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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Struktur für ein Brennstoffzellenmodul für Fahrzeuge.
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Stand der Technik
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In den letzten Jahren haben Fahrzeuge, bei denen Brennstoffzellen als Quelle für die Antriebsenergie eingesetzt werden, Aufmerksamkeit als mögliche Maßnahme zum Angehen von Umweltproblemen auf sich gezogen. In diese Zusammenhang wurden beachtliche Anstrengungen unternommen, um Techniken zu entwickeln, Brennstoffzellen im vorderen Teil von Fahrzeugen einzubauen. Das japanische Patent
JP 3 767 423 B2 beschreibt zum Beispiel ein mit Brennstoffzellen betriebenes Fahrzeug, bei dem eine Brennstoffzelle am vorderen Ende des Fahrzeugs eingebaut ist, die stromerzeugenden Zellen der Brennstoffzelle in der Richtung der Breite des Fahrzeugs gestapelt sind und ein Stromabschalter und ein elektrischer Ausgangsanschluss zum Abnehmen des elektrischem Stroms von der Brennstoffzelle an einer Seite des Fahrzeugs angeordnet sind. In der beschriebenen Anordnung ist die Brennstoffzelle zum Schutz in einem Gehäuse untergebracht.
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Da sich die Position des elektrischen Ausgangsanschlusses zum Abnehmen von elektrischem Strom von der Brennstoffzelle infolge der Wärmeausdehnung der Brennstoffzelle ändert, wurden auch ein in einem Faltenbalg untergebrachter Ausgangsanschluss für die Brennstoffzelle, wie in der japanischen Patentveröffentlichung
JP H05-74 473 A beschrieben, und ein Ausgangskabel zum Abnehmen von elektrischem Strom von der Brennstoffzelle, welches mit einem Isolator bedeckt ist, wie in der japanischen Patentveröffentlichung
JP 2002-208 314 A beschrieben, vorgeschlagen.
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Mittlerweile ist die Technik zum Herstellen von Hochspannungs-Brennstoffzellen mit großer Kapazität weiter fortgeschritten und es werden nun Hochleistungs-Fahrzeuge, in denen solche Zellen eingebaut sind, untersucht. Da die Spannung und Kapazität der Brennstoffzellen zunehmen, nehmen ihre Abmessungen, wie Breite und Länge, jedoch zu, möglicherweise so weit, dass es nicht mehr möglich sein kann, die stromerzeugenden Zellen in der Richtung der Breite zu stapeln, so dass die Brennstoffzelle dann nicht mehr in der Richtung der Breite des Fahrzeugs eingebaut werden kann. In einem solchen Fall könnte es notwendig werden, die stromerzeugenden Zellen in der Längsrichtung des Fahrzeugs zu stapeln und die Brennstoffzelle in der Längsrichtung des Fahrzeugs einzubauen.
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In dem Fall, in dem die Brennstoffzelle in der Längsrichtung im vorderen Teil des Fahrzeugs eingebaut wird, werden eine Kraftstoffleitung und dergleichen, die mit der Brennstoffzelle verbunden sind, hinsichtlich der Sicherheit an der Rückseite in einem Einbauraum des Fahrzeugs für Brennstoffzellen angeordnet. Bei einer solchen Anordnung wäre der elektrische Ausgangsanschluss der stromerzeugenden Zellen wahrscheinlich am Vorderende der stromerzeugenden Zellen angeordnet, im vorderen Teil des Fahrzeugs, der Seite, die den Anschlussstutzen für die Kraftstoffleitung und dergleichen gegenüberliegt.
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Wenn der elektrische Ausgangsanschluss zur Fahrzeugfront hin angeordnet ist, kann das Gehäuse, in dem die Brennstoffzelle untergebracht ist, verformt werden, wenn der Fahrzeugaufbau in der Nähe der Brennstoffzelle infolge einer Kollision des Fahrzeugs mit einem Objekt verformt wird. Obwohl eine isolierende Beschichtung auf die Innenfläche des Gehäuses für die Brennstoffzelle aufgebracht wird, kann die isolierende Beschichtung durch den Kontakt zwischen dem verformten Gehäuse und dem elektrischen Ausgangsanschluss brechen, so dass der elektrische Ausgangsanschluss und das Gehäuse dann elektrisch miteinander verbunden werden könnten, was möglicherweise zum einem Kurzschluss des elektrischen Systems führt.
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Wenn die Brennstoffzelle wie vorstehend beschrieben, an der Vorderseite des Fahrzeugs eingebaut wird, sind die stromerzeugenden Zellen entlang der Längsrichtung des Fahrzeugs gestapelt und eine Seite des Körpers aus gestapelten Zellen entspricht einer Fahrzeugseite. Bei einer solchen Anordnung könnte die Seite des Gehäuses, in dem die Brennstoffzelle untergebracht ist, aufgrund der Verformung der Fahrzeugseite im Fall einer Kollision, welche die Fahrzeugseite in Mitleidenschaft zieht, verformt werden. Wenn die Gehäuseseite verformt wird, tritt das verformte Gehäuse mit der Seite des Körpers aus gestapelten Zelle in Kontakt, was in der Möglichkeit resultiert, dass durch das metallische Gehäuse zwischen den einzelnen gestapelten stromerzeugenden Zellen ein Kurzschluss auftritt. Selbst wenn die Innenfläche des metallischen Gehäuses mit einer Isolierung beschichtet ist, kann die isolierende Beschichtung noch durch einen Kontakt des metallischen Gehäuses mit den stromerzeugenden Zellen beschädigt werden, so dass, wiederum als Ergebnis, wie vorstehend beschrieben, ein Kurzschluss auftreten kann.
