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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
Nr. 3767423 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-A 5-74473 beschrieben, und
ein Ausgangskabel zum Abnehmen von elektrischem Strom von der Brennstoffzelle,
welches mit einem Isolator bedeckt ist, wie in der japanischen Patentveröffentlichung
JP-A 2002-208314 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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Offenbarung der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Brennstoffzellenmodul für
ein Fahrzeug, das einen Körper aus gestapelten Zellen einschließt,
der mit elektrischen Ausgangsanschlüssen zum Abnehmen von elektrischem
Strom von den gestapelten stromerzeugenden Zellen versehen ist,
und ein metallisches Gehäuse, das eine Isolierschicht an
seiner Innenfläche aufweist und den Körper aus
gestapelten Zellen beherbergt, wobei ein Isolator, der dicker als
die Isolierschicht ist, zwischen der Isolierschicht und den elektrischen
Ausgangsanschlüssen angeordnet ist.
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Die
vorliegende Erfindung stellt ferner ein Brennstoffzellenmodul für
ein Fahrzeug bereit, das einen Körper aus gestapelten Zellen
einschließt, der mit einem positiven elektrischen Ausgangsanschluss mit
einer Spannung, die größer als ein Erdpotential ist,
und einem negativen elektrischen Ausgangsanschluss mit einer Spannung,
die kleiner als das Erdpotential ist, versehen ist, und ein metallisches
Gehäuse, das eine Isolier schicht an seiner Innenfläche aufweist,
den Körper aus gestapelten Zellen beherbergt und die gleiche
Spannung wie das Erdpotential besitzt, wobei ein Isolator, der dicker
als die Isolierschicht ist, zwischen der Isolierschicht und den
einzelnen elektrischen Ausgangsanschlüssen angeordnet ist.
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In
dem erfindungsgemäßen Brennstoffzellenmodul für
ein Fahrzeug ist der Körper aus gestapelten Zellen bevorzugt
am vorderen Ende des Fahrzeugs angeordnet, wobei die stromerzeugenden
Zellen in der Längsrichtung des Fahrzeugs gestapelt sind
und die elektrischen Ausgangsanschlüsse an der Vorderseite
des Fahrzeugs angeordnet sind; der Isolator bevorzugt aus isolierendem
Gummi oder einem isolierenden Harz besteht; der Isolator bevorzugt
eine isolierende Abdeckung zum Abdecken der elektrischen Ausgangsanschlüsse
ist; der Isolator bevorzugt eine Isolierplatte ist, die an der Innenfläche des
Gehäuses angeordnet ist; und die Isolierplatte bevorzugt
an einem Befestigungselement für den Körper aus
gestapelten Zellen befestigt ist.
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Die
vorliegende Erfindung ist ferner als Brennstoffzellenmodul für
ein Fahrzeug ausgestaltet, das einen Körper aus gestapelten
Zellen einschließt, in dem stromerzeugende Zellen gestapelt
sind, und ein metallisches Gehäuse zum Aufnehmen des Körpers
aus gestapelten Zellen, wobei zwischen dem metallischen Gehäuse
und einer Oberfläche des Körpers aus gestapelten
Zellen, welche einer Fahrzeugseite gegenüberliegt, ein
Isolator angeordnet ist. In dem erfindungsgemäßen
Brennstoffzellenmodul für ein Fahrzeug ist der Isolator
bevorzugt zwischen dem metallischen Gehäuse und den den
einzelnen Fahrzeugseiten gegenüberliegenden, einzelnen
Flächen der einzelnen Körper aus gestapelten Zellen,
die eine Vielzahl von Körpern aus gestapelten, stromerzeugenden
Zellen beherbergen und an beiden Fahrzeugseiten angeordnet sind,
angeordnet; eine Isolierfolie, die dünner als der Isolator
ist, ist bevorzugt zwischen einer Vielzahl der Körper aus
gestapelten, stromerzeugenden Zellen angeordnet, das metallische
Gehäuse weist bevorzugt eine Isolierschicht an seiner Innenfläche
auf und der Isolator ist dicker als die Isolierschicht; und die
Isolierfolie ist bevorzugt dünner als die Isolierschicht.
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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 Stapel richtung 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 führt oder dergleichen,
normalerweise auf AN und es ist möglich, Strom aus dem
Brennstoffzellenmodul 11 abzufüh ren. 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 Diffe renz 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 Isolier schicht 13 ist, so dass,
selbst wenn die Wölbung der Abdeckung 14 infolge
einer Kollision oder dergleichen zu den elektrischen Ausgangsanschlüssen 21, 23 bin
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 bin 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.
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Zusammenfassung
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Brennstoffzellenmodul für
Fahrzeuge
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Ein
Brennstoffzellenmodul für ein Fahrzeug, das einen Körper
aus gestapelten Zellen beherbergt, der mit elektrischen Ausgangsanschlüssen
zum Abnehmen von Strom von den gestapelten stromerzeugenden Zellen
in einem metallischen Gehäuse versehen ist, das eine Isolierschicht
an seiner Innenfläche aufweist, ist derart in einem Raum
in der Fahrzeugfront angeordnet, dass die Stapelrichtung der stromerzeugenden
Zellen einer Längsrichtung des Fahrzeugs entspricht und
die elektrischen Ausgangsanschlüsse der Fahrzeugfront gegenüberliegen.
Eine isolierende Abdeckung aus isolierendem Gummi, die dicker als
eine Isolierschicht der Abdeckung ist, ist an der Außenfläche
der elektrischen Ausgangsanschlüsse angeordnet, um einem
Kurzschluss der elektrischen Ausgangsanschlüsse vorzubeugen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - JP 3767423 [0002]
- - JP 5-74473 A [0003]
- - JP 2002-208314 A [0003]