DE102018109042A1

DE102018109042A1 - Hochspannungseinheit

Info

Publication number: DE102018109042A1
Application number: DE102018109042.0A
Authority: DE
Inventors: Hiroki SUMIKAWA; Hiroyuki Sekine
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2017-04-21
Filing date: 2018-04-17
Publication date: 2018-10-25
Anticipated expiration: 2038-04-18
Also published as: JP6855901B2; US20180304734A1; CN108725236B; JP2018183003A; DE102018109042B4; CN108725236A; US10202029B2

Abstract

Eine in einem Fahrzeug eingebaute Hochspannungseinheit hat eine Hochspannungskomponente und ein Gehäuse, in dem die Hochspannungskomponente untergebracht ist. Das Gehäuse hat eine Seitenwand, die mit einem Druckaufnahmeabschnitt, der einen Stoß in einer horizontalen Richtung empfängt, und einem ebenen Abschnitt versehen ist, an dem die Hochspannungskomponente angeordnet ist. Der ebene Abschnitt ist benachbart zu einer Innenseite der Seitenwand. Die Hochspannungskomponente ist an dem ebenen Abschnitt mit einem Zwischenraum von der Seitenwand angeordnet, die mit dem Druckaufnahmeabschnitt versehen ist. Ein Bereich, der dem Zwischenraum des ebenen Abschnittes entspricht, hat einen Abschnitt zwischen dem Druckaufnahmeabschnitt und der Hochspannungskomponente, der mit einem zerbrechlichen Abschnitt versehen ist, und hat einen anderen Abschnitt außer dem zerbrechlichen Abschnitt, der mit einem Hochfestigkeitsabschnitt versehen ist, der eine höhere Festigkeit als der zerbrechliche Abschnitt hat.

Description

HINTERGRUND
GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Hochspannungseinheit.
ZUGEHÖRIGER STAND DER TECHNIK
JP 2014-076716 A offenbart ein Fahrzeug mit einer Brennstoffzelle. Die in JP 2014-076716 A offenbarte Brennstoffzelle hat eine obere Fläche, die mit einer Hochspannungseinheit versehen ist. Die Hochspannungseinheit hat verschiedene Hochspannungskomponenten wie beispielsweise eine Batteriespannungssteuereinheit, eine Brennstoffzellenenergieerzeugungssteuereinheit und einen Relaiskasten (Relaisbox).
Eine derartige Hochspannungseinheit ist so gestaltet, dass sie eine hohe Festigkeit aus Gründen der elektrischen Sicherheit hat. Ungünstigerweise kann sogar in einem Fall, bei dem die Gestaltung so ist, dass eine hohe Festigkeit erzielt wird, ein Versagen bei verringertem Stoß an den Hochspannungskomponenten in dem Gehäuse auftreten, da der Stoß auf das Gehäuse in unterschiedlichen Weisen aufgebracht wird. Somit wird eine Technik, die den Stoß reduzieren kann, der auf die Hochspannungskomponenten in der Hochspannungseinheit aufgebracht wird, die in dem Fahrzeug eingebaut ist, benötigt.
ZUSAMMENFASSUNG

(1) Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist eine Hochspannungseinheit geschaffen worden, die in einem Fahrzeug eingebaut ist. Diese Hochspannungseinheit hat eine Hochspannungskomponente und ein Gehäuse, in welchem die Hochspannungskomponente untergebracht ist. Das Gehäuse hat eine Seitenwand, die mit einem Druckaufnahmeabschnitt versehen ist, der einen Stoß in einer horizontalen Richtung empfängt, und einen ebenen Abschnitt, an dem die Hochspannungskomponente angeordnet ist, wobei der ebene Abschnitt benachbart zu einer Innenseite der Seitenwand ist. Die Hochspannungskomponente ist an dem ebenen Abschnitt mit einem Zwischenraum von der Seitenwand angeordnet, die mit dem Druckaufnahmeabschnitt versehen ist. Ein Bereich, der dem Zwischenraum des ebenen Abschnittes entspricht, umfasst einen Abschnitt zwischen dem Druckaufnahmeabschnitt und der Hochspannungskomponente, der mit einem zerbrechlichen Abschnitt versehen ist, und umfasst einen anderen Abschnitt außer dem zerbrechlichen Abschnitt, der mit einem Hochfestigkeitsabschnitt versehen ist, der eine höhere Festigkeit als der zerbrechliche Abschnitt hat. Mit dieser Hochspannungseinheit gemäß einem derartigen Aspekt kann eine höhere Festigkeit des Gehäuses in der horizontalen Richtung mit dem ebenen Abschnitt erzielt werden. Darüber hinaus kann ein Abschnitt, der den Stoß empfängt, durch den Druckaufnahmeabschnitt begrenzt werden. Der zerbrechliche Abschnitt ist zwischen dem Druckaufnahmeabschnitt und der Hochspannungskomponente vorgesehen, um zumindest teilweise einen Stoß zu absorbieren (aufzunehmen), der durch den Druckaufnahmeabschnitt aufgenommen (empfangen) wird. Somit kann der Stoß, der auf die Hochspannungskomponente in dem Gehäuse aufgebracht wird, reduziert werden.
(2) In der Hochspannungseinheit gemäß dem vorstehend beschriebenen Aspekt kann der zerbrechliche Abschnitt mit einem Durchgangsloch ausgebildet sein, das in dem ebenen Abschnitt ausgebildet ist. Durch diese Hochspannungseinheit gemäß einem derartigen Aspekt kann der zerbrechliche Abschnitt anhand eines einfachen Aufbaus ausgebildet werden.
(3) In der Hochspannungseinheit gemäß dem vorstehend beschriebenen Aspekt kann der ebene Abschnitt zwischen dem oberen Ende und dem unteren Ende der Seitenwand positioniert sein. Durch diese Hochspannungseinheit gemäß einem derartigen Aspekt kann eine höhere Festigkeit in einer horizontalen Richtung der Hochspannungseinheit erzielt werden.