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Wenn zwischen dem elektrischen Ausgangsanschluss der Brennstoffzelle und dem Fahrzeug oder zwischen den stromerzeugenden Zellen ein Kurzschluss auftritt, bestanden Probleme, dass ein anomales elektrisches Potential in den stromerzeugenden Zellen erzeugt wird, zum Beispiel erfolgt das Sintern eines Katalysators, die Oxidation des getragenen Kohlenstoffs oder dergleichen, was zu einer Verschlechterung des Katalysators führt.
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Die deutsche Offenlegungsschrift
DE 26 10 863 A1 offenbart eine elektrochemische Batterie mit einem Stapel bipolarer Elektroden, die auf der einen Seite einer elektrisch leitenden, aber im Wesentlichen elektrolytundurchlässigen Trennwand negative Elektrodenmasse und auf der anderen Seite dieser Trennwand positive Elektrodenmasse aufweisen und durch Elektrolyträume voneinandergetrennt sind. In jedem der Elektrolyträume ist eine Gaskammer vorgesehen, die mit einen Gasverzehr bewirkenden Substanzen wie chemisch und/oder katalytisch aktiven Stoffen in Berührung steht. Ferner sind alle diese Gaskammern über Verbindungen miteinander verbunden, die zwischen den Elektrolyträumen in einer unterhalb des in der bevorzugten Betriebslage der Batterie höchsten Niveaus in den Elektrolyträumen liegenden Höhenlage angeordnet sind.
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Aufgabe der Erfindung
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Brennstoffzellenmodul für ein Fahrzeug sowie ein entsprechendes Fahrzeug bereitzustellen, mit dem ein Kurzschluss zwischen der Abdeckung eines metallischen Gehäuses des Brennstofzellenmoduls und den einzelnen elektrischen Ausgangsanschlüssen sowie zwischen den elektrischen Ausgangsanschlüssen wirksam vermieden wird, selbst in einem Fall der Verformung des metallischen Gehäuses und seiner Abdeckung infolge einer Kollision oder einer anderen äußeren Einwirkung.
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Offenbarung der Erfindung
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Die erfindungsgemäß Aufgabe wird gelöst durch ein Brennstoffzellenmodul für ein Fahrzeug gemäß Anspruch 1.
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Die erfindungsgemäß Aufgabe wird ferner gelöst durch ein Brennstoffzellenmodul für ein Fahrzeug gemäß Anspruch 6.
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Die erfindungsgemäß Aufgabe wird ferner gelöst durch ein Brennstoffzellenmodul für ein Fahrzeug gemäß Anspruch 11.
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Die erfindungsgemäß Aufgabe wird zudem gelöst durch ein Fahrzeug gemäß Amspruch 15.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die Anwendung der vorliegenden Erfindung ermöglicht, Kurzschlüssen der elektrischen Ausgangsanschlüsse des Brennstoffzellenmoduls für ein Fahrzeug oder zwischen den stromerzeugenden Zellen des Brennstoffzellenmoduls für das Fahrzeug vorzubeugen.
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Kurzbeschreibung der Figuren
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1 ist eine schematische Draufsicht, die ein Brennstoffzellenmodul gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, das in einem Fahrzeug eingebaut ist.
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2 ist eine erläuternde Ansicht, die einen verbundenen Zustand von stromerzeugenden Zellen des Brennstoffzellenmoduls gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
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3 ist eine schematische Aufrissskizze eines Brennstoffzellenmoduls gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, das in einem Fahrzeug eingebaut ist.
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4 ist eine Teilschnitt-Ansicht eines Brennstoffzellenmoduls, das elektrische Ausgangsanschlüsse aufweist, gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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5A ist eine perspektivische Ansicht einer isolierenden Abdeckung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einem offenen Zustand.
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5B ist eine perspektivische Ansicht, die einen zusammengebauten Zustand einer isolierenden Abdeckung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
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6A ist eine erläuternde Ansicht, die einen Abschnitt der isolierenden Abdeckung zeigt, die an den elektrischen Ausgangsanschlüssen des Brennstoffzellenmoduls gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angebracht ist.
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6B ist eine erläuternde Ansicht, die eine isolierende Abdeckung zeigt, die an den elektrischen Ausgangsanschlüssen des Brennstoffzellenmoduls gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angebracht ist.
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7 ist eine schematische Aufrissskizze, die ein Beispiel für die Verformung eines Fahrzeugs und eines Brennstoffzellenmoduls zeigt, wenn die Fahrzeugfront, an der eine erfindungsgemäße Brennstoffzelle vorgesehen ist, in eine Kollision mit einem Objekt verwickelt ist.
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8 ist eine schematische Schnittansicht eines Brennstoffzellenmoduls gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
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9 ist eine schematische Ansicht, die einen Schnitt durch ein Brennstoffzellenmodul gemäß einer noch weiteren Ausführungsform der Erfindung zeigt.
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10 ist eine schematische Draufsicht, die ein in ein Fahrzeug eingebautes Brennstoffzellenmodul gemäß einer noch weiteren Ausführungsform der Erfindung zeigt.
