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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Brennstoffzellenfahrzeug.
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STAND DER TECHNIK
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Ein Brennstoffzellensystem mit einer Brennstoffzelle hat verschiedene Pumpen, die für den Betrieb des Brennstoffzellensystems benötigt werden. Beispielsweise ist das in Patentdokument 1 beschriebene Brennstoffzellensystem mit einer Wasserstoffzirkulationspumpe ausgestattet, die Wasserstoffgas zur Versorgung einer Anode einer Brennstoffzelle mit Wasserstoffgas, das ein Brenngas darstellt, zirkuliert. Zudem ist das Brennstoffzellensystem, um die Brennstoffzelle zu kühlen, die während des Betriebs auf eine hohe Temperatur aufgeheizt wird, mit einer Kühlmittelzirkulationspumpe ausgestattet, die das Kühlmittel durch die Brennstoffzelle zirkuliert.
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Der Antrieb dieser Art von Wasserstoffzirkulationspumpe oder dergleichen wird von einem Inverter gesteuert, der auch in dem Brennstoffzellensystem montiert ist. Der Inverter steuert den Antrieb der Wasserstoffzirkulationspumpe oder dergleichen durch Umwanden einer von der Brennstoffzelle erzeugten Gleichstromleistung (DC-Leistung) in Wechselstromleistung (AC-Leistung) und speist die Wechselstromleistung in geeigneter Weise in die Pumpe ein.
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DRUCKSCHRIFTEN
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Patentliteratur
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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Mit der Erfindung zu lösendes Problem
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Die in dem vorstehend beschriebenen Brennstoffzellensystem verwendete Wasserstoffzirkulationspumpe und Kühlmittelzirkulationspumpe werden mit relativ hoher Spannung betrieben. Daher wird die von der Brennstoffzelle ausgegebene Gleichstromleistung in der Regel von einem Gleichstromwandler (DC-DC-Wandler) verstärkt und dann in den Inverter eingespeist.
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Daher ist aus Sicherheitsgründen Vorsicht beim Umgang mit einem Inverter geboten, der mit einer Hochspannungsleistung gespeist wird. Insbesondere muss ein Fahrzeug, das mit einem Brennstoffzellensystem ausgebildet ist, eine Konstruktion verwenden, bei der die Unterstützung bei einem Aufprall Berücksichtigung findet, um bei einer Kollision außerhalb des Fahrzeugs einen Stromschlag oder andere von dem Inverter verursachte Gefahren zu vermeiden. Als Mittel zum Schutz des Inverters vor dem Aufprall während einer Fahrzeugkollision ist es denkbar, dass der Inverter selbst sowie seine Umgebung mit einer festen Konstruktion ausgebildet werden. Dies führt jedoch zu einem Problem, dass die Größe und das Gewicht des Fahrzeugs ansteigen.
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Die vorliegende Erfindung wurde ausgehend von diesem Hintergrund gemacht. Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Brennstoffzellenfahrzeug mit einer Anordnungsstruktur für einen Inverter bzw. Wechselrichter zu schaffen, die geeignet ist, einen Inverter mit einer einfachen Konfiguration vor einem Aufprall während einer Fahrzeugkollision zu schützen.
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Mittel zum Lösen des Problems
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Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen dazu sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
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Um das vorstehende Problem zu lösen, wird gemäß einem Aspekt der Erfindung eine Anordnungsstruktur für einen Inverter in einem Brennstoffzellenfahrzeug geschaffen, aufweisend: eine Brennstoffzelle, die an dem Brennstoffzellenfahrzeug montiert ist und eine Gleichstromleistung erzeugt; eine Leistungskontrolleinheit, die an einem Rahmen des Brennstoffzellenfahrzeugs angeordnet ist und die elektrische Leistung des Brennstoffzellenfahrzeugs steuert; und einen Inverter bzw. Wechselrichter, der einen ersten Umwandlungsabschnitt und einen zweiten Umwandlungsabschnitt hat, um die durch die Brennstoffzelle erzeugte Gleichstromleistung (DC-Leistung) in Wechselstromleistung (AC-Leistung) umzuwandeln, wobei der Inverter aufweist: eine erste Außenseitenfläche und eine zweite Außenseitenfläche, die einander über einen Mittelabschnitt des Inverters zugewandte Außenseitenflächen darstellen; einen Eingabeanschluss, der an der ersten Außenseitenfläche ausgebildet ist und Gleichstromleistung von außen eingibt; einen ersten Ausgabeanschluss, der an der ersten Außenseitenfläche ausgebildet ist und mit einem ersten Ausgabekabel verbunden ist, um die durch den ersten Umwandlungsabschnitt umgewandelte Wechselstromleistung nach außen auszugeben; und einen zweiten Ausgabeanschluss, der an der zweiten Außenseitenfläche ausgebildet ist und mit einem zweiten Ausgabekabel verbunden ist, um die durch den zweiten Umwandlungsabschnitt umgewandelte Wechselstromleistung nach außen auszugeben, wobei der Inverter in einer geneigten Stellung an dem Rahmen angeordnet ist, so dass die zweite Außenseitenfläche der Leistungskontrolleinheit zugewandt ist und der zweite Ausgabeanschluss von der Leistungskontrolleinheit nach unten gerichtet ist; und wobei der zweite Ausgabeanschluss und das zweite Ausgabekabel unter der Leistungskontrolleinheit verbunden sind.
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Gemäß der Anordnungsstruktur für einen Inverter in einem Brennstoffzellenfahrzeug der vorliegenden Erfindung ist der Inverter in einer geneigten Stellung angeordnet, so dass der zweite Ausgabeanschluss von der Leistungskontrolleinheit nach unten gerichtet ist, wodurch die Verbindung zwischen dem zweiten Ausgabeanschluss und dem zweiten Ausgabekabel unter der Leistungskontrolleinheit hindurch möglich ist. Es ist daher nicht nötig, einen großen Raum für das Anordnen des zweiten Ausgabeanschlusses und des zweiten Ausgabekabels zwischen der Leistungskontrolleinheit und der zweiten Außenseitenfläche des Inverters vorzusehen, wodurch der Inverter nahe an der Leistungskontrolleinheit angeordnet werden kann.
