der die Hochspannungskomponenten 210 aufeinander in Richtung der Z-Achse angeordnet sind, diese Konfiguration die Wartungsfreundlichkeit bzw. -zugängigkeit der Hochspannungskomponenten 210 verbessern. Beispielsweise kann ein Arbeiter leicht die Hochspannungskomponenten 210 während der Wartung der Hochspannungskomponenten 210 erreichen.
Im Vergleich zu einer Konfiguration, bei der die Hochspannungskomponenten an einer das Stapelgehäuse 100 bildenden Wand (z. B. der Wand 108) befestigt sind, i. e. der Außenfläche des Stapelgehäuses 100, kann die vorstehend beschriebene Ausführungsform somit verhindern, dass die Hochspannungskomponenten 210 vom Ausdehnen und Zusammenziehen des Brennstoffzellenstapels 110 beeinflusst werden, das Auftritt, wenn der Brennstoffzellenstapel 110 Strom erzeugt. Dementsprechend kann diese Ausführungsform, im Vergleich zu einer Konfiguration, bei der die Hochspannungskomponenten 210 beispielsweise an der das Stapelgehäuse 100 bildenden Wand 108 befestigt sind, ein Locker der Befestigung der Hochspannungskomponenten 210 verhindern. Das bedeutet, wenn der Brennstoffzellenstapel 110 Strom erzeugt, dehnt sich der Brennstoffzellenstapel 110 in Stapelrichtung D aus und zieht sich zusammen, wenn sich die Einzelzellen 112 in Stapelrichtung D ausdehnen und zusammenziehen. Dieses Ausdehnen und Zusammenziehen des Brennstoffzellenstapels 110 in Stapelrichtung D verursacht wiederum ein Ausdehnen und Zusammenziehen des Stapelgehäuses 100 in Stapelrichtung D. Dies kann die Befestigung einer jeden Hochspannungskomponente, die an der Wand 108 der das Stapelgehäuse 100 bildenden Wände befestigt ist, die parallel zur Stapelrichtung der Einzelzellen ist, nachteilig beeinflussen. Gemäß der vorstehend beschriebenen Ausführungsform kann dieser nachteilige Effekt des Ausdehnens und Zusammenziehens des Brennstoffzellenstapels 110 auf die Hochspannungskomponenten 210 verhindert werden.
Um den Brennstoffzellenstapel 110 mit einem anderen Brennstoffzellenstapel (eifern neuen Brennstoffzellenstapel 110) zu ersetzen, kann das Komponentengehäuse 200 zusammen mit den Hochspannungskomponenten 210 entfernt werden. Somit können die Hochspannungskomponenten 210 durch einfaches Montierern des Komponentengehäuses 200 am Stapelgehäuse 100, in dem der neue Brennstoffzellenstapel 110 aufgenommen ist, wieder installiert werden. Dies bedeutet eine Einsparung an Zeit, die für das Entfernen der Hochspannungskomponenten 210 vom Stapelgehäuse 100 benötigt wird, im Vergleich zu einer Konfiguration, bei der die Hochspannungskomponenten 210 an der das Stapelgehäuse 100 bildenden Wand 108 befestigt sind. Somit kann der Austauschvorgang des Brennstoffzellenstapels 110 effektiver ausgeführt werden.
Bei der ersten Ausführungsform sind die Hochspannungskomponenten 210 an der Wand 208 befestigt. Im Vergleich zu einer Konfiguration, bei der die Hochspannungskomponenten 210 an einer anderen Wand der das Komponentengehäuse 200 bildenden Wände als der Wand 208 befestigt sind, kann diese Ausführungsform somit ferner verhindern, dass die Hochspannungskomponenten 210 durch das Ausdehnen und Zusammenziehen des Brennstoffzellenstapels 110 betroffen sind, das auftritt, wenn der Brennstoffzellenstapel 110 Strom erzeugt. Die anderen Wände der das Komponentengehäuse 200 bildenden Wände als die Wand 208 sind direkt mit dem Stapelgehäuse 100 verbunden, wohingegen die Wand 208 nicht direkt mit dem Stapelgehäuse 100 verbunden ist. Gemäß der Konfiguration der ersten Ausführungsform werden die Hochspannungskomponenten 210 somit weniger wahrscheinlich durch das Ausdehnen und Zusammenziehen des Brennstoffzellenstapels 110 beeinflusst, das Auftritt, wenn der Brennstoffzellenstapel 110 elektrischen Strom erzeugt.