(4) In der Hochspannungseinheit gemäß dem vorstehend beschriebenen Aspekt empfängt der Druckaufnahmeabschnitt den Stoß, der in einer Breitenrichtung des Fahrzeugs eingegeben wird. Durch diese Hochspannungseinheit gemäß einem derartigen Aspekt kann ein höherer Widerstand gegenüber einem Stoß von einer Seitenfläche des Fahrzeugs erzielt werden.
(5) In der Hochspannungseinheit gemäß dem vorstehend beschriebenen Aspekt kann der ebene Abschnitt eine Wandfläche eines Kühlmittelströmungspfades ausbilden, in dem ein Kühlmittel zum Kühlen der Hochspannungskomponente strömt. Durch diese Hochspannungseinheit gemäß einem derartigen Aspekt kann die Hochspannungskomponente durch den ebenen Abschnitt effizient gekühlt werden.

Die vorliegende Erfindung kann in verschiedener Weise ausgeführt werden und kann in einem Brennstoffzellensystem, einem Fahrzeug oder dergleichen mit der vorstehend beschriebenen Hochspannungseinheit angewendet werden.
Figurenliste

1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines schematischen Aufbaus einer Brennstoffzelleneinheit mit einer Hochspannungseinheit.
2 zeigt eine Draufsicht auf ein Hochspannungseinheitsgehäuse.
3 zeigt eine Vorderansicht des Hochspannungseinheitsgehäuses.
4 zeigt eine Ansicht von hinten des Hochspannungseinheitsgehäuses.
5 zeigt eine rechte Seitenansicht des Hochspannungseinheitsgehäuses.
6 zeigt eine linke Seitenansicht des Hochspannungseinheitsgehäuses.
7 zeigt eine Ansicht von unten auf das Hochspannungseinheitsgehäuse.
8 zeigt eine Querschnittsansicht entlang einer Linie VIII-VIII in 2.
9 zeigt eine Darstellung eines Zustandes, bei dem eine Strömungspfadausbildungsabdeckung an einem vertieften Abschnitt angebracht ist.
10 zeigt eine Querschnittsansicht des Zustandes, bei dem die Strömungspfadausbildungsabdeckung an dem vertieften Abschnitt angebracht ist.
11 zeigt eine schematische Ansicht, die darstellt, wie verschiedene elektrische Vorrichtungen in dem Hochspannungseinheitsgehäuse angeordnet sind.
12 zeigt eine schematische Darstellung, die zeigt, wie die verschiedenen elektrischen Vorrichtungen in dem Hochspannungseinheitsgehäuse angeordnet sind.
13 zeigt eine Darstellung, die zeigt, wie die Brennstoffzelleneinheit angeordnet ist, die in einem Fahrzeug eingebaut ist.
14 zeigt eine Querschnittsansicht eines Aufbaus eines Hochspannungseinheitsgehäuses gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Erstes Ausführungsbeispiel
1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines schematischen Aufbaus einer Brennstoffzelleneinheit 100 mit einer Hochspannungseinheit 420 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Brennstoffzelleneinheit 100 ist in einem Brennstoffzellenfahrzeug eingebaut. In 3 sind drei Richtungen gezeigt, die senkrecht zueinander sind (eine Richtung X, eine Richtung Y und eine Richtung Z). Die Richtung Z ist eine vertikal nach oben gerichtete Richtung. Die Richtung X, die senkrecht zu der Richtung Z ist, ist eine Richtung, die zur rechten Seite gerichtet ist unter Betrachtung von einem Fahrersitz in einem Fahrzeug, das die Brennstoffzelleneinheit 100 aufweist. Die Richtung Y, die senkrecht zu der Richtung Z und zu der Richtung X ist, ist eine nach vorn gerichtete Richtung unter Betrachtung von dem Fahrersitz in dem Fahrzeug, das die Brennstoffzelleneinheit 100 aufweist. Die in 2 und den anderen Zeichnungen gezeigten Richtungen entsprechen diesen in 1 dargestellten Richtungen.
Die Brennstoffzelleneinheit 100 hat eine Stapeleinheit 410 und eine Hochspannungseinheit 420. Die Stapeleinheit 410 hat ein Brennstoffzellenstapelgehäuse 41, das ein im Wesentlichen rechtwinkliges parallelepipedförmiges Gehäuse ist, das einen oberen Abschnitt hat, der offen ist. Der Brennstoffzellenstapel 10 ist in dem Brennstoffzellenstapelgehäuse 41 angeordnet und fixiert. Der Brennstoffzellenstapel 10 hat eine Vielzahl an gestapelten Brennstoffzellen. Die Brennstoffzelle gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist eine massive Polymerbrennstoffzelle und erzeugt Energie durch Empfangen von geliefertem Wasserstoff und Sauerstoff. Die Brennstoffzelle ist nicht auf die massive Polymerbrennstoffzelle beschränkt, und verschiedene Arten an Brennstoffzellen können angewendet werden, die Wasserstoff zum Erzeugen von Energie verwenden.
Die Hochspannungseinheit 420 hat ein Hochspannungseinheitsgehäuse 42 zum Unterbringen von verschiedenen Hochspannungskomponenten, die nachstehend beschrieben sind, und ein Hochspannungsgehäuse zum Unterbringen der Hochspannungskomponenten. Das Hochspannungseinheitsgehäuse 42 ist ein im Wesentlichen rechtwinkliges parallelepipedförmiges Gehäuse, das einen unteren Abschnitt hat, der offen ist. Das Hochspannungseinheitsgehäuse 42 hat eine obere Wand 425, die teilweise (in einem Abschnitt) mit einer Vertiefung 43 versehen ist. Eine Abdeckung 44 ist so angebracht, dass sie die Vertiefung 43 bedeckt. Ein Abschnitt der oberen Wand 425 des Hochspannungseinheitsgehäuses 42, der nicht mit der Vertiefung 43 versehen ist, ist nachstehend als eine obere Wand 426 bezeichnet.