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Der erste Ausgabeanschluss und der zweite Ausgabeanschluss stehen jeweils von der ersten Außenseitenfläche und des zweiten Außenseitenfläche einander zugewandt ab, wodurch der Umriss des Inverters leicht an Größe gewinnt. Da zudem das erste Ausgabekabel und das zweite Ausgabekabel an ihren jeweiligen Endabschnitten mit Anschlüssen zur Verbindung mit dem ersten Ausgabeanschluss und dem zweiten Ausgabeanschluss ausgebildet sind, gewinnt der Bereich, der vom Inverter, dem ersten Ausgabekabel und dem zweiten Ausgabekabel besetzt wird, auf einer lateralen Seite der Leistungskontrolleinheit leicht an Größe. Der Inverter ist jedoch wie vorstehend beschrieben in der geneigten Stellung angeordnet, wodurch der von den äußeren Formen benötigte Raum verringert werden kann.
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Insbesondere ist, gemäß der Anordnungsstruktur für einen Inverter in einem Brennstoffzellenfahrzeug der vorliegenden Erfindung, der Inverter nahe an der Leistungskontrolleinheit angeordnet und der Bereich, der vom Inverter, dem ersten Ausgabekabel und dem zweiten Ausgabekabel besetzt wird, wird verringert, wodurch der Inverter und die Leistungskontrolleinheit als Ganzes in einer kompakten Größe ausgestaltet werden können. Es ist daher möglich, den Inverter in der Nähe der Mitte des Brennstoffzellenfahrzeugs anzuordnen und eine große Entfernung zu der Außenseitenfläche des Brennstoffzellenfahrzeugs, das während einer Fahrzeugkollision einen Aufprall erfährt, sicherzustellen, wodurch der Inverter mit einer einfachen Konfiguration vor dem Aufprall geschützt werden kann.
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Ferner ist auch bei dem Fall, bei dem ein Substrat verwendet wird, das nur von einer Seitenfläche als Umwandlungsabschnitt, der Gleichstromleistung in Wechselstromleistung umwandelt, elektrische Leistung ausgibt, die andere Seitenfläche (die Fläche an der gegenüberliegenden Seite der vorstehend genannten einen Seitenfläche) des Substrats, die als erster Umwandlungsabschnitt fungiert, der anderen Seitenfläche (der Fläche an der gegenüberliegenden Seite der vorstehend genannten einen Seitenfläche) des Substrats, die als zweiter Umwandlungsabschnitt fungiert, zugewandt angeordnet, um eine Anordnung zu ermöglichen, bei der die Substrate elektrische Leistung in zueinander entgegengesetzte Richtungen ausgeben. Somit können Substrate mit der gleichen Form für das Substrat, das als erster Umwandlungsabschnittfungiert, und das Substrat, das als zweiter Umwandlungsabschnitt fungiert, verwendet werden.
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Bei der Anordnungsstruktur für einen Inverter in einem Brennstoffzellenfahrzeug gemäß der vorliegenden Erfindung sind der Inverter und die Leistungskontrolleinheit vorzugsweise in Rechts-und-Links-Richtung Seite an Seite angeordnet, der Inverter ist in einer geneigten Stellung an dem Rahmen angeordnet, so dass der obere Endabschnitt näher an der Leistungskontrolleinheit ist als der untere Endabschnitt, und der hintere Endabschnitt näher an der Leistungskontrolleinheit ist als der vordere Endabschnitt, und der Eingabeanschluss ist an einer Stelle in der Nähe des hinteren Endabschnitts an der ersten Außenseitenfläche ausgebildet.
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Bei dieser bevorzugten Ausführungsform ist zunächst der Inverter in einer geneigten Stellung angeordnet, so dass der obere Endabschnitt näher an der Leistungskontrolleinheit ist als der untere Endabschnitt. Dies macht es möglich, dass der zweite Ausgabeanschluss, der an der zweiten Außenseitenfläche des Inverters angeordnet ist, unter die Leistungskontrolleinheit gerichtet ist.
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Zudem ist der Inverter in einer geneigten Stellung angeordnet, so dass der hintere Endabschnitt näher an der Leistungskontrolleinheit ist als der vordere Endabschnitt. Hierdurch ist eine Stelle an der ersten Außenseitenfläche des Inverters, die näher am hinteren Endabschnitt liegt, weiter entfernt von der Außenseitenfläche des Brennstoffzellenfahrzeugs. Daher ermöglicht die Anordnung des Eingabeanschlusses an der Stelle in der Nähe des hinteren Endabschnitts der ersten Außenseitenfläche, dass der Eingabeanschluss, an den eine Hochspannungsleistung angelegt wird, zuverlässiger vor dem Aufprall während einer Fahrzeugkollision geschützt werden kann.
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Es sei angemerkt, dass der Begriff „Rechts-und-Links-Richtung“ die Richtung nach Rechts und Links in Vorschubrichtung bzw. Fahrtrichtung des Brennstoffzellenfahrzeugs weisend bezeichnet. Ferner gilt für den oberen Endabschnitt und den unteren Endabschnitt die vertikale Richtung als Bezug: der Begriff „oberer Endabschnitt“ bezeichnet einen Endabschnitt an der oberen Seite und der Begriff „unterer Endabschnitt“ bezeichnet einen Endabschnitt an der unteren Seite. Hinsichtlich des vorderen Endabschnitts und des hinteren Endabschnitts gilt ferner, ausgehend davon, dass die Vorschubrichtung des Brennstoffzellenfahrzeugs nach vorne gerichtet ist, und die Rückwärtsrichtung des Brennstoffzellenfahrzeugs nach hinten gerichtet ist, dass der Begriff „vorderer Endabschnitt“ einen Endabschnitt an der Vorderseite und der Begriff „hinterer Endabschnitt“ einen Endabschnitt an der Rückseite bezeichnet.
