DE112009004801T5

DE112009004801T5 - Brennstoffzellensystem und fahrzeug

Info

Publication number: DE112009004801T5
Application number: DE112009004801T
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Arisawa; Hiroyuki Imanishi; Manabu Takahashi
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2009-05-28
Filing date: 2009-05-28
Publication date: 2012-11-08
Anticipated expiration: 2029-05-29
Also published as: CN102481832B; US9162559B2; CN102481832A; JP5077610B2; DE112009004801B4; US20120015257A1; WO2010137147A1; JPWO2010137147A1

Abstract

Eine Struktur, die ein Brennstoffzellensystem ausbildet, ist vorgesehen, die in der Lage ist, eine Kollision einer Brennstoffzelle mit einem Peripheriegerät der Brennstoffzelle zu verhindern und gleichzeitig eine Erhöhung des Fahrzeuggewichts zu vermeiden. Ein Brennstoffzellensystem, das in einem Fahrzeug (100) vorgesehen ist, weist auf: eine Brennstoffzelleneinheit, in der eine Brennstoffzelle (20) enthalten ist; und ein Peripheriegerät (90), das elektrisch mit der Brennstoffzelle (20) verbunden ist und das an die Brennstoffzelle angrenzt. Das Peripheriegerät (90) ist an einer Stelle angeordnet, die näher an einer Außenfläche des Fahrzeugs liegt als die Brennstoffzelleneinheit.

Description

Gebiet der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Fahrzeug, das mit einem Brennstoffzellensystem ausgestattet ist, und insbesondere betrifft sie einen Aufbau für eine Brennstoffzelle und für zur Brennstoffzelle gehörige Vorrichtungen, wie einen DC/DC-Wandler bzw. Gleichstromwandler.
Technischer Hintergrund
Ein Fahrzeug, das so ausgelegt ist, dass es durch Antrieben eines Fahrzeug-Antriebsmotors über die Zufuhr von Leistung von einem Brennstoffzellensystem fährt (im Folgenden als „Brennstoffzellen-Fahrzeug” bezeichnet), befindet sich in der Entwicklung. In dem Brennstoffzellen-Fahrzeug sind Elemente, aus denen das Brennstoffzellensystem besteht, im mittleren Teil eines Fahrzeugs und unter dem Boden angeordnet, wodurch die Sicherheit bei einer Kollision gewährleistet ist.
Beispielsweise offenbart WO2003/104010 ein Brennstoffzellen-Fahrzeug, in dem eine Brennstoffzelle in einem Bereich unterhalb eines Frontblechs angeordnet ist und einige Hilfsvorrichtungen der Brennstoffzelle innerhalb eines mittleren Tunnels zwischen rechten und linken Frontblechen angeordnet sind (Patentliteratur 1).
JP2007-15616 A offenbart ein Brennstoffzellen-Fahrzeug, in dem ein Brennstoffzellenstapel ebenso wie eine Luftausfuhr-Hilfsvorrichtung und eine Wasserstoffzufuhr-Hilfsvorrichtung, bei denen es sich um Hilfsvorrichtungen einer Brennstoffzelle handelt, derart in einem mittleren Tunnel enthalten sind, dass sie in Front-Heck-Reaktion des Fahrzeugs auf einer Linie liegen, wobei der mittlere Tunnel unterhalb einer Mittelkonsole ausgebildet ist, die sich in Front-Heck-Richtung erstreckt (Patentliteratur 2).
JP2007-015612 A offenbart eine Rahmenstruktur, die aufweist: ein Paar rechter und linker Mittelrahmen, die vorgesehen sind, um eine Mittelkonsole zu tragen; und ein Paar rechter und linker Seitenrahmen, die, bezogen auf die Fahrzeug-Breitenrichtung, außerhalb der Mittelrahmen vorgesehen sind. Dieses Dokument offenbart ferner, dass ein Brennstoffzellenstapel in der Mittelkonsole enthalten ist und ein DC/DC-Wandler in einem Bereich in Fahrzeug-Breitenrichtung zwischen dem Mittelrahmen und dem Seitenrahmen aufgenommen ist (Patentliteratur 3).
Ein Gleichstromwandler, der eine Ausgangsspannung einer Brennstoffzelle erhöht oder senkt, ist beispielsweise in JP2007-209161 A und JP2007-318938 A offenbart (Patentliteratur 4 und 5).
Liste der Entgegenhaltungen
Patentliteratur

Patentliteratur 1: WO2003/104010
Patentliteratur 2: JP2007-15616 A
Patentliteratur 3: JP2007-015612 A
Patentliteratur 4: JP2007-209161 A
Patentliteratur 5: JP2007-318938 A

Kurzfassung der Erfindung
Mit der Erfindung zu lösendes Problem
Jedoch ist bei den Aufbauarten, die im oben genannten Stand der Technik vorgesehen sind, die Sicherheit eines Brennstoffzellensystems nicht gewährleistet, wenn eine kollisionsbedingte Aufprallkraft auf das Brennstoffzellensystem einwirkt. Um die Sicherheit des Brennstoffzellensystems zu gewährleisten, müssen Vorrichtungen, die mit einer Brennstoffzelle in Beziehung stehen, bzw. Peripheriegeräte, wie ein Gleichstromwandler, vor der Brennstoffzelle kurzgeschlossen werden, oder die Richtung, in der die kollisionsbedingte Aufprallkraft wirkt, muss so geändert werden, dass die Aufprallkraft nicht direkt auf die Brennstoffzelle wirkt.
Beispielsweise offenbaren die technischen Lehren der Patentdokumente 1 und 2 jeweils die Anordnung der Hilfsvorrichtungen der Brennstoffzelle, aber sie offenbaren nicht die Anordnung der Peripheriegeräte, wie eines Gleichstromwandlers.
Bei der technischen Lehre der Brennstoffzelle 3 besteht die Gefahr, dass, wenn die kollisionsbedingte Aufprallkraft von einer Seitenfläche des Fahrzeugs her hoch ist, die Mittelrahmen aufgrund der Aufprallkraft verformt werden, was zu einer Zerstörung des Brennstoffzellenstapels führt, wodurch Brenngas aus dem Brennstoffzellenstapel austritt, bevor der Wandler kurzgeschlossen wird.
Was den Gleichstromwandler betrifft, der in jedem der Patentdokumente 4 und 5 beschrieben ist, so ist der Gleichstromwandler ein peripheres Gerät, das nahe an der Brennstoffzelle vorgesehen ist; daher besteht Gefahr, dass bei einem nicht exakten Einbau des Gleichstromwandlers der Gleichstromwandler aufgrund der Aufprallkraft, die bei einer Fahrzeugkollision wirkt, mit der Brennstoffzelle kollidiert, was dazu führt, dass Brenngas austritt.
Um den oben beschriebenen Problemen zu begegnen, wird überlegt, einen Aufbau mit einer äußerst hohen Steifigkeit zwischen einer Brennstoffzelle und ihren Peripheriegeräten anzuordnen, um die Aufprallbeständigkeit der Brennstoffzelle zu erhöhen. Jedoch kann bei einem Fahrzeug mit Gewichtsbeschränkungen nicht jede Schutzmaßnahme ergriffen werden, die eine starre Struktur mit einem äußerst hohen Gewicht beinhaltet. Die Brennstoffzelle muss wirkungsvoll geschützt werden, während gleichzeitig die Erhöhung des Fahrzeuggewichts vermieden wird.
Angesichts der obigen Ausführungen ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung die Ausbildung eines Brennstoffzellensystems, das einen Aufbau bereitstellt, mit dem eine Kollision einer Brennstoffzelle mit Peripheriegeräten der Brennstoffzelle verhindert werden und gleichzeitig die Zunahme eines Fahrzeuggewichts vermieden werden kann.
Mittel zur Lösung des Problems
Die vorliegende Erfindung zur Lösung der oben beschriebenen Probleme bildet ein Brennstoffzellensystem aus, das in einem Fahrzeug vorgesehen ist und das aufweist: eine Brennstoffzelleneinheit, in der eine Brennstoffzelle enthalten ist; und ein Peripheriegerät, das elektrisch mit der Brennstoffzelle verbunden ist und angrenzend an die Brennstoffzelle angeordnet ist, wobei das Peripheriegerät an einer Stelle angeordnet ist, die näher an einer Außenfläche bzw. Außenseite des Fahrzeugs liegt als die Brennstoffzelleneinheit.
Bei einer solchen Gestaltung ist das Peripheriegerät näher an der Außenfläche des Fahrzeugs angeordnet als die Brennstoffzelle, und wenn eine kollisionsbedingte Aufprallkraft von der Außenfläche her auf das Fahrzeug einwirkt, wirkt daher die Aufprallkraft zuerst auf das Peripheriegerät, wodurch das elektrische System kurzgeschlossen wird. Somit wurde, im Falle eines Austritts von gasförmigem Brennstoff bzw. Brenngas aus der Brennstoffzelleneinheit, das elektrische System bereits kurzgeschlossen, was dazu führt, dass die Sicherheit des Brennstoffzellensystems erhöht ist.
Die Erfindung kann gegebenenfalls die nachstehend beschriebenen Merkmale aufweisen.