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Beste Ausführungsform der Erfindung
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Unter Bezugnahme auf die Figuren werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beschrieben.
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1 ist eine schematische Draufsicht auf den vorderen Teil eines Fahrzeugs (Fahrzeugfront), in dem ein Brennstoffzellenmodul gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eingebaut ist. In 1 ist ein Brennstoffzellenmodul 11 in einem Raum in der Fahrzeugfront 10 eingebaut. Das Brennstoffzellenmodul 11 weist ein Gehäuse 12 auf, in dem ein Körper aus gestapelten Zellen 15 untergebracht ist. Das Gehäuse 12 weist einen Gehäusekörper 12a und eine Abdeckung 14 auf und beherbergt den Körper aus gestapelten Zellen 15 luftdicht. Zur Vereinfachung der Erläuterung sind die Abdeckung 14 und isolierende Abdeckungen, die an einzelnen elektrischen Ausgangsanschlüssen 21, 23 befestigt sind, in der Figur weggelassen, so dass der Aufbau des Körpers aus gestapelten Zellen 15, Kabel und dergleichen, die enthalten sind, sichtbar sind.
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Der Körper aus gestapelten Zellen 15 weist einen ersten Zellenstapel 17 und einen zweiten Zellenstapel 18 auf, die gestapelten Körper stromerzeugender Zellen 16, welche plattenähnliche Elementarzellen sind, Elektrodenplatten 21a, 23a, die an jedem Ende der einzelnen Zellenstapel 17, 18 gestapelt sind, und Endplatten 19, 20, die an beiden Seiten der einzelnen Elektrodenplatten 21a, 23a angeordnet sind. Die einzelnen Zellenstapel 17, 18, die parallel angeordnet sind, sind derart ausgestaltet, dass sie die gleiche Anzahl an stromerzeugenden Zellen 16 aufweisen und die gleiche Spannung erzeugen. Die Stapelrichtung von sowohl dem ersten Zellenstapel 17 als auch dem zweiten Zellenstapel 18 entspricht einer Längsrichtung des Fahrzeugs, und die einzelnen Zellenstapel 17, 18 und die einzelnen Elektrodenplatten 21a, 23a sind durch die metallischen Endplatten 19, 20, die am vorderen und am hinteren Ende derselben angeordnet sind und eine relativ große Dicke (zum Beispiel eine Dicke von ungefähr 15 mm) aufweisen, in der Stapelrichtung verpresst.
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Wie in 2 gezeigt, sind die stromerzeugenden Zellen 16 in dem ersten Zellenstapel 17 und dem zweiten Zellenstapel 18 derart gestapelt, dass ihre Polungen in die einander entgegengesetzten Richtungen gerichtet sind. Der erste Zellenstapel 17 weist positive Anschlüsse auf, die zur Fahrzeugfront hin gerichtet sind, und negative Anschlüsse, die zur Rückseite, wie in 1 gezeigt, hin gerichtet sind, und der zweite Zellenstapel 18 weist negative Anschlüsse auf, die zur Fahrzeugfront hin gerichtet sind, und positive Anschlüsse, die zur Rückseite, wie in 1 gezeigt, hin gerichtet sind. Die Enden des ersten Zellenstapels 17 und des zweiten Zellenstapels 18 an der Seite der Endplatte 20 sind elektrisch miteinander verbunden. Die Zellenstapel 17, 18 bilden daher einen Körper aus in Reihe miteinander verbundenen Elementarzellen einer stromerzeugenden Zelle 16 und stellen eine gewünschte hohe Spannung bereit. Die elektrisch verbundenen Enden an der Seite der Endplatte 20 sind auch mit dem Fahrzeugaufbau verbunden und ihre Verbindungsstelle entspricht einem elektrischen Erdpotential.
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Der elektrische Ausgangsanschluss 21 der Elektrodenplatte 21a, die am Ende an einer Seite der Endplatte 19 des ersten Zellenstapels 17 und des zweiten Zellenstapels 18 gestapelt ist, wird daher ein positiver elektrischer Ausgangsanschluss mit einer Spannung, die höher als das elektrische Erdpotential ist, und der elektrische Ausgangsanschluss 23 der Elektrodenplatte 23a, die an dem zweiten Zellenstapel 18 gestapelt ist, entspricht einem negativen elektrischen Ausgangsanschluss mit einer Spannung, die kleiner als das elektrische Erdpotential ist. Das metallische Gehäuse 12, das in dem Fahrzeugaufbau befestigt ist, wird das elektrische Erdpotential.
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Während die Endplatten 19, 20 an dem Gehäuse 12 befestigt sind, können sich die Abmessungen der Zellenstapel 17, 18 infolge von Wärmeausdehnung, Wärmekontraktion oder dergleichen, die sich aus Temperaturänderungen ergeben, in der Stapelrichtung ändern. Dementsprechend sind zwischen der Endplatte 19 und der Elektrodenplatte 21a und zwischen der Endplatte 19 und der Elektrodenplatte 23a gestapelte Tellerfedern (nicht gezeigt) befestigt, um eine Ausgestaltung zu erreichen, in der die stromerzeugende Zellen 16, die Elementarzellen sind, welche die Zellenstapel 17, 18 bilden, immer abwechselnd durch eine geeignete Kraft in Verpresskontakt stehen.