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Bei der Anordnungsstruktur für einen Inverter in einem Brennstoffzellenfahrzeug gemäß der vorliegenden Erfindung gibt der erste Ausgabeanschluss vorzugsweise Wechselstromleistung an eine Kühlwasserpumpe aus, die der Brennstoffzelle Kühlwasser zuführt, und der zweite Ausgabeanschluss gibt Wechselstromleistung an eine Wasserstoffpumpe aus, die der Brennstoffzelle Wasserstoff zur Stromerzeugung zuführt.
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Die Kühlwasserpumpe ist vorzugsweise unter Verwendung einer Gummibefestigung oder dergleichen in einem vorgegebenen Bereich beweglich angeordnet, um den Einfluss von Vibrationen, die während des Betriebs der Kühlwasserpumpe erzeugt werden, zu verringern. Der Inverter ist dagegen vorzugsweise nicht locker bzw. ohne Spiel am Rahmen befestigt. Daher kommt es während des Betriebs der Kühlwasserpumpe zu einer Änderung der relativen Position der Kühlwasserpumpe zum Inverter. Um den Einfluss der Änderung der relativen Position zu verringern, ist die Kühlwasserpumpe vorzugsweise an einer vom Inverter separaten Position angeordnet. Aufgrund der Verwendung der Anordnung, bei der die Komponenten wie vorstehend beschrieben separat voneinander angeordnet sind, verursacht das elektrische Verbinden zum Ausgeben der Wechselstromleistung an die Kühlwasserpumpe jedoch einen großen Aufwand.
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Dementsprechend wird bei der bevorzugten Ausführungsform davon ausgegangen, dass der erste Ausgabeanschluss Wechselstromleistung an die Kühlwasserpumpe ausgibt, die die Brennstoffzelle mit Kühlwasser versorgt. Dies macht es möglich, dass das erste Ausgabekabel in einem relativ großen Raum mit dem ersten Ausgabeanschluss, der an der ersten Außenseitenfläche ausgebildet ist, die der Leistungskontrolleinheit nicht zugewandt ist, ohne Störung durch die Leistungskontrolleinheit verbunden wird, wodurch eine deutliche Verringerung des Aufwands für die Herstellung der Verbindung erreicht werden kann.
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Der zweite Ausgabeanschluss soll dagegen Wechselstromleistung an die Wasserstoffpumpe ausgeben, die der Brennstoffzelle Wasserstoff zur Stromerzeugung zuführt. Da der zweite Ausgabeanschluss an der zweiten Außenseitenfläche der Leistungskontrolleinheit angeordnet ist, ist es notwendig, die Herstellung der Verbindung unter Berücksichtigung einer Vermeidung einer Wechselwirkung mit der Leistungskontrolleinheit auszuführen, wodurch der Aufwand für die Verkabelung höher ist, als im Fall des ersten Ausgabeanschlusses. Jedoch ist es bei der Wasserstoffpumpe nicht unbedingt nötig, die Wasserstoffpumpe separat vom Inverter anzuordnen, wie dies bei der Kühlwasserpumpe der Fall ist, so dass die Wasserstoffpumpe näher an der Leistungskontrolleinheit angeordnet werden kann, als die Kühlwasserpumpe. Dies macht es möglich, den Aufwand für die Herstellung der Verbindung bzw. Verkabelung am ersten Verbindungsanschluss deutlich zu senken, während eine Erhöhung des Aufwands für die Verkabelung bzw. Verbindung mit dem zweiten Ausgabeanschluss verhindert werden kann.
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EFFEKTE DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung schafft ein Brennstoffzellenfahrzeug mit einer Anordnungsstruktur für einen Inverter, mit der ein Inverter mit einer einfachen Konstruktion vor einem Aufprall bei einer Fahrzeugkollision geschützt werden kann.
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Figurenliste
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- 1 zeigt eine schematische Darstellung des Aufbaus eines elektrischen Systems eines Brennstoffzellenfahrzeugs gemäß der vorliegenden Erfindung;
- 2 zeigt eine schematische Darstellung des Brennstoffzellenfahrzeugs gemäß der vorliegenden Erfindung von oben;
- 3 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Inverters gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gesehen von der Rückseite des Inverters;
- 4 zeigt eine perspektivische Ansicht des Inverters gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gesehen von der Vorderseite des Inverters;
- 5 zeigt eine Vorderansicht der Umgebung eines Leistungskontrolleinheit und des Inverters gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
- 6 zeigt eine Draufsicht auf die Umgebung der Leistungskontrolleinheit und des Inverters gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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AUSFÜHRUNGSFORM DER ERFINDUNG
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Nachfolgend wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung Bezug nehmend auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Um das Verständnis der vorliegenden Erfindung zu erleichtern, werden gleiche Bezugszeichen dazu verwendet, um gleiche Bestandteile in den jeweiligen Zeichnungen zu bezeichnen, wobei wann immer möglich auf eine wiederholte Beschreibung derselben verzichtet wird.
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Zunächst wird ein elektrisches System eines Brennstoffzellenfahrzeugs gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung Bezug nehmend auf 1 beschrieben. 1 ist eine schematische Ansicht, die den Aufbau eines elektrischen Systems des Brennstoffzellenfahrzeugs FCV gemäß der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung zeigt.
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In einem Fahrzeugbrennstoffzellensystem 1 sind eine Brennstoffzelle (FC) 11 ein Antriebsmotor 12, ein Luftkompressor 13 sowie eine Leistungsaufteilungsvorrichtung 16 elektrisch mit einer Leistungskontrolleinheit (PCU) 10 verbunden. Darüber hinaus sind eine Batterie 17, eine elektrische Heizvorrichtung 20 sowie ein Inverter bzw. Wechselrichter 25 elektrisch mit der Leistungsaufteilungsvorrichtung 16 verbunden.