Das Hochspannungseinheitsgehäuse 42 ist an dem oberen Abschnitt des Brennstoffzellenstapelgehäuses 41 angeordnet und ist an dem Brennstoffzellenstapelgehäuse 41 mit Schrauben fixiert. Das Brennstoffzellenstapelgehäuse 41 hat den offenen oberen Abschnitt und das Hochspannungseinheitsgehäuse 42 hat den offenen unteren Abschnitt. Somit haben in der Brennstoffzelleneinheit 100 die Stapeleinheit 410 und die Hochspannungseinheit 420 Innenräume, die miteinander in Kommunikation stehen. Beispielsweise können das Brennstoffzellenstapelgehäuse 41 und das Hochspannungseinheitsgehäuse 42 aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung hergestellt sein. Das Brennstoffzellenstapelgehäuse 41 und das Hochspannungseinheitsgehäuse 42 können aus anderen Arten an Metall wie beispielsweise rostfreier Stahl hergestellt sein.
Die Hochspannungseinheit 420 dient dem Unterbringen einer Vielzahl an elektrischen Vorrichtungen inklusive einer Hochspannungskomponente. Die Hochspannungskomponente kann eine beliebige elektrische Vorrichtung sein, die davor geschützt werden muss, dass sie von dem Hochspannungseinheitsgehäuse 42 freigelegt ist, wenn das Hochspannungseinheitsgehäuse 42 aufgrund einer Fahrzeugkollision oder dergleichen beschädigt wird, beispielsweise aus Gründen der Sicherheit. Ein derartiges Erfordernis kann auf verschiedenen Verordnungen, Gesetzen oder dergleichen beispielsweise basieren. Beispielsweise kann die Hochspannungskomponente eine Vorrichtung sein, die bei einer Gleichspannung von 60 V oder höher oder bei einer Wechselspannung von 30 V oder höher arbeitet. Die Hochspannungskomponente kann bei einer Gleichspannung von 100 V oder höher arbeiten. Die Hochspannungskomponente kann bei einer Gleichspannung von 300 V oder niedriger arbeiten.
2 zeigt eine Draufsicht auf das Hochspannungseinheitsgehäuse 42. 3 zeigt eine Vorderansicht der Hochspannungseinheitsgehäuses 42. 4 zeigt eine Ansicht von hinten des Hochspannungseinheitsgehäuses 42. 5 zeigt eine Ansicht von rechts des Hochspannungseinheitsgehäuses 42. 6 zeigt eine Ansicht von links des Hochspannungseinheitsgehäuses 42. 7 zeigt eine Ansicht von unten auf das Hochspannungseinheitsgehäuse 42. 8 zeigt eine Querschnittsansicht entlang einer Linie VIII-VIII in 2. In den beigefügten Zeichnungen ist die Schraffierung von Querschnittsabschnitten in den Querschnittsansichten weggelassen worden.
Wie dies in den 2 bis 7 gezeigt ist, hat das Hochspannungseinheitsgehäuse 42 eine erste Seitenwand 421, eine zweite Seitenwand 422, eine dritte Seitenwand 423, eine vierte Seitenwand 424 und die obere Wand 425. In der nachfolgenden Beschreibung ist die erste Seitenwand 421 auch als eine vordere Wand 421 bezeichnet, ist die zweite Seitenwand 422 auch als eine Rückseitenwand 422 bezeichnet und ist die dritte Seitenwand 423 auch als eine rechte Seitenwand 423 bezeichnet, und die vierte Seitenwand 424 ist auch als eine linke Seitenwand 424 bezeichnet. Die erste Seitenwand 421, die zweite Seitenwand 422, die dritte Seitenwand 423, die vierte Seitenwand 424 und die obere Wand 426 haben Öffnungen. Durch diese Öffnungen sind verschiedene Verdrahtungen (Kabel) gezogen, um mit einer Vorrichtung außerhalb der Brennstoffzelleneinheit 100 verbunden zu werden. Zwischenräume zwischen den Öffnungen und den Verdrahtungen sind durch Deckel und Abdichtelemente verschlossen.
Die erste Seitenwand 421, die zweite Seitenwand 422, die dritte Seitenwand 423 und die vierte Seitenwand 424 haben im Allgemeinen flache Außenflächen. Die im Allgemeinen flache Fläche umfasst eine gänzlich und vollständig flache Fläche und eine Fläche, die teilweise (abschnittsweise) Vertiefungen und Vorsprünge oder ein Durchgangsloch aufweist. Somit kann die im Allgemeinen flache Fläche eine Fläche sein, die teilweise (abschnittsweise) Vertiefungen/Vorsprünge oder ein Durchgangsloch hat. Diese Fläche kann als eine Fläche oder eine Wand, die die Außenform ausbildet, erachtet werden. Sowohl die erste Seitenwand 421, die zweite Seitenwand 422, die dritte Seitenwand 423 als auch die vierte Seitenwand 424 haben jeweils eine im Wesentlichen rechtwinklige Außenform unter Betrachtung in einer normalen Richtung der Seitenwand.
Wie dies in den 2 und 5 dargestellt ist, hat das Hochspannungseinheitsgehäuse 42 einen Druckaufnahmeabschnitt (Druckempfangabschnitt) 122, der einen Stoß empfängt, der in der horizontalen Richtung eingegeben wird. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel umfasst der Druckaufnahmeabschnitt 122 eine Rippe in einer Gitterform, die in der Richtung X vorragt. Der Druckaufnahmeabschnitt 122 ist an der rechten Seitenwand 423 der Hochspannungseinheit 420 vorgesehen. Der Aufbau des Druckaufnahmeabschnittes 122 ist nicht auf die Rippe in der Gitterform beschränkt und kann mit einem Abschnitt verwirklicht werden, der dem Druckaufnahmeabschnitt 122 entspricht und der gänzlich dicker als andere Abschnitte ist. Alternativ kann der Druckaufnahmeabschnitt 122 durch ein anderes Element mit einer hohen Festigkeit ausgebildet sein, das an dem Abschnitt vorgesehen ist, das dem Druckaufnahmeabschnitt 122 entspricht.