B. Referenzbeispiel 1
2 zeigt eine Ansicht, die eine Brennstoffzelleneinheit 10a gemäß einem Referenzbeispiel 1 darstellt. Die Brennstoffzelleneinheit 10a ist gleich der Brennstoffzelleneinheit 10, abgesehen davon, dass die Hochspannungskomponente 210a und die Hochspannungskomponente 210b an der positiven Seite der Wand 108 in Richtung der Z-Achse befestigt sind.
In Referenzbeispiel 1 sind die die Hochspannungskomponente 210a und die Hochspannungskomponente 210b an der positiven Seite der Wand 108 in Richtung der Z-Achse befestigt. Wenn der Brennstoffzellenstapel 110 Strom erzeugt, kann sich der Brennstoffzellenstapel 110 in Stapelrichtung D ausdehnen und zusammenziehen, wenn sich die Einzelzellen 112 in Stapelrichtung D ausdehnen und zusammenziehen. Die Hochspannungskomponenten 210 können durch das aus dem Ausdehnen und Zusammenziehen des Brennstoffzellenstapels 110 resultierende Ausdehnen und Zusammenziehen des Stapelgehäuses 100 in Stapelrichtung D beeinflusst werden. Beispielsweise kann sich die Befestigung der Hochspannungskomponenten 210 aufgrund des Ausdehnens und Zusammenziehens des Brennstoffzellenstapels 110 lösen bzw. locker, das Auftritt, wenn der Brennstoffzellenstapel 110 Strom erzeugt. Dies macht es nötig, die axiale Kraft der Schrauben, welche die Hochspannungskomponenten 210 befestigen, zu erhöhen, wodurch wiederum die Masse bzw. das Gewicht der Brennstoffzelleneinheit erhöht würde.
Bei der ersten Ausführungsform sind die Hochspannungskomponenten 210 dagegen an der Innenseite der Wand 208 des Komponentengehäuses 200 befestigt, di auf der positiven Seite in Richtung der Z-Achse liegt (siehe 1), so dass verhindert werden kann, dass die Hochspannungskomponenten 210 durch das Ausdehnen und Zusammenziehen des Brennstoffzellenstapels 110 beeinflusst werden, das auftritt, wenn der Brennstoffzellenstapel 110 Strom erzeugt.
In Referenzbeispiel 1 ist die Hochspannungskomponente 210a auf der positiven Seite in Richtung der Z-Achse der Wand 108 angebracht. Wenn das Komponentengehäuse 200 am Stapelgehäuse 100 während des Fertigungsprozesses der Brennstoffzelleneinheit 10a montiert wird, ist es daher nötig, das Komponentengehäuse 200 am Stapelgehäuse 100 zu montieren, während die Kabel 214a durch die Öffnungen 206 des Komponentengehäuses 200 geführt werden müssen.
Gemäß der ersten Ausführungsform dagegen kann, wenn das Komponentengehäuse 200 am Stapelgehäuse 100 montiert wird, das Komponentengehäuse 200 am Stapelgehäuse 100 montiert werden, während die Kabel 214a bereits durch die Öffnungen 206 des Komponentengehäuses 200 geführt sind. Dies kann eine Erschwerung der Arbeit zum Herausziehen der Kabel 214a aus dem Komponentengehäuse 200 von innen nach außen vermeiden, wenn das Komponentengehäuse 200 am Stapelgehäuse 100 montiert wird.
C. Referenzbeispiel 2
3 zeigt eine Ansicht die eine Brennstoffzelleneinheit 10b gemäß einem Referenzbeispiel 2 darstellt. Die Brennstoffzelleneinheit 10b ist gleich der Brennstoffzelleneinheit 10, abgesehen davon, dass die Hochspannungskomponente 210b an der negativen Seite der Hochspannungskomponente 210a in Richtung der Z-Achse angeordnet und befestigt ist, die an der Wand 208 befestigt ist.