(1) Das Fahrzeug kann eine Fahrgastzelle aufweisen, die mit einem mittleren Wölbungsabschnitt versehen ist, und das Peripheriegerät kann unterhalb des mittleren Wölbungsabschnitts angeordnet sein. Bei einem solchen Aufbau ist das Peripheriegerät an der Unterseite des mittleren Wölbungsabschnitts als Totraum der Fahrgastzelle angeordnet; daher kann die Verdrahtung des Peripheriegeräts in Bezug auf die Brennstoffzelle verkürzt werden, und gleichzeitig der Raum effektiv genutzt werden.
(2) Das Peripheriegerät kann in einem Bereich, der sich nahe an der Außenfläche des Fahrzeugs befindet, mit einem geneigten bzw. schrägen Abschnitt versehen sein. Wenn der Aufprall eine kollisionsbedingte Aufprallkraft von der Außenfläche her auf das Fahrzeug einwirkt, wird bei einer solchen Gestaltung die Richtung der Aufprallkraft durch den schrägen Abschnitt geändert. Daher kann verhindert werden, dass die Aufprallkraft auf die Brennstoffzelle einwirkt, und die Aufprallkraft, die auf das Peripheriegerät an sich wirkt, kann verringert werden.
(3) Der schräge Abschnitte kann von einer Teilform eines Gehäuses des Peripheriegeräts gebildet werden. Bei einer solchen Gestaltung kann die Form des Peripheriegeräts die kollisionsbedingte Aufprallkraft verringern, und es müssen keine anderen Elemente verwendet werden.
(4) Der schräge Abschnitt kann durch ein aufprallvermeidendes Mittel gebildet werden, das am Peripheriegerät angebracht ist. Bei einer solchen Gestaltung kann das aufprallvermeidende Mittel, das am Peripheriegerät angebracht ist, die kollisionsbedingte Aufprallkraft verringern, und das Peripheriegerät muss nicht in einer bestimmten Form ausgebildet sein.
(5) Das Peripheriegerät kann an einer schrägen Oberfläche angeordnet sein. Bei einer solchen Gestaltung bewegt sich das Peripheriegerät von der schrägen Oberfläche aus in Neigungsrichtung, bewegt sich aber nicht in Richtung der Brennstoffzelleneinheit. Daher kann verhindert werden, dass das Peripheriegerät direkt mit der Brennstoffzelleneinheit in Berührung kommt.
(6) Die Brennstoffzelleneinheit kann eine verzweigte Form aufweisen, die sich in zwei Richtungen verzweigt, und das Peripheriegerät kann zwischen den Zweigen der verzweigt geformten Brennstoffzelleneinheit angeordnet sein. Wenn das Peripheriegerät sich etwas bewegt, wenn es mit einer kollisionsbedingten Aufprallkraft beaufschlagt wird, kommt das Peripheriegerät bei einer solchen Gestaltung nicht direkt mit der Brennstoffzelleneinheit in Berührung und zerstört die Brennstoffzelleneinheit nicht, da das Peripheriegerät zwischen den Zweigen der verzweigt geformten Brennstoffzelleneinheit angeordnet ist.
(7) Das Peripheriegerät und/oder die verzweigt geformte Brennstoffzelleneinheit kann bzw. können an einem Teil bzw. an Teilen, wo das Peripheriegerät und die Brennstoffzelle einander zugewandt sind, mit einem Pufferelement bzw. mit Pufferelementen versehen sein. Bei einer solchen Gestaltung kann im Falle einer Berührung zwischen dem Peripheriegerät und der Brennstoffzelleneinheit die kollisionsbedingte Aufprallkraft durch das Pufferelement bzw. die Pufferelemente gemildert werden.