Wie dies in den 2 und 8 gezeigt ist, hat das Hochspannungseinheitsgehäuse 42 einen ebenen Abschnitt 47, an dem die Hochspannungskomponenten angeordnet sind. Der ebene Abschnitt 47 ist an dem Hochspannungseinheitsgehäuse 42 entlang der horizontalen Richtung angeordnet. Der ebene Abschnitt 47 ist benachbart zu der Innenseite der rechten Seitenwand 423, die mit dem Druckaufnahmeabschnitt 122 versehen ist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der ebene Abschnitt 47 zwischen dem oberen Ende und dem unteren Ende der rechten Seitenwand 423 positioniert, wie dies in 8 dargestellt ist. Der ebene Abschnitt 47 ist mit einem zerbrechlichen Abschnitt 471 und einem Hochfestigkeitsabschnitt 472 versehen, wie dies in 2 gezeigt ist. Die Anordnung und die Einzelheiten der Hochspannungskomponente, des zerbrechlichen Abschnittes 471 und des Hochfestigkeitsabschnittes 472 sind nachstehend detailliert beschrieben. Der ebene Abschnitt 47 hat eine im Wesentlichen ebene obere und untere Fläche.
Wie dies vorstehend beschrieben ist, ist die Vertiefung 43 an der oberen Wand 425 des Hochspannungseinheitsgehäuses 42 ausgebildet. Der ebene Abschnitt 47 dient als die Bodenwand der Vertiefung 43. Die Vertiefung 43 hat Seitenflächen in der Richtung +Y, in der Richtung -Y und in der Richtung +X, die jeweils durch die Innenflächen der ersten Seitenwand 421, der zweiten Seitenwand 422 und der dritten Seitenwand 423 ausgebildet sind. Die Seitenfläche der Vertiefung 43 in der Richtung -X ist durch eine Verbindungswand 48 (sh. 8) definiert, die den Endabschnitt des ebenen Abschnittes 47 in der Richtung -X und den Endabschnitt der oberen Wand 426 in der Richtung +X miteinander in einer vertikalen Richtung verbindet. Somit ist die Vertiefung 43 durch den ebenen Abschnitt 47, die erste Seitenwand 421, die zweite Seitenwand 422, die dritte Seitenwand 423 und die Verbindungswand 48 definiert.
Wie dies in den 7 und 8 gezeigt ist, ist ein vertiefter Abschnitt 51, der in der Richtung Y lang ist und in der Richtung X breit ist, in der Richtung -Z (zu dem Brennstoffzellenstapelgehäuse 41 hin) des ebenen Abschnittes 47 ausgebildet. Eine Strömungspfadausbildungsabdeckung 52 (sh. 9) ist an dem vertieften Abschnitt 51 von der Seite der Richtung -Z angeordnet.
9 zeigt eine Darstellung eines Zustandes, bei dem die Strömungspfadausbildungsabdeckung 52 an dem vertieften Abschnitt 51 angebracht ist. Ein schraffierter Abschnitt in 9 repräsentiert die Strömungspfadausbildungsabdeckung 52. 10 zeigt eine Querschnittsansicht des Zustandes, bei dem die Strömungspfadausbildungsabdeckung 52 an dem vertieften Abschnitt 51 angebracht ist. Wie dies in 10 gezeigt ist, sind in Vielzahl vorgesehene Rippen 53, die sich in der Richtung Y erstrecken, an der oberen Fläche der Strömungspfadausbildungsabdeckung 52 entlang der Richtung X angeordnet. Indem die Strömungspfadausbildungsabdeckung 52 an dem vertieften Abschnitt 51 angebracht ist, ist ein Kühlmittelströmungspfad 51, in dem ein Kühlmittel zum Kühlen der Hochspannungskomponenten strömt, an einer Bodenfläche des ebenen Abschnittes 47 ausgebildet. Der zerbrechliche Abschnitt 471 ist zwischen dem Kühlmittelströmungspfad 54 und dem Druckaufnahmeabschnitt 122 in dem ebenen Abschnitt 47 angeordnet. Das Kühlmittel strömt in der Richtung Y zwischen den Rippen 51 in dem Kühlmittelströmungspfad 54. Die erste Seitenwand 421 und die zweite Seitenwand 422 sind mit Öffnungen 55 und 56 versehen, durch die das Kühlmedium in den Kühlmittelströmungspfad 54 hineinströmt. Der Kühlmittelströmungspfad 54 ist nicht darauf beschränkt, und die Rippen 53 können beispielsweise weggelassen werden.
Die 11 und 12 zeigen schematische Ansichten, die darstellen, wie verschiedene elektrische Vorrichtungen in der Hochspannungseinheit 420 angeordnet sind. 11 zeigt, wie die elektrischen Vorrichtungen an der Seite der unteren Fläche des Hochspannungseinheitsgehäuses 42 angeordnet sind. 12 zeigt, wie die elektrischen Vorrichtungen an der Seite der oberen Fläche des Hochspannungseinheitsgehäuses 42 angeordnet sind.