In Referenzbeispiel 2 sind die Hochspannungskomponente 210a und die Hochspannungskomponente 210b aufeinander in Richtung der Z-Achse angeordnet und befestigt, so dass die Brennstoffzelleneinheit 10 in Richtung der Z-Achse länger baut. Im Vergleich zur ersten Ausführungsform erschwert diese Konfiguration, bei der die Hochspannungskomponente 210a und die Hochspannungskomponente 210b aufeinander in Richtung der Z-Achse angeordnet und befestigt sind, zudem die Wartung der Hochspannungskomponenten 210. Beispielsweise muss ein Arbeiter die Hochspannungskomponente 210a von der Hochspannungskomponente 210b entfernen, um an einem Teil der Hochspannungskomponente 210b zu arbeiten, die mit der Hochspannungskomponente 210a in Kontakt steht.
Bei der ersten Ausführungsform dagegen sind die Hochspannungskomponenten 210 an Stellen nebeneinander entlang der Wand 208 befestigt, so dass die Länge der Brennstoffzelleneinheit 10 in Richtung der Z-Achse verringert werden kann. Zudem sind die Hochspannungskomponenten 210 leicht zugänglich, was hinsichtlich der Wartungsfreundlichkeit der Hochspannungskomponenten 210 äußerst praktisch ist.
D. Abwandlungen
Bei der ersten Ausführungsform sind die Hochspannungskomponente 210a und die Hochspannungskomponente 210b an nebeneinander liegenden Stellen entlang der Wand 208 befestigt, wobei die vorliegende Erfindung hierauf nicht beschränkt ist. Beispielsweise können die Hochspannungskomponente 210a und die Hochspannungskomponente 210b an verschiedenen Wänden der das Komponentengehäuse 200 bildenden Wände befestigt sein, nämlich den Wänden des Komponentengehäuses 200, die auf der positiven Seite und der negative Seite in Richtung der Y-Achse liegen, und den Wänden des Komponentengehäuses 200, die auf der positiven Seite und der negativen Seite in Richtung der X-Achse liegen. Es ist jedoch bevorzugt, dass die Hochspannungskomponente 210a und die Hochspannungskomponente 210b an den Wänden des Komponentengehäuses 200 befestigt sind, die auf der positiven Seite und der negativen Seite in Richtung der Y-Achse liegen, so dass die die Hochspannungskomponenten 210 weniger wahrscheinlich durch das Ausdehnen und Zusammenziehen des Brennstoffzellenstapels 110 beeinflusst werden, das auftritt, wenn der Brennstoffzellenstapel 110 Strom erzeugt.
Bei der ersten Ausführungsform sind das Stapelgehäuse 100 und das Komponentengehäuse 200 rechteckige Parallelepipede, wobei die vorliegende Erfindung nicht auf dieses Beispiel beschränkt ist. Das Stapelgehäuse 100 und das Komponentengehäuse 200 können beispielsweise Elemente sein, die nicht in Form eines rechteckigen Parallelepipeds ausgebildet sind, sondern die Form eines Behälters mit einer gebogenen Wand haben.
Bei der ersten Ausführungsform hat das Komponentengehäuse 200 die Öffnung 202 auf der negativen Seite in Richtung der Z-Achse. die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf dieses Beispiel beschränkt. So kann das Komponentengehäuse 200 beispielsweise auch eine Wand auf der negativen Seite in Richtung der Z-Achse haben, und die Öffnung 202 kann ausgebildet werden, indem ein Teil dieser Wand geöffnet wird.
4 zeigt eine Ansicht einer Brennstoffzelleneinheit 10c gemäß einer Abwandlung. Bei der ersten Ausführungsform sind der Wandler als erste Hochspannungskomponente 210a und der Service- bzw. Wartungsstecker als zweite Hochspannungskomponente 210b im Komponentengehäuse 200 aufgenommen, wobei die vorliegende Erfindung hierauf nicht beschränkt ist. Beispielsweise können ein Pumpeninverter bzw. -wechselrichter als eine Hochspannungskomponente 210c, eine Drosselspule als eine Hochspannungskomponente 210d, ein Relais als eine Hochspannungskomponente 210e etc. in dem Komponentengehäuse 200 aufgenommen sein. Bei der in 4 gezeigten Brennstoffzelleneinheit 10c sind die Hochspannungskomponente 210b und die Hochspannungskomponente 210c direkt an der nach innen weisenden Wand 208 der das Komponentengehäuse 200 bildenden Wände befestigt, wohingegen die Hochspannungskomponente 210d und die Hochspannungskomponente 210e durch eine andere (nicht dargestellte) Komponente indirekt an einer anderen Wand der das Komponentengehäuse 200 bildenden Wände als der Wand 208 befestigt sind (an der Innenfläche des Komponentengehäuses 200 befestigt sind). Bei der vorliegenden Erfindung bedeutet „an der Wand befestigt” nicht nur eine direkte Befestigung an der Wand sondern auch eine indirekte Befestigung an einer Wand vermittels einer anderen Komponente.