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Die Leistungskontrolleinheit 10, die eine Einheit zum Steuern der elektrischen Leistung in einem mit einem Fahrzeugbrennstoffzellensystem 1 ausgestatteten Fahrzeug ist, speist den Antriebsmotor 12 und den Luftkompressor 13 mit elektrischer Leistung, die durch die Brennstoffzelle 11 erzeugt oder in der Batterie 17 gespeichert ist, und speist ferner die Batterie 17, die elektrische Heizvorrichtung 20 und den Inverter 25 mit elektrischer Leistung durch die Leistungsverteilvorrichtung 16. Der Antriebsmotor 12 ist ein elektrischer Motor, der drehend die Vorderräder des Fahrzeugs zum Fahren antreibt. Der Luftkompressor 13 ist eine Vorrichtung zum Zuführen von Luft zur Kathode der Brennstoffzelle 11, wenn die Brennstoffzelle 11 Leistung erzeugt. Die Batterie 17 ist eine Sekundärbatterie bzw. ein Akku, der/die überschüssige Energie, die von der Brennstoffzelle 11 erzeugt wurde, speichert. Die elektrische Heizvorrichtung 20 wird dazu verwendet, um die Brennstoffzelle 11 in geeigneter Weise aufzuheizen, um deren Temperatur zu erhöhen.
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Der Inverter bzw. Wechselrichter 25 ist eine Einheit, die einen Kühlwasserpumpeninverter 22 und einen Wasserstoffpumpeninverter 24 umfasst. Der Kühlwasserpumpeninverter 22 ist elektrisch mit einer Kühlwasserpumpe 21 verbunden, die der Brennstoffzelle 11 Kühlwasser zuführt, um den Antrieb der Kühlwasserpumpe 21 zu steuern. Ferner ist der Wasserstoffpumpeninverter 24 elektrisch mit einer Wasserstoffpumpe 23 verbunden, die der Anode der Brennstoffzelle 11 Wasserstoffgas zuführt, um den Antrieb der Wasserstoffpumpe 23 zu steuern.
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Nachfolgend wird das Brennstoffzellenfahrzeug FCV gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung Bezug nehmend auf 2 beschrieben. 2 ist eine schematische Darstellung, die das Brennstoffzellenfahrzeug FCV gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung von oben darstellt.
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In der nachfolgenden Beschreibung bezeichnet der Begriff „vorwärts“ die Vorschubrichtung (die -X-Richtung in XYZ-Koordinaten aus 2 oder dergleichen) des Brennstoffzellenfahrzeugs FCV, und der Begriff „rückwärts“ bezeichnet die Richtung nach hinten (die X-Richtung XYZ-Koordinaten aus 2 oder dergleichen) des Brennstoffzellenfahrzeugs FCV. Zudem bezeichnet der Begriff „rechte Seite“ die Seite der rechten Hand (die Y-Richtung der XYZ-Koordinaten aus 2 oder dergleichen) gesehen in Vorschubrichtung des Brennstoffzellenfahrzeugs FCV und der Begriff „linke Seite“ bezeichnet die Seite der linken Hand (die -Y-Richtung der XYZ-Koordinaten aus 2 oder dergleichen) gesehen in Vorschubrichtung des Brennstoffzellenfahrzeugs FCV.
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Die Brennstoffzelle (FC) 11 ist unter einem Fahrersitz 7R und einem Beifahrersitz 7L des Brennstoffzellenfahrzeugs FCV und unter einem Bodenpanel angeordnet. Ferner sind ein paar Vorderseitenrahmen 4R und 4L, die in antero-posteriorer Richtung verlaufen, voneinander beabstandet an rechten und linken Seiten des Brennstoffzellenfahrzeugs FCV angeordnet. Die metallischen Vorderseitenrahmen 4R und 4L sind derart angeordnet, dass, von oben betrachtet, ein Abstand zwischen diesen von der Rückseite zur Vorderseite in Form eines kegelstumpfartigen Chevrons zunimmt. Darüber hinaus ist ein metallischer Rahmen 5, der in Rechts-und-Links-Richtung verläuft, zwischen den Vorderrädern 6R und 6L des Brennstoffzellenfahrzeugs FCV angeordnet und mit den vorderen Seitenrahmen 4R und 4L verbunden. Der Rahmen 5 hat einen vorderseitigen Rahmen 5a und einen rückseitigen Rahmen 5b, die mit einem Abstand 5c zwischen diesen in antero-posteriorer Richtung angeordnet sind.
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Die Leistungskontrolleinheit (PCU) 10 ist am Rahmen 5 wie eine Brücke über diese Spalte 5c an einer Stelle in der Nähe der Mitte der Rechts-und-Links-Richtung des Brennstoffzellenfahrzeugs FCV angeordnet und an jeweiligen oberen Flächen des vorderseitigen Rahmens 5a und des rückseitigen Rahmens 5b angebracht.
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Der Inverter 25 ist am Rahmen wie eine Brücke über den Spalt 5c an einer Stelle auf der rechten Seite der Leistungssteuereinheit 10 angebracht und an der jeweiligen oberen Flächen des vorderseitigen Rahmens 5a und des rückseitigen Rahmens 5b befestigt.
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Nachfolgend wird der Inverter 25 des Brennstoffzellenfahrzeugs FCV gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bezugnehmend auf die 3 und 4 beschrieben. 3 ist eine perspektivische Ansicht, die den Inverter 25 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gesehen von der Rückseite des Inverters 25 zeigt. 4 ist eine perspektivische Ansicht, die den Inverter 25 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gesehen von der Vorderseite des Inverters zeigt.
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Der Inverter 25 hat ein metallisches Gehäuse 30, das im Wesentlichen eine Außengestalt in Form eines rechteckigen Parallelepipeds hat. Wie in 3 dargestellt ist, ist das Gehäuse 30 in Form einer hohlen Box mit einem Rahmenförmigen Korpus 31 ausgebildet, dessen beide Endabschnitte geöffnet sind, und eine Außenabdeckung 32 und eine Innenabdeckung 34 hat, die beide Endabschnitte des Korpus 31 abdecken. Hierdurch werden eine Außenseitenfläche 32a (siehe 4) der Außenabdeckung 32 sowie eine Außenseitenfläche 34a (siehe 3) der Innenabdeckung 34 als Außenseitenflächen, die einander über dem Mittelabschnitt des Inverters 25 zugewandt sind, ausgebildet.
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Das Gehäuse 30 haust einen Kühlwasserpumpeninverter 22 (siehe 1) und einen Wasserstoffpumpeninverter 24 (siehe 1). Genauer gesagt sind, wie teilweise durch gestrichelte Linien in 3 dargestellt ist, ein Träger bzw. Substrat 22a des Kühlwasserpumpeninverters 22 und ein Träger bzw. Substrat 24a des Wasserstoffpumpeninverters 24 innerhalb des Gehäuses 30 angeordnet.
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Die Träger bzw. Substrate 22a und 24a fungieren als Umwandlungsabschnitte, die zugeführte elektrische Leistung von Gleichstrom in 3-Phasen-Wechselstrom umwandelt. Als Substrate 22a und 24a werden Substrate mit der gleichen Form mit verschiedenen (nicht dargestellten) elektrischen Elementen, beispielsweise Schaltelement und Kondensator, verwendet, die auf den Substraten angeordnet sind. Das Substrat 22a ist entlang der Außenabdeckung 32 verlaufend angeordnet und gibt elektrische Leistung nur von einer Seitenfläche auf der Seite der Außenabdeckung 32 aus. Das Substrat 24a ist dagegen entlang der Innenabdeckung 34 angeordnet und gibt elektrische Leistung nur von einer Seitenfläche auf Seiten der Innenabdeckung 34 aus. In anderen Worten: Die Substrate 22a und 24a sind derart angeordnet, dass andere Seitenflächen, von denen keine elektrische Leistung ausgegeben wird, einander zugewandt sind, und so dass Wechselstromleistung in entgegengesetzte Richtungen voneinander ausgegeben wird.
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Wie in 3 dargestellt ist, ist eine plattenförmige rückseitige Trägerplatte 43 durch ausbilden eines Teils des unteren Endabschnitts des Gehäuses 30 derart, dass es unter den Inverter 25 nach unten ragt, ausgebildet. Zudem ist, wie in den 3 und 4 dargestellt ist, ein rückseitiger Schenkelabschnitt 44, der in Rechts-und-Links-Richtung verläuft, integral mit der rückseitigen Trägerplatte 43 an einem unteren Ende der rückseitigen Trägerplatte 43 ausgebildet. Eine vertikal durchdringende Befestigungsöffnung 441 ist in die rückseitige Trägerplatte 43 gebohrt.
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Wie in 4 gezeigt ist, ist eine dreieckige plattenförmige vorderseitige Trägerplatte 41 durch Ausbilden eines vorderen Endabschnitts des Gehäuses 30 derart, dass es vor den Inverter 25 ragt, ausgebildet. Darüber hinaus ist ein vorderseitiger Schenkelabschnitt 42, der in horizontale Richtung verläuft, integral mit der vorderseitigen Trägerplatte 41 am unteren Ende der vorderseitigen Trägerplatte 41 ausgebildet. Vertikal durchdringende Befestigungsöffnungen 421 und 422 sind in rechts- und linksseitigen Endabschnitten des vorderseitigen Schenkelabschnitts 42 ausgebildet.
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Die Außenabdeckung 32 des Gehäuses 30 hat einen Eingabeanschluss DC und einen kühlwasserseitigen Ausgabeanschluss AC1, die von der Außenseitenfläche 32a der Außenabdeckung 32 vorstehen.
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Der Eingabeanschluss DC ist derart an einer Stelle in der Nähe des hinteren Endabschnitts und in der Nähe des Mittelabschnitts in vertikale Richtung in der Außenseitenfläche 32a angeordnet, dass er in eine im Wesentlichen senkrechte Richtung zur Außenseitenfläche 32a vorragt. Der Eingabeanschluss DC ist ein Anschluss, der als elektrischer Kontakt mit der Außenseite des Inverters 25 dient, um Gleichstromleistung, die in der Brennstoffzelle 11 (siehe 1) erzeugt wird, in den Inverter 25 einzubringen. Die vom Eingabeanschluss DC eingebrachte Gleichstromleistung wird elektrisch im Inneren des Gehäuses 30 verteilt und dann in das Substrat 22a für den Kühlwasserpumpeninverter 22 und das Substrat 24a für den Wasserstoffpumpeninverter 24 eingespeist.
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Der kühlwasserseitige Ausgabeanschluss AC1 ist derart an einer Stelle in der Nähe des oberen Endabschnitts und in der Nähe des Mittelabschnitts in antero-posteriorer Richtung (Richtung von vorne nach hinten) an der Außenseitenfläche 32a angeordnet, dass er in eine im Wesentlichen senkrechte Richtung zur Außenseitenfläche 32a vorragt. Der kühlwasserseitige Ausgabeanschluss AC1 ist ein Anschluss, der als elektrischer Kontakt mit der Außenseite des Inverters 25 dient, um die durch das Substrat 22a des Kühlwasserpumpeninverters 22 von Gleichstrom in den 3-Phasen-Wechselstrom umgewandelte elektrische Leistung aus dem Gehäuse 30 nach Außen abzugeben. Der kühlwasserseitige Ausgabeanschluss AC1 ist mit einem kühlwasserseitigen Stecker AC1P eines kühlwasserseitigen Kabels AC1W, das von der Kühlwasserpumpe 21 wie später beschrieben wird, verläuft, verbunden, durch welches Wechselstromleistung an die Kühlwasserpumpe 21 ausgegeben wird.
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Wie in 3 dargestellt ist, ist die Innenabdeckung 34 des Gehäuses 3 mit einem wasserstoffseitigen Ausgabeanschluss AC2 ausgestaltet, der von der Außenseitenfläche 34a vorsteht.
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Der wasserstoffseitige Ausgabeanschluss AC2 ist an einer Stelle in der Nähe des unteren Endabschnitts und in der Nähe des Mittelabschnitts in gegenläufiger bzw. antero-posteriorer Richtung an der Außenseitenfläche 34a angebracht. Der wasserstoffseitige Ausgabeanschluss AC2 ist ein Anschluss, der als elektrischer Kontakt mit der Außenseite des Inverters 25 dient, um die durch das Substrat 24a des Wasserstoffpumpeninverters 24 von Gleichstrom in den 3-Phasen-Wechselstrom umgewandelte elektrische Leistung aus dem Gehäuse 30 nach Außen abzugeben. Der wasserstoffseitige Ausgabeanschluss AC2 ist mit einem wasserstoffseitigen Stecker AC2P des wasserstoffseitigen Kabels AC2W verbunden, das von der Wasserstoffpumpe 23 wie vorstehend beschrieben verläuft, wodurch Wechselstrom zur Wasserstoffpumpe 23 ausgegeben wird.