Wie dies in 11 gezeigt ist, sind Hochspannungskomponenten, die ein Energiemodul (Leistungsmodul) 70, ein Zellenmonitor 71, ein Relais 72, einen Stromstärkesensor 73, einen Busbar 74 und eine Vielzahl an Reaktoren 75 umfassen, an der Seite der unteren Fläche des Hochspannungseinheitsgehäuses 42 angeordnet und fixiert. Das Energiemodul (Leistungsmodul) 70, das Relais 72 und der Zellenmonitor 71 sind an der unteren Fläche der oberen Wand 426 des Hochspannungseinheitsgehäuse 42 angeordnet und fixiert. Die Verdrahtung (Kabel) 30 ist mit dem Energiemodul 70 verbunden und tritt durch ein Kommunikationsloch 60, das an dem ebenen Abschnitt 47 ausgebildet ist, um mit einer externen Energieliefereinheit 20 (sh. 12) in der Vertiefung 43 verbunden zu werden. Der Stromstärkesensor 73, der Busbar 74 und die Vielzahl an Reaktoren 75 sind an der unteren Fläche des ebenen Abschnittes 47 des Hochspannungseinheitsgehäuses 42 angeordnet und fixiert. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Reaktoren 75 an der Strömungspfadausbildungsabdeckung 52 fixiert, die den Kühlmittelströmungspfad 54 ausbildet. Somit werden die Reaktoren 75 durch den Kühlmittelströmungspfad 54 aktiv gekühlt.
Der Zellenmonitor 71 ist eine Vorrichtung zum Überwachen der elektrischen Spannung, die durch die Brennstoffzellen in dem Brennstoffzellenstapel 10 erzeugt wird. Der Busbar 74 empfängt Energie, die durch den Brennstoffzellenstapel 10 erzeugt wird und von diesem eingegeben wird. Die von dem Brennstoffzellenstapel 10 eingegebene Energie wird zu den Reaktoren 75 über den Busbar 74 geliefert. Der Stromstärkesensor 73 erfasst die elektrische Stromstärke, die von den Reaktoren 75 ausgegeben wird. Die Reaktoren 75 sind jeweils mit dem Energiemodul 70 verbunden, die integrierte Komponenten inklusive einer Steuereinrichtung 76, einem Schaltkreis, einem Kondensator und dergleichen hat. Das Energiemodul 70 verstärkt die Energie, die von dem Brennstoffzellenstapel 10 ausgegeben wird. Die durch das Energiemodul 70 verstärkte Energie wird zu einer Energiesteuereinheit 130 (sh. 13) über das Relais 72 und eine Hochspannungsschnittstelle 77 geliefert.
Wie dies in 12 gezeigt ist, sind Hochspannungskomponenten inklusive der externen Energieversorgungseinheit (Energieliefereinheit) 20 und zwei Pumpeninverter 81 und 82 an der oberen Wand 425 des Hochspannungseinheitsgehäuses 42 angeordnet und fixiert, d.h. an der oberen Fläche des ebenen Abschnittes 47. Diese Hochspannungskomponenten sind auf dem ebenen Abschnitte 47 mit einem Zwischenraum (Spalt) von der rechten Seitenwand 423 angeordnet, die mit dem Druckaufnahmeabschnitt 122 versehen ist. Ein Bereich des ebenen Abschnittes 47, der dem Zwischenraum entspricht (nachstehend ist dieser als ein „Zwischenraumbereich A1“ bezeichnet), hat einen Abschnitt zwischen dem Druckaufnahmeabschnitt 122 und dem Hochspannungskomponenten, der mit dem zerbrechlichen Abschnitt 471 versehen ist. Ein anderer Abschnitt des Zwischenraumbereiches A1 als der zerbrechliche Abschnitt 471 ist mit dem Hochfestigkeitsabschnitt 472 versehen, der eine höhere Festigkeit als der zerbrechliche Abschnitt 471 hat. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der zerbrechliche Abschnitt 471 mit einem Durchgangsloch 473 versehen. Das Durchgangsloch 473 stellt eine niedrigere Festigkeit des zerbrechlichen Abschnittes 471 als der Hochfestigkeitsabschnitt 472 in der horizontalen Richtung sicher. In 12 ist lediglich ein Teil des gesamten Bereiches des Hochfestigkeitsabschnittes 472 gezeigt. Der Hochfestigkeitsabschnitt 472 kann in dem anderen Abschnitt des Zwischenraumbereiches A1 außer dem zerbrechlichen Abschnitt 471 gänzlich vorgesehen sein. Der Hochfestigkeitsabschnitt 472 kann einfach als ein „Plattenabschnitt“ bezeichnet werden.
Die externe Energieversorgungseinheit 20, die beiden Pumpeninverter 81 und 82 und auch ein Klimaanlagenverbindungselement 83, ein Batterieverbindungselement 84 und ein Energiesteuereinheitverbindungselement 85 sind an der oberen Fläche des ebenen Abschnittes 47 angeordnet. Unter diesen Komponenten sind das Batterieverbindungselement 84 und das Energiesteuereinheitverbindungselement 85 an der Abdeckung 44 fixiert (sh. 1). Das Batterieverbindungselement 84 liefert Energie, die von einer (nicht gezeigten) Sekundärbatterie geliefert wird, zu der externen Energieversorgungseinheit 20 über das Relais und zu einer Klimaanlage über das Klimaanlagenverbindungselement 83. Die Energie, die von der Sekundärbatterie über das Batterieverbindungselement 84 eingegeben wird, wird außerdem zu den beiden Pumpeninvertern 81 und 82 geliefert und wird des Weiteren zu der Energiesteuereinheit 130 über das Energiesteuereinheitverbindungselement 85 geliefert. Die beiden Pumpeninverter 81 und 82 wandeln die Gleichstromenergie, die von der Sekundärbatterie geliefert wird, in Wechselstromenergie um und liefern die Energie als ein Ergebnis der Umwandlung zu einer Wasserstoffpumpe und einer Wasserpumpe (keine von diesen ist gezeigt). Die externe Energieversorgungseinheit 20 ist mit der Steuereinheit 76, die in dem Energiemodul 70 eingebaut ist (sh. 11), über die Verdrahtung 30 verbunden, die durch das Kommunikationsloch 60 tritt, das in dem ebenen Abschnitt 47 ausgebildet ist. Die Steuereinheit 76 steuert die externe Energieversorgungseinheit 20 über die Verdrahtung 30. Die externe Energieversorgungseinheit 20 wird verwendet, um Energie, die durch den Brennstoffzellenstapel 10 erzeugt wird und in der Sekundärbatterie gespeichert wird, zu einer Lastvorrichtung außerhalb des Fahrzeugs geeignet zu liefern.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Kühlmittelströmungspfad 54 an der unteren Fläche des ebenen Abschnittes 47 ausgebildet, wie dies vorstehend beschrieben ist. Somit können die beiden Pumpeninverter 81 und die externe Energieversorgungseinheit 20, die an der oberen Wand 425 des ebenen Abschnittes 47 vorgesehen ist, zusammen mit den Reaktoren 75 effektiv gekühlt werden, die an der unteren Fläche des ebenen Abschnittes 47 fixiert sind.