Bei der ersten Ausführungsform sind die Hochspannungskomponente 210a und die Hochspannungskomponente 210b direkt an der Wand 208 befestigt, die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf dieses Beispiel beschränkt. Beispielsweise können die Hochspannungskomponente 210a und die Hochspannungskomponente 210b durch eine andere Komponente indirekt an der Wand 208 befestigt sein, oder können direkt oder indirekt an einer anderen Wand der das Komponentengehäuse 200 bildenden Wände als der Wand 208 befestigt sein. Es ist jedoch bevorzugt, dass die Hochspannungskomponente 210a und die Hochspannungskomponente 210b an der Wand 208 befestigt sind.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebene Ausführungsform; Beispiele und deren Anwandlungen beschränkt sondern kann innerhalb der Idee der Erfindung auf vielerlei Art und Weise ausgeführt werden. Beispielsweise können die technischen Merkmale der Ausführungsformen, Beispiele und Abwandlungen, welche den technischen Merkmalen eines jeden der in der Kurzfassung beschriebenen Aspekts entsprechen, in geeigneter Weise ersetzt oder kombiniert werden, um einen Teil oder alle der vorstehend beschriebenen Probleme zu lösen, oder um einen Teil oder alle der vorstehend beschriebenen Effekte der Erfindung zu erzielen. Jedes der technischen Merkmale kann bei Bedarf weggelassen werden, sofern diese technischen Merkmale nicht als Wesentlich beschrieben sind.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2014-086171 A [0003]

Claims

Brennstoffzelleneinheit, aufweisend: einen Brennstoffzellenstapel (110) mit einer Mehrzahl von gestapelten Einzelzellen; ein Stapelgehäuse (100), in dem der Brennstoffzellenstapel aufgenommen ist; sowie ein Komponentengehäuse (200), in dem eine Hochspannungskomponente (210a, 210b, 210c, 210d) aufgenommen ist, die mit dem im Brennstoffzellenstapel erzeugten elektrischen Strom versorgt wird, wobei das Komponentengehäuse (200) eine Öffnung hat, die von einer Wand des Stapelgehäuses verschlossen ist, die parallel zu einer Stapelrichtung der Einzelzellen ist, und die Hochspannungskomponente (210a, 210b, 210c, 210d) an zumindest einer Wand von einer gegenüberliegenden Wand (208) und einer sich erstreckenden Wand des Komponentengehäuses (200), an einer Fläche dieser Wand, die der Innenseite des Komponentengehäuses zugewandt ist, befestigt ist, wobei die gegenüberliegende Wand (208) der Öffnung zugewandt ist und die sich erstreckende Wand sich von der gegenüberliegenden Wand zum Stapelgehäuse (100) erstreckt.
Brennstoffzelleneinheit nach Anspruch 1, wobei die Hochspannungskomponente (210a, 210b, 210c, 210d) an der gegenüberliegenden Wand der das Komponentengehäuse (200) bildenden Wände befestigt ist.
Brennstoffzelleneinheit nach Anspruch 2, wobei eine Mehrzahl von Hochspannungskomponenten (210a, 210b, 210c, 210d) in dem Komponentengehäuse (200) aufgenommen ist, und die Mehrzahl von Hochspannungskomponenten (210a, 210b, 210c, 210d) an der gegenüberliegenden Wand (208) der das Komponentengehäuse (200) bildenden Wände, an nebeneinander liegenden Stellen entlang der gegenüberliegenden Wand (208), befestigt sind.