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Im Gehäuse 12 befinden sich ummantelte Kabel 31, 33 zum Abführen von elektrischem Strom von dem Körper aus gestapelten Zellen 15, ein Relais 25, das einen Kabelstrang 35 und einen elektrischen Schaltkreis abschaltet, der Stromkreis, ein Verteiler (nicht gezeigt) und dergleichen. Das Relais 25 und die elektrischen Ausgangsanschlüsse 21, 23, die ein positiver Anschluss und ein negativer Anschluss sind, sind elektrisch durch die biegbaren ummantelten Kabel 31, 33 miteinander verbunden. Die ummantelten Kabel 31, 33 sind mit einem Bolzen 26 und einer Mutter 28 an dem positiven und dem negativen elektrischen Ausgangsanschluss 21, 23 befestigt und an den Anschlüssen des Relais 25.
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Ein Wartungsstecker 27 ist an einer Position an der Seite und der Rückseite des Gehäuses 12 befestigt, während das Relais 25 und der Wartungsstecker 27 durch den ummantelten Kabelstrang 35 für jeden positiven und negativen Anschluss elektrisch verbunden sind. Daneben erstreckt sich ein Stromausgangskabel 37 von dem Wartungsstecker 27 zu dem Äußeren des Gehäuses 12 und der Kabelstrang 35 und das Stromausgangskabel 37 sind elektrisch durch den Wartungsstecker 27 verbunden.
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In der Anordnung wie beschrieben wird der elektrische Strom, der von dem Brennstoffzellenmodul 11 erzeugt wird, von dem Stromausgangskabel 37 über das Relais 25 und den Wartungsstecker 27 abgeführt und das Abführen kann durch das Relais 25 und den Wartungsstecker 27 abgeschaltet werden. Das Relais 25 steuert den elektrischen Fluss zwischen den Anschlüssen, mit denen die ummantelten Kabel 31, 33 verbunden sind, und dem Anschluss, mit dem der Kabelstrang 35 für die positiven und negativen Anschlüsse verbunden ist, entsprechend einem extern zugeführten Steuersignal. Zum Beispiel bleibt das Relais 25, wenn das Fahrzeug fährt oder dergleichen, normalerweise auf AN und es ist möglich, Strom aus dem Brennstoffzellenmodul 11 abzuführen. Entsprechend einem Steuersignal, das ausgegeben wird, wenn ein Crashsensor (nicht gezeigt) eine Kollision oder dergleichen des eigenen Fahrzeugs feststellt, wird das Relais indessen auf AUS geschaltet und die Ausgabe des Brennstoffzellenmoduls 11 wird abgeschaltet.
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Unterdessen wird die Endplatte 20 des Körpers 15 aus den gestapelten Zellen mit der Kraftstoff-Einlassleitung 41 und der Abgas-Auslassleitung 43 versehen. Diese Leitungen sind an der Rückseite unter dem Raum in der Fahrzeugfront 10 angeordnet, in welchem das Gehäuse 12 vorgesehen ist.
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Weitere Komponenten zum Betreiben des Fahrzeugs, wie ein Kühler 51 oder dergleichen, sind in dem Raum in der Fahrzeugfront 10 zusätzlich zu dem Gehäuse 12, in dem der Körper aus gestapelten Zellen 15 untergebracht ist, untergebracht und Vorderräder 57 sind an beiden Seiten angebracht. Der Kühler 51 ist zwischen dem Gehäuse 12 und einem Frontgrill 53 an der Vorderseite des Raums 10 angeordnet und derart ausgestaltet, dass er mit einem Kühlmittelweg, welcher in dem Brennstoffzellenmodul 11 zirkuliert, verbunden werden kann, um ein Kühlen eines flüssigen Kühlmittels, welches den Kühlmittelweg durchströmt, zu ermöglichen.
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3 ist eine schematische Aufrissskizze, die das Brennstoffzellenmodul 11 zeigt, das in den Raum in der Fahrzeugfront 10 eingebaut ist. Wie in 3 gezeigt, weist der Raum in der Fahrzeugfront 10 eine Form auf, die über die Fahrzeugfront hinausragt. Daneben sind das Fahrzeuginnere 63, in welchem ein Lenkrad 59 und dergleichen eingebaut sind, und der Bereich in dem Raum 10 durch eine Trennwand 61 voneinander getrennt.
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Das Brennstoffzellenmodul 11 ist in der Nähe der Mitte des Raums 10 eingebaut und derart an dem Fahrzeugaufbau befestigt, dass die stromerzeugenden Zellen 16 in der Längsrichtung des Fahrzeugs gestapelt sind. Der Körper aus gestapelten Zellen 15 ist in dem Gehäusekörper 12a untergebracht. Das Gehäuse 12 ist durch Befestigen der Abdeckung 14 an der Oberseite des Gehäusekörpers 12a luftdicht gemacht. Der Gehäusekörper 12a und die Abdeckung 14 weisen an ihren Innenflächen eine Isolierschicht 13 auf. Die einzelnen Elektrodenplatten 21a, 23a des positiven Anschlusses und des negativen Anschlusses sind an der Vorderseite des Körpers aus gestapelten Zellen 15 gestapelt und die einzelnen Elektrodenplatten 21a, 23a sind mit den einzelnen elektrischen Ausgangsanschlüssen 21, 23 versehen, welche Vorsprünge bilden, die zu der Oberseite des Fahrzeugs hin vorstehen. Des Weiteren ist die Abdeckung 14 derart gebildet, dass sie einen gewölbten Abschnitt in dem Bereich zur Front hin aufweist, welcher die einzelnen elektrischen Ausgangsanschlüsse 21, 23 abdeckt, um so einen notwendigen Abstand für diese einzelnen elektrischen Ausgangsanschlüsse 21, 23 bereitzustellen.
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Wie in 4 gezeigt, sind die einzelnen Elektrodenplatten 21a, 23a des positiven Anschlusses und des negativen Anschlusses derart ausgestaltet, dass sie durch eine mittlere Teilung voneinander isoliert sind, und die einzelnen elektrischen Ausgangsanschlüsse 21, 23 des positiven Anschlusses und des negativen Anschlusses sind derart angeordnet, dass sie hervorstehen. Die Abdeckung 14 des Gehäuses 12 wölbt sich von der verbundenen Oberfläche aus nach oben, so dass ein Abstand für die einzelnen elektrischen Ausgangsanschlüsse 21, 23 bereitgestellt wird, wie in der Figur gezeigt ist, und die Isolierschicht 13 ist an der Innenfläche angeordnet. Die Isolierschicht 13 kann unter Verwenden einer isolierenden Beschichtung oder dergleichen bereitgestellt werden. Die einzelnen elektrischen Ausgangsanschlüsse 21, 23 sind quadratische Platten, die aus einem leitfähigen Material, wie Kupfer oder dergleichen gebildet sind und ein Loch aufweisen, welches in der Mitte derselben gebildet ist. Unterdessen sind die ummantelten Kabel 31, 33, die den elektrischen Strom von den einzelnen elektrischen Ausgangsanschlüssen 21, 23 abnehmen, biegbare Kabel und Verbindungsanschlüsse 29, 30 zur Verbindung mit den einzelnen elektrischen Ausgangsanschlüssen 21, 23 sind an jedem Ende der einzelnen ummantelten Kabel 31, 33 angebracht. Die Verbindungsanschlüsse bestehen aus einer Metallplatte, deren führendes Ende L-förmig gebogen ist und ein Loch zur Befestigung der Mitte aufweist. Der Bolzen 26 wird durch jedes der in den Mitten der einzelnen elektrischen Ausgangsanschlüsse 21, 23 gebildeten Löcher und jedes der in den Verbindungsanschlüssen 29, 30 gebildeten Löcher eingeführt und durch Festziehen der Mutter 28 befestigt. Die Verbindungsanschlüsse 29, 30 der ummantelten Kabel 31, 33 sind daher an den einzelnen elektrischen Ausgangsanschlüssen 21, 23 angebracht und befestigt.
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Isolierende Abdeckungen 22, 24 sind als Isolatoren zum Abdecken der Außenflächen der einzelnen elektrischen Ausgangsanschlüsse 21, 23 und der Verbindungsanschlüsse 29, 30, die an den einzelnen elektrischen Ausgangsanschlüssen 21, 23 befestigt sind, angebracht. Die isolierenden Abdeckungen 22, 24 sind bevorzugt aus einem Material wie einem Gummi mit ausreichender Wärmeleitfähigkeit gebildet. Wie in 5A gezeigt, sind die einzelnen isolierenden Abdeckungen 22, 24 zum Beispiel aus Mutterseiten 22a, 24a und Bolzenseiten 22b, 24b der einzelnen elektrischen Ausgangsanschlüsse 21, 23 ausgestaltet. Ein Ende jeder der isolierenden Abdeckungen ist integral gebildet und das andere Ende kann geöffnet werden, so dass sie leicht an den einzelnen elektrischen Ausgangsanschlüssen 21, 23 angebracht werden können. Die isolierenden Abdeckungen 22, 24 sind derart ausgestaltet, dass sie Innenflächen mit ausgesparten Abschnitten aufweisen, so dass sie den einzelnen Formen der elektrischen Ausgangsanschlüsse 21, 23; der Verbindungsanschlüsse 29,30; des Bolzens 26 und der Mutter 28 entsprechen, so dass sie diese Komponenten abdecken, und die Außenfläche außen entsprechend den ausgesparten Abschnitten vorsteht, so dass der Isolator eine im Wesentlichen einheitliche Dicke aufweist. An einer Seite einer Öffnung sind Befestigungsbänder 32, 34 vorgesehen. Die Befestigungsbänder 32, 34 weisen an einem Ende ein Loch auf und sind am anderen Ende mit einem Haken befestigt. Nachdem die isolierenden Abdeckungen 22, 24 an den einzelnen elektrischen Ausgangsanschlüssen 21, 23 und den Verbindungsanschlüssen 29, 30 befestigt wurden, werden, wie in 5B gezeigt, die Löcher der Befestigungsbänder 32, 34 von den Haken eingefangen, um so die einzelnen isolierenden Abdeckungen 22, 24 fest an den einzelnen elektrischen Ausgangsanschlüssen 21, 23 zu befestigen.
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6A und 6B zeigen Schnittansichten der isolierenden Abdeckungen 22, 24, die an den Außenflächen der einzelnen elektrischen Ausgangsanschlüsse 21, 23 und den Verbindungsanschlüssen 29, 30 befestigt sind. Wie in 6A gezeigt sind, wenn die einzelnen isolierenden Abdeckungen 22, 24 an den einzelnen elektrischen Ausgangsanschlüssen 21, 23 durch den Druck der Befestigungsbänder 32, 34 befestigt sind, die Innenflächen der einzelnen isolierenden Abdeckungen 22, 24 aufgrund der Elastizität des Gummimaterials fest an den einzelnen Oberflächen der einzelnen elektrischen Ausgangsanschlüsse 21, 23, der Verbindungsanschlüsse 29, 30, des Bolzens 26 und der Mutter 28 befestigt. Daher wird Wärme aus den einzelnen elektrischen Ausgangsanschlüssen 21, 23, die ebenfalls Wärmeerzeuger sind, zu den einzelnen isolierenden Abdeckungen 22, 24 übertragen und leicht von den Außenflächen abgestrahlt. Somit kann verhindert werden, dass die einzelnen elektrischen Ausgangsanschlüsse 21, 23 einen Temperaturanstieg aufweisen. Da die isolierenden Abdeckungen 22, 24 in Bezug auf die einzelnen Ausgangsanschlüsse 21, 23 und die Verbindungsanschlüsse 29, 30 eine im Wesentlichen gleiche Dicke aufweisen, wird die von den einzelnen Oberflächen abgestrahlte Wärme nicht abgeleitet, die Wärme der einzelnen elektrischen Ausgangsanschlüsse 21, 23 kann gleichmäßig über den gesamten Umfang abgestrahlt werden und Temperaturänderungen können ausgeschlossen werden.
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Da die isolierenden Abdeckungen 22, 24, wie in 6A und 6B gezeigt, eine Dicke aufweisen, die größer als diejenige einer anderen isolierenden Beschichtung oder dergleichen ist, können sie, wenn sie einen Schlag von Außen erfahren, diesen Schlag absorbieren und das Auftreten eines Schadens an den isolierenden Abdeckungen 22, 24 aufgrund ihrer Dicke verringern, so dass die isolierenden Zustände der einzelnen Ausgangsanschlüsse 21, 23 erhalten bleiben können.
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Als nächstes werden die Verformung des Raums 10 und des Brennstoffzellenmoduls 11 und die Aufrechterhaltung der isolierenden Zustände der einzelnen elektrischen Ausgangsanschlüsse 21, 23 in dem Fall beschrieben, in dem die Vorderseite eines Brennstoffzellenfahrzeugs, in welchem das Brennstoffzellenmodul 11 eingebaut ist, das wie vorstehend ausgestaltet ist, mit einem anderen Objekt kollidiert.
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Wie in 7 gezeigt erfasst, wenn die Vorderseite des Brennstoffzellenfahrzeugs mit einem anderen Objekt kollidiert, ein Crashsensor (nicht gezeigt) die Kollision und schaltet das Relais 25 aus, um die Ausgabe des Brennstoffzellenmoduls 11 abzuschalten. Eine Stoßstange 55, die an der Fahrzeugfront befestigt ist, wird als Folge des Frontalaufpralls zur Rückseite des Fahrzeugs hin gedrückt. Daneben wird der Raum 10, der den Frontgrill 53 des Fahrzeugs einschließt, infolge der Kompressionsverformung verkürzt und der Kühler 51 zwischen dem Frontgrill 53 und dem Brennstoffzellenmodul 11 wird nach hinten verschoben und gegen den Gehäusekörper 12a des Brennstoffzellenmoduls 11 und die Abdeckung 14 gedrückt. Da der Gehäusekörper 12a und die Abdeckung 14 aus zum Beispiel einem Metall wie einer Aluminiumlegierung der dergleichen gebildet sind, werden ihre vorderen Teile in plastischer Verformung gequetscht. Zu diesem Zeitpunkt wird die Abdeckung 14 derart verformt, dass sie in der Längsrichtung des Fahrzeugs komprimiert wird und der gewölbte Abschnitt auf der Oberseite der Abdeckung 14 wird auch nach unten, zu den einzelnen elektrischen Ausgangsanschlüssen 21, 23 hin, verformt. Die Verformung bewirkt daher, dass die Innenfläche der Abdeckung 14 die isolierenden Abdeckungen 22, 24 berührt, die an den Außenflächen der einzelnen elektrischen Ausgangsanschlüsse 21, 23 angebracht sind. Wie vorstehend beschrieben, stellt der elektrische Ausgangsanschluss 21 einen positiven elektrischen Ausgangsanschluss mit einer Spannung dar, die größer als das elektrische Erdpotential ist, und der elektrische Ausgangsanschluss 23 stellt einen negativen elektrische Ausgangsanschluss mit einer Spannung dar, die kleiner als das elektrische Erdpotential ist. Da die Abdeckung 14 und der Gehäusekörper 12a aus Metall bestehen und ein Erdpotential bereitstellen, wird eine solche Verformung wahrscheinlich die Isolierung zwischen der metallischen Abdeckung 14 und einem oder beiden metallischen elektrischen Ausgangsanschlüssen 21, 23 beschädigen, so dass die Abdeckung 14 in direkten Kontakt mit einem oder beiden elektrischen Ausgangsanschlüssen 21, 23 kommt, wobei sich aufgrund der Spannungsdifferenz zwischen dem elektrischen Erdpotential und der positiven Spannung oder zwischen dem elektrischen Erdpotential und der negativen Spannung ein Kurzschluss ergibt. Selbst wenn die elektrische Ausgabe des Brennstoffzellenmoduls 11 durch das Relais 25 abgeschaltet wird, befinden sich die einzelnen Elektrodenplatten 21a, 23a des Brennstoffzellenmoduls 11 in Zuständen hoher positiver Spannung und negativer Spannung, so dass, wenn, wie vorstehend beschrieben, ein Kurzschluss eintritt, ein anomales elektrisches Potential in den stromerzeugenden Zellen 16 erzeugt wird und der Katalysator durch zum Beispiel Sintern des Katalysators; Oxidation des getragenen Kohlenstoffs oder dergleichen verschlechtert wird. Wenn die Isolierung zwischen sowohl den elektrischen Ausgangsanschlüssen 21, 23 als auch der Abdeckung 14, die einen Leiter darstellt, beschädigt wird, kann daneben ein Kurzschluss zwischen den elektrischen Ausgangsanschlüssen 21, 23 durch die Abdeckung 14 resultieren. Da die resultierende Spannungsdifferenz doppelt so groß wie die Differenz zwischen der Abdeckung 14 und einem der elektrischen Ausgangsanschlüsse 21, 23 ist, ist der resultierende Schaden des Katalysators wesentlich größer.
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Da die einzelnen elektrischen Ausgangsanschlüsse 21, 23 in der vorliegenden Ausführungsform dicke isolierende Abdeckungen 22, 24 aus Gummi aufweisen, wird der Kontakt der Abdeckung 14 mit den Außenflächen der einzelnen elektrischen Ausgangsanschlüsse 21, 23 die Isolierschicht 13, die aus einer weichen isolierenden Beschichtung gebildet ist, weit weniger wahrscheinlich beschädigen und es ist daher unwahrscheinlich, dass sich die metallische Abdeckung 14 und die einzelnen Ausgangsanschlüsse 21, 23 berühren. Einem Kurzschluss zwischen der Abdeckung 14 und den einzelnen elektrischen Ausgangsanschlüssen 21, 23 oder zwischen den elektrischen Ausgangsanschlüssen 21 und 23 kann somit effektiv vorgebeugt werden, so dass ein Vorteil dadurch erzielt wird, dass einer Verschlechterung des Katalysators infolge anomaler elektrischer Potentiale in den stromerzeugenden Zellen 16, durch zum Beispiel Sintern des Katalysators, Oxidation des getragenen Kohlenstoffs oder dergleichen vorgebeugt werden kann.
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Selbst wenn die Isolierschicht 13 an der Innenfläche der Abdeckung 14 aus einer isolierenden Beschichtung oder dergleichen gebildet ist und nicht auf eine große plastische Verformung der metallischen Abdeckung 14 reagieren kann und die beschichtete Fläche von der metallischen Oberfläche getrennt wird, um die metallische Oberfläche zu der Innenfläche der Abdeckung 14 hin offen zu legen, wird ein Vorteil noch dadurch erzielt, dass die isolierenden Abdeckungen 22, 24, die an den einzelnen elektrischen Ausgangsanschlüssen 21, 23 angebracht sind, einen isolierten Zustand aufrechterhalten können, um einem Kurzschluss der elektrischen Ausgangsanschlüsse effektiv vorzubeugen.
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Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf 8 eine zweite Ausführungsform beschrieben. Entsprechende Komponenten, die auf die gleiche Weise wie diejenigen der vorhergehenden Ausführungsform funktionieren, sind mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, die in der vorhergehenden Ausführungsform verwendet wurden, und eine ausführliche Beschreibung derselben wird nicht wiederholt. Das Brennstoffzellenmodul 11 dieser Ausführungsform weist eine Isolierplatte aus Harz 45 auf, die an der Innenfläche der Abdeckung 14 des Gehäuses 12, das den Körper aus gestapelten Zellen 15 aufnimmt, mit isolierenden Bolzen aus Harz 47 befestigt ist. Es reicht aus, dass die Isolierplatte 45 zwischen den elektrischen Ausgangsanschlüssen 21, 23 und der Isolierschicht 13 an der Innenfläche der Abdeckung 14 befestigt ist, und die Breite derselben kann derart ausgestaltet sein, dass sie der Gesamtbreite des Brennstoffzellenmoduls 11 oder nur dem Abschnitt der elektrischen Ausgangsanschlüsse entspricht. Durch die isolierenden Bolzen 47 aus Harz zur Befestigung ist sie derart ausgestaltet, dass sie ermöglicht einem Kurzschluss zwischen der Abdeckung 14 und den elektrischen Ausgangsanschlüssen 21, 23 oder zwischen den elektrischen Ausgangsanschlüssen 21 und 23 durch die Abdeckung 14 vorzubeugen, selbst wenn die isolierenden Bolzen 47 mit den elektrischen Ausgangsanschlüssen 21, 23 in Kontakt kommen.
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Die Isolierplatte aus Harz 45 weist eine Dicke auf, die größer als diejenige der Isolierschicht 13 ist, die an der Innenfläche der Abdeckung 14 angeordnet ist und sie ist derart ausgestaltet, dass sie aufgrund ihrer Dicke einem Kurzschluss zwischen den einzelnen elektrischen Ausgangsanschlüssen 21, 23 und den metallischen Abschnitten der Abdeckung 14 vorbeugt, selbst wenn eine Kollision eintritt, die die Wölbung in der Abdeckung 14 verformt.
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Unter Bezugnahme auf 9 wird eine weitere Ausführungsform beschrieben. Entsprechende Komponenten, die auf die gleiche Weise wie diejenigen der vorhergehenden Ausführungsform funktionieren, sind mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, die in der vorhergehenden Ausführungsform verwendet wurden, und eine ausführliche Beschreibung derselben wird nicht wiederholt. In dieser Ausführungsform ist eine Isolierplatte aus Harz 46 an einem Befestigungselement zum Befestigen der Endplatte 19 des Körpers aus gestapelten Zellen 15, die in dem Gehäuse 12 untergebracht sind, oder der stromerzeugenden Zellen 16, wie eine Spannplatte, die nicht gezeigt ist, befestigt. In dieser Ausführungsform ist die Isolierplatte 46 mit den isolierenden Bolzen 48 an der Endplatte 19 befestigt. Die Isolierplatte 46 ist zwischen den elektrischen Ausgangsanschlüssen 21, 23 und der Isolierschicht 13 angeordnet, die an der Innenfläche der Abdeckung 14 gebildet ist, und sie ist derart gebildet, dass sie dicker als die Isolierschicht 13 ist, so dass, selbst wenn die Wölbung der Abdeckung 14 infolge einer Kollision oder dergleichen zu den elektrischen Ausgangsanschlüssen 21, 23 hin verformt wird, der metallische Abschnitt der Abdeckung 14 nicht mit den elektrischen Ausgangsanschlüssen 21, 23 in Kontakt kommen und kein Kurzschluss eintreten wird. Die Isolierplatte 46 kann derart ausgestaltet sein, dass sie in der Richtung der Breite des Brennstoffzellenmoduls 11 an der gesamten Fläche befestigt wird oder nur an den elektrischen Ausgangsanschlüssen 21, 23. Ähnlich wie in den vorhergehenden Ausführungsformen wird mit dieser Ausführungsform auch dahingehend ein vorteilhafter Effekt erzielt, dass einem Kurzschluss zwischen der Abdeckung 14 und den einzelnen elektrischen Ausgangsanschlüssen 21, 23 und zwischen den elektrischen Ausgangsanschlüssen 21 und 23 effektiv vorgebeugt werden kann.
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Obwohl in den unter Bezugnahme auf 8 und 9 beschriebenen Beispielen keine isolierenden Abdeckungen 22, 24 für die einzelnen elektrischen Ausgangsanschlüsse 21, 23 vorgesehen sind, ist auch bevorzugt, dass die isolierenden Abdeckungen 22, 24 zusätzlich zu den Isolierplatten aus Harz 45, 46, ähnlich der in 1 bis 6 gezeigten Ausführungsform, angebracht werden.
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Unter Bezugnahme auf 10 wird nachstehend eine noch weitere Ausführungsform beschrieben. Entsprechende Komponenten, die auf die gleiche Weise wie diejenigen der vorhergehenden Ausführungsform funktionieren, sind mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, die in der vorhergehenden Ausführungsform verwendet wurden, und eine ausführliche Beschreibung derselben wird nicht wiederholt. In dieser Ausführungsform sind der erste und der zweite Zellenstapel 17, 18, die den Körper aus gestapelten Zellen 15 bilden, im Gehäuse 12 des Brennstoffzellenmoduls 11 untergebracht. Wie in 10 gezeigt, ist eine Isolierplatte 49 zwischen dem Gehäuse 12 und einer linken Seite des Zellenstapels 17 angeordnet, der zu einer Fahrzeugseite hin angeordnet ist. Wie in 10 ebenfalls gezeigt, wird eine weitere Isolierplatte 49 auch zwischen dem Gehäuse 12 und einer rechten Seite des Zellenstapels 18 angeordnet, der zu der anderen Fahrzeugseite hin angeordnet ist, und eine Isolierfolie 50 ist zwischen dem ersten und dem zweiten Zellenstapel 17 und 18 angeordnet. Die Isolierplatte 49 kann aus einer Gummiplatte oder einer Harzplatte gebildet sein. Die Isolierfolie kann aus einer Gummiplatte oder einer Harzplatte gebildet sein, die dünner als die Isolierplatte 49 ist. Die Isolierplatte 49 und die Isolierfolie 50 können mit isolierenden Bolzen oder dergleichen an dem Gehäuse 12 befestigt sein oder derart ausgestaltet sein, dass sie an den einzelnen Zellenstapeln 17, 18 befestigt sind.
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Die vorliegende Erfindung kann derart ausgestaltet sein, dass die Isolierschicht durch eine isolierende Beschichtung an der Innenfläche des Gehäuses 12 bereitgestellt wird, oder derart, dass sie Isolierplatte 49 dicker als die Isolierschicht ist.
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Bei Verwenden einer Anordnung, wie sie vorstehend beschrieben ist, wird der Effekt hervorgerufen, dass bei einer Seitenkollision, dem Auftreten eines Kurzschlusses zwischen den stromerzeugenden Zellen über das Gehäuse aufgrund einer Verformung des Gehäuses effektiv vorgebeugt werden kann. Ferner wird durch Bereitstellen eines dicken Isolators an der Seitenfläche, die leicht verformt wird, um die isolierenden Eigenschaften der Seite zu erhöhen, der Effekt hervorgerufen, dass der Isolator verringert werden kann.