Effekt der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist das Peripheriegerät näher an der Außenfläche des Fahrzeugs angeordnet als die Brennstoffzelleneinheit, und, wenn eine kollisionsbedingte Aufprallkraft von der Außenfläche her auf das Fahrzeug einwirkt, wirkt die Aufprallkraft somit zuerst auf das Peripheriegerät, wodurch das elektrische System kurzgeschlossen wird, was zu einer Erhöhung der Sicherheit des Brennstoffzellensystems führt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Systemaufbauskizze eines Brennstoffzellensystems gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
2 zeigt eine Seitenansicht, eine Draufsicht und eine Frontansicht, die die Anordnung eines Brennstoffzellensystems und der Peripheriegeräte in einem Fahrzeug gemäß einer ersten Ausführungsform zeigen;
3 ist eine Bodenansicht des Fahrzeugs, die die Anordnung der Brennstoffzelle und der Peripheriegeräte gemäß der ersten Ausführungsform zeigt;
4 ist eine Seitenansicht des Fahrzeugs und zeigt die Anordnung der Brennstoffzelle und der Peripheriegeräte gemäß der ersten Ausführungsform;
5 ist eine perspektivische Ansicht einer Brennstoffzellenbaugruppe und einer Wandler-Baugruppe gemäß der ersten Ausführungsform;
6 ist eine perspektivische Sicht von oben, die die Gestaltung der Wandler-Baugruppe gemäß der ersten Ausführungsform zeigt;
7 ist eine perspektivische Sicht von unten, die die Gestaltung der Wandler-Baugruppe gemäß der ersten Ausführungsform zeigt;
8 ist eine Seitenansicht eines Fahrzeugs und zeigt die Anordnung einer Brennstoffzelle und der Peripheriegeräte gemäß einer zweiten Ausführungsform;
9 ist eine Seitenansicht des Fahrzeugs und zeigt die Bewegungsrichtung eines Gleichstromwandlers gemäß der zweiten Ausführungsform;
10 ist eine Draufsicht auf ein Fahrzeug und zeigt die Anordnung einer Brennstoffzelle und der Peripheriegeräte gemäß einer dritten Ausführungsform;
11 ist eine Draufsicht auf die Lagebeziehung zwischen einem Gleichstromwandler und einer Brennstoffzelleneinheit gemäß einer dritten Ausführungsform, wobei 11(A) eine Draufsicht ohne Kollision ist und 11(B) eine Draufsicht für den Fall ist, dass der Gleichstromwandler sich aufgrund einer kollisionsbedingten Aufprallkraft bewegt;
12 ist eine Frontansicht eines Fahrzeugs und zeigt die Anordnung einer Brennstoffzelle und der Peripheriegeräte gemäß einer vierten Ausführungsform; und
13 ist eine schematische Frontansicht des Fahrzeugs und zeigt die Funktion der Anordnung der Brennstoffzelle und der Peripheriegeräte gemäß der vierten Ausführungsform;
Beschreibung von Ausführungsformen
Nun werden bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen dargestellt.
In den Zeichnungen sind gleiche oder ähnliche Teile mit gleichen oder ähnlichen Bezugszeichen versehen. Jedoch sind die Zeichnungen nur Skizzen, und somit sind die spezifischen Abmessungen usw. anhand der nachstehenden Beschreibungen zu bestimmen. Außerdem sollte klar sein, dass die Dimensionsbeziehungen und Proportionen zwischen einigen Teilen anders sind als in den Zeichnungen.
(Definition der Erfindung)
Die in der Erfindung verwendeten Begriffe sind definiert wie nachstehend angegeben.
„Fahrzeug”: Der Ausdruck „Fahrzeug” bezeichnet einen Aufbau, der unter Verwendung von Leistung, die von einer Brennstoffzelle erzeugt wird, bewegt werden kann, und das Bewegungsprinzip spielt dabei keine Rolle. In den Ausführungsformen bezeichnet „Fahrzeug” insbesondere Formen, die sich mittels der Einwirkung einer Kraft auf einer Fortbewegungsfläche bewegen (Fahrzeuge und Züge), aber andere mobile Formen sind nicht ausgeschlossen. Beispielsweise sind Formen eingeschlossen, die sich mittels der Einwirkung einer Kraft auf einem Medium bewegen (Flugzeuge, Schiffe, Unterseeboote usw.). Außerdem spielt es keine Rolle, ob ein Fahrzeug manuell oder automatisch gesteuert wird.
„Vorne”: Der Ausdruck „vorne” bezeichnet eine Richtung, in der ein Fahrzeug fährt, wenn eine Gangschaltung auf „Drive” (Fahren) gestellt ist, und wird auch als „Vorwärtsrichtung” oder „Frontseite” bezeichnet.
„Hinten”: Der Ausdruck „hinten” bezeichnet eine Richtung, in der ein Fahrzeug fährt, wenn eine Gangschaltung auf „Reverse” (Rückwärts) gestellt ist, und wird auch als „Rückwärtsrichtung” oder „Heckseite” bezeichnet.
„Quer”: Der Ausdruck „seitlich” bezeichnet eine seitliche Richtung in einer horizontalen Ebene in Bezug auf die oben genannte Vorwärtsrichtung oder Rückwärtsrichtung und wird auch als „Seitenrichtung” oder „Breitenrichtung” bezeichnet.
„Oben”: Der Ausdruck „oben” bezeichnet eine Richtung, die senkrecht ist zur Fortbewegungsfläche eines Fahrzeugs (auch als „Höhenrichtung” bezeichnet) (Die Aufwärtsrichtung in der Seitenansicht und der Frontansicht in 2) und wird als „Aufwärtsrichtung” oder „obere Seite” bezeichnet, und eine Abwärtsrichtung (die Richtung zur Straßenoberfläche für das Fahrzeug 100, die untere Richtung in der Seitendarstellung und der Frontansicht in 2) wird als „Abwärtsrichtung” oder „untere Seite” bezeichnet.
„Peripheriegerät”: Der Ausdruck „Peripheriegerät” bezeichnet andere Bauteile als eine Brennstoffzelle, die Bestandteile eines Brennstoffzellensystems sind, und es spielt dabei keine Rolle, von welcher Art sie sind. Das „Peripheriegerät” schließt einen Wandler, einen Hilfsvorrichtungs-Wechselrichter, einen Fahrzeugantriebs-Wechselrichter, eine Kühlpumpe, eine Antriebspumpe, einen Kompressor, eine Batterie usw. ein.
„Angrenzend”: Der Ausdruck „angrenzend” bezeichnet einen geringen Abstand zwischen einer Brennstoffzelle und einem Peripheriegerät, aber der Abstand ist nicht beschränkt. Man beachte jedoch, dass der Abstand bewirken kann, dass das Peripheriegerät einen physischen Einfluss auf die Brennstoffzelle hat, wenn eine kollisionsbedingte Aufprallkraft auf ein Fahrzeug einwirkt, wenn die vorliegende Erfindung nicht angewendet wird.
„Fahrzeug-Außenfläche”: Der Ausdruck „Fahrzeug-Außenfläche” schließt die Frontfläche und die Heckfläche als Außenflächen in Front-Heck-Richtung eines Fahrzeugs und die rechte Seitenfläche und die linke Seitenfläche als die Außenflächen in der Fahrzeugbreitenrichtung des Fahrzeugs ein.
„Position in der Nähe einer Fahrzeug-Außenfläche”: Der Ausdruck „Position in der Nähe einer Fahrzeug-Außenfläche” bezeichnet einen in Draufsicht gesehenen Abstand zwischen der geometrischen Mitte einer Brennstoffzelleneinheit oder eines Peripheriegeräts und einer Fahrzeug-Außenfläche. Wenn das Fahrzeug eine Mehrzahl von Außenflächen aufweist, ist damit der Abstand zwischen einer der Außenflächen und der geometrischen Mitte gemeint.
(Erste Ausführungsform)
Die erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bezeichnet ein Brennstoffzellen-Fahrzeug, in dem ein Gleichrichter als zugehörige Vorrichtung bzw. Peripheriegerät näher an der Frontfläche (einer von den Außenflächen) des Fahrzeugs angeordnet ist als eine Brennstoffzelleneinheit. Zuerst wird nun der Aufbau eines Brennstoffzellensystems beschrieben, und dann werden die einzelnen Komponenten ausführlich beschrieben.
(Systemaufbau)
1 ist eine Aufbauskizze eines Brennstoffzellensystems, auf das die Erfindung angewendet wird.
Ein Brennstoffzellensystem in 1 besteht aus einem Brenngas-Zufuhrsystem 4, einem Oxidationsgas-Zufuhrsystem 7, einem Kühlmittel-Zufuhrsystem 3 und einem Leistungssystem 9. Das Brenngas-Zufuhrsystem 4 ist ein System zum Zuführen eines gasförmigen Brennstoffs bzw. eines Brenngases (Wasserstoffgas) zu einer Brennstoffzelle 20. Das Oxidationsgas-Zufuhrsystem 7 ist ein System zum Zuführen eines Oxidationsgases (Luft) zur Brennstoffzelle 20. Das Kühlmittel-Zufuhrsystem 3 ist ein System zum Kühlen der Brennstoffzelle 20. Das Leistungssystem 9 ist ein System zum Laden und Entladen von elektrischer Leistung, die von der Brennstoffzelle 20 erzeugt wird.
Die Brennstoffzelle 20 weist eine Membran-Elektroden-Anordnung (MEA) 24 auf, in der eine Anode 22 und eine Kathode 23 beispielsweise durch Siebdrucken auf beiden Oberflächen einer Polymerelektrolytmembran 21 ausgebildet sind, die beispielsweise aus einer protonenleitenden Ionentauschermembran besteht, die z. B. aus Fluorharz gebildet ist. An beiden Seiten der Membran-Elektroden-Anordnung 24 liegen (nicht dargestellte) Separatoren an, die Strömungswege für das Brenngas, das Oxidationsgas und das Kühlmittel aufweisen. Ein nutartiger Anodengaskanal 25 und ein nutartiger Kathodengaskanal 26 sind jeweils zwischen einem der Separatoren und der Anode 22 und zwischen dem anderen Separator und der Kathode 23 ausgebildet. Die Anode 22 wird durch Ausbilden einer Brennstoffelektroden-Katalysatorschicht auf einer porösen Trägerschicht ausgebildet, und die Kathode 23 wird durch Ausbilden einer Luftelektroden-Katalysatorschicht auf einer porösen Trägerschicht ausgebildet. Die Katalysatorschichten dieser Elektroden werden jeweils z. B. durch Abscheiden von Platinteilchen ausgebildet. In der Brennstoffzelle 20 laufen die nachstehenden elektrochemischen Reaktionen ab, die durch die Formeln (1) bis (3) dargestellt sind. H₂ → 2H⁺+ 2e^– (1) (½)O₂ + 2H⁺ + 2e^– → H₂O (2) H₂ + (½)O₂ → H₂O (3)
Die von der Formel (1) dargestellte Reaktion läuft an der Anode 22 ab, und die von der Formel (2) dargestellte Reaktion läuft an der Kathode 23 ab. Die von der Formel (3) dargestellte Reaktion läuft in der gesamten Brennstoffzelle 20 ab. Um diese elektrochemischen Reaktionen zu bewirken, ist die Brennstoffzelle 20 in einem Gehäuse untergebracht, das noch beschrieben wird, und ist in Form einer Brennstoffzelleneinheit in einem Fahrzeug vorgesehen.
Zur Vereinfachung stellt 1 den Aufbau der Einheitszelle, die von der Membran-Elektroden-Anordnung 24, dem Anodengaskanal 25 und dem Kathodengaskanal 26 gebildet wird, schematisch dar. Jedoch ist eigentlich eine Stapelstruktur vorgesehen, in der eine Mehrzahl von Einheitszellen (eine Zellengruppe) über die oben beschriebenen Separatoren in Reihe miteinander verbunden sind.
Das Kühlmittel-Zufuhrsystem 3 im Brennstoffzellensystem 10 weist einen Kühlmittelweg 31, Temperatursensoren 32 und 35, einen Kühler 33, ein Ventil 34 und eine Kühlmittelpumpe 35 auf. Der Kühlmittelweg 31 ist ein Strömungsweg zum Umwälzen eines Kühlmittels. Der Temperatursensor 32 ist eine Temperaturerfassungseinrichtung zum Erfassen der Temperatur des Kühlmittels, das aus der Brennstoffzelle 20 abgelassen wird. Der Kühler 33 ist ein Wärmetauscher zum Ableiten der Wärme des Kühlmittels nach außen. Das Ventil 34 ist eine Ventilvorrichtung zur Anpassung der Menge des Kühlmittels, das in den Kühler 33 strömt. Die Kühlmittelpumpe 35 ist eine Antriebseinrichtung zur Verdichtung des Kühlmittels über einen (nicht dargestellten) Motor, um das Kühlmittel umzuwälzen. Der Temperatursensor 36 ist eine Temperaturerfassungseinrichtung zur Erfassung der Temperatur des Kühlmittels, das zur Brennstoffzelle 20 geliefert wird.
Das Brenngas-Zufuhrsystem 4 im Brennstoffzellensystem 10 weist eine Brenngas-Zufuhrvorrichtung 42, einen Brenngas-Zufuhrweg 40 und einen Umwälzweg 51 auf. Die Brenngas-Zufuhrvorrichtung 42 ist eine Speichervorrichtung zum Speichern des Brenngases (Anodengases), z. B. Wasserstoffgas. Der Brenngas-Zufuhrweg 40 ist eine Strömungswegvorrichtung zum Liefern des Brenngases aus der Brenngas-Zufuhrvorrichtung 42 zum Anodengaskanal 25. Der Umwälzweg 51 ist eine Strömungswegvorrichtung (ein Umwälzweg) zum Umwälzen bzw. Rückführen eines Brennstoffabgases, das aus dem Anodengaskanal 25 ausgelassen wird, in den Brenngas-Zufuhrweg 40.
Die Brenngas-Zufuhrvorrichtung 42 besteht beispielsweise aus einem Hochdruck-Wasserstofftank, aus wasserstoffabsorbierenden Legierungen und aus einem Reformer. In dieser Ausführungsform weist die Brenngas-Zufuhrvorrichtung 42 einen ersten Brenngastank 42a und einen zweiten Brenngastank 42b auf. Im Brenngas-Strömungsweg 40 sind ein Hauptventil 43, ein Drucksensor 44, ein Ejektor 45 und ein Sperrventil 46 angeordnet. Das Hauptventil 43 ist ein Sperrventil zum Steuern des aus der Brenngas-Zufuhrvorrichtung 42 strömenden Brenngases. Der Drucksensor 44 ist eine Druckerfassungseinrichtung zum Erfassen des relativ hohen Drucks des Brenngases in der Leitung stromabwärts vom Hauptventil 43 und stromaufwärts vom Ejektor 45. Der Ejektor 45 ist ein Regelventil zum Anpassen des Drucks des Brenngases im Umwälzweg 51. Das Sperrventil 46 ist eine Ventilvorrichtung, die steuert, ob Brenngas zur Brennstoffzelle 20 geliefert wird oder nicht.
Der Umwälzweg 51 weist ein Sperrventil 52, einen Gas-Flüssigkeit-Separator 53, ein Auslassventil 54 und eine Wasserstoffpumpe 55 auf. Das Sperrventil 52 ist eine Ventileinrichtung, die steuert, ob Brennstoffabgas von der Brennstoffzelle 20 zum Umwälzweg 51 geliefert wird oder nicht. Der Gas-Flüssigkeit-Separator 53 ist ein Separator zum Entfernen von Wasser, das im Brennstoffabgas enthalten ist. Das Auslassventil 54 ist eine Ventileinrichtung zum Ausführen des Wassers, das vom Gas-Flüssigkeit-Separator 53 abgetrennt wird, nach außen. Die Wasserstoffpumpe 55 weist einen (nicht dargestellten) Motor auf und ist eine Antriebseinrichtung, bei der es sich um eine Zwangsumwälzvorrichtung handelt, zum Verdichten des Brennstoffabgases, das beim Durchströmen des Anodengaskanals 25 an Druck verloren hat, um den Druck auf einen geeigneten Gasdruck zu erhöhen, und zum Rückführen des resultierenden Brennstoffabgases in den Brenngas-Strömungsweg 40. Angetrieben von der Wasserstoffpumpe 55 vermischt sich das Brennstoffabgas mit dem Brenngas, das von der Brenngas-Zufuhrvorrichtung 42 geliefert wird, an einem Zusammenfluss zwischen dem Brenngas-Zufuhrweg 40 und dem Umwälzweg 51 und wird dann zur Wiederverwendung zur Brennstoffzelle 20 geliefert. Man beachte, dass die Wasserstoffpumpe 55 mit einem Drehzahlsensor 57 zur Erfassung der Drehzahl der Wasserstoffpumpe 55 und mit Drucksensoren 58 und 59 zur Erfassung der Drücke im Umwälzweg vor und hinter der Wasserstoffpumpe versehen ist.
Ferner ist ein Auslassweg 61 so angeordnet, dass er vom Umwälzweg 51 abzweigt. Der Auslassweg 61 ist mit einem Spülventil 63 und einem Verdünner 62 versehen und ist eine Auslasseinrichtung zum Auslassen des Brennstoffabgases, das aus der Brennstoffzelle 20 ausgelassen wird, in die Außenumgebung des Fahrzeugs. Das Spülventil 63 ist eine Ventilvorrichtung zum Steuern des ausgelassenen Brennstoffabgases. Die Umwälzung in der Brennstoffzelle 20 wird mit dem Öffnen und Schließen des Spülventils 63 wiederholt, wodurch das Brennstoffabgas, dessen Gehalt an Verunreinigungen gestiegen ist, nach außen geführt wird, während frisches Brenngas zugeführt wird, so dass ein Absinken der Zellenspannung verhindert werden kann. Der Verdünner 62 ist ein Verdünner zum Verdünnen des Brennstoffabgases mit dem Oxidationsabgas, um eine Konzentration zu erhalten, die keine Oxidationsreaktionen bewirkt, und ist beispielsweise eine Vorrichtung zum Senken einer Wasserstoffkonzentration.
Ein Oxidationsgas-Zufuhrweg 71 und ein Oxidationsabgas-Abfuhrweg 72 sind im Oxidationsgas-Zufuhrsystem 7 des Brennstoffzellensystems 10 angeordnet. Der Oxidationsgas-Zufuhrweg 71 ist eine Strömungswegvorrichtung für die Zufuhr des Oxidationsgases (Kathodengases) zum Kathodengaskanal 26. Der Oxidationsabgas-Abfuhrweg 72 ist eine Strömungswegvorrichtung zum Auslassen des Oxidationsabgases (Kathodenabgases), das aus dem Kathodengaskanal 26 ausgelassen wird.
Der Oxidationsgas-Zufuhrweg 71 ist mit einem Luftreiniger 74 und einem Luftkompressor 75 versehen. Der Luftreiniger 74 ist eine Ansaug- und Filtervorrichtung zum Ansaugen von Luft aus der Atmosphäre, um die Luft zu filtern und die gefilterte Luft zum Oxidationsgas-Zufuhrweg 71 zu liefern. Der Luftkompressor 75 ist eine Antriebseinrichtung zum Verdichten der angesaugten Luft über einen (nicht dargestellten) Motor und zum Schicken der verdichteten Luft als das Oxidationsgas zum Kathodengaskanal 26. Ein Drucksensor 73 zum Erfassen des Druckes der Luft, die vom Luftkompressor 75 geliefert wird, ist für den Luftkompressor 75 vorgesehen.
Ein Befeuchter 76 ist zwischen dem Oxidationsgas-Zufuhrweg 71 und dem Oxidationsabgas-Abfuhrweg 72 vorgesehen. Der Befeuchter 76 tauscht Feuchtigkeit zwischen dem Oxidationsgas-Zufuhrweg 71 und dem Oxidationsabgas-Abfuhrweg 72 aus und erhöht die Feuchtigkeit im Oxidationsgas-Zufuhrweg 71.
Der Oxidationsgas-Zufuhrweg 72 ist mit einem Druckregulierungsventil 77 und einem Dämpfer 65 versehen. Das Druckregulierungsventil 77 ist ein Druckregler, der als Regler dient, um den Abgasdruck des Oxidationsabgas-Abfuhrweg 72 zu regeln. Der Dämpfer 65 ist ein Schalldämpfer zur Absorbieren des Auslassgeräusches des Oxidationsabgases. Das Oxidationsabgas, das aus dem Druckregelventil 77 ausgelassen wird, wird geteilt. Einer der resultierenden Ströme des geteilten Oxidationsabgases strömt in den Verdünner 62 und wird durch Vermischen mit dem Brennstoffabgas, das im Verdünner 62 zurückgeblieben ist, verdünnt, während der andere Strom des geteilten Oxidationsabgases einer Schallabsorption im Dämpfer 65 unterworfen wird und mit dem Gas vermischt wird, das über eine Mischung durch den Verdünner 62 einer Verdünnung unterworfen wurde, um dann aus dem Fahrzeug nach außen gelassen zu werden.
Mit dem Leistungssystem 9 im Brennstoffzellensystem 10 verbunden sind ein Spannungssensor 84, ein Stromsensor 86, ein Brennstoffzellen-Gleichstromwandler 90, eine Batterie 91, ein Batteriecomputer 92, ein Wechselrichter 93, ein Fahrzeugantriebsmotor 94, ein Wechselrichter 95, Hochspannungs-Hilfsvorrichtungen 96, ein Relais 97 und ein Batterie-Gleichstromwandler 98. Dies sind die „Peripheriegeräte” dieser Ausführungsform.
Der Brennstoffzellen-DC/DC-Wandler 90 (im Folgenden als „BZ-Wandler 90” bezeichnet) ist ein Spannungswandler zur Durchführung einer Spannungsumwandlung zwischen den primärseitigen Anschlüssen und den sekundärseitigen Anschlüssen. Genauer sind die Ausgangsanschlüsse der Brennstoffzelle 20 mit den primärseitigen Anschlüssen des BZ-Wandlers 90 verbunden, und der Wechselrichter 93 ist mit dessen sekundärseitigen Anschlüssen verbunden. Der Batterie-Gleichstromwandler 98 (im Folgenden als „Batteriewandler 90” bezeichnet) ist ebenfalls ein Spannungswandler, der eine Spannungsumwandlung zwischen den primärseitigen Anschlüssen und den sekundärseitigen Anschlüssen durchführt. Genauer sind die primärseitigen Anschlüsse des Batteriewandlers 98 mit den Ausgangsanschlüssen der Batterie 91 verbunden, und seine sekundärseitigen Anschlüsse sind mit den Eingangsanschlüssen des Wechselrichters 93 verbunden. Der Batteriewandler 98 ist parallel mit dem BZ-Wandler 90 geschaltet.
Der BZ-Wandler 90 erhöht die Ausgangsspannung der Brennstoffzelle 20, die mit den primärseitigen Anschlüssen verbunden ist, und liefert die resultierende Spannung zu den Eingangsanschlüssen des Wechselrichters 93, der mit den sekundärseitigen Anschlüssen verbunden ist. Wenn die Leistung, die von der Brennstoffzelle 20 erzeugt wird, nicht ausreicht, erhöht der Batteriewandler 98 die Ausgangsspannung der Batterie 91, die mit den primärseitigen Anschlüssen verbunden ist, und liefert die resultierende Spannung zu den Eingangsanschlüssen des Wechselrichters 93, der mit den sekundärseitigen Anschlüssen verbunden ist. Wenn in der Brennstoffzelle 20 überschüssige Leistung erzeugt wird, wird ferner die Batterie 91 über den BZ-Wandler 90 und den Batteriewandler 98 mit der überschüssigen Leistung der Brennstoffzelle 20 geladen. Wenn ferner durch eine Bremsoperation am Fahrzeug-Antriebsmotor 94 regenerative Leistung erzeugt wird, wird die Batterie 91 über den Batteriewandler 98 mit der regenerativen Leistung geladen.
Der BZ-Wandler 90 weist das Relais 97 an den sekundärseitigen Anschlüssen auf. Das Relais 97 hält die Leitungsverbindung in einem Normalzustand. Wenn jedoch eine bestimmte Aufprallkraft auf den BZ-Wandler 90 wirkt, wird das Relais 97 in einen Unterbrechungszustand gebracht, so dass die sekundärseitigen Anschlüsse des BZ-Wandlers 90 elektrisch vom Wechselrichter 93, vom Wechselrichter 95 und vom Batteriewandler 98 getrennt werden.
Ferner sind die sekundärseitigen Anschlüsse des BZ-Wandlers 90 über einen noch zu beschreibenden Netzstecker 283 elektrisch mit den Eingangsanschlüssen der Wechselrichter 93 und 95 und den sekundärseitigen Anschlüssen des Batteriewandlers 98 verbunden.
Die Batterie ist eine Leistungsspeichervorrichtung, die als Sekundärbatterie dient und die mit überschüssiger Leistung und mit regenerativer Leistung geladen wird. Der Batteriecomputer 92 ist ein Monitor zur Überwachung des Ladungszustands der Batterie 91. Der Wechselrichter 93 ist ein DC/AC-Wandler zur Umwandlung von Gleichströmen, die über den BZ-Wandler 90 oder den Batteriewandler 98 geliefert wird, in dreiphasige Wechselströme, um die dreiphasigen Wechselströme zum Fahrzeug-Antriebsmotor 94 zu liefern, der als Antriebsziel dient. Der Fahrzeugantriebsmotor 94 ist eine Hauptantriebsvorrichtung des Brennstoffzellen-Fahrzeugs und ist eine Antriebseinrichtung, die von den dreiphasigen Wechselströmen vom Wechselrichter 93 angetrieben wird. Der Wechselrichter 95 ist ein DC/AC-Wandler, der Wechselstrom zu den verschiedenen Hochspannungs-Hilfsvorrichtungen 96 liefert, aus denen das Brennstoffzellensystem 10 besteht. „Hochspannungs-Hilfsvorrichtungen 96” ist eine Gattungsbezeichnung für Antriebseinrichtungen, die andere Motoren als den Fahrzeugantriebsmotor 94 nutzen. Genauer bezeichnet „Hochspannungs-Hilfsvorrichtungen 96” Motoren wie die Kühlmittelpumpe 35, die Wasserstoffpumpe 55 und den Luftkompressor 75.
Der Spannungssensor 84 ist eine Spannungserfassungseinrichtung zum Messen der Ausgangsspannung der Brennstoffzelle 20, und der Stromsensor 86 ist eine Stromerfassungseinrichtung zum Messen des Ausgangsstroms der Brennstoffzelle 20. Der Spannungssensor 84 und der Stromsensor 86 werden verwendet, um die Ausgangsspannung und den Ausgangsstrom der Brennstoffzelle 20 zu erfassen.
Die Hochspannungs-Hilfsvorrichtungen Man beachte, dass der Fahrzeugantriebsmotor 94 mit einem Drehzahlsensor 99 zur Erfassung der Drehzahl des Fahrzeugantriebsmotors 94 versehen ist. Frontseitige Räder 101, bei denen es sich um Fahrzeugräder handelt, sind über ein Differential, das eine Umwandlung der Drehkraft des Fahrzeug-Antriebsmotors 94 in eine Triebkraft des Fahrzeugs ermöglicht, mechanisch mit dem Fahrzeugantriebsmotor 94 verbunden.
Ferner ist im Brennstoffzellensystem 10 eine Steuereinrichtung angeordnet, um die Leistungserzeugung des Brennstoffzellensystems 10 insgesamt zu steuern. Die Steuereinrichtung 80 besteht aus einem Universalrechner (nicht dargestellt), der beispielsweise mit einer CPU (einer zentralen Verarbeitungseinheit), einem RAM, einem ROM und einer Schnittstellenschaltung versehen ist. Die Steuereinrichtung 80 kann aus einem einzigen Computer bestehen oder kann aus einer Mehrzahl von Computern bestehen, die zusammenarbeiten. Die Steuereinrichtung 80 führt beispielsweise die nachstehend beschriebene Steuerung aus, ist aber nicht auf diese Steuerung beschränkt.