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Darüber hinaus ist eine kühlwasserseitige Signalleitung 53 durch die Außenabdeckung 32 vom Inneren des Gehäuses 30 des Inverters 25 (siehe 4) nach Außen geführt, und eine wasserstoffseitige Signalleitung 54 ist durch die Innenabdeckung 34 aus dem Inneren des Gehäuses 30 des Inverters 25 (siehe 3) nach Außen geführt. Die kühlwasserseitige Signalleitung 53 dient zur Kommunikation von Steuersignalen oder dergleichen mit dem Substrat 22a des Kühlwasserpumpeninverters 22, und die wasserstoffseitige Signalleitung 54 dient zur Kommunikation von Steuersignalen oder dergleichen mit dem Substrat 24a des Wasserstoffpumpeninverters 24. Ein kühlwasserseitiger Signalleitungsanschluss 55, der am Endabschnitt der kühlwasserseitigen Signalleitung 53 angeordnet ist, und ein wasserstoffseitiger Signalleitungsanschluss 56, der am Endabschnitt der wasserstoffseitigen Signalleitung 54 angeordnet ist, sind im Hinblick auf eine leichtere Verbindung mit anderen Vorrichtungen, die in einem Motorraum des Brennstoffzellenfahrzeugs FCV angeordnet sind, in Richtung nach vorne angeordnet (siehe 2).
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Wie in 4 dargestellt ist, ist eine Kühlwasserzufuhrleitung 51 mit der unteren Fläche der Außenseitenfläche des Gehäuses 30 verbunden, und eine Kühlwasserauslassleitung 52 ist mit der oberen Fläche des Gehäuses 30 verbunden. Sowohl die Kühlwasserzufuhrleitung 51 wie auch die Kühlwasserauslassleitung 52 sind flexible Leitungen, die mit dem Inneren des Gehäuses 30 kommunizieren. Die Temperatur des Substrats 22a des Kühlwasserpumpeninverters 22 und des Substrats 24a des Wasserstoffpumpeninverters 24, die in dem Gehäuse 30 angeordnet sind, steigt leicht ansprechend auf die Erhöhung der Spannung, und ein übermäßiger Temperaturanstieg kann eine Beschädigung des Substrat 22a und 24a verursachen. Daher werden bei diesem Inverter 25 die Substrate 22a und 24a durch Kühlwasser, das dem Inneren des Gehäuses 30 durch die Kühlwasserzufuhrleitung 51 zugeführt wird, gekühlt, um einen übermäßigen Temperaturanstieg zu vermeiden.
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Nachfolgend wird die Anordnungsstruktur des Inverters 25 im Brennstoffzellenfahrzeug FCV gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bezugnehmend auf die 5 und 6 beschrieben. 5 ist eine Frontansicht bzw. Vorderansicht, die die Umgebung der Leistungskontrolleinheit 10 und des Inverters 25 gemäß der Ausführungsform der Erfindung zeigt. 6 ist eine Draufsicht, die die Umgebung der Leistungskontrolleinheit 10 und des Inverters 25 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
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Wie vorstehend bezugnehmend auf 2 beschrieben wurde, befindet sich der Inverter 25 auf der rechten Seite der Leistungskontrolleinheit 10 und an einer Stelle in der Nähe des rechten Endes des Brennstoffzellenfahrzeugs FCV. Darüber hinaus ist der Inverter 25 in einer geneigten Stellung über zwei Achsen der X-Achse und der Z-Achse relativ zur Leistungskontrolleinheit 10 angebracht, indem der vorderseitige Schenkelabschnitt 42 und der rückseitige Schenkelabschnitt 44 mit dem Rahmen 5 verschraubt werden. Nachfolgend wird die Befestigung des Inverters 25 und dessen geneigte Stellung beschreiben.
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Bevor der Inverter 25 befestigt wird, wird der wasserstoffseitige Stecker AC2P, der am Endabschnitt des wasserstoffseitigen Kabels AC2W angeordnet ist, mit dem wasserstoffseitigen Ausgabeanschluss AC2 des Inverters 25 an einer Stelle ein wenig entfernet von der Leistungskontrolleinheit 10 verbunden, die an der oberen Fläche 5S (siehe 5) des Rahmens 5 befestigt ist. Wie vorstehend beschrieben wurde, verläuft das wasserstoffseitige Kabel AC2W von der Wasserstoffpumpe 23 (siehe 1) und wird dazu verwendet, um Wechselstromleistung vom wasserstoffseitigen Ausgabeanschluss AC2 zur Wasserstoffpumpe 23 zu liefern.
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Anschließend wird der mit den wasserstoffseitigen Stecker AC2P verbundene Inverter 25 näher an die Leistungskontrolleinheit 10 gebracht, so dass die Außenseitenfläche 34a des Inverters 25 der Leistungskontrolleinheit 10 zugewandt ist. Dann wird, wie in 6 gezeigt ist, der Inverter 25 derart angeordnet, dass Befestigungsöffnungen 421 und 422, die in den vorderseitigen Schenkelabschnitt 42 gebohrt sind, mit Befestigungsöffnungen 521 und 522 kommunizieren, die in die obere Fläche des Rahmens 5 gebohrt sind, und so, dass eine Befestigungsöffnung 441, die in den rückseitigen Schenkelabschnitt 44 gebohrt ist, mit einer Befestigungsöffnung 541 kommunizieren kann, die in die obere Fläche des Rahmens 5 gebohrt ist. Schrauben (nicht dargestellt) werden zur Befestigung in die miteinander kommunizierenden Befestigungsöffnungen eingebracht, wodurch der vorderseitige Schenkelabschnitt 42 und der rückseitige Schenkelabschnitt 44 an der oberen Fläche 5S des Rahmens 5 befestigt werden und der Inverter 25 fixiert wird.
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Der Inverter 25 wird am Rahmen 5 an drei Punkten fixiert, wodurch die Rotation des Gehäuses 30 um einen Befestigungspunkt während der Kollision des Brennstoffzellenfahrzeugs FCV verhindert wird (siehe 2). Dies ermöglicht es, dass der Kühlwasserpumpeninverter 22 und der Wasserstoffpumpeninverter 24 (siehe 1), die in dem Gehäuse 30 aufgenommen sind, vor einem Aufprall während der Fahrzeugkollision geschützt werden.
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Wie in 5 gezeigt ist, ist der Rahmen 5 derart ausgestaltet, dass ein Teil der oberen Fläche 5S des Rahmens 5 eine ansteigende Neigung von der Außenseite des Brennstoffzellengehäuses FCV in Richtung zur Mitte desselben in Rechts-und-Links-Richtung hat. Daher ist, hinsichtlich der Positionsbeziehung zwischen der Leistungskontrolleinheit 10, die an der oberen Fläche 5S angebracht ist, und dem Inverter 25, der untere Endabschnitt des Inverters 25 in der Nähe der Außenseite des Brennstoffzellenfahrzeugs FCV nach unten zu einem unteren Endabschnitt der Leistungskontrolleinheit 10, die in der Nähe der Mitte angeordnet ist, versetzt.
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Wenn zudem der Inverter 25 am Rahmen 5 fixiert wird, hat der Inverter 25 eine Stellung, bei welcher der obere Endabschnitt 25T des Inverters 25 näher an der Leistungskontrolleinheit 10 ist, als der untere Endabschnitt 25B des Inverters 25. In anderen Worten: Der Inverter 25 hat eine geneigte Stellung, bei welcher der obere Endabschnitt 25T um einen Winkel θx um die X-Achse gedreht ist.
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Auf diese Weise hat der Inverter 25 eine Stellung, bei welcher der wasserstoffseitige Ausgabeanschluss AC2, der in der Nähe des unteren Endabschnitts der Außenseitenfläche 34a angebracht ist, durch die Anordnung des unteren Endabschnitts des Inverters 25 versetzt zum unteren Endabschnitt der Leistungskontrolleinheit 10 und in dem Winkel θx um die X-Achse geneigt fixiert, unter die Leistungskontrolleinheit 10 ausgerichtet ist. Hierdurch können der wasserstoffseitige Ausgabeanschluss AC2 und das wasserstoffseitige Kabel AC2W in dem Spalt 5c (siehe 2) des Rahmens 5 unter der Leistungssteuereinheit 10 an einer Stelle unter bzw. tiefer als die Leistungskontrolleinheit 10 angeordnet werden.
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Auf diese Weise werden der wasserstoffseitige Ausgabeanschluss AC2 und das wasserstoffseitige Kabel AC2W unter der Leistungskontrolleinheit 10 hindurch verbunden. Es ist daher nicht notwendig, einen großen Freiraum zum Anordnen des wasserstoffseitigen Ausgabeanschlusses 10 und des wasserstoffseitigen Kabels AC2W zwischen der Leistungskontrolleinheit 10 und der zweiten Außenseitenfläche 34a des Inverters 25 bereitzustellen. Hierdurch kann der Inverter 25 nahe an der Leistungskontrolleinheit 10 angeordnet werden.
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Darüber hinaus ist der Inverter 25 um den Winkel θx um die X-Achse geneigt fixiert, wodurch der kühlwasserseitige Ausgabeanschluss AC2 in der Nähe des oberen Endabschnitts der ersten Außenseitenfläche 32a näher an die Leistungskontrolleinheit 10 gelangt. Daher kann, selbst wenn der kühlwasserseitige Ausgabeanschluss AC1 von der ersten Außenseitenfläche 32a vorstehend ausgebildet ist, der von der Außengestalt des Inverters 25 besetzte Raum verringert werden.
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Wie vorstehend beschrieben wurde, kann ein Bereich Ly, der durch den Inverter 25 in Y-Achsenrichtung auf der rechten Seite der Leistungskontrolleinheit 10 besetzt wird, durch Anordnen des Inverters 25 Nahe an der Leistungskontrolleinheit 10 und Verringern des Bereichs, der durch den Inverter 25, das kühlwasserseitige Kabel AC1W und das wasserstoffseitige Kabel AC2W beansprucht wird, verringert werden. Hierdurch können der Inverter 25 und die Leistungskontrolleinheit 10 insgesamt in einer kompakten Größe ausgestaltet werden.
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Es ist daher möglich, den Inverter 25 in der Nähe der Mitte des Brennstoffzellenfahrzeugs FCV (siehe 2) anzuordnen und einen großen Abstand zum Inverter 25 von der Außenseitenfläche des Brennstoffzellenfahrzeugs FCV, das einen Aufprall während der Fahrzeugkollision erfährt, zu gewährleisten, wodurch der Inverter 25 mit einer einfachen Konfiguration vor dem Aufprall geschützt werden kann.
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Wie ferner in 6 gezeigt ist, ist, wenn der Inverter 25 am Rahmen 5 fixiert ist, der Inverter 25 in einer Stelle angeordnet, bei der der hintere Endabschnitt 25R näher an der Leistungskontrolleinheit 10 liegt, als der vordere Endabschnitt 25F. In anderen Worten: Der Inverter 25 wird in eine Stellung verbracht, bei der der hintere Endabschnitt 25R um den Winkel θz um die Z-Achse gedreht ist.
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An der anderen Außenseitenfläche 32a des Inverters 25 verursacht die Neigung um den Winkel θz um die Z-Achse, dass eine Stelle, die näher am hinteren Endabschnitt 25R liegt, näher an der Mitte des Brennstoffzellenfahrzeugs FCV angeordnet wird und um einen größeren Abstand von der Außenseitenfläche des Brennstoffzellenfahrzeugs FCV getrennt wird. Das Vorsehen des Eingabeanschlusses DC an der Stelle in der Nähe des hinteren Endabschnitts 25R der Außenfläche 32a ermöglicht somit, dass der Eingabeanschluss DC, der von außen mit Hochspannungsleistung gespeist wird, zuverlässig vor einem Aufprall während einer Fahrzeugkollision geschützt werden kann.
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Der am Rahmen 5 fixierte Inverter 25 wird mit einem Stecker (nicht dargestellt) eines Kabels zum Einbringen von Gleichstromleistung an den Eingabeanschluss DC, der an der Außenseitenfläche 32a des Inverters 25 angeordnet ist, verbunden, und der kühlwasserseitige Ausgabeanschluss AC1 wird mit dem kühlwasserseitigen Stecker AC1P des kühlwasserseitigen Kabels AC1W, das von der Kühlwasserpumpe 21 verläuft, verbunden (siehe 1).
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Die Kühlwasserpumpe 21 vibriert während des Antriebs, wodurch eine Änderung der Relativposition der Kühlwasserpumpe 21 zum Inverter 25 verursacht wird. Um den Einfluss der Änderung der Relativposition zu verringern, ist die Kühlwasserpumpe 21 vorzugsweise an einer vom Inverter 25 getrennten Stellung angeordnet. Aufgrund der Verwendung der Anordnung, bei welcher die Komponenten separat voneinander vorgesehen sind, wie vorstehend beschrieben, ist jedoch das Herstellen der elektrischen Verbindung zur Ausgabe von Wechselstromleistung vom Inverter 25 zur Kühlwasserpumpe 21 aufwändig.
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Diesbezüglich ist, im Gegensatz zur Außenseitenfläche 34a, die Außenseitenfläche 32a der Leistungskontrolleinheit 10 nicht zugewandt. Daher kann die Verbindung des kühlwasserseitigen Ausgabeanschlusses AC1 und des kühlwasserseitigen Kabels AC1W in einem relativ großen Raum ohne Störung durch die Leistungskontrolleinheit 10 ausgeführt werden. In anderen Worten: auch wenn die Kühlwasserpumpe 21 an einer Stelle separat vom Inverter 25 vorgesehen ist, kann der Aufwand für die Verbindung drastisch reduziert werden.
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Der wasserstoffseitige Ausgabeanschluss AC2 zum Ausgeben von Wechselstromleistung an die Wasserstoffpumpe 23 ist dagegen an der zweiten Außenseitenfläche 34a des Inverters 25 vorgesehen. Das Vorsehen des wasserstoffseitigen Ausgabeanschlusses AC2 an der zweiten Außenseitenfläche 34a, die der Leistungskontrolleinheit 10 zugewandt ist, bedingt die Ausführung der Verbindungsherstellung unter Berücksichtigung der Vermeidung einer Wechselwirkung mit der Leistungskontrolleinheit 10, wodurch der Aufwand für die Verbindung im Vergleich zum Aufwand im Fall des kühlwasserseitigen Ausgabeanschlusses AC1 erhöht ist. Jedoch besteht bezüglich der Wasserstoffpumpe 23 keine große Notwendigkeit, um die Wasserstoffpumpe 23 separat vom Inverter 25 anzuordnen, wie dies bei der Kühlwasserpumpe 21 der Fall ist, so dass die Wasserstoffpumpe 23 näher als die Kühlwasserpumpe 21 an der Leistungskontrolleinheit 10 angeordnet werden kann. Hierdurch kann der Aufwand, der durch das Verbinden des kühlwasserseitigen Ausgabeanschlusses AC1 verursacht wird, drastisch verringert werden, während ein Anstieg des Aufwandes für das Verbinden des wasserstoffseitigen Ausgabeanschluss AC2 verhindert werden kann.
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Vorstehend wurden beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung Bezug nehmend auf bestimmte Beispiele beschrieben. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese bestimmten Beispiele beschränkt. In anderen Worten: geeignete Abwandlungen, die durch Fachleute an diesen bestimmten Beispielen durchgeführt werden, liegen ebenso im Umfang der vorliegenden Erfindung, solange sie die Merkmale der vorliegenden Erfindung erfüllen. Beispielsweise sind die Elemente der spezifischen Beispiele sowie die Anordnung, das Material, der Zustand, die Form, die Größe etc. der Elemente nicht auf die dargestellten beschränkt und können in geeigneter Weise verändert werden. Darüber hinaus ist ersichtlich, dass die in den vorstehenden Ausführungsformen beschriebenen Elemente miteinander kombiniert werden können, solange dies technisch möglich ist, und derlei Kombinationen auch zum Umfang der vorliegenden Erfindung gehören, solange sie die Merkmale der Erfindung umfassen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Fahrzeugbrennstoffzellensystem,
- 10
- Leistungskontrolleinheit,
- 11
- Brennstoffzelle,
- 21
- Kühlwasserpumpe,
- 22
- Kühlwasserpumpeninverter (erster Umwandlungsabschnitt),
- 23
- Wasserstoffpumpe,
- 24
- Wasserstoffpumpeninverter (zweiter Umwandlungsabschnitt),
- 25
- Inverter,
- 25F
- vorderer Endabschnitt (des Inverters),
- 25R
- hinterer Endabschnitt (des Inverters),
- 25T
- oberer Endabschnitt (des Inverters),
- 25B
- unterer Endabschnitt (des Inverters),
- 5
- Rahmen,
- 32a
- Außenseitenfläche (des Inverters) (erste Außenseitenfläche),
- 34a
- Außenseitenfläche (des Inverters) (zweite Außenseitenfläche),
- AC1
- kühlwasserseitiger Ausgabeanschluss (erster Ausgabeanschluss),
- AC1W
- kühlwasserseitiges Kabel (erstes Ausgabekabel),
- AC2
- wasserstoffseitiger Ausgabeanschluss (zweiter Ausgabeanschluss),
- AC2W:
- wasserstoffseitiges Kabel (zweites Ausgabekabel),
- DC
- Eingabeanschluss,
- FCV
- Brennstoffzellenfahrzeug