13 zeigt eine Darstellung, die zeigt, wie die in einem Fahrzeug 18 eingebaute Brennstoffzelleneinheit 100 angeordnet ist. In den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen ist die Brennstoffzelleneinheit 100 innerhalb eines vorderen Unterbringraums 19 des Fahrzeugs 18 angeordnet. Eine Stoßfängerverstärkung 157, die ein Teil eines Körpers 158 ist, ist vor dem vorderen Unterbringraum 19 vorgesehen. Eine Instrumententafel (Armaturenbrett) 156 teilt den vorderen Unterbringraum 19 und eine Kabine (Fahrzeuginsassenraum) 17 hinter dem vorderen Unterbringraum 19. Der vordere Unterbringraum 19 hat ein Paar an Aufhängungstürmen 154 und 155, die nach oben vorragen. Die als Paar vorgesehenen Aufhängungstürme 154 und 155 sind an der unteren Seite des Körpers angeordnet und sind so ausgebildet, dass sie vordere Aufhängungen bedecken, die Vorderräder des Fahrzeugs 18 stützen, und Oberendabschnitte der vorderen Aufhängungen stützen. Die Energiesteuereinheit 130 ist zwischen der hinteren Seite des Aufhängungsturms 154 und der Instrumententafel 156 angeordnet. Die Energiesteuereinheit 130 ist durch den Aufhängungsturm 154, die Instrumententafel 156 und den Körper 158 gestützt. Die Energiesteuereinheit 130 wandelt die von der Brennstoffzelleneinheit 100 gelieferte Energie um, steuert das Aufladen/Entladen der Sekundärbatterie, treibt einen Luftkompressor an zum Liefern von Luft zu dem Brennstoffzellenstapel 10, und treibt einen Traktionsmotor (Fahrmotor) an zum Antreiben der Räder.
In dem vorderen Unterbringraum 19 ist die Brennstoffzelleneinheit 100 an einem Paar an Aufhängungselementen 150, die sich in einer nach vorn und nach hinten weisenden Richtung des Fahrzeugs 18 erstrecken, über eine Halterung oder dergleichen fixiert. Der Druckaufnahmeabschnitt 122, der an dem Hochspannungseinheitsgehäuse 42 der Brennstoffzelleneinheit 100 vorgesehen ist, ist zumindest einem Teil des Aufhängungsturms 154, der einer der Aufhängungstürme ist, in der Richtung X zugewandt, d.h. in der Breitenrichtung des Fahrzeugs 18. Der Druckaufnahmeabschnitt 122 ist so positioniert, dass er mit dem Aufhängungsturm 154 in einer horizontalen Richtung überlappt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel stellen der Aufhängungsturm 154 und der Druckaufnahmeabschnitt 122 des Hochspannungseinheitsgehäuses 42, die einander wie vorstehend beschrieben zugewandt sind, einen höheren Widerstand der Brennstoffzelleneinheit 100 gegenüber einem Stoß sicher, der von dem Aufhängungsturm 154 aufgrund einer Kollision der Seitenfläche des Fahrzeugs 18 oder dergleichen empfangen wird.
In dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel ist die Hochspannungseinheit 420 mit dem ebenen Abschnitt 47 versehen, so dass sie eine höhere Festigkeit relativ zu der horizontalen Richtung des Hochspannungseinheitsgehäuses 42 hat. Indem die rechte Seitenwand 423 der Hochspannungseinheit 420 mit dem Druckaufnahmeabschnitt 122 versehen ist, kann ein Abschnitt, der den Stoß aufnimmt, beschränkt werden. Der Zwischenraumbereich A1 zwischen der rechten Seitenwand 423, die mit dem Druckaufnahmeabschnitt 122 versehen ist, und den Hochspannungskomponenten, ist mit dem zerbrechlichen Abschnitt 471 versehen. Somit kann ein Stoß in der horizontalen Richtung, der an dem Druckaufnahmeabschnitt 122 aufgenommen (empfangen) wird, zumindest teilweise durch den zerbrechlichen Abschnitt 471 absorbiert werden. Somit kann der Stoß reduziert werden, der auf die Hochspannungskomponenten in dem Hochspannungseinheitsgehäuse 42 aufgebracht wird.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der zerbrechliche Abschnitt 471 mit dem Durchgangsloch 473 ausgebildet, der in dem ebenen Abschnitt 47 ausgebildet ist. Somit kann der zerbrechliche Abschnitt 471 mit einem einfachen Aufbau ausgebildet werden. Indem das Durchgangsloch 473 ausgebildet wird, kann die Materialmenge, die für das Hochspannungseinheitsgehäuse 42 verwendet wird, reduziert werden, wodurch verhindert werden kann, dass das Gewicht zunimmt, und eine Kostenverringerung kann erzielt werden.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der ebene Abschnitt 47 zwischen dem oberen Ende und dem unteren Ende der rechten Seitenwand 423 in der vertikalen Richtung positioniert. Dies stellt eine hohe Festigkeit in der horizontalen Richtung der Hochspannungseinheit 420 sicher im Vergleich zu einem Fall, bei dem der ebene Abschnitt 47 an dem oberen Ende oder dem unteren Ende der rechten Seitenwand 423 vorgesehen ist.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Druckaufnahmeabschnitt 122 so aufgebaut, dass er den Stoß empfängt, der in der Breitenrichtung des Fahrzeugs 18 eingegeben wird. Dies stellt einen höheren Widerstand gegenüber einem Stoß von der Seitenfläche des Fahrzeugs 18 sicher.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel bildet der ebene Abschnitt 47 eine Wandfläche des Kühlmittelströmungspfades 54, in dem das Kühlmittel zum Kühlen der Hochspannungskomponenten strömt. Somit können die Hochspannungskomponenten effektiv mit dem ebenen Abschnitt 47 gekühlt werden. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der zerbrechliche Abschnitt 471 zwischen dem Kühlmittelströmungspfad 54 und dem Druckaufnahmeabschnitt 122 angeordnet. Somit kann eine Verformung des Kühlmittelströmungspfades 54, die zu einer Wasserleckage führt, verhindert werden, wenn die Hochspannungseinheit 420 einen Stoß über den Druckaufnahmeabschnitt 122 empfängt.
Zweites Ausführungsbeispiel
14 zeigt eine Querschnittsansicht eines Aufbaus eines Hochspannungseinheitsgehäuses 42b gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. 14 zeigt eine 10 des ersten Ausführungsbeispiels entsprechende Darstellung. In dieser Zeichnung sind die Komponenten, die die gleichen Funktionen wie im ersten Ausführungsbeispiel haben, anhand gleicher Bezugszeichen bezeichnet. Im ersten Ausführungsbeispiel ist der ebene Abschnitt 47, an dem die Hochspannungskomponenten angeordnet sind, zwischen dem oberen Ende und dem unteren Ende der dritten Seitenwand 423 positioniert. Im zweiten Ausführungsbeispiel ist ein ebener Abschnitt 47b, an dem die Hochspannungskomponenten angeordnet sind, an dem oberen Ende der dritten Seitenwand 423 positioniert. Genauer gesagt ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel der ebene Abschnitt 47b als ein Teil der oberen Wand 425 des Hochspannungseinheitsgehäuses 42b ausgebildet. Eine Abdeckung 44b, die die Hochspannungskomponenten bedeckt, ist über dem ebenen Abschnitt 47b angebracht.
Auch im zweiten Ausführungsbeispiel ist der zerbrechliche Abschnitt 471 in dem ebenen Abschnitt 47b wie im ersten Ausführungsbeispiel ausgebildet. Somit kann der Stoß, der auf den Druckaufnahmeabschnitt 122 eingegeben wird, zumindest teilweise durch den zerbrechlichen Abschnitt 471 absorbiert werden. Somit kann der Stoß, der auf die Hochspannungskomponenten in dem Hochspannungseinheitsgehäuse 42b aufgebracht wird, reduziert werden. Obwohl der ebene Abschnitt 47b an dem oberen Ende der dritten Seitenwand 423 in dem im zweiten Ausführungsbeispiel erläuterten Beispiel positioniert ist, kann der ebene Abschnitt 47 auch an dem unteren Ende der dritten Seitenwand 423 positioniert sein.
Andere Ausführungsbeispiele
In den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen ist der zerbrechliche Abschnitt 471 mit dem Durchgangsloch 473 ausgebildet, der in dem ebenen Abschnitt 47 ausgebildet ist. Jedoch ist der zerbrechliche Abschnitt 471 nicht auf diesen Modus beschränkt. Beispielsweise kann der zerbrechliche Abschnitt 471 so ausgebildet sein, dass er dünner als der Hochfestigkeitsabschnitt 472 ist. Der zerbrechliche Abschnitt 471 kann aus einem Material mit einer geringeren Festigkeit als der Hochfestigkeitsabschnitt 472 hergestellt sein. Des Weiteren kann der zerbrechliche Abschnitt 471 so ausgebildet sein, indem der ebene Abschnitt 47 abschnittsweise eingekerbt ist.
In den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen ist der ebene Abschnitt 47 mit einem einzelnen zerbrechlichen Abschnitt 471 versehen. Alternativ kann der ebene Abschnitt 47 mit zwei oder mehr zerbrechlichen Abschnitten 471 versehen sein.
Die Hochspannungskomponente oder die elektrische Vorrichtung in dem Hochspannungseinheitsgehäuse 42 gemäß den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen kann einen beliebigen Aufbau haben. Beispielsweise kann die in 13 gezeigte Energiesteuereinheit 130 teilweise oder gänzlich in dem Hochspannungseinheitsgehäuse 42 angeordnet sein. Jede der Hochspannungskomponenten oder der elektrischen Vorrichtungen in dem Hochspannungseinheitsgehäuse 42 kann an der Außenseite (außerhalb von) der Brennstoffzelleneinheit 100 vorgesehen sein. Die Komponenten, die an der Seite der oberen Fläche oder an der Seite der unteren Fläche des Hochspannungseinheitsgehäuses 42 angeordnet sind, können zumindest teilweise ausgetauscht werden.
In den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen ist der Kühlmittelströmungspfad 54 an der unteren Fläche des ebenen Abschnittes 47 vorgesehen. Der Kühlmittelströmungspfad 54 kann an der oberen Fläche des ebenen Abschnittes 47 vorgesehen sein oder er kann an einer beliebigen Fläche der Verbindungswand 48 vorgesehen sein. Wenn die Wärmemenge, die durch die Hochspannungskomponenten in dem Hochspannungseinheitsgehäuse 42 erzeugt wird, gering ist, kann der Kühlmittelströmungspfad 54 weggelassen werden.
In den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen ist der Brennstoffzelleneinheit 100 im Inneren des vorderen Unterbringraums 19 des Fahrzeugs 18 angeordnet. Jedoch ist die Position, an der die Brennstoffzelleneinheit 100 im Fahrzeug 18 angeordnet ist, nicht darauf beschränkt. Beispielsweise kann die Brennstoffzelleneinheit 100 unterhalb des Bodens der Kabine 17, in einem Teil eines Kofferraums (Laderaum) oder unterhalb des Bodens des Kofferraums (Laderaum) angeordnet sein. In den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen ist die Brennstoffzelleneinheit 100 in dem Fahrzeug 18 in einer derartigen Weise angeordnet, dass der Druckaufnahmeabschnitt 122 für die Hochspannungseinheit 420 der rechten Seite des Fahrzeugs 18 zugewandt ist. Alternativ kann die Brennstoffzelleneinheit 100 in dem Fahrzeug 18 in einer derartigen Weise angeordnet sein, dass der Druckaufnahmeabschnitt 122 einer beliebigen anderen Richtung in der horizontalen Richtung, wie beispielsweise die vordere Seite, die hintere Seite oder die linke Seite, zugewandt ist.
Die Stapeleinheit 410 und die Hochspannungseinheit 420, die in den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen integriert sind, können in dem Fahrzeug 18 separat angeordnet sein.
Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele und Abwandlungen beschränkt, sondern kann anhand verschiedener anderer Konfigurationen ausgeführt werden, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen. Beispielsweise können die technischen Merkmale beliebiger der vorstehend erläuterten Ausführungsbeispiele, Beispiele und Abwandlungen entsprechend den technischen Merkmalen von jedem der in der Zusammenfassung beschriebenen Aspekte geeignet ausgetauscht, ersetzt oder kombiniert werden, um einen Teil oder sämtliche der vorstehend beschriebenen Probleme zu lösen oder um einen Teil oder sämtliche der vorstehend beschriebenen vorteilhaften Effekte zu erzielen. Beliebige der technischen Merkmale können in geeigneter Weise weggelassen werden, sofern nicht das beschriebene technische Merkmal in der vorliegenden Erfindung wesentlich ist.
Die in einem Fahrzeug eingebaute Hochspannungseinheit hat eine Hochspannungskomponente und ein Gehäuse, in dem die Hochspannungskomponente untergebracht ist. Das Gehäuse hat eine Seitenwand, die mit einem Druckaufnahmeabschnitt, der einen Stoß in einer horizontalen Richtung empfängt, und einem ebenen Abschnitt versehen ist, an dem die Hochspannungskomponente angeordnet ist. Der ebene Abschnitt ist benachbart zu einer Innenseite der Seitenwand. Die Hochspannungskomponente ist an dem ebenen Abschnitt mit einem Zwischenraum von der Seitenwand angeordnet, die mit dem Druckaufnahmeabschnitt versehen ist. Ein Bereich, der dem Zwischenraum des ebenen Abschnittes entspricht, hat einen Abschnitt zwischen dem Druckaufnahmeabschnitt und der Hochspannungskomponente, der mit einem zerbrechlichen Abschnitt versehen ist, und hat einen anderen Abschnitt außer dem zerbrechlichen Abschnitt, der mit einem Hochfestigkeitsabschnitt versehen ist, der eine höhere Festigkeit als der zerbrechliche Abschnitt hat.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2014076716 A [0002]

Claims

Hochspannungseinheit (420), die in einem Fahrzeug (18) eingebaut wird, mit: einer Hochspannungskomponente (20, 81, 82); und einem Gehäuse (42), in welchem die Hochspannungskomponente (20, 81, 82) untergebracht ist, wobei das Gehäuse (42) eine Seitenwand (423) hat, die mit einem Druckaufnahmeabschnitt (122), der einen Stoß in einer horizontalen Richtung empfängt, und einem ebenen Abschnitt (47, 47b) versehen ist, an dem die Hochspannungskomponente (20, 81, 82) angeordnet ist, wobei der ebene Abschnitt (47, 47b) benachbart zu einer Innenseite der Seitenwand (423) ist, die Hochspannungskomponente (20, 81, 82) an dem ebenen Abschnitt (47, 47b) mit einem Zwischenraum von der Seitenwand (423) angeordnet ist, die mit dem Druckaufnahmeabschnitt (122) versehen ist, und ein Bereich (A1), der dem Zwischenraum des ebenen Abschnittes (47, 47b) entspricht, einen Abschnitt zwischen dem Druckaufnahmeabschnitt (122) und der Hochspannungskomponente (20, 81, 82) hat, der mit einem zerbrechlichen Abschnitt (471) versehen ist und einen anderen Abschnitt außer dem zerbrechlichen Abschnitt (471) hat, der mit einem Hochfestigkeitsabschnitt (472) versehen ist, der eine höhere Festigkeit als der zerbrechliche Abschnitt (471) hat.
Hochspannungseinheit (420) gemäß Anspruch 1, wobei der zerbrechliche Abschnitt (471) mit einem Durchgangsloch (473) ausgebildet ist, das in dem ebenen Abschnitt (47, 47b) ausgebildet ist.
Hochspannungseinheit (420) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der ebene Abschnitt (47) zwischen dem oberen Ende und dem unteren Ende der Seitenwand (423) positioniert ist.
Hochspannungseinheit (420) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Druckaufnahmeabschnitt (122) einen Stoß empfängt, der in einer Breitenrichtung des Fahrzeugs (18) eingegeben wird.
Hochspannungseinheit (420) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der ebene Abschnitt (47, 47b) eine Wandfläche eines Kühlmittelströmungspfades (54) ausbildet, in dem ein Kühlmittel zum Kühlen der Hochspannungskomponente (20, 81, 82) strömt.