DE102018127625A1

DE102018127625A1 - Brennstoffzellensystem

Info

Publication number: DE102018127625A1
Application number: DE102018127625.7A
Authority: DE
Inventors: Hiroki SUMIKAWA
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2017-12-08
Filing date: 2018-11-06
Publication date: 2019-06-13
Anticipated expiration: 2038-11-07
Also published as: CN110010927A; CN110010927B; JP2019106234A; US10777826B2; CA3026722A1; US20190181466A1; JP6897533B2; CA3026722C; KR102174968B1; DE102018127625B4; KR20190068471A

Abstract

Es wird ein Brennstoffzellensystem angegeben, das sicherstellt, dass ein Bersten eines Druckentlastungsmechanismus gehemmt wird. Das Brennstoffzellensystem 1 weist auf ein Aufnahmegehäuse 4, das einen Stapelaufnahmeabschnitt 4a, in dem ein Brennstoffzellenstapel 2 aufgenommen wird, und einen Hochvoltkomponentenaufnahmeabschnitt 4b, in dem eine Hochvoltkomponente 3 aufgenommen wird, aufweist; einen vorderseitigen Druckentlastungsmechanismus 5a, einen linksseitigen Druckentlastungsmechanismus 5b, einen rückseitigen Druckentlastungsmechanismus 5c, einen rechtsseitigen Druckentlastungsmechanismus 5d und einen oberseitigen Druckentlastungsmechanismus 5e, die am Hochvoltkomponentenaufnahmeabschnitt 4b angeordnet sind; und eine Hilfsmaschine 10, die außerhalb des Hochvoltkomponentenaufnahmeabschnitts 4b angeordnet ist. Die jeweiligen Druckentlastungsmechanismen sind an Positionen gegenüber der Hilfsmaschine 10 so angeordnet, dass sie Abstände zur Hilfsmaschine 10 aufweisen, und ihre Steifigkeit ist jeweils geringer als die Steifigkeit der Hilfsmaschine 10.

Description

Gebiet der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem, das einen Brennstoffzellenstapel aufweist.
Technischer Hintergrund
Als Stand der Technik auf diesem Gebiet ist ein Brennstoffzellensystem bekannt, das in ein Fahrzeug eingebaut ist, wie beispielsweise im Patentdokument 1 beschrieben. In dem im Patentdokument 1 beschriebenen Brennstoffzellensystem sind ein Brennstoffzellenstapel und eine Hilfsmaschine, wie etwa ein Hochsetzsteller und ein Wechselrichter, in einem vorderen Abteil auf einer vorderen Seite eines Fahrzeugs eingebaut. Der Brennstoffzellenstapel, der Hochsetzsteller und der Wechselrichter sind in dieser Reihenfolge von unten her gestapelt.
Liste der Entgegenhaltungen
Patentdokumente
Patentdokument 1: JP 2017-74819 A
Kurzfassung der Erfindung
Technisches Problem
In einem Brennstoffzellensystem mit einem solchen Aufbau wird versucht, durch Eliminieren eines Trennelements zwischen einem Stapelgehäuse, in dem der Brennstoffzellenstapel aufgenommen ist, und einem Hochvoltkomponentengehäuse, in dem beispielsweise ein Hochsetzsteller aufgenommen ist, und somit durch Integrieren der Gehäuse, die Anzahl der Komponenten zu verringern. Durch Integrieren des Stapelgehäuses und des Hochvoltkomponentengehäuses wird jedoch bewirkt, dass Gas zwischen dem Stapelgehäuse und dem Hochvoltkomponentengehäuse hindurch tritt. Falls aus irgendeinem Grund Wasserstoff aus dem Brennstoffzellenstapel austritt, ist es möglich, dass sich der ausgetretene Wasserstoff auf einer oberen Seite des Hochvoltkomponentengehäuses ansammelt. Um eine Belastung zu vermeiden, die durch die Wasserstoffansammlung bewirkt wird, ist es beispielsweise möglich, einen Druckentlastungsmechanismus im Hochvoltkomponentengehäuse anzuordnen, um einen Druck durch Verformen des Druckentlastungsmechanismus zu verringern, wenn der Druck einen vorgegebenen Druck übersteigt. Dies bewirkt jedoch ein neues Problem, dass der verformte Druckentlastungsmechanismus zerbirst, wenn sich der Druckentlastungsmechanismus in einem Zustand verformt, wo eine Haube, die das vordere Abteil abdeckt, geöffnet wird.
Die vorliegende Erfindung hat zum Ziel, dieses technische Problem zu lösen, und gibt ein Brennstoffzellensystem an, das sicherstellt, dass ein Zerbersten eines Druckentlastungsmechanismus gehemmt wird.
Lösung des Problems
Ein Brennstoffzellensystem gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Brennstoffzellensystem, das einen Brennstoffzellenstapel aufweist. Das Brennstoffzellensystem weist ein Aufnahmegehäuse, einen Druckentlastungsmechanismus und eine Hilfsmaschine auf. Das Aufnahmegehäuse weist einen Stapelaufnahmeabschnitt und einen Hochvoltkomponentenaufnahmeabschnitt auf. Im Stapelaufnahmeabschnitt ist der Brennstoffzellenstapel aufgenommen. Im Hochvoltkomponentenaufnahmeabschnitt ist eine Hochvoltkomponente aufgenommen, die mit dem Brennstoffzellenstapel gekoppelt ist. Der Hochvoltkomponentenaufnahmeabschnitt ist oberhalb des Stapelaufnahmeabschnitts angeordnet. Der Hochvoltkomponentenaufnahmeabschnitt ist dafür ausgelegt, ein Gas zwischen dem Hochvoltkomponentenaufnahmeabschnitt und dem Stapelaufnahmeabschnitt hindurch zu lassen. Der Druckentlastungsmechanismus ist am Hochvoltkomponentenaufnahmeabschnitt des Aufnahmegehäuses angeordnet. Der Druckentlastungsmechanismus ist aus einem Material gebildet, dessen Steifigkeit geringer ist als die Steifigkeit des Hochvoltkomponentenaufnahmeabschnitts. Die Hilfsmaschine ist außerhalb des Hochvoltkomponentenaufnahmeabschnitts des Aufnahmegehäuses angeordnet. Der Druckentlastungsmechanismus ist an einer Position gegenüber der Hilfsmaschine so angeordnet, dass er einen Abstand zur Hilfsmaschine aufweist, und seine Steifigkeit ist geringer als die Steifigkeit der Hilfsmaschine.
Im Brennstoffzellensystem gemäß der vorliegenden Erfindung ist der Druckentlastungsmechanismus am Hochvoltkomponentenaufnahmeabschnitt des Aufnahmegehäuses angeordnet. Falls aus irgendeinem Grund durch einen innerhalb des Hochvoltkomponentenaufnahmeabschnitts angesammelten Wasserstoff eine Belastung bewirkt wird, verformt sich daher der Druckentlastungsmechanismus, bevor dies der Hochvoltkomponentenaufnahmeabschnitt tut, und somit ist vorgesehen, dass ein Druck innerhalb des Hochvoltkomponentenaufnahmeabschnitts nach außen abgelassen wird, wodurch sichergestellt ist, dass sich der Hochvoltkomponentenaufnahmeabschnitt weniger leicht verformt und bricht. Der Druckentlastungsmechanismus ist an der Position gegenüber der Hilfsmaschine so angeordnet, dass er einen Abstand zur Hilfsmaschine aufweist, und seine Steifigkeit ist geringer als die Steifigkeit der Hilfsmaschine, so dass mittels der Hilfsmaschine ein Bersten des Druckentlastungsmechanismus gehemmt werden kann. Da die Hilfsmaschine auch als Element dient, das ein Bersten des Druckentlastungsmechanismus hemmt, kann darüber hinaus die Vermehrung von Komponenten unterdrückt werden.
Im Brennstoffzellensystem gemäß der vorliegenden Erfindung kann der Hochvoltkomponentenaufnahmeabschnitt Auflager für die Hilfsmaschine aufweisen, und die Auflager können so angeordnet sein, dass sie in der Draufsicht den Druckentlastungsmechanismus umringen. Demgemäß kann die Hilfsmaschine um den Druckentlastungsmechanismus herum angeordnet sein, so dass sie den Druckentlastungsmechanismus umringt, und daher kann die Hilfsmaschine verwendet werden, um ein Bersten des Druckentlastungsmechanismus in einer lateralen Richtung zu hemmen.
Im Brennstoffzellensystem gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein Kabelbaum als die Hilfsmaschine verwendet werden. Der Kabelbaum ist so angeordnet, dass er in der Draufsicht den Druckentlastungsmechanismus umringt. Demgemäß kann der Kabelbaum, der um den Druckentlastungsmechanismus herum angeordnet ist, verwendet werden, um ein Bersten des Druckentlastungsmechanismus in der lateralen Richtung zu hemmen.
Im Brennstoffzellensystem gemäß der vorliegenden Erfindung kann der Druckentlastungsmechanismus eine Wasserstoffauslassöffnung mit einer für Wasserstoff durchlässigen Membran sein. Demgemäß stellt der Druckentlastungsmechanismus, der auch die Funktion der Wasserstoffauslassöffnung erfüllt, sicher, dass die Erhöhung der Zahl der Komponenten unterdrückt wird.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Die vorliegende Erfindung stellt sicher, dass ein Bersten des Druckentlastungsmechanismus gehemmt wird.
Figurenliste

1 ist eine schematische Draufsicht zur Darstellung eines Brennstoffzellensystems gemäß einer Ausführungsform;
2 ist eine partielle schematische Vorderansicht zur Darstellung des Brennstoffzellensystems gemäß der Ausführungsform;
3 ist eine Draufsicht, die einen oberseitigen Druckentlastungsmechanismus und einen Heißwassererhitzer, der an einer Decke eines Hochvoltkomponentenaufnahmeabschnitts angeordnet ist, darstellt; und
4 ist eine Seitenansicht, die den oberseitigen Druckentlastungsmechanismus und den Heißwassererhitzer, der an der Decke des Hochvoltkomponentenaufnahmeabschnitts angeordnet ist, darstellt.

Beschreibung von Ausführungsformen
Im Folgenden wird eine Ausführungsform eines Brennstoffzellensystems gemäß der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. In jeder Zeichnung zeigen ein Pfeil FR, ein Pfeil RH und ein Pfeil UP eine Fahrzeugvorderseite, eine rechte Fahrzeugseite bzw. eine Fahrzeugunterseite an. Auch wenn in der folgenden Ausführungsform ein Beispiel beschrieben wird, wo das Brennstoffzellensystem in einem Fahrzeug eingebaut ist, so dass es als Antriebsquelle des Fahrzeugs dient, kann das Brennstoffzellensystem der vorliegenden Erfindung als Antriebsquelle von beispielsweise einem Schiff, einem Flugzeug und einem Zug und als Energieerzeugungsanlage eines Gebäudes dienen.
1 ist eine schematische Draufsicht zur Darstellung eines Brennstoffzellensystems gemäß der Ausführungsform; 2 ist eine partielle schematische Vorderansicht zur Darstellung des Brennstoffzellensystems gemäß der Ausführungsform. In 2 ist ein Aufnahmegehäuse in einer Querschnittsansicht dargestellt, um die Positionen eines Brennstoffzellenstapels und einer Hochvoltkomponente darzustellen, die im Inneren des Aufnahmegehäuses aufgenommen sind, und Hilfsmaschinen außer einer Leistungssteuereinheit, eines Drehventils, einer Wasserstoffgasliefereinheit und eines Heißwassererhitzers sind weggelassen. Ein Brennstoffzellensystem 1 dieser Ausführungsform weist hauptsächlich ein Aufnahmegehäuse 4 und Hilfsmaschinen 10 auf. Das Aufnahmegehäuse 4 ist in einer ungefähr mittigen Position eines vorderen Abteils 9 eines Fahrzeugs eingebaut. Die Hilfsmaschinen 10 sind außerhalb des Aufnahmegehäuses 4 so angeordnet, dass sie das Aufnahmegehäuse 4 umringen.
Das Aufnahmegehäuse 4 ist ein ungefähr rechteckiges, parallelflachartig geformtes Gehäuse, das beispielsweise aus einem metallischen Material gebildet ist. Das Aufnahmegehäuse 4 weist einen Stapelaufnahmeabschnitt 4a und einen Hochvoltkomponentenaufnahmeabschnitt 4b auf. Der Stapelaufnahmeabschnitt 4a ist in einem unteren Abschnitt angeordnet, um einen Brennstoffzellenstapel 2 aufzunehmen. Der Hochvoltkomponentenaufnahmeabschnitt 4b ist oberhalb des Stapelaufnahmeabschnitts 4a angeordnet, um eine Hochvoltkomponente 3 aufzunehmen. Der Stapelaufnahmeabschnitt 4a und der Hochvoltkomponentenaufnahmeabschnitt 4b stellen beispielsweise ungefähr rechteckige, parallelflachartig geformte Gehäuse bereit, die jeweils Öffnungen und Flanschabschnitte aufweisen und in ihrem Inneren Sicherungsabschnitte aufweisen, die den Brennstoffzellenstapel 2 oder die Hochvoltkomponente 3 sichern. Das Aufnahmegehäuse 4 wird durch Befestigen von Flanschabschnitten 40a und 40b mit einem Bolzen 41 und einer Mutter 42 als Einheit ausgebildet, während das Gehäuse, das den Stapelaufnahmeabschnitt 4a bildet, und das Gehäuse, welches den Hochvoltkomponentenaufnahmeabschnitt 4b bildet, aneinander stoßend angeordnet sind, so dass die Öffnungen einander zugewandt sind (siehe 2). Man beachte, dass ein Gas zwischen dem Stapelaufnahmeabschnitt 4a und dem Hochvoltkomponentenaufnahmeabschnitt 4b hindurchtreten kann.
Der Brennstoffzellenstapel 2 ist ein Zellenstapel, der durch Stapeln einer Mehrzahl von Einzelzellen gebildet werden kann und der eine Festpolymerelektrolyt-Brennstoffzelle darstellt. Auch wenn dies nicht dargestellt ist, weist die Einzelzelle eine Membranelektrodenanordnung auf, die von einer Anodenelektrode und einer Kathodenelektrode gebildet wird, zwischen denen eine Polymerelektrolytmembran und zwei Separatoren, die von zwei Seiten an der Membranelektrodenanordnung anliegen, angeordnet sind. Die Hochvoltkomponente 3 ist dabei beispielsweise ein Hochsetzsteller zum Hochsetzen einer elektrischen Leistung des Brennstoffzellenstapels 2 und ist elektrisch mit dem Brennstoffzellenstapel 2 verbunden.
Die Hilfsmaschinen 10 weisen beispielsweise auf: eine Leistungssteuereinheit 11, eine Leistungsausspeisungseinheit 12, einen Luftkanal 13, einen EV-Reservetank 14, einen BZ-Reservetank 15, einen Ionentauscher 16, eine Relaisbox 17, eine Batterie 18, ein Drehventil 19, eine Wasserstoffgasliefereinheit 20, einen Heißwassererhitzer 21, einen Kabelbaum 22 und ein Dreiwegeventil 23, die innerhalb des vorderen Abteils 9 angeordnet sind.
Wie in 1 dargestellt ist, sind die Leistungssteuereinheit 11, die Leistungsausspeisungseinheit 12 und der Luftkanal 13 in dieser Reihenfolge von der hinteren Seite zur vorderen Seite des Fahrzeugs auf der rechten Seite des Hochvoltkomponentenaufnahmeabschnitts 4b angeordnet. Die Leistungssteuereinheit 11 ist eine Einheit zum Steuern von beispielsweise elektrischer Leistung, die zu den einzelnen Einheiten übertragen wird, die das Brennstoffzellensystem 1 darstellen. Die Leistungsausspeisungseinheit 12 ist eine Einheit, um elektrische Leistung vom Brennstoffzellenstapel 2 und von einer Sekundärbatterie (nicht gezeigt) an einen externen Verbraucher zu liefern. Der Luftkanal 13 ist eine Konstruktion zum Hereinholen von Außenluft, die zum Brennstoffzellenstapel 2 geliefert wird.
Der EV-Reservetank 14, der BZ-Reservetank 15 und der Ionentauscher 16 sind in dieser Reihenfolge von der rechten Seite zur linken Seite des Fahrzeugs auf der vorderen Seite des Hochvoltkomponentenaufnahmeabschnitts 4b angeordnet. Der EV-Reservetank 14 ist ein Tank, der ein Kühlmittel zum Kühlen einer Wärme, die von der Batterie 18 erzeugt wird, einschließt. Der BZ-Reservetank 15 ist ein Tank, der ein Kühlmittel zum Kühlen einer Wärme, die von der Brennstoffzelle erzeugt wird, einschließt. Der Ionentauscher 16 ist eine Vorrichtung, die Ionen, die im Kühlmittel zum Kühlen der Brennstoffzelle enthalten sind, entfernt.
Die Relaisbox 17, die Batterie 18 und das Drehventil 19 sind in dieser Reihenfolge von der vorderen Seite zur hinteren Seite des Fahrzeugs auf der linken Seite des Hochvoltkomponentenaufnahmeabschnitts 4b angeordnet. In der Relaisbox 17 sind Relais gepackt, die eine Zufuhrsteuerung (EIN/AUS-Steuerung) der elektrischen Leistung, die vom Brennstoffzellenstapel 2, der Batterie 18 und dergleichen zu einem Antriebsmotor (nicht dargestellt) und verschiedenen Arten elektrischer Komponenten geliefert wird, durchführen. Die Batterie 18 ist eine Leistungsquelle zum Antreiben der Hilfsmaschinen. Das Drehventil 19 ist beispielsweise eine Ventilvorrichtung zum Anpassen der Strömungsrate des Kühlmittels in den einzelnen Umwälzleitungen für das Kühlmittel.
Wie in 2 gezeigt ist, sind die Wasserstoffgasliefereinheit 20 und der Heißwassererhitzer 21 an der oberen Seite des Hochvoltkomponentenaufnahmeabschnitts 4b angeordnet. Die Wasserstoffgasliefereinheit 20 ist auf der rechten Seite des Heißwassererhitzers 21 positioniert. Eine Mehrzahl der Kabelbäume 22, die zum Koppeln der einzelnen Hilfsmaschinen 10 und des Dreiwegeventils 23 verwendet werden, sind auf der hinteren Seite des Hochvoltkomponentenaufnahmeabschnitts 4b angeordnet. Der Kabelbaum 22 ist so angeordnet, dass er sich in einer Rechts-Links-Richtung des Fahrzeugs erstreckt.
Das Brennstoffzellensystem 1 dieser Ausführungsform weist eine Mehrzahl von Druckentlastungsmechanismen (fünf in dieser Ausführungsform) auf, die im Hochvoltkomponentenaufnahmeabschnitt 4b angeordnet sind und aus einem Material bestehen, dessen Steifigkeit geringer ist als die des Hochvoltkomponentenaufnahmeabschnitts 4b. Wie in 1 dargestellt ist, sind die fünf Druckentlastungsmechanismen (das heißt ein vorderseitiger Druckentlastungsmechanismus 5a, ein linksseitiger Druckentlastungsmechanismus 5b, ein rückseitiger Druckentlastungsmechanismus 5c, ein rechtsseitiger Druckentlastungsmechanismus 5d und ein oberseitiger Druckentlastungsmechanismus 5e) an einer vorderen, einer linken, einer hinteren und einer rechten Seitenwand bzw. einer Decke des Hochvoltkomponentenaufnahmeabschnitts 4b angeordnet.
Genauer ist der vorderseitige Druckentlastungsmechanismus 5a an der vorderseitigen Wand des Hochvoltkomponentenaufnahmeabschnitts 4b angeordnet. Der vorderseitige Druckentlastungsmechanismus 5a ist beispielsweise an einer Position, die dem EV-Reservetank 14, dem BZ-Reservetank 15 und dem Ionentauscher 16 gegenüberliegt, so angeordnet, dass er jeweils einen Abstand zum EV-Reservetank 14, zum BZ-Reservetank 15 und zum Ionentauscher 16 aufweist, die auf der vorderen Seite des vorderseitigen Druckentlastungsmechanismus 5a angeordnet sind. Man beachte, dass der vorderseitige Druckentlastungsmechanismus 5a nicht notwendigerweise an der Position angeordnet ist, die jedem vom EV-Reservetank 14, BZ-Reservetank 15 und Ionentauscher 16 gegenüberliegt, und dass es nur notwendig ist, dass der vorderseitige Druckentlastungsmechanismus 5a an einer Position angeordnet ist, die mindestens einem vom EV-Reservetank 14, BZ-Reservetank 15 und Ionentauscher 16 gegenüberliegt. Zum Beispiel kann der vorderseitige Druckentlastungsmechanismus 5a an einer Position angeordnet sein, die nur dem Ionentauscher 16 gegenüberliegt.
Der linksseitige Druckentlastungsmechanismus 5b ist an der linksseitigen Wand des Hochvoltkomponentenaufnahmeabschnitts 4b angeordnet. Der linksseitige Druckentlastungsmechanismus 5b ist beispielsweise an einer Position, die der Batterie 18 und dem Drehventil 19 gegenüberliegt, so angeordnet, dass er jeweils einen Abstand zur Batterie 18 und zum Drehventil 19 aufweist, die auf der linken Seite des linksseitigen Druckentlastungsmechanismus 5b angeordnet sind. Man beachte, dass der linksseitige Druckentlastungsmechanismus 5b nicht unbedingt an der Position angeordnet ist, die sowohl der Batterie 18 als auch dem Drehventil 19 gegenüberliegt, und dass der linksseitige Druckentlastungsmechanismus 5b an einer Position angeordnet sein kann, die der Batterie 18 oder dem Drehventil 19 gegenüberliegt. Wie in 1 dargestellt ist, ist der linksseitige Druckentlastungsmechanismus 5b nicht an einer Position angeordnet, die der Relaisbox 17 gegenüberliegt, die einem Eckabschnitt des Hochvoltkomponentenaufnahmeabschnitts 4b benachbart ist, aber der linksseitige Druckentlastungsmechanismus 5b kann an einer Position angeordnet werden, die auch der Relaisbox 17 gegenüberliegt, beispielsweise wenn die Relaisbox 17 nahe an die linksseitige Wand des Hochvoltkomponentenaufnahmeabschnitts 4b gebracht wird.
Der rückseitige Druckentlastungsmechanismus 5c ist an der rückseitigen Wand des Hochvoltkomponentenaufnahmeabschnitts 4b angeordnet. Der rückseitige Druckentlastungsmechanismus 5b ist beispielsweise an einer Position, die dem Kabelbaum 22 und dem Dreiwegeventil 23 gegenüberliegt, so angeordnet, dass er jeweils einen Abstand zum Kabelbaum 22 und zum Dreiwegeventil 23 aufweist, die auf der hinteren Seite des rückseitigen Druckentlastungsmechanismus 5b angeordnet sind. Der Kabelbaum 22 ist zwischen dem Hochvoltkomponentenaufnahmeabschnitt 4b und dem Dreiwegeventil 23 angeordnet und ist so angeordnet, dass er sich in der Rechts-Links-Richtung des Fahrzeugs erstreckt.
Der rechtsseitige Druckentlastungsmechanismus 5c ist an der rechtsseitigen Wand des Hochvoltkomponentenaufnahmeabschnitts 4b angeordnet. Der rechtsseitige Druckentlastungsmechanismus 5d ist beispielsweise an einer Position, die der Leistungssteuereinheit 11 und der Leistungsausspeisungseinheit 12 gegenüberliegt, so angeordnet, dass er jeweils einen Abstand zur Leistungssteuereinheit 11 und zur Leistungsausspeisungseinheit 12 aufweist, die auf der rechten Seite des rechtsseitigen Druckentlastungsmechanismus 5d angeordnet sind. Man beachte, dass der rechtsseitige Druckentlastungsmechanismus 5d nicht unbedingt an einer Position angeordnet ist, die sowohl der Leistungssteuereinheit 11 als auch der Leistungsausspeisungseinheit 12 gegenüberliegt, und dass der rechtsseitige Druckentlastungsmechanismus 5d an einer Position angeordnet sein kann, die der Leistungssteuereinheit 11 oder der Leistungsausspeisungseinheit 12 gegenüberliegt. Wie in 1 dargestellt ist, ist der rechtsseitige Druckentlastungsmechanismus 5d nicht an einer Position angeordnet, die dem Luftkanal 13 gegenüberliegt, der einem Eckabschnitt des Hochvoltkomponentenaufnahmeabschnitts 4b benachbart ist, aber der rechtsseitige Druckentlastungsmechanismus 5d kann an einer Position angeordnet werden, die auch dem Luftkanal 13 gegenüberliegt, beispielsweise wenn der Luftkanal 13 nahe an die rechtsseitige Wand des Hochvoltkomponentenaufnahmeabschnitts 4b gebracht wird.
Ferner ist der oberseitige Druckentlastungsmechanismus 5e an der Decke des Hochvoltkomponentenaufnahmeabschnitts 4b angeordnet. Der oberseitige Druckentlastungsmechanismus 5e ist an einer Position, die der Wasserstoffgasliefereinheit 20 und dem Heißwassererhitzer 21 gegenüberliegt, so angeordnet, dass er jeweils einen Abstand zur Wasserstoffgasliefereinheit 20 und zum Heißwassererhitzer 21 aufweist. Man beachte, dass der oberseitige Druckentlastungsmechanismus 5e nicht unbedingt an einer Position angeordnet ist, die sowohl der Wasserstoffgasliefereinheit 20 als auch dem Heißwassererhitzer 21 gegenüberliegt, und dass der oberseitige Druckentlastungsmechanismus 5e an einer Position angeordnet sein kann, die der Wasserstoffgasliefereinheit 20 oder dem Heißwassererhitzer 21 gegenüberliegt.
Auch wenn als Beispiel eine Installationsstruktur des Heißwassererhitzers 21 und eine Lagebeziehung des Heißwassererhitzers 21 mit dem oberseitigen Druckentlastungsmechanismus 5e, in dem der Heißwassererhitzer 21 verwendet wird, beschrieben werden, sind eine Installationsstruktur der Wasserstoffgasliefereinheit 20 und eine Lagebeziehung der Wasserstoffgasliefereinheit 20 mit dem oberseitigen Druckentlastungsmechanismus 5e denen des Heißwassererhitzers 21 ähnlich, und somit wird auf wiederholte Erläuterungen verzichtet.
3 ist eine Draufsicht, die den oberseitigen Druckentlastungsmechanismus und den Heißwassererhitzer, der an der Decke des Hochvoltkomponentenaufnahmeabschnitts angeordnet ist, darstellt. 4 ist eine Seitenansicht, die den oberseitigen Druckentlastungsmechanismus und den Heißwassererhitzer, der an der Decke des Hochvoltkomponentenaufnahmeabschnitts angeordnet ist, darstellt. Wie in 3 und 4 dargestellt ist, sind vier Auflager 211 auf einer Außenwand der Decke (das heißt einer oberen Oberfläche der Decke) des Hochvoltkomponentenaufnahmeabschnitts 4b angeordnet. Diese Heißwassererhitzerauflager 211 sind beispielsweise Eisenblöcke, die in ihrem Inneren Schraublöcher aufweisen. Die Heißwassererhitzerauflager 211 sind an Positionen angeordnet, die vier Ecken eines Flanschabschnitts 21a (weiter unten beschrieben) des Heißwassererhitzers 21 entsprechen, und beispielsweise durch Schweißen an der Decke des Hochvoltkomponentenaufnahmeabschnitts 4b gesichert.
Der Heißwassererhitzer 21 ist dabei in einem Zustand, wo eine untere Oberfläche des Heißwassererhitzers 21 vom oberseitigen Druckentlastungsmechanismus 5e über eine vorgegebene Entfernung zwischen ihnen getrennt ist (mit anderen Worten mit einem Abstand zum oberseitigen Druckentlastungsmechanismus 5e), oberhalb des oberseitigen Druckentlastungsmechanismus 5e angeordnet. Der Heißwassererhitzer 21 ist in einem Zustand, wo die Flanschabschnitte 21a, die in einem unteren Abschnitt des Heißwassererhitzers 21 angeordnet sind, auf den Heißwassererhitzerauflagern 211 platziert sind, mit Bolzen 212 an den Heißwassererhitzerauflagern 211 gesichert.
In dieser Ausführungsform sind der vorderseitige Druckentlastungsmechanismus 5a, der linksseitige Druckentlastungsmechanismus 5b, der rückseitige Druckentlastungsmechanismus 5c, der rechtsseitige Druckentlastungsmechanismus 5d und der oberseitige Druckentlastungsmechanismus 5e Wasserstoffauslassöffnungen, die jeweils für Wasserstoff durchlässige Membranen aufweisen und die durch Anbringen der für Wasserstoff durchlässigen Membranen an Öffnungen, die an vorgegebenen Positionen der vorderen, der linken, der hinteren und der rechten Seitenwand oder an der Decke des Hochvoltkomponentenaufnahmeabschnitts 4b bereitgestellt sind, ausgebildet werden. Die für Wasserstoff durchlässige Membran besteht aus einem Material, das ein Durchdringen von Wasser, Staub und dergleichen blockiert und trotzdem ein Durchdringen von Wasserstoff zulässt. Außerdem ist jeder dieser Druckentlastungsmechanismen aus einem Material gebildet, dessen Steifigkeit geringer ist als die des Hochvoltkomponentenaufnahmeabschnitts 4b, und dessen Steifigkeit geringer ist als die der einzelnen Hilfsmaschinen 10.
Im Brennstoffzellensystem 1 dieser Ausführungsform sind die Druckentlastungsmechanismen (der vorderseitige Druckentlastungsmechanismus 5a, der linksseitige Druckentlastungsmechanismus 5b, der rückseitige Druckentlastungsmechanismus 5c, der rechtsseitige Druckentlastungsmechanismus 5d und der oberseitige Druckentlastungsmechanismus 5e) an der vorderen, linken, hinteren bzw. rechten Seitenwand oder an der Decke des Hochvoltkomponentenaufnahmeabschnitts 4b angeordnet, und diese Druckentlastungsmechanismen sind aus dem Material gebildet, dessen Steifigkeit geringer ist als die des Hochvoltkomponentenaufnahmeabschnitts 4b. Angesichts dessen verformt sich der Druckentlastungsmechanismus früher als der Hochvoltkomponentenaufnahmeabschnitt 4b, falls aus irgendeinem Grund durch einen innerhalb des Hochvoltkomponentenaufnahmeabschnitts 4b angesammelten Wasserstoff eine Belastung bewirkt wird, und somit kann ein Druck innerhalb des Hochvoltkomponentenaufnahmeabschnitts 4b nach außen abgelassen werden, wodurch sichergestellt ist, dass sich der Hochvoltkomponentenaufnahmeabschnitt 4b weniger leicht verformt, bricht und dergleichen.
Außerdem ist der vorderseitige Druckentlastungsmechanismus 5a an der Position, die dem BZ-Reservetank 15 und dem Ionentauscher 16 gegenüberliegt, so angeordnet, dass er die Abstände zum BZ-Reservetank 15 und zum Ionentauscher 16 aufweist, die auf der Vorderseite des vorderseitigen Druckentlastungsmechanismus 5a angeordnet sind, und seine Steifigkeit ist geringer als die von sowohl dem BZ-Reservetank 15 als auch dem Ionentauscher 16. Falls sich der vorderseitige Druckentlastungsmechanismus 5a aus irgendeinem Grund verformt und birst, hemmen somit der BZ-Reservetank 15 und der Ionentauscher 16 ein Bersten des vorderseitigen Druckentlastungsmechanismus 5a nach vorne. Der BZ-Reservetank 15 und der Ionentauscher 16 haben auch eine Funktion als Elemente, die ein Bersten des vorderseitigen Druckentlastungsmechanismus 5a nach vorne hemmen, wodurch sie sicherstellen, dass die Vermehrung von Komponenten unterdrückt wird.
Der linksseitige Druckentlastungsmechanismus 5b ist an der Position, die der Batterie 18 und dem Drehventil 19 gegenüberliegt, so angeordnet, dass er die Abstände zur Batterie 18 und zum Drehventil 19 aufweist, die auf der linken Seite des linksseitigen Druckentlastungsmechanismus 5b angeordnet sind, und seine Steifigkeit ist geringer als die von sowohl der Batterie 18 als auch dem Drehventil 19. Falls sich der linksseitige Druckentlastungsmechanismus 5b aus irgendeinem Grund verformt und birst, hemmen somit die Batterie 18 und das Drehventil 19 ein Bersten des linksseitigen Druckentlastungsmechanismus 5b nach links. Die Batterie 18 und das Drehventil 19 haben auch eine Funktion als Elemente, die ein Bersten des linksseitigen Druckentlastungsmechanismus 5b nach links hemmen, wodurch sie sicherstellen, dass die Vermehrung von Komponenten unterdrückt wird.
Der rückseitige Druckentlastungsmechanismus 5c ist an der Position, die dem Kabelbaum 22 und dem Dreiwegeventil 23 gegenüberliegt, so angeordnet, dass er die Abstände zum Kabelbaum 22 und zum Dreiwegeventil 23 aufweist, die auf der hinteren Seite des rückseitigen Druckentlastungsmechanismus 5c angeordnet sind, und seine Steifigkeit ist geringer als die von sowohl der Batterie 22 als auch dem Dreiwegeventil 23. Falls sich der rückseitige Druckentlastungsmechanismus 5c aus irgendeinem Grund verformt und birst, hemmen somit der Kabelbaum 22 und das Dreiwegeventil 23 ein Bersten des rückseitigen Druckentlastungsmechanismus 5c nach hinten. Der Kabelbaum 22 und das Dreiwegeventil 23 haben auch eine Funktion als Elemente, die ein Bersten des rückseitigen Druckentlastungsmechanismus 5c nach hinten hemmen, wodurch sie sicherstellen, dass die Vermehrung von Komponenten unterdrückt wird.
Der rechtsseitige Druckentlastungsmechanismus 5d ist an der Position, die der Leistungssteuereinheit 11 und der Leistungsausspeisungseinheit 12 gegenüberliegt, so angeordnet, dass er die Abstände zur Leistungssteuereinheit 11 und zur Leistungsausspeisungseinheit 12 aufweist, die auf der rechten Seite des rechtsseitigen Druckentlastungsmechanismus 5d angeordnet sind, und seine Steifigkeit ist geringer als die von sowohl der Leistungssteuereinheit 11 als auch der Leistungsausspeisungseinheit 12. Falls sich der rechtsseitige Druckentlastungsmechanismus 5d aus irgendeinem Grund verformt und birst, hemmen somit die Leistungssteuereinheit 11 und die Leistungsausspeisungseinheit 12 ein Bersten des rechtsseitigen Druckentlastungsmechanismus 5d nach rechts. Die Leistungssteuereinheit 11 und die Leistungsausspeisungseinheit 12 haben auch eine Funktion als Elemente, die ein Bersten des rechtsseitigen Druckentlastungsmechanismus 5d nach rechts hemmen, wodurch sie sicherstellen, dass die Vermehrung von Komponenten unterdrückt wird.
Der oberseitige Druckentlastungsmechanismus 5e ist an der Position, die der Wasserstoffgasliefereinheit 20 und dem Heißwassererhitzer 21 gegenüberliegt, so angeordnet, dass er jeweils die Abstände zur Wasserstoffgasliefereinheit 20 und zum Heißwassererhitzer 21 aufweist, und seine Steifigkeit ist geringer als die von sowohl der Wasserstoffgasliefereinheit 20 als auch dem Heißwassererhitzer 21. Falls sich der oberseitige Druckentlastungsmechanismus 5e aus irgendeinem Grund verformt und birst, hemmen somit die Wasserstoffgasliefereinheit 20 und der Heißwassererhitzer 21 ein Bersten des oberseitigen Druckentlastungsmechanismus 5e nach oben. Die Wasserstoffgasliefereinheit 20 und der Heißwassererhitzer 21 haben auch eine Funktion als Elemente, die ein Bersten des oberseitigen Druckentlastungsmechanismus 5e nach oben hemmen, wodurch sie sicherstellen, dass die Vermehrung von Komponenten unterdrückt wird.
Ferner sind der vorderseitige Druckentlastungsmechanismus 5a, der linksseitige Druckentlastungsmechanismus 5b, der rückseitige Druckentlastungsmechanismus 5c, der rechtsseitige Druckentlastungsmechanismus 5d und der oberseitige Druckentlastungsmechanismus 5e die Wasserstoffauslassöffnungen, welche die jeweiligen für Wasserstoff durchlässigen Membranen aufweisen. Somit stellen die Druckentlastungsmechanismen, die auch Funktionen als die Wasserstoffauslassöffnungen erfüllen, sicher, dass die Erhöhung der Zahl der Komponenten in Verbindung mit einer Installation der Druckentlastungsmechanismen unterdrückt wird.
Man beachte, dass in dieser Ausführungsform für die Beschreibung zwar als Beispiel die Wasserstoffauslassöffnung mit der für Wasserstoff durchlässigen Membran als Druckentlastungsmechanismus verwendet wird, der Druckentlastungsmechanismus jedoch ein wasserdichtes Flächengebilde, eine Blechabdeckung, eine Blechhalterung, ein Flächengebilde aus Harz oder ein Gummistopfen, der in der Öffnung des Hochvoltkomponentenaufnahmeabschnitts 4b angebracht ist, oder ein Schwächungsabschnitt, wie etwa eine ausgeschnittene Nut und ein dünner Abschnitt, der im Hochvoltkomponentenaufnahmeabschnitt 4b angeordnet ist und dessen Steifigkeit geringer ist als die anderer Abschnitt des Hochvoltkomponentenaufnahmeabschnitts 4b, sein kann.
Nicht jeder vom vorderseitigen Druckentlastungsmechanismus 5a, linksseitigen Druckentlastungsmechanismus 5b, rückseitigen Druckentlastungsmechanismus 5c, rechtsseitigen Druckentlastungsmechanismus 5d und oberseitigen Druckentlastungsmechanismus 5e ist notwendigerweise angeordnet, und es ist nur notwendig, dass mindestens einer von ihnen angeordnet ist. Es ist nicht notwendigerweise genau einer von den Druckentlastungsmechanismen an jeweils der vorderen, der hinteren, der rechten und der linken Seitenwand und an der Decke des Hochvoltkomponentenaufnahmeabschnitts 4b angeordnet, und beispielsweise können zwei Druckentlastungsmechanismen an jeder von den Seitenwänden und an der Decke angeordnet sein. Ferner können die Hilfsmaschinen 10 außer den oben beschriebenen Komponenten eine Halterung zum Sichern eines Hochvoltkabels und des Kabelbaums, einen Schutz aus Harz zum Schützen des Kabelbaums und dergleichen einschließen.
In dieser Ausführungsform können Auflager für die Hilfsmaschinen am Hochvoltkomponentenaufnahmeabschnitt 4b angeordnet sein. Zum Beispiel sind die Auflager zum Sichern der jeweiligen Hilfsmaschinen jeweils an der vorderen, der hinteren, der rechten und der linken Außenwand des Hochvoltkomponentenaufnahmeabschnitts 4b angeordnet, und diese Auflager sind so angeordnet, dass sie in einer Draufsicht die Druckentlastungsmechanismen (wie etwa den vorderseitigen Druckentlastungsmechanismus 5a, den linksseitigen Druckentlastungsmechanismus 5b, den rückseitigen Druckentlastungsmechanismus 5c und den rechtsseitigen Druckentlastungsmechanismus 5d) umringen. Demgemäß können die Hilfsmaschinen um den Druckentlastungsmechanismus herum so angeordnet sein, dass sie den Druckentlastungsmechanismus umringen, und daher können die Hilfsmaschinen verwendet werden, um ein Bersten der Druckentlastungsmechanismen in einer lateralen Richtung (wie etwa einer Vorne-Hinten-Richtung und/oder eine Rechts-Links-Richtung) zu hemmen.
In dieser Ausführungsform können die Kabelbäume, die als die Hilfsmaschinen verwendet werden, so angeordnet werden, dass sie in der Draufsicht die Druckentlastungsmechanismen (wie etwa den vorderseitigen Druckentlastungsmechanismus 5a, den linksseitigen Druckentlastungsmechanismus 5b, den rückseitigen Druckentlastungsmechanismus 5c und den rechtsseitigen Druckentlastungsmechanismus 5d) umringen. Demgemäß können die Kabelbäume, die um die Druckentlastungsmechanismen herum angeordnet sind, verwendet werden, um ein Bersten der Druckentlastungsmechanismen in der lateralen Richtung (wie etwa einer Vorne-Hinten-Richtung oder/und einer Rechts-Links-Richtung) zu hemmen.
Auch wenn die Ausführungsform der vorliegenden Erfindung oben ausführlich beschrieben wurde, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt und kann verschiedenen Arten von Änderungen des Designs unterzogen werden, ohne vom Gedanken der vorliegenden Erfindung, die in den Ansprüchen beschrieben ist, abzuweichen.
Bezugszeichenliste

1: Brennstoffzellensystem
2: Brennstoffzellenstapel
3: Hochvoltkomponente
4: Aufnahmegehäuse
4a: Stapelaufnahmeabschnitt
4b: Hochvoltkomponentenaufnahmeabschnitt
5a: Vorderseitiger Druckentlastungsmechanismus
5b: Linksseitiger Druckentlastungsmechanismus
5c: Rückseitiger Druckentlastungsmechanismus
5d: Rechtsseitiger Druckentlastungsmechanismus
5e: Oberseitiger Druckentlastungsmechanismus
10: Hilfsmaschine
11: Leistungssteuereinheit
12: Leistungsausspeisungseinheit
13: Luftkanal
14: EV-Reservetank
15: BZ-Reservetank
16: Ionentauscher
17: Relaisbox
18: Batterie
19: Drehventil
20: Wasserstoffgasliefereinheit
21: Heißwassererhitzer
22: Kabelbaum
23: Dreiwegeventil

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2017074819 A [0003]

Claims

Brennstoffzellensystem, das einen Brennstoffzellenstapel aufweist, wobei das Brennstoffzellensystem aufweist: ein Aufnahmegehäuse, das einen Stapelaufnahmeabschnitt und einen Hochvoltkomponentenaufnahmeabschnitt aufweist, wobei im Stapelaufnahmeabschnitt der Brennstoffzellenstapel aufgenommen wird, im Hochvoltkomponentenaufnahmeabschnitt eine Hochvoltkomponente aufgenommen wird, die mit dem Brennstoffzellenstapel gekoppelt wird, wobei der Hochvoltkomponentenaufnahmeabschnitt oberhalb des Stapelaufnahmeabschnitts angeordnet wird, wobei der Hochvoltkomponentenaufnahmeabschnitt dafür ausgelegt ist, ein Gas zwischen dem Hochvoltkomponentenaufnahmeabschnitt und dem Stapelaufnahmeabschnitt durchzulassen; einen Druckentlastungsmechanismus, der am Hochvoltkomponentenaufnahmeabschnitt des Aufnahmegehäuses angeordnet wird, wobei der Druckentlastungsmechanismus aus einem Material mit einer Steifigkeit gebildet ist, die geringer ist als die Steifigkeit des Hochvoltkomponentenaufnahmeabschnitts; und eine Hilfsmaschine, die außerhalb des Hochvoltkomponentenaufnahmeabschnitts des Aufnahmegehäuses angeordnet wird, wobei der Druckentlastungsmechanismus an einer Position gegenüber der Hilfsmaschine so angeordnet wird, dass er einen Abstand zur Hilfsmaschine aufweist, und seine Steifigkeit geringer ist als die Steifigkeit der Hilfsmaschine.
Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1, wobei der Hochvoltkomponentenaufnahmeabschnitt Auflager für die Hilfsmaschine aufweist, und wobei die Auflager so angeordnet sind, dass sie in einer Draufsicht den Druckentlastungsmechanismus umringen.
Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei ein Kabelbaum als Hilfsmaschine verwendet wird, wobei der Kabelbaum so angeordnet wird, dass er in der Draufsicht den Druckentlastungsmechanismus umringt.
Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Druckentlastungsmechanismus eine Wasserstoffauslassöffnung mit einer für Wasserstoff durchlässigen Membran ist.