(1) Empfangen eines eingehenden Schaltsignals von einem Zündschalter 82, um das Brennstoffzellensystem 10 zu starten oder zu stoppen.
(2) Aufnehmen von Erfassungssignalen eines (nicht dargestellten) Gaspedals und einer (nicht dargestellten) Schaltstellung und eines Drehzahlsignals vom Drehzahlsensor 99, um Steuerparameter wie eine notwendige Systemleistung, d. h. die Höhe der benötigten Leistungszufuhr, zu berechnen;
(3) Steuern der Drehzahl des Luftkompressors 75, um zu erreichen, dass eine angemessene Menge an Oxidationsgas in den Oxidationsgas-Zufuhrweg 71 geliefert wird, auf Basis des relativen Druckwerts des Oxidationsgas-Zufuhrwegs 71, der vom Drucksensor 73 erfasst wird;
(4) Steuern des Öffnungsgrads des Druckregulierungsventils 77, um zu erreichen, dass eine angemessene Menge an Oxidationsabgas in den Oxidationsabgas-Abfuhrweg 72 ausgelassen wird;
(5) Anpassen des Öffnungsgrads des Hauptventils 43 oder des angepassten Drucks vom Ejektor 45 auf Basis der relativen Druckwerte, die von den Drucksensoren 44, 58 und 59 erfasst werden, um zu erreichen, dass eine angemessene Oxidationsgas-Zufuhrmenge in den Brenngas-Zufuhrweg 40 geliefert wird;
(6) Steuern der Drehzahl der Wasserstoffpumpe 55 oder Steuern des Öffnungsgrads des Spülventils 63, um zu erreichen, dass eine angemessene Menge des Oxidationsabgases durch den Umwälzweg 51 zirkuliert, während der Wert des Drehzahlsensors 57 überwacht wird;
(7) Steuern des Öffnens und des Schließens des Hauptventils 43, des Sperrventils 46, des Sperrventils 52 usw. gemäß dem Betriebsmodus;
(8) Berechnen der umgewälzten Kühlmittelmenge auf Basis der relativen Temperaturen des Kühlmittels, die von den Temperatursensoren 32 und 36 erfasst werden, um die Drehzahl der Kühlpumpe 35 zu steuern;
(9) Berechnen des Wechselstrom-Scheinwiderstands der Brennstoffzelle 20 auf Basis des Spannungswerts, der vom Spannungssensor 84 erfasst wird, und des Stromwerts, der vom Stromsensor 86 erfasst wird, und Durchführen einer Schätzungsberechnung für die Wassermenge der Elektrolytmembran, um die Menge an Spül gas zu berechnen, die z. B. vorhanden ist, wenn das Fahrzeug angehalten wird; und
(10) Steuern des Leistungssystems 9, z. B. des BZ-Wandlers 90, des Batteriewandlers 98, der Wechselrichter 93 und 95, des Fahrzeugantriebsmotors 94 und der Hochspannungs-Hilfsvorrichtungen 96.

(Anordnung des Brennstoffzellensystems im Fahrzeug)
Nun wird der Aufbau des Brennstoffellenfahrzeugs der ersten Ausführungsform mit Bezug auf 2 bis 7 beschrieben. 2 zeigt die Anordnung der Brennstoffzelle 20 und der Peripheriegeräte im Brennstoffzellenfahrzeug der ersten Ausführungsform. 2 zeigt die Seitenansicht, die Draufsicht und die Frontsicht dazu.
Wie in der Seitenansicht und der Draufsicht in 2 dargestellt, sind die äußeren Formen eines Fahrzeugs 100, des vorderseitigen Reifens bzw. Vorderreifens 101, eines rückseitigen Reifens bzw. Hinterreifens 102, von Frontblechen 103 (103R und 103L) und eines Rückblechs 104 durch gestrichelten Linien dargestellt. Die gestrichelten Linien, die den Umriss des Fahrzeugs 100 bilden, zeigen die „äußere Form” des Brennstoffzellenfahrzeugs an. Wie in der Seitenansicht von 2 dargestellt, ist ein Armaturenbrett 105, das einen Fahrgastzelle, in dem Passagiere Platz nehmen, begrenzt, durch fette gestrichelten Linien dargestellt. Die äußeren Formen der Bauteile des Brennstoffzellensystems 10 sind durch durchgezogene Linien dargestellt. 2 zeigt von den Bauteilen des Brennstoffzellensystems 10 die Anordnung der Brennstoffzelle 20, des BZ-Wandlers 90, des Wechselrichters 93, des Fahrzeugantriebsmotors 94 und des ersten Brenngastanks 42a.
Wie in 2 dargestellt, sind der Fahrzeugantriebsmotor 94, der Wechselrichter 93, der BZ-Wandler 90 und die Brennstoffzelle 20 von der Frontseite zur Heckseite des Fahrzeugs 100 angeordnet.
Wie in der Seitenansicht von 2 dargestellt ist, sind die Brennstoffzelle 20 und der BZ-Wandler 90 im unteren Teil des Fahrzeugs 100, der vom Armaturenbrett 105 begrenzt wird, (auf der Bodenfläche) angeordnet. In einer Draufsicht ist die Brennstoffzelle 20 in Rechts-Links-Richtung und in Front-Heck-Richtung im Wesentlichen in der Mitte des Fahrzeugs und direkt unterhalb des Frontblechs 103 angeordnet. Der BZ-Wandler 90 ist angrenzend an die Brennstoffzelle 20 und vor der Brennstoffzelle 20 angeordnet, da die Ausgangsanschlüsse der Brennstoffzelle 20 direkt mit dem BZ-Wandler 90 verbunden sind. Das heißt, der BZ-Wandler 90 ist an einer Stelle angeordnet, die näher an der Vorderseite liegt, bei der es sich um eine der Außenflächen des Fahrzeugs 100 handelt, als die Brennstoffzelle 20. Um eine größere Beinfreiheit für Insassen zu erhalten, ist das Armaturenbrett 105 mit einem Tunnelabschnitt 109 zwischen dem rechten Frontblech 103R und dem linken Frontblech 103L versehen, der in Front-Heck-Richtung angehoben ist. Der Tunnelabschnitt 109 entspricht dem „mittleren Wölbungsabschnitt” der Erfindung. Der BZ-Wandler 90 ist im Tunnelabschnitt 109 enthalten.
Der Fahrzeugantriebsmotor 94 ist in der Nähe des Vorderreifens 101 und im vorderen Teil des Fahrzeugs 100 angeordnet, um den Vorderreifen 101 anzutreiben. Wie in 4 dargestellt, ist der Fahrzeugantriebsmotor 94 über eine Gummifassung 131 an einer Motoraufhängung 130 befestigt, die an einem vorderen Aufhängungselement 112 vorgesehen ist. Der Wechselrichter 93 ist direkt hinter dem Fahrzeugantriebsmotor 94 und oberhalb des BZ-Wandlers 90 angeordnet, mit dem der Wechselrichter 93 parallel geschaltet ist, um zu ermöglichen, dass Leistung zum Fahrzeugantriebsmotor 94 geliefert wird. Der erste Brenngastank 42a ist hinter der Brennstoffzelle 20 angeordnet, um das Brenngas zur Brennstoffzelle 20 zu liefern.
Wie aus 2 hervorgeht, sind in dieser Ausführungsform sowohl die Brennstoffzelle 20 als auch der BZ-Wandler 90, der Wechselrichter 93 und der Fahrzugantriebsmotor 94 so angeordnet, dass sie einander nicht überschneiden, wenn man sie von der Front des Fahrzeugs aus betrachtet. Anders ausgedrückt sind drei oder mehr Vorrichtungen nicht auf der gleichen geraden Linie angeordnet. Eine solche Anordnung vermeidet Mehrfachkollisionen.
Ferner sind die Brennstoffzelle 20 und der BZ-Wandler 90 im Wesentlichen im Zentrum und im unteren Abschnitt des Fahrzeugs 100 so angeordnet, dass sie von (nachstehend beschriebenen) Rahmen, die sich in Front/Heck-Richtung des Fahrzeugs 100 erstrecken, und von (nachstehend beschriebenen) Querstreben, die sich in der Breitenrichtung des Fahrzeugs 100 erstrecken, umgeben sind. Somit sind die Brennstoffzelle 20 und der BZ-Wandler 90 an Stellen angeordnet, wo sie weder aufgrund einer Frontalkollision des Fahrzeugs 100 noch einer Seitenkollision des Fahrzeugs leicht zerstört werden. Genauer entspricht der BZ-Wandler 90, wie oben beschrieben, dem Peripheriegerät der Erfindung und weist in einem Bereich, der nahe an der Front des Fahrzeugs 100 liegt, einen schrägen Abschnitt auf, und hat daher eine äußerst hohe Beständigkeit gegen die Frontalkollision.
Man beachte, dass in der nachstehenden Beschreibung die Brennstoffzelle 20 in Form einer Brennstoffzelleneinheit 201 vorliegt, die in einem Gehäuse einer Brennstoffzellen-Baugruppe 200 untergebracht ist, in die eine Schutzstruktur 220 integriert ist, und im Fahrzeug 100 angeordnet ist. Ferner liegt der BZ-Wandler 90 in Form einer Wandler-Baugruppe 250 vor, in die eine Schutzstruktur 260 integriert ist, und ist im Fahrzeug 100 angeordnet.
(Fahrzeugaufbau)
3 ist eine Sicht auf die Fahrzeug-Unterseite einschließlich des Aufbaus des Fahrzeugs 100 und der Anordnung der Brennstoffzelle und der Peripheriegeräte in der ersten Ausführungsform.
Es wird davon ausgegangen, dass verschiedene nachstehend beschriebene Elemente wie Rahmen, Elemente und Säulen aus metallischem Werkstoff mit einer konstanten Steifigkeit, z. B. Aluminium, SUS oder Eisen, gebildet sind. Der metallische Werkstoff kann nach Wunsch im Hinblick auf leichte Verarbeitbarkeit, Festigkeit, Beständigkeit, Gewicht, Preis usw. gewählt werden. Der metallische Werkstoff kann bekannten Härtungsverfahren, z. B. Abschrecken oder Legieren, unterzogen werden.
Wie in 3 dargestellt ist, ist eine Bodenplatte 111 an der gesamten Bodenfläche des Fahrzeugs 100 vorgesehen. Im vorderen Teil des Fahrzeugs 100 sind am Boden vordere Rahmen 114 und 115 vorgesehen, die sich in Front-Heck-Richtung des Fahrzeugs 100 erstrecken und die eine Skelettstruktur des vorderen Teils des Fahrzeugs 100 bilden. Eine vordere Querstrebe 110 ist in Breitenrichtung des Fahrzeugs an den vorderen Enden der Frontrahmen 114 und 115 vorgesehen, und der Kühler 33, der in 1 dargestellt ist, ist an der vorderen Querstrebe 110 befestigt. Das vordere Aufhängungselement 112 ist, in Breitenrichtung des Fahrzeugs gesehen, hinter der vorderen Querstrebe 110 vorgesehen. Das vordere Aufhängungselement 112 ist an den vorderen Rahmen 114 und 115 befestigt. Der Fahrzeugantriebsmotor 94, der in 1 und 2 dargestellt ist, ist in dem Bereich angeordnet, der von der Querstrebe 110 und vom vorderen Aufhängungselement 112 umgeben ist.
Die Brennstoffzellen-Baugruppe 200 ist eine Baugruppenstruktur, die die Brennstoffzelle 20 beinhaltet, und wird ausführlich mit Bezug auf 5 beschrieben. Die Brennstoffzellen-Baugruppe 200 ist im vorderen Teil des Fahrzeugs an den vorderen Rahmen 114 und 115 befestigt und ist im hinteren Teil des Fahrzeugs an einer dritten Querstrebe 136 befestigt, die in der Fahrzeug-Breitenrichtung vorgesehen ist. Wie in 3 dargestellt, erstrecken sich zwei Hilfsrahmen 118 und 119 in Front-Heck-Richtung des Fahrzeugs beginnend hinter den Stellen, wo das vordere Aufhängungselement 112 an den vorderen Rahmen 114 und 115 befestigt ist, bis zur Brennstoffzellen-Baugruppe 200. Enden der Hilfsrahmen 118 und 119 sind zusammen mit Winkeln bzw. Trägern 122 und 123 an der Brennstoffzellen-Baugruppe 200 befestigt. Eine Wandler-Baugruppe 250 ist zwischen den beiden Hilfsrahmen 118 und 119 angeordnet. Die Wandler-Baugruppe 250 ist eine Baugruppenstruktur, die den BZ-Wandler 90 beinhaltet, und wird ausführlich mit Bezug auf 5 bis 7 beschrieben. Die Wandler-Baugruppe 250 ist an den Hilfsrahmen 118 und 119 befestigt. Man beachte, dass in 3 die Darstellung eines Blechs, das auf einer Rückseite des Schutzstruktur 220 vorgesehen ist, weggelassen ist.
Im mittleren Teil des Fahrzeugs 100 sind an den Seitenflächen des Fahrzeugs 100 seitliche Arretierungselemente 128 und 129 so vorgesehen, dass sie sich in der Front-Heck-Richtung des Fahrzeugs 100 erstrecken. Eine erste Querstrebe 126, eine zweite Querstrebe 132 und eine dritte Querstrebe 136 liegen, in Breitenrichtung des Fahrzeugs 100 gesehen, von der Frontseite zur Heckseite zwischen den seitlichen Arretierungselementen 128 und 129, so dass sie an den seitlichen Arretierungselementen 128 und 129 befestigt sind, wodurch im Hinblick auf Aufprallkräfte von der Querrichtung her eine starre Struktur im mittleren Teil des Fahrzeugs geschaffen wird. Gemäß der Erfindung ist die Brennstoffzellen-Baugruppe 200 in Front-Heck-Richtung gesehen zwischen der ersten Querstrebe 126 und der dritten Querstrebe 136 und in der Breitenrichtung gesehen zwischen dem vorderen Rahmen 114 und dem vorderen Rahmen 115 angeordnet.
Im hinteren Teil des Fahrzeugs 100 erstrecken sich, in Front-Heck-Richtung des Fahrzeugs 100 gesehen, hintere Arretierungselemente 146 und 147 von den hinteren Teilen der seitlichen Arretierungselemente 128 und 129 zum Außenrand des hinteren Reifens 102. Eine vierte Querstrebe 138, eine fünfte Querstrebe 150 und eine hintere Querstrebe 160 liegen, in Breitenrichtung des Fahrzeugs 100 gesehen, von der Frontseite zur Heckseite zwischen den hinteren Arretierungselementen 146 und 147, und sind an den Arretierungselementen 146 und 147 befestigt, wodurch im Hinblick auf Aufprallkräfte aus seitlicher Richtung eine widerstandsfähige Struktur im hinteren Teil des Fahrzeugs geschaffen wird. Hinter der vierten Querstrebe 138 liegt eine Hilfsquerstrebe 144 in der Breitenrichtung des Fahrzeugs 100 zwischen den hinteren Arretierungselementen 146 und 147. Der erste Brenngastank 42a ist zwischen der vierten Querstrebe 138 und der Hilfsquerstrebe 144 angeordnet. Bügel 140 und 141 liegen zwischen der vierten Querstrebe 138 und der Hilfsquerstrebe 144, um den ersten Brenngastank 42a zu befestigen. Hinter der fünften Querstrebe 150 liegt eine Hilfsquerstrebe 151 zwischen den hinteren Arretierungselementen 146 und 147. Der zweite Brenngastank 42b ist zwischen der fünften Querstrebe 150 und der Hilfsquerstrebe 151 angeordnet. Bügel 152 und 153, die zwischen der fünften Querstrebe 150 und der Hilfsquerstrebe 151 liegen, fixieren den zweiten Brenngastank.
Man beachte, dass in dem oben beschriebenen Aufbau ein gekerbter Sollverformungsabschnitt 113 im mittleren Teil des vorderen Aufhängungselements 112 vorgesehen ist. Wenn eine kollisionsbedingte Aufprallkraft von der Fahrzeugfront her auf das Fahrzeug wirkt, und anschließend das vordere Aufhängungselement 112 mit der Wandler-Baugruppe 250 in Berührung kommt, wird der Sollverformungsabschnitt 113 ohne Weiteres verformt und zusammengefaltet, um die Energie zu absorbieren. Daher kann verhindert werden, dass die Wandler-Baugruppe 250 weiter nach hinten wandert.
4 ist eine Seitenansicht des Fahrzeugs, das die Anordnung der Wandler-Baugruppe 250 der ersten Ausführungsform aufweist. Wie in 4 dargestellt, ist der Fahrzeugantriebsmotor 94 über die Gummifassung 131 an der Motoraufhängung 130 befestigt, die am vorderen Aufhängungselement 112 vorgesehen ist. Wenn eine kollisionsbedingte Aufprallkraft von der Fahrzeugfront her auf das Fahrzeug wirkt, wandert der Fahrzeugantriebsmotor 94 nach hinten, und das vordere Aufhängungselement 112 wandert ebenfalls nach hinten. Jedoch weist die Wandler-Baugruppe 250 den Aufbau des oben beschriebenen Peripheriegeräts der Erfindung auf und ist somit so gestaltet, dass sie die Brennstoffzellen-Baugruppe 200 gegen den Kollisionsaufprall schützt. Wie oben mit Bezug auf 2 beschrieben, ist die Brennstoffzellen-Baugruppe 200 unterhalb der Frontbleche 103L und 103R angeordnet. Die Wandler-Baugruppe 250 ist auf der Bodenflächenseite des Tunnelabschnitts 109 angeordnet, der zwischen den Frontblechen 103L und 103 verläuft und der den mittleren Wölbungsabschnitt des Armaturenbretts 105 bildet. Eine Frontsäule 106 ist vertikal vom vorderen Teil des seitlichen Arretierungselements 128 (129) ausgehend angeordnet, und eine Mittelsäule 107 ist vertikal von dessen mittlerem Teil aus angeordnet. Eine Hecksäule 108 ist vertikal vom mittleren Teil des hinteren Arretierungselements ausgehend 146 angeordnet. Wie oben mit Bezug auf 3 beschrieben, stellen die seitlichen Arretierungselemente 128 und 129 die Skelettstruktur dar, die die Wandler-Baugruppe 250 und die Brennstoffzellen-Baugruppe 200 mit Hilfe der ersten Querstrebe 126, der zweiten Querstrebe 132 und der dritten Querstrebe 136 umgibt.
Man beachte, dass im obigen Aufbau jeder Rahmen, jedes Element und jede Säule eine Struktur, in der ein Blech mit einer Wellung versehen ist, oder eine Struktur, in der solche Bleche kombiniert sind, aufweist. Durch die Verwendung irgendeiner dieser Strukturen können ein geringes Gewicht und eine hohe mechanische Festigkeit erhalten werden.
(Aufbau der Brennstoffzellen-Baugruppe 200 und der Wandler-Baugruppe 250)
Nun wird jeweils der Aufbau der Brennstoffzellen-Baugruppe 200 und der Wandler-Baugruppe 250 ausführlich beschrieben. 5 ist eine perspektivische Darstellung der Brennstoffzellen-Baugruppe 200 und der Wandler-Baugruppe 250 der ersten Ausführungsform.
Wie in 5 dargestellt, ist die Brennstoffzellen-Baugruppe 200 so aufgebaut, dass die Brennstoffzelleneinheit 201 an der Schutzstruktur 220 angebaut ist. Die Brennstoffzelleneinheit 201 besteht aus einem oberen Gehäuse 202 und einem unteren Gehäuse 203, die die Brennstoffzelle 20 umschließen. Wenn die Brennstoffzelle 20 zwischen dem oberen Gehäuse 202 und dem unteren Gehäuse 203 angeordnet ist, werden ein oberer Flansch 204 des oberen Gehäuses 202 und ein unterer Flansch 206 des unteren Gehäuses aneinander ausgerichtet und befestigt, wodurch die Brennstoffzelleneinheit 201 geschaffen wird. Eine Anschlussbuchse (nicht dargestellt) ist an einem Teil der Brennstoffzelleneinheit 201 in der Nähe der Fahrzeugfront vorgesehen.
Wie in 5 dargestellt, sind der obere Flansch 204 und der untere Flansch 206 an ihren Seitenflächen in Bezug auf die Bodenfläche oder eine obere Fläche der Brennstoffzelleneinheit 201 geneigt. Das heißt, die Flansche sind so ausgebildet, dass sie quer über die Seitenflächen der Brennstoffzelleneinheit 201 verlaufen. Die Teile, wo die Flansche ausgebildet sind, weisen im Allgemeinen eine erhöhte mechanische Festigkeit auf. Daher ist die Brennstoffzelle 201 so aufgebaut, dass die Brennstoffzelle 201 einem Aufprall auch dann standhalten kann, wenn die kollisionsbedingte Aufprallkraft auf irgendeiner Höhe der Seitenflächen auf die Seitenflächen wirkt, an denen der obere Flansch 204 und der untere Flansch 206 schräg ausgebildet sind.
Wie in 5 dargestellt, ist die Schutzstruktur 220 so ausgebildet, dass sie eine Nummer größer ist als die Bodenfläche der Brennstoffzelle 201, so dass sie die Brennstoffzelleneinheit 201 umgibt. An Ecken, die von vier Seitenelementen gebildet werden, die die schützende Struktur 220 bilden, sind Befestigungsösen (nicht dargestellt) ausgebildet, um die Brennstoffzelleneinheit 201 befestigen zu können. Ein unteres Blech bzw. eine untere Platte (nicht dargestellt) ist an den Rückseiten der Befestigungsösen angebracht. Eine Rahmenstruktur 221 ist mit geneigten Rahmen 234 und 235 versehen. An den Eckenabschnitten der Rahmenstruktur 221 in der Nähe der Fahrzeugfront sind Befestigungsabschnitte 226 und 227 angeordnet, und die Befestigungsabschnitte 226 und 227 sind mit Befestigungslöchern 230 und 231 ausgebildet. Die Befestigungsabschnitte 226 und 227 an der Vorderseite des Fahrzeugs sind an den vorderen Rahmen 114 und 115 befestigt. Genauer sind die Befestigungslöcher 230 und 231, die in den Befestigungsabschnitten 226 und 227 vorgesehen sind, und die Befestigungslöcher, die in den vorderen Rahmen 114 und 115 vorgesehen sind, durch Befestigungselemente (Schrauben, Muttern usw.) befestigt. An den Enden der geneigten Rahmen 234 und 235 an der Fahrzeugheckseite sind Befestigungsabschnitte 224 und 225 vorgesehen, und die Befestigungsabschnitte 224 und 225 sind jeweils mit Befestigungslöchern 228 bzw. 229 ausgebildet. Die Befestigungsabschnitte 224 und 225 sind an der dritten Querstrebe 136 befestigt. Genauer sind die Befestigungslöcher 228 und 229, die in den Befestigungsabschnitten 224 und 225 vorgesehen sind, und die Befestigungslöcher, die in der dritten Querstrebe 136 vorgesehen sind, durch Befestigungselemente befestigt.
Wie in 5 dargestellt, weist die schützende Struktur 220 an Abschnitten, die auf die beiden Seitenflächen der Brennstoffzelleneinheit 201 gerichtet sind, die geneigten Rahmen 234 und 235 auf, die geneigt in Bezug auf die horizontale Ebene vorgesehen sind. Daher ist die Brennstoffzelleneinheit 201 so aufgebaut, dass die Brennstoffzelleneinheit 201 dem Aufprall auch dann standhalten kann, wenn eine kollisionsbedingte Aufprallkraft auf irgendeiner Höhe an die geneigten Rahmen 234 und 235 angelegt wird, die Brennstoffzelleneinheit 201.
Wie in 5 dargestellt, ist die Brennstoffelleneinheit 201 ferner so an der Schutzstruktur 220 angebracht, dass die Neigungsrichtung der geneigten Rahmen 234 und 235 der Neigungsrichtung des oberen Flansches 204 und des unteren Flansches 206 der Brennstoffzelleneinheit 201 entgegengesetzt ist. Beispielsweise sind in 5 die geneigten Rahmen 234 und 235 der schützenden Struktur 220 so geneigt, dass sie von der Fahrzeugfrontseite zur Fahrzeugheckseite höher werden. Daher ist die Brennstoffzelle 201 so an der schützenden Struktur 220 befestigt, dass der obere Flansch 204 und der untere Flansch 206 von der Fahrzeugfrontseite zur Fahrzeugheckseite abgesenkt werden. Die Flansche der Brennstoffzelleneinheit 201 und die geneigten Rahmen 234 und 235 der schützenden Struktur 220 sind in einem solchen Aufbau kombiniert, wodurch die mechanische Festigkeit noch weiter verbessert werden kann. Das liegt daran, dass die Flansche der Brennstoffzelleneinheit 201 und die geneigten Rahmen der schützenden Struktur 220 eine Kreuzstruktur bilden, wenn man die Brennstoffzellen-Baugruppe 200 von der Seitenfläche aus betrachtet.
(Wandler-Baugruppe 250)
Der Aufbau der Wandler-Baugruppe 250 wird ausführlich mit Bezug auf 5 bis 7 beschrieben. 6 ist eine von oben gesehene perspektivische Darstellung der Wandler-Baugruppe 250. 7 ist eine von unten gesehene perspektivische Darstellung der Wandler-Baugruppe 250.
Wie in 5 dargestellt, ist die Wandler-Baugruppe 250 näher an der Front des Fahrzeugs 100 angeordnet als die Brennstoffzellen-Baugruppe 200. Mit dieser Anordnung wird die Wandler-Baugruppe 250 im Hinblick auf eine kollisionsbedingte Aufprallkraft von der Fahrzeugfront her noch vor der Brennstoffzelle 200 mit der kollisionsbedingten Aufprallkraft beaufschlagt. Wenn das Relais 97 in einen Unterbrechungszustand gebracht wird, weil es von der Aufprallkraft getroffen wird, wird die Verbindung zwischen dem BZ-Wandler 90 und dem Wechselrichter 93, dem Wechselrichter 95 und dem Batteriewandler 98 unterbrochen, wodurch das Brennstoffzellensystem 10 in einen sicheren Zustand gebracht werden kann.
Wie in 5 bis 7 dargestellt ist, ist der BZ-Wandler durch Zusammenfügen eines oberen Gehäuses 251 und eines unteren Gehäuses 252 gestaltet. Eine vordere Fläche 255 des BZ-Wandlers 90 ist mit einem Kühlmitteleinlass 253 und einem Kühlmittelauslass 254 versehen. Am hinteren Teil des BZ-Wandlers 90 ist ein Relais-Abschnitt 257 vorgesehen, der das in 1 dargestellte Relais 97 enthält. Wenn das Relais 97 von einer kollisionsbedingten Aufprallkraft von zumindest einer bestimmten Stärke getroffen wird, trennt es die sekundärseitigen Anschlüsse des BZ-Wandlers 90 elektrisch von den Eingangsanschlüssen der Wechselrichter 93 und 95 und den sekundärseitigen Anschlüssen des Batteriewandlers 98.
Ein Leistungskabel 259 ist mit dem hinteren Teil der Wandler-Baugruppe 250 verbunden, und ein Anschlussstück 260, das an einem vorderen Ende des Leistungskabels 259 vorgesehen ist, ist elektrisch mit der Brennstoffzelleneinheit 201 verbunden. Wie in 5 dargestellt, ist auch ein Netzkabel 282 mit dem hinteren Teil der Wandler-Baugruppe 250 verbunden. Das Netzkabel 282 ist über den Netzstecker 283 mit dem in 1 und 2 dargestellten Wechselrichter verbunden (siehe auch 1), der am vorderen Ende des Netzkabels 282 vorgesehen ist.
Ein vorstehender Abschnitt 258 ist am hinteren Teil der Wandler-Baugruppe 250 und an der Stelle, die auf das Anschlussstück 260 gerichtet ist, vorgesehen. Der vorstehende Abschnitt 258 ist an der Stelle vorgesehen, wo der vorstehende Abschnitt 258 mit dem Anschlussstück 260 in Berührung kommt, wenn eine kollisionsbedingte Aufprallkraft auf die Wandler-Baugruppe 250 wirkt und infolgedessen der BZ-Wandler 90 sich dreht und dabei leicht nach hinten wandert. Dadurch, dass der vorstehende Abschnitt 258 mit dem Anschlussstück 260 in Berührung kommt, kann die Brennstoffzelle 20 elektrisch kurzgeschlossen werden.
Ferner ist ein schräger Abschnitt 256 am vorderen Teil des unteren Gehäuses 252 der vorderen Fläche 255 im BZ-Wandler 90 vorgesehen. Der schräge Abschnitt 256 ist eine schräge Oberfläche, die so ausgebildet ist, dass die normale Richtung nach unten und nach vorne verläuft, und der schräge Abschnitt 256 ist eine Schutzeinrichtung, die dazu dient, die Bewegungsrichtung des Elements, das während einer Frontalkollision des Fahrzeugs mit dem schrägen Abschnitt 256 in Berührung kommt, zu ändern. Der BZ-Wandler 90 ist mit einer Vorderflächen-Schutzplatte 270 versehen, die den schrägen Abschnitt 256 umgibt. Die vordere Oberflächenschutzplatte 270 ist mit einem gekrümmten Abschnitt 272 versehen, der zum Schutz in Richtung auf die untere Fläche des BZ-Wandlers 90 herum kommt. Die vordere Oberflächenschutzplatte 270 ist mit vier Befestigungsabschnitten 273 versehen, und jeder der Befestigungsabschnitte 273 ist mit einem Befestigungsloch 274 versehen. Schrauben 280, d. h. Befestigungselemente, sind in die Befestigungslöcher 274 der Befestigungsabschnitte 273 eingesteckt, so dass sie in den Befestigungslöchern der Seitenflächen des BZ-Wandlers 90 befestigt sind, wodurch die vordere Oberflächenschutzplatte 270 an dem schrägen Abschnitt 256 des BZ-Wandlers 90 befestigt ist. Die vordere Oberflächenschutzplatte 270 entspricht dem aufprallkraftmindernden Element der Erfindung und dient dazu, die Beständigkeit gegenüber einer kollisionsbedingten Aufprallkraft von einer Fahrzeugfront her zu verbessern.
Hierbei ist der geneigte Abschnitt 256 geneigt, wobei die normale Richtung nach unten und nach vorne verläuft. Wenn das Strukturelement, beispielsweise das vordere Aufhängungselement 112, sich wegen einer kollisionsbedingten Aufprallkraft von der Fahrzugfront her bewegt und dann mit der im schrägen Abschnitt 256 vorgesehenen vorderen Oberflächenschutzplatte 270 in Berührung kommt, dient der schräge Abschnitt 256 dazu, die Bewegungsrichtung des Strukturelements nach unten zu ändern. Beispielsweise bewegt sich das Element, beispielsweise das vordere Aufhängungselement 112, das von der kollisionsbedingten Aufprallkraft noch vor dem BZ-Wandler 90 getroffen wird, aufgrund der kollisionsbedingten Aufprallkraft nach hinten und kollidiert mit dem schrägen Abschnitt 256 und kollidiert direkt mit der vorderen Oberflächenschutzplatte 270. An diesem Punkt kann der schräge Abschnitt 256 die Bewegungsrichtung des Elements, das in den schrägen Abschnitt 256 gebracht wird, ändern, da er eine nach unten geneigte Oberfläche ist.
Ferner ist der BZ-Wandler 90 an der Unterseite mit einer Unterseiten-Schutzplatte 262 versehen. Die Unterseiten-Schutzplatte 262 ist eine Schutzeinrichtung zum Schützen des BZ-Wandlers 90 gegen eine kollisionsbedingten Aufprallkraft von unterhalb des Fahrzeugs, d. h. von der Fahrzeugunterseite her. Die Unterseiten-Schutzplatte 262 ist auf der Fahrzeugrückseite mit Befestigungsabschnitten 263 und auf der Fahrzeugvorderseite mit Befestigungsabschnitten 265 versehen. Die Befestigungsabschnitt 263 und 265 sind Elemente, die die Unterseiten-Schutzplatte 262 über die vier Punkte der diagonalen Linien festhalten, und jeder Befestigungsabschnitt weist eine gekrümmte Struktur auf, wie in der Figur dargestellt.
Man beachte, dass die Unterseiten-Schutzplatte 262 und die Vorderseiten-Schutzplatte 270 jeweils aus einem metallischen Werkstoff mit konstanter Steifigkeit, wie Aluminium, SUS oder Eisen, gebildet sein können.
(Vorteile der ersten Ausführungsform)

