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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennstoffzelleneinheit. Genauer gesagt betrifft die vorliegende Erfindung eine Verbesserung des Installationsaufbaus einer Zellenüberwachungsvorrichtung in einer Brennstoffzelleneinheit.
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STAND DER TECHNIK
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Um die Spannung (Zellenspannung) der Elementarzellen in einer Brennstoffzelle zu messen, wird eine Zellenüberwachungsvorrichtung (eine Zellenspannungs-Messvorrichtung) verwendet, um einen Leistungserzeugungsstatus, wie beispielsweise eine Schwankung der Zellenspannung während der Leistungs- bzw. Stromerzeugung, zu überwachen. Als herkömmlicher Aufbau zur Installation einer Zellenüberwachungsvorrichtung wurde ein Aufbau vorgeschlagen, bei dem die Zellenüberwachungsvorrichtung an einer Seitenfläche (beispielsweise auf Seiten einer Endplatte) eines Brennstoffzellenstapels (eines Zellenstapelkörpers) angeordnet ist (siehe Patentdokument 1).
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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Mit der Erfindung zu lösendes Problem
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Bei dem vorstehend beschriebenen herkömmlichen Aufbau war es jedoch schwierig, da die Zellenüberwachungsvorrichtung derart installiert ist, dass sie entlang einer Höhenrichtung (der vertikalen Richtung) verläuft, die Zellenüberwachungsvorrichtung maximal in Höhenrichtung zu verwenden. Insbesondere gibt es in einer Situation, bei der ein Brennstoffzellenstapel und eine Zellenüberwachungsvorrichtung unter einem Fahrzeugboden installiert sind, eine strikte Höhenbeschränkung bezüglich des Brennstoffzellenstapels, und der Innenraum eines Stapelgehäuses, das die Unterbodenstruktur maximal ausnutzt, kann nicht effizient genug genutzt werden.
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Unter diesen Gesichtspunkten ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Brennstoffzelleneinheit zu schaffen, die eine Zellenüberwachungsvorrichtung maximal in Höhenrichtung (vertikale Richtung) nutzen kann.
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Mittel zum Lösen des Problems
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Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben intensive Studien betrieben, um die vorstehend genannte Aufgabe zu lösen und schließlich etwas gefunden, das die Aufgabe löst. Die vorliegende Erfindung basiert auf dem Herausgefundenen und schafft eine Brennstoffzelleneinheit nach Anspruch 1, aufweisend: einen Brennstoffzellenstapel mit einem Zellenstapelkörper, in dem Elementarzellen gestapelt sind; und eine Zellenüberwachungsvorrichtung zum Überwachen einer Spannung der Elementarzellen, wobei die Zellenüberwachungsvorrichtung mit einem Spannungsdetektor verbunden ist, der mit einem Spannungserfassungsdraht verbunden ist, der Spannungsdetektor von Zellenüberwachungsvorrichtungsanschlüssen gebildet wird, die Zellenspannungen der jeweiligen Elementarzellen erfassen, die Zellenüberwachungsvorrichtung einen bestimmten Bereich oder mehr hat, der zum Montieren aller Zellenüberwachungsvorrichtungsanschlüsse benötigt ist, und die Zellenüberwachungsvorrichtung in einem Zustand angeordnet ist, bei dem eine Fläche mit dem bestimmten Bereich oder mehr bezüglich einer vertikalen Richtung geneigt ist.
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Da bei dieser Brennstoffzelleneinheit die Zellenüberwachungsvorrichtung bezüglich der vertikalen Richtung geneigt angeordnet ist, ist es möglich, einen Zellenüberwachungsvorrichtung zu verwenden, die, verglichen mit herkömmlichen Zellenüberwachungsvorrichtungen, in Höhenrichtung größer und in Breitenrichtung schmäler ist.
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In der Brennstoffzelleneinheit wird die Zellenüberwachungsvorrichtung geneigt, indem ein Teil der Zellenüberwachungsvorrichtung in der Nähe eines Wärme erzeugenden Teils in einer Brennstoffzelle auf einer gegenüberliegenden Seite des Wärme erzeugenden Teils relativ zu einem Mittelteil in vertikale Richtung der Zellenüberwachungsvorrichtung angeordnet wird, und ein Teil der Zellenüberwachungsvorrichtung in einem anderen Bereich als dem Wärme erzeugenden Teil in der Brennstoffzelle auf einer Seite des Wärme erzeugenden Teils relativ zum Mittelteil in vertikale Richtung der Zellenüberwachungsvorrichtung angeordnet wird.
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In diesem Fall ist die Zellenüberwachungsvorrichtung derart geneigt, dass sie vom Wärme erzeugenden Teil im Zellenstapelkörper entfernt ist. Es ist dementsprechend möglich, eine Verschlechterung der Zellenüberwachungsvorrichtung aufgrund von Wärme zu verhindern.
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Die Brennstoffzelleneinheit kann ferner eine Klammer zum Befestigen der Zellenüberwachungsvorrichtung aufweisen, wobei die Klammer an Seitenflächen, die an beiden Seiten in horizontale Richtung der Fläche der Zellenüberwachungsvorrichtung mit dem bestimmten Bereich oder mehr der Zellenüberwachungsvorrichtung liegen angeordnet ist.
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Bei einem herkömmlichen Aufbau ist eine Klammer an einer Zellenüberwachungsvorrichtungsfläche auf der gegenüberliegenden Seite des Brennstoffzellenstapels angeordnet. Durch Anordnen der Klammer an der Seitenfläche in horizontale Richtung der Zellenüberwachungsvorrichtung wie in der vorliegenden Erfindung kann dagegen ein Raum zwischen der Zellenüberwachungsvorrichtungsfläche an der gegenüberliegenden Seite des Brennstoffzellenstapels und einer Innenwandfläche des Stapelgehäuses vergrößert werden. Dementsprechend ist es möglich, die Bearbeitbarkeit bei der Verkabelung eines Spannungserfassungsdrahtes aufgrund des vergrößerten Raums zu verbessern, ohne dass die Größe des Stapelgehäuses erhöht werden müsste.
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Die Brennstoffzelleneinheit kann weiter eine Klemme zum Beschränken einer Verdrahtung eines Kommunikationskabels, das von der Zellenüberwachungsvorrichtung verläuft, aufweisen, wobei die Klammer mit einem Klemmensitz ausgebildet ist, auf dem die Klemme sitzt, und eine Sitzfläche des Klemmensitzes zu einem Grad geneigt ist, so dass die Sitzfläche von einer Betrachtungsrichtung eines Bedieners sichtbar ist.
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Durch das Anordnen der Klemme derart, dass diese in einer Betrachtungsrichtung geneigt ist, ist es mit einer derartigen Konfiguration möglich, den Sitz der Klemme leicht zu prüfen.
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Eine weitere Lösung der vorstehend diskutierten Aufgabe bildet das Brennstoffzelleneinheit nach Anspruch 5, aufweisend: einen Brennstoffzellenstapel mit einem Zellenstapelkörper, in dem Elementarzellen gestapelt sind, und eine Zellenüberwachungsvorrichtung zum Überwachen einer Spannung der Elementarzellen. Die Zellenüberwachungsvorrichtung ist mit einem Spannungsdetektor verbunden, der mit einem Spannungserfassungsdraht verbunden ist, wobei der Spannungsdetektor von Zellenüberwachungsvorrichtungsanschlüssen gebildet wird, die Zellenspannungen der jeweiligen Elementarzellen erfassen. Die Zellenüberwachungsvorrichtung hat einen bestimmten Bereich oder mehr, der zum Montieren aller Zellenüberwachungsvorrichtungsanschlüsse benötigt ist, und die Zellenüberwachungsvorrichtung ist in einem Zustand angeordnet, bei dem eine Fläche mit dem bestimmten Bereich oder mehr bezüglich einer vertikalen Richtung geneigt ist. Die Brennstoffzelleneinheit hat ferner Klammer zum Befestigen der Zellenüberwachungsvorrichtung, wobei die Klammer an Seitenflächen, die an beiden Seiten in horizontale Richtung der Fläche mit dem bestimmten Bereich oder mehr der Zellenüberwachungsvorrichtung liegen, angeordnet ist, und eine Klemme zum Beschränken einer Verdrahtung eines Kommunikationskabels, das von der Zellenüberwachungsvorrichtung verläuft, wobei die Klammer mit einem Klemmensitz ausgebildet ist, auf dem die Klemme sitzt, und eine Sitzfläche des Klemmensitzes zu einem Grad geneigt ist, so dass die Sitzfläche von einer Betrachtungsrichtung eines Bedieners sichtbar ist.
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Bei der oben diskutierten Brennstoffzelleneinheit kann die Klemme ferner eine Öffnung haben, durch die das Kommunikationskabel durch die Klemme reicht, wobei die Öffnung in eine Richtung angeordnet ist, in die das von der Zellenüberwachungsvorrichtung nach außen gelegte Kommunikationskabel von der Zellenüberwachungsvorrichtung nach Außen ragt.
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EFFEKT DER ERFINDUNG
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, die Zellenüberwachungsvorrichtung maximal in Höhenrichtung (vertikale Richtung) zu nutzen.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
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- 1 zeigt eine Explosionsansicht eines beispielhaften Aufbaus einer Brennstoffzelleneinheit gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gesehen von schräg unten;
- 2 zeigt eine Ansicht eines beispielhaften Aufbaus eines Teils um eine Zellenüberwachungsvorrichtung der Brennstoffzelleneinheit, die unter einem Bodenblech eines Brennstoffzellenfahrzeugs angeordnet ist;
- 3 zeigt die in 2 gezeigte Brennstoffzelleneinheit (ohne das Stapelgehäuse) gesehen von deren Bodenflächenseite;
- 4 zeigt eine perspektivische Ansicht eines beispielhaften Aufbaus einer Zellenüberwachungsvorrichtung, die eine Klammer mit einem Klemmensitz hat;
- 5 zeigt eine Draufsicht auf die in 4 gezeigte Zellenüberwachungsvorrichtung;
- 6 zeigt eine Draufsicht auf eine Brennstoffzelleneinheit mit der Klammer mit dem Klemmensitz, und zeigt eine Betrachtungsrichtung eines Bedieners;
- 7 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Beispiels einer Zellenüberwachungsvorrichtung mit einem Kommunikationskabel, das derart verkabelt ist, dass es keine Auswirkungen auf den Rand der Zellenüberwachungsvorrichtung hat;
- 8 zeigt eine Ansicht, die einen Grundriss einer beispielhaften Verkabelung eines Kommunikationskabels zeigt, dass es keine Auswirkungen auf den Rand der Zellenüberwachungsvorrichtung hat;
- 9 zeigt eine Ansicht, die als Vergleichsbeispiel einen beispielhaften Aufbau eins Teils um eine Zellenüberwachungsvorrichtung einer herkömmlichen Brennstoffzelleneinheit zeigt, die unter einem Bodenblech eines Brennstoffzellenfahrzeugs angeordnet ist; und
- 10 zeigt eine Darstellung, die als Vergleichsbeispiel den Aufbau der Brennstoffzelleneinheit aus 9 (ohne das Stapelgehäuse) gesehen von deren Bodenfläche zeigt.
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AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
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Die Konfiguration der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend im Detail basierend auf einer beispielhaften Ausführungsform beschrieben, die in den beigefügten Zeichnungen (siehe 1 bis 8) dargestellt ist.
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<Grundriss der Elementarzellen, des Zellenstapelkörpers, etc.>
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Eine Brennstoffzelleneinheit 1 der vorliegenden Ausführungsform hat einen Zellenstapelkörper in dem eine Mehrzahl von Elementarzellen (nachfolgend an einigen Stellen auch vereinfacht als „Zellen“ bezeichnet) gestapelt ist, und der Zellenstapelkörper hat einen Aufbau, bei welchem Stromkollektoren, die mit Ausgangsanschlussklemmen ausgestaltet sind, und Isolierplatten sequentiell an der Außenseite der Zellen 2, 2 angeordnet sind, die an den jeweiligen Enden des Zellenstapelkörpers liegen. Der Brennstoffzellenstapel 3 mit diesem Brennstoffzellenstapelkörper, etc. wird mit einer darauf in Stapelrichtung aufgebrachten Last in einem Zustand befestigt, bei welchem der Brennstoffzellenstapel sandwichartig von einem Paar Endplatten (nicht dargestellt) aufgenommen ist und Beschränkungselemente, die durch Zugplatten (nicht dargestellt) gebildet sind, angeordnet sind, um diese Endplatten zu verbinden.
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Die Elementarzelle 2 hat: eine Membranelektrodenanordnung (nicht dargestellt) in der Elektroden an beiden Seitenflächen einer Elektrolytmembran angeordnet sind; sowie ein Paar Separatoren (nicht dargestellt), welche die Membranelektrodenanordnung sandwichartig umfassen. Die Elementarzellen 2 sind in Reihe gestapelt, um den Zellenstapelkörper zu bilden. Der Stapelkörper des Brennstoffzellenstapels 3 ist mit einer Gasauslassdurchgangsöffnung 4 (siehe 1) ausgebildet.
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Der Brennstoffzellenstapel 3 ist in einem Stapelgehäuse 10 (siehe 1) aufgenommen. Obgleich die Art und Weise der Aufnahme des Brennstoffzellenstapels 3 nicht in besonderer Weise beschränkt ist, ist der Brennstoffzellenstapel 3 der vorliegenden Ausführungsform von der Seite der Bodenfläche in dem Stapelgehäuse 10 in einer quer eingebauten Stellung aufgenommen, so dass die Zellstapelrichtung senkrecht zur vertikalen Richtung ist (in 1 wird die obere Seite in vertikale Richtung durch einen Pfeil und das Bezugszeichen UPR bezeichnet). Eine Abdeckung 11 ist an der Bodenfläche des Stapelgehäuses 10, das den Brennstoffzellenstapel 3 aufnimmt, vorgesehen (siehe 1).
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Wenn die Brennstoffzelleneinheit 1 als Fahrzeugleistungserzeugungssystem eines Brennstoffzellenhybridfahrzeugs (FCHV) verwendet wird, ist das Stapelgehäuse 10 beispielsweise unter einem Fahrzeugboden wie unter einem Bodenblech FP des Fahrzeugs (siehe 2) installiert. Dies ist lediglich ein Beispiel der Anwendung und die Brennstoffzelleneinheit 1 kann alternativ als Leistungserzeugungssystem verwendet werden, das in einer Vielzahl beweglicher Körper (beispielsweise Schiffe und Flugzeuge) installiert ist, in selbstfahrenden Gegenständen wie Robotern sowie als stationäres Leistungserzeugungssystem.
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In der vorliegenden Ausführungsform wird eine Zellenüberwachungsvorrichtung (Zellenspannungs-Messvorrichtung) 6 zum Überwachen der Spannung einer jeden Elementarzelle 2 als Mittel zum Diagnostizieren der Brennstoffzelle verwendet. Die Zellenüberwachungsvorrichtung 6 misst die Spannung einer jeden Elementarzelle 2 (Zellenspannung) unter Verwendung eines Spannungsdetektors, der mit einem Spannungserfassungsdraht 61 verbunden ist, und stellt Material zum Diagnostizieren des Leistungserzeugungsstatus bereit. Der Spannungsdetektor ist ein Anschluss (ein Zellenüberwachungsanschluss) zum Erfassen der Spannung (Zellenspannung) einer jeden Elementarzelle 2 (siehe 1).
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In der nachfolgenden Beschreibung der vorliegenden Ausführungsform wird zunächst der Grundriss des Aufbaus der Elementarzelle 2, des Brennstoffzellenstapels 3, etc. beschrieben, welche die Brennstoffzelleneinheit 1 bilden, dann werden Probleme beschrieben, welche Brennstoffzelleneinheiten mit dem herkömmlichen Aufbau, als Vergleichsbeispiel hatten, und anschließend wird der Installationsaufbau der Zellenüberwachungsvorrichtung 6 der Brennstoffzelleneinheit 1 im Vergleich mit dem herkömmlichen Aufbau beschrieben.
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<Probleme die einige Brennstoffzelleneinheiten mit herkömmlichen Aufbau hatten (Vergleichsbeispiel 1)>
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Beispiele derartiger Probleme umfassen Folgendes (siehe 9 und 10).
- (I) Die Höhe des Brennstoffzellenstapels neigt dazu groß zu sein. Insbesondere gibt es, wenn Elementarzellen unter einem Fahrzeugboden eines Brennstoffzellenfahrzeugs installiert werden, eine strikte Größenbeschränkung insbesondere in Höhenrichtung (vertikale Richtung).
- (II) Da ein tropfdichter-Protektor, ein wasserdichter Anschluss, etc. benötigt werden, ist die Anzahl der Komponenten und somit die Größe erhöht. Insbesondere kann Taukondenswasser, etc. an und entlang des Spannungserfassungsdrahtes fließen und in die Zellüberwachungsvorrichtung oder Zellen gelangen. Dieses Phänomen tritt insbesondere bei einem Aufbau auf, bei dem die Elementarzellen unter dem Fahrzeugboden angeordnet sind.
- (III) Die Positionen des zellenseitigen Anschlusses und eines Zellenüberwachungsvorrichtung-seitigen Anschlusses des Spannungsüberwachungsdrahtes können nicht vorab eingestellt werden und in einigen Fällen ist die Verarbeitbarkeit zum Anbringen des Spannungserfassungsdrahtes schlecht und der Spannungserfassungsdraht kann nicht gefaltet werden.
- (IV) Die Zellenüberwachungsvorrichtung kann in der Nähe eines Wärme erzeugenden Teiles (z.B. in der Nähe des zellenseitigen Anschlusses) des Brennstoffzellenstapels angeordnet sein. In diesem Fall kann die Zellenüberwachungsvorrichtung durch die Wärme beschädigt werden.
- (V) Wenn eine Klemme zum Beschränken der Richtung eines Kabels, das von der Zellenüberwachungsvorrichtung verläuft, angebracht wird, bringt der Bediener die Klemme in vertikale Richtung aus der Betrachtungsrichtung an, und es kann schwierig sein, die Klemme und eine Verbindungsfläche zum Anbringen zu erkennen.
- (VI) Ein Kabel, das von der Zellenüberwachungsvorrichtung verläuft, kann mit einer Ecke oder dergleichen der Zellenüberwachungsvorrichtung in Kontakt kommen und diese beschädigen.
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Hinsichtlich des Problems (I) kann bei einigen herkömmlichen und üblichen Brennstoffzelleneinheiten ein Raum, der benötigt ist, um die Zellenüberwachungsvorrichtung anzubringen, aufgrund der Raumbeschränkungen nicht gewährleistet werden. In derartigen Fällen treten Probleme wie die schlechte Bearbeitbarkeit beim Anbringen der Zellenüberwachungsvorrichtung, erhöhte Kosten aufgrund der Zunahme der Bearbeitungszeit und eine Wechselwirkung mit Peripheriekomponenten auf. Zudem neigt, aufgrund der Tatsache, dass es eine Höhenbegrenzung gibt, da ein Bereich einer gewissen Größe zum Anbringen der Vorrichtungen benötigt ist, die Breite der Zellenüberwachungsvorrichtung dazu, groß zu sein. Es ist somit schwierig, ein Befestigungselement (eine Klammer) für die Zellenüberwachungsvorrichtung an seitlichen Abschnitten in Breitenrichtung der Zellenüberwachungsvorrichtung anzubringen. In einem derartigen Fall muss die Klammer an der Zellenüberwachungsvorrichtungsfläche auf der gegenüberliegenden Seite des Brennstoffzellenstapels angebracht werden, um ein Wechselwirken zwischen der Klammer und dem Stapelgehäuse zu vermeiden (siehe 9 und 10).
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<Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung (Installationsaufbau der Zellenüberwachungsvorrichtung 6 in der Brennstoffzelleneinheit)>
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Die Zellenüberwachungsvorrichtung 6 der vorliegenden Ausführungsform ist an einer Seitenfläche (einer Zellenstapelfläche, d.h. einer Seitenfläche entlang der Zellenstapelrichtung) des Brennstoffzellenstapels 3 angeordnet und im Stapelgehäuse 10 zusammen mit dem Brennstoffzellenstapel 3 aufgenommen. Zudem ist die Zellenüberwachungsvorrichtung 6 bezüglich der vertikalen Richtung (nach unten in Richtung der Schwerkraft) geneigt angeordnet (siehe 2). Durch das Neigen der Zellenüberwachungsvorrichtung 6 in einem solchen Zustand im Stapelgehäuse 10 wird es möglich, die Größe des Stapelgehäuses 10 durch Abschrägen des Stapelgehäuses 10 an einer Stelle in der Nähe des Bodenblechs FP oder durch Vergrößern eines Kammerabschnitts der ursprünglich vorliegt (siehe die abwechselnd lang-doppelpunktiert-gestrichelte Linie in 2) zu verringern. (Es ist insbesondere möglich, die Größe (Größe A) eines Bereichs, der von der Seitenfläche des Brennstoffzellenstapels 3 zu einem (Teil eines) geneigten Abschnitts), der aus dem Abschrägen des Stapelgehäuses 10 resultiert, (den durch das Bezugszeichen A in 2 bezeichneten Bereich) verläuft, zu verringern). Durch Verringern der Größe des Stapelgehäuses 10 auf diese Weise wird es möglich, den Raum in der Fahrgastzelle des Brennstoffzellenhybridfahrzeugs zu erhöhen, so dass es möglich ist, das vorstehend genannte Problem (I) zu lösen.
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Bezüglich einer derartigen Zellenüberwachungsvorrichtung 6 ist der zellenseitige Anschluss 62 des Spannungserfassungsdrahts 61 an der Fläche angeordnet, an welcher die Zellenüberwachungsvorrichtung 6 angeordnet ist, so dass er entlang einer unteren Seitenkante (eines unteren Randes) in vertikale Richtung der Zellenüberwachungsvorrichtung 6 ausgerichtet ist (siehe 1). Durch das Anordnen des zellenseitigen Anschlusses 62 wie vorstehend beschrieben, kann der Spannungserfassungsdraht 61 ohne gefaltet zu werden verkabelt werden, und das vorstehend genannte Problem (III) kann vermieden werden. Zudem können, durch das ausgerichtete Anordnen des zellenseitigen Anschlusses 62 entlang der unteren Seitenkante in vertikale Richtung der Zellenüberwachungsvorrichtung 6 die Probleme (II) und (III) gelöst werden.
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Es sei angemerkt, dass der zellenseitige Anschluss 62 vorzugsweise in der Nähe der Gasauslassdurchgangsöffnung 4 (siehe 1) angeordnet ist. In einem solchen Fall kann, durch Überwachen eines Bereichs um einen Abschnitt, der anfällig für einen Spannungsabfall ist, der Spannungsstatus der Zellen 2 prompt erfasst werden.
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Wenn die Zellenüberwachungsvorrichtung 6 relativ zur vertikalen Richtung, wie vorstehend beschrieben, geneigt angeordnet ist, kann der Raum zwischen dem Brennstoffzellenstapel 3, der eine Wärmequelle darstellt, und der Zellenüberwachungsvorrichtung 6 erhöht werden. Durch Vorsehen einer derartigen Neigung ist, obgleich ein oberer Abschnitt in vertikale Richtung der Zellenüberwachungsvorrichtung 6 nahe am Brennstoffzellenstapel 3 angeordnet ist, der wärmeerzeugende Effekt (die Menge an Wärmeerzeugung) des Brennstoffzellenstapels 3 insgesamt in einem unteren Abschnitt höher (einem Abschnitt in der Nähe des Anschlusses) als in einem oberen Abschnitt. Es ist somit möglich, die Zellenüberwachungsvorrichtung 6, die in der Nähe des Anschlusses mit einem hohen Wärmeerzeugungseffekt angeordnet ist, vom Brennstoffzellenstapel 3 entfernt anzuordnen. Mit einer derartigen Konfiguration kann das vorstehend genannte Problem (IV) gelöst werden, indem der Effekt der Wärme vom Brennstoffzellenstapel 3 der auf die Zellenüberwachungsvorrichtung 6 wirkt, verringert werden kann, und die Lebensdauer des resultierenden Produkts erhöht werden kann, sowie eine Kostenverringerung aufgrund der Lockerung der Wärmewiderstandsspezifikationen erzielt werden kann.
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Bei der Brennstoffzelleneinheit 1, in welcher die Zellenüberwachungsvorrichtung 6 wie vorstehend beschrieben angeordnet ist, ist es möglich, eine Zellenüberwachungsvorrichtung 6 zu verwenden, die, im Vergleich zu herkömmlichen Vorrichtungen, in Höhenrichtung größer (länger in Längsrichtung) und in Breitenrichtung kleiner ist. Insbesondere kann, obgleich die Zellenüberwachungsvorrichtung 6 herkömmlich in Breitenrichtung eher groß war, da ein Bereich einer bestimmten Größe zum Montieren einer bestimmten Vorrichtung unter Berücksichtigung der vorstehend beschriebenen Höhenbeschränkung der Zellenüberwachungsvorrichtung 6 benötigt wurde, die vorliegende Erfindung eine Zellenüberwachungsvorrichtung 6 verwenden, die im Vergleich zu herkömmlichen Vorrichtungen in Höhenrichtung größer ist (in Längsrichtung länger), wobei die Größe der Zellenüberwachungsvorrichtung 6 in Breitenrichtung verringert werden kann (die Zellenüberwachungsvorrichtung 6 kann schlanker ausgebildet werden).
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In der vorliegenden Ausführungsform sind die Klammern 7 zum Fixieren der Zellenüberwachungsvorrichtung 6 an Seitenflächen in horizontale Richtung einer derart verschmälert ausgestalteten Zellenüberwachungsvorrichtung 6 angeordnet (an beiden Seiten in Breitenrichtung der Zellenüberwachungsvorrichtung 6), dass sie nicht in Wechselwirkung mit dem Stapelgehäuse 10 treten (siehe 2 und 3). Wenn die Klammern 7 auf diese Weise angeordnet werden, muss keine der Klammern an einer Fläche auf der gegenüberliegenden Seite des Brennstoffzellenstapels 3 der Zellenüberwachungsvorrichtung 6 angeordnet werden. Mit einer derartigen Konfiguration wird es möglich, die Probleme (III) und (V) durch Erhöhen der Größe B (der Größe zwischen der Klammer 7 und der Innenwand des Stapelgehäuses 10) zu lösen, ohne dass die Größe des Stapelgehäuses 10 vergrößert werden muss. Es ist alternativ auch möglich, einen bestimmten Bereich auf einer Rückseite der Zellenüberwachungsvorrichtung 6 (auf der dem Brennstoffzellenstapel 3 gegenüberliegenden Seite) zu sichern, so dass die Zellenüberwachungsvorrichtung 6 weiter vom Wärme erzeugenden Teil entfernt angeordnet werden kann.
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Ein Befestigungslasthalteelement wird durch Bezugszeichen 12 in 2 bezeichnet. Zudem wird ein Raum in horizontale Richtung zwischen dem untersten Ende der Zellenüberwachungsvorrichtung 6 und dem Befestigungslasthalteelement durch Bezugszeichen C bezeichnet.
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Die nachfolgende Beschreibung der Ausführungsform beschreibt zunächst ein Kommunikationskabel (einen Kabelbaum) einer Spannungserfassungseinheit für eine Brennstoffzelle durch Aufzeigen der Probleme, die der herkömmliche Aufbau hatte als Vergleichsbeispiel, und beschreibt anschließend ein Kommunikationskabel einer Spannungserfassungseinheit der Brennstoffzelleneinheit 1 der vorliegenden Erfindung im Vergleich mit dem herkömmlichen Aufbau. Die Spannungserfassungseinheit ist eine Einheit mit (1) einem Einheitskörper, (2) einem Anschluss sowie einer Drahtanordnung (z.B. 10 Drähte) zum Messen der Zellenspannung der Elementarzellen, (3) einem Kabel 9 zur Kommunikation zwischen der Spannungserfassungseinheit und beispielsweise einer Fahrzeug-ECU, etc.
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<Probleme, die herkömmliche Kommunikationskabel hatten (Vergleichsbeispiel 2)>
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Das Kommunikationskabel 9 muss in einem sehr engen Bereich im Stapelgehäuse 10 verlegt (verkabelt) werden. Zusätzlich ist die Position zum Verkabeln des Kommunikationskabels 9 eine Ecke in dem Stapelgehäuse 10, in der das Kommunikationskabel 9 mit einer rauen Fläche (casting surface) des Gehäuses in Wechselwirkung treten kann. Darüber hinaus ist das Kommunikationskabel 9 üblicherweise lang. Da um das Kommunikationskabel Hochspannungskomponenten (wie die Brennstoffzelle) und Hochtemperaturkomponenten (eine Busschiene) vorhanden sind, ist die Verdrahtung schwierig.
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Die Konfiguration eines derart herkömmlichen Kommunikationskabels und die daraus resultierenden Probleme umfassen folgendes:
- Eine Klammer und ein Klemmensitz zum Beschränken der Verkabelung waren herkömmlich separat angeordnet.
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Die Klemme war in die Klammer als separate Komponente von oben eingesetzt. Aufgrund der Ausbildung als separate Komponenten waren sie teuer und benötigten eine Menge von Arbeitsschritten. Zudem war es nicht möglich zu prüfen, ob die Klemme korrekt eingesetzt wurde oder nicht.
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<Ausführungsform der vorliegenden Erfindung (bezüglich der Verdrahtung des Kommunikationskabels)>
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Die Brennstoffzelleneinheit 1 der vorliegenden Ausführungsform hat ferner eine Klemme 8 zum Beschränken der Ausrichtung des Kommunikationskabels 9, das von der Zellenüberwachungsvorrichtung 6 verläuft (siehe 4 bis 6). In der vorliegenden Ausführungsform ist ein Klemmensitz 7a, auf den die Klemme 8 aufgesetzt und fixiert werden kann, integral an der Klammer 7 zum Fixieren der Zellenüberwachungsvorrichtung 6 ausgebildet, und die Sitzfläche des Klemmensitzes 7a hat einen Winkel, durch den ein Spalt zwischen der Klemme 8 und dem Klemmensitz 7a sichtbar ist. In anderen Worten: durch Verwenden des Klemmensitzes 7a mit einer Gestalt mit einer geneigten Sitzfläche oder durch Anbringen der Klammer 7 derart, dass die Sitzfläche geneigt ist, ist die Sitzfläche in geeigneter Weise geneigt. Mit einem derartigen Aufbau kann, durch Anordnen der Klemme 8 mit einer Neigung in Betrachtungsrichtung eines Bedieners, der Sitz der Klemme 8 durch einfache Sichtprüfung geprüft werden (es kann geprüft werden, ob die Klemme 8 sicher auf dem Klemmensitz 7a der Klammer 7 sitzt) (siehe 6, etc.). Im Vergleich zum herkömmlichen Aufbau, der Kosten für Komponenten und Kosten für die separate Befestigung verursacht, da die Klammer für die Klemme als separate Komponente vorgesehen ist, können hier derart übermäßige Ausgaben vorteilhaft verhindert werden. Es sei angemerkt, dass, obgleich verschiedene spezifische Ausführungsformen zum sichtbaren Ausbilden eines Spalts zwischen der Klemme 8 und dem Klemmensitz 7a möglich sind, ein Beispiel eine Ausführungsform ist, bei der die Klemme 8 relativ zur Richtung nach unten der vertikalen Linie geneigt ist (siehe 6, etc.).
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Die Klammern 7 sind an Stellen angeordnet, die in Längsrichtung der Zellenüberwachungsvorrichtung 6 ausgerichtet sind (siehe 4, etc.). Die Klammern 7 sind an den jeweiligen Enden der Zellenüberwachungsvorrichtung 6 beispielsweise durch Punktschweißen an zwei Punkten angebracht (siehe 4, etc.). Bezugszeichen 13 in 6 bezeichnet einen Zugstab und Bezugszeichen 91 in 7 bezeichnet einen Anschluss für das Kommunikationskabel 9.
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Die Sitzposition der Klemme 8 ist vorzugsweise derart angeordnet, dass das Kommunikationskabel 9 nicht mit einem Rand (mit Bezugszeichen E in 7 bezeichnet) der Zellenüberwachungsvorrichtung 6 in Wechselwirkung tritt (siehe 8). In einem solchen Fall ist es möglich zu vermeiden, dass das Kommunikationskabel 9 mit dem Rand E in Kontakt gelangt und diesen beschädigt. In diesem Fall ist es ferner möglich, eine Option auszuwählen, bei der Prozesse wie das Abschrägen und Abrunden des Randes E, die hohe Kosten verursachen würden, nicht vorgesehen sind, wodurch die Kosten für derartige Prozesse gesenkt werden können. Es sei angemerkt, dass die Klemmenposition vorzugsweise derart gewählt werden sollte, dass das kürzeste Kommunikationskabel 9 hinsichtlich verschiedener Längen nicht mit dem Rand E der Zellenüberwachungsvorrichtung 6 in Wechselwirkung tritt.
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Bei der Brennstoffzelleneinheit 1 der vorliegenden Ausführungsform hat die Klemme 8 ferner eine Durchgangsöffnung (nicht dargestellt), durch welche das Kommunikationskabel 9 durch die Klemme 8 geht. Diese Durchgangsöffnung ist vorzugsweise in eine Projektionsrichtung des Kommunikationskabels 9, das von der Zellenüberwachungsvorrichtung 6 nach außen verdrahtet ist, angeordnet. Durch das Verdrahten des Kommunikationskabels unter Verwendung der Durchgangsöffnung ist es möglich, das vorstehend genannte Problem (VI) zu lösen, d.h. das Problem, bei welchem das mit der Zellenüberwachungsvorrichtung 6 verdrahtete Kommunikationskabel 9 mit einer Ecke oder dergleichen der Zellenüberwachungsvorrichtung 6 in Kontakt gelangen und diese beschädigen kann (siehe 7 und 8).
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Es sei angemerkt, dass, obgleich die vorstehenden Ausführungsformen Beispiele bevorzugter Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind, die Ausführungsformen hierauf nicht beschränkt sind und verschiedene Modifikationen durchgeführt werden können, ohne von der Idee der Erfindung abzuweichen. Beispielsweise ist es natürlich möglich, obgleich bei der vorstehenden Ausführungsform bezüglich der Beschreibung der Verdrahtung des Kommunikationskabels 9 ein Beispiel beschrieben wurde, in welchem die Zieleinheit eine Zellenüberwachungsvorrichtung 6 ist, auch andere Einheiten die möglicherweise in der Brennstoffzelleneinheit angeordnet sind, als Zieleinheit zu betrachten.
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GEWERBLICHE ANWENDBARKEIT
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Die vorliegende Erfindung ist in geeigneter Weise bei einer Brennstoffzelleneinheit anwendbar, die aufweist: einen Brennstoffzellenstapel mit einem Zellenstapelkörper, in dem Elementarzellen gestapelt sind; und eine Zellenüberwachungsvorrichtung zum Überwachen der Spannung der Elementarzellen.
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BEZUGSZEICHENLISTE
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- 1
- Brennstoffzelleneinheit
- 2
- Zelle (Elementarzelle)
- 3
- Brennstoffzellenstapel
- 6
- Zellenüberwachungsvorrichtung
- 6a
- Wärme erzeugender Teil (der Zellenüberwachungsvorrichtung)
- 7
- Klammer
- 7a
- Klemmensicht (für die Klammer)
- 8
- Klemme
- 9
- Kommunikationskabel (Kabel)