(1) Gemäß dieser Ausführungsform wird, wie in 2 und 4 dargestellt, die Anordnung verwendet, in der drei oder mehr Peripheriegeräte nicht auf einer gleichen geraden Linie hintereinander angeordnet sind. Eine solche Anordnung kann die Gefahr, dass eine Mehrfachkollision die Brennstoffzelle 201 beschädigt, verringern.
(2) Gemäß dieser Ausführungsform ist der BZ-Wandler 90 näher an der Vorderseite des Fahrzeugs 100 angeordnet als die Brennstoffzelleneinheit 201. Wenn auf das Fahrzeug eine kollisionsbedingte Aufprallkraft von der Fahrzeugfront her wirkt, wirkt die Aufprallkraft zuerst an den BZ-Wandler 90, und dann werden die sekundärseitigen Anschlüsse des BZ-Wandlers 90 vom elektrischen System der Peripheriegeräte getrennt. Falls Brenngas aus der Brennstoffzelleneinheit 201 austritt, wurde die elektrische Verbindung mit den anderen Peripheriegeräten bereits unterbrochen, was dazu führt, dass sie Sicherheit des Systems erhöht ist.
(3) Gemäß dieser Ausführungsform ist das Fahrzeug 100 mit dem Tunnelabschnitt 109 (dem mittleren Wölbungsabschnitt) versehen, und der BZ-Wandler 90 ist unterhalb des Tunnelabschnitts 109 angeordnet. Die Verdrahtung des BZ-Wandlers 90 in Bezug auf die Brennstoffzelle 20 kann verkürzt werden, während der Tunnelabschnitt 109 als Totraum der Fahrgastzelle genutzt werden kann.
(4) Gemäß dieser Ausführungsform ist der BZ-Wandler 90 mit dem schrägen Abschnitt 256 an der Fahrzeugvorderseite versehen, und wenn eine kollisionsbedingte Aufprallkraft von der Fahrzeugfront auf das Fahrzeug wirkt, wird somit die Richtung des Aufpralls durch den schrägen Abschnitt 256 geändert. Daher kann die Aufprallkraft, die auf den BZ-Wandler 90 selbst wirkt, gemildert werden, und die Gefahr, dass eine kollisionsbedingte Aufprallkraft auf die Brennstoffzelle 20 wirkt, kann ebenfalls verringert werden.
(5) Gemäß dieser Ausführungsform ist die Vorderseiten-Schutzplatte 270, bei der es sich um aufprallkraftminderndes Element handelt, am schrägen Abschnitt 256 des BZ-Wandlers 90 angebracht. Daher kann die Beständigkeit gegen eine kollisionsbedingte Aufprallkraft verbessert werden.

(Zweite Ausführungsform)
Die zweite Ausführungsform der Erfindung betrifft ein Beispiel, in dem der BZ-Wandler 90, das heißt ein Peripheriegerät, auf einer schrägen Oberfläche angeordnet ist.
In der oben beschriebenen ersten Ausführungsform ist der BZ-Wandler 90 näher an der Fahrzeugfront angeordnet als die Brennstoffzelleneinheit 201 und ist auf der Fahrzeugfrontseite mit dem schrägen Abschnitt 256 versehen. Die oben beschriebene zweite Ausführungsform 1 ist der ersten Ausführungsform insoweit ähnlich, als der BZ-Wandler 90 näher an der Fahrzeugfront angeordnet ist als die Brennstoffzelleneinheit 201, sie unterscheidet sich aber von der oben beschriebenen ersten Ausführungsform darin, dass der BZ-Wandler 90 auf der schrägen Oberfläche angeordnet ist.
In der zweiten Ausführungsform ähneln das Brennstoffzellensystem 10 (siehe 1) und der Aufbau des Fahrzeugs 100 (siehe 2 und 3) denen der oben beschriebenen ersten Ausführungsform. Daher werden die gleichen Bezugszeichen verwendet wie in der oben beschriebenen ersten Ausführungsform, und auf ihre Erklärungen wird verzichtet.
8 ist eine Seitenansicht eines Fahrzeugs, das die Anordnung der Brennstoffzelleneinheit 201 und der Peripheriegeräte der zweiten Ausführungsform darstellt. Wie in 8 dargestellt, sind der Fahrzeugantriebsmotor 94, der Wechselrichter 93, der BZ-Wandler 90 und die Brennstoffzelle 201 von der Frontseite zur Heckseite des Fahrzeugs 100 angeordnet. Wie aus 8 hervorgeht, sind die Peripheriegeräte, wie der Fahrzeugantriebsmotor 94, der Wechselrichter 93 und der BZ-Wandler 90, ebenso wie die Brennstoffzelle 201 so angeordnet, dass sie nicht auf einer geraden Linie hintereinander liegen.
Der Fahrzeugantriebsmotor 94, der Wechselrichter 93 und die Brennstoffzelleneinheit 201 ähneln denen der oben beschriebenen ersten Ausführungsform.
Der BZ-Wandler 90 ist zwischen den Frontblechen 103L und 103R und unterhalb des Tunnelabschnitts 109 als dem mittleren Wölbungsabschnitt des Armaturenbretts 105 angeordnet. Genauer ist in dieser Ausführungsform der BZ-Wandler 90 an einem Sitz 290 angebracht. Der Sitz 290 ist an den Strukturelementen des Fahrzeugs 100 befestigt. Beispielsweise ist der Sitz 290 an einem oder mehreren der mittleren Rahmen 114 und 115, der Hilfsrahmen 118 und 119 oder der seitlichen Arretierungselemente 128 und 129 befestigt, die in 3 dargestellt sind. Der Sitz 290 ist mit einer schrägen Oberfläche S versehen, die in einem vorgegebenen Winkel in Bezug auf die Horizontale geneigt ist. Der BZ-Wandler 90 ist an der schrägen Oberfläche S des Sitzes 290 befestigt. Der BZ-Wandler 90 ist über (nicht dargestellte) Befestigungselemente am Sitz 290 befestigt, aber es reicht aus, wenn der BZ-Wandler 90 mit einer Kraft befestigt ist, die durch die kollisionsbedingte Aufprallkraft überwunden wird. Der Neigungswinkel der schrägen Oberfläche S des Sitzes 290 und der Abstand zwischen dem BZ-Wandler 90 und der Brennstoffzelleneinheit 201 sind so eingestellt, dass der BZ-Wandler 90 nicht mit der Brennstoffzelleneinheit 201 in Berührung kommt, wenn er über die schräge Oberfläche S gleitet.
Mit Bezug auf die Fahrzeugseitenansicht von 9 wird die Funktionsweise während einer Frontalkollision des Fahrzeugs in der zweiten Ausführungsform beschrieben. Wie in 9 dargestellt, bewegen sich der Fahrzeugantriebsmotor 94 und das vordere Aufhängungselement 112 nach hinten, wenn z. B. wegen einer Kollision des Fahrzeugs 100 mit einem Hindernis W eine kollisionsbedingte Aufprallkraft von der Fahrzeugfrontseite auf das Fahrzeug 100 wirkt. Jedoch wirkt sich die kollisionsbedingte Aufprallkraft wegen zwei Merkmalen dieser Ausführungsform nicht auf die Brennstoffzelleneinheit 201 aus.
Das erste Merkmal ist, dass die Peripheriegeräte so angeordnet sind, dass sie nicht auf einer geraden Linie hintereinander liegen. Wie in 9 dargestellt, kollidiert der Fahrzeugantriebsmotor 94 direkt mit dem Wechselrichter 93. Jedoch ist der Wechselrichter 93 nicht auf der geraden Linie angeordnet, die den BZ-Wandler 90 und die Brennstoffzelleneinheit 201 miteinander verbindet. Dies vermeidet daher eine Mehrfachkollision bei der: der Fahrzeugantriebsmotor 94 mit dem Wechselrichter 93 kollidiert; der Wechselrichter 93 dann mit dem BZ-Wandler 90 kollidiert; und der BZ-Wandler 90 dann mit der Brennstoffzelleneinheit 201 kollidiert. Anders ausgedrückt kann eine solche Mehrfachkollision dadurch vermieden werden, dass drei oder mehr Vorrichtungen so angeordnet sind, dass sie nicht auf der gleichen geraden Linie hintereinander angeordnet sind.
Das zweite Merkmal ist, dass eines der Peripheriegeräte, in dieser Ausführungsform der BZ-Wandler 90, auf der schrägen Oberfläche S angeordnet ist. Wie in 9 dargestellt, kollidiert der Fahrzeugantriebsmotor 94 mit dem BZ-Wandler 90 gemeinsam mit dem vorderen Aufhängungselement 112, wenn eine kollisionsbedingte Aufprallkraft von der Fahrzeugfront her auf das Fahrzeug wirkt. Wenn eine kollisionsbedingte Aufprallkraft, die die Befestigungskraft zwischen dem BZ-Wandler 90 und der schrägen Oberfläche S übersteigt, auf den BZ-Wandler 90 wirkt, wird die Befestigung des BZ-Wandlers 90 gelöst. Da der BZ-Wandler 90 an der schrägen Oberfläche S angebaut ist, die im vorgegebenen Neigungswinkel geneigt ist, gleitet hierbei der BZ-Wandler 90 über die schräge Oberfläche S. Wie oben beschrieben, sind der Neigungswinkel der schrägen Oberfläche S und der Abstand zwischen dem BZ-Wandler 90 und der Brennstoffzelleneinheit 201 so eingestellt, dass der BZ-Wandler 90 nicht mit der Brennstoffzelleneinheit 201 in Berührung kommt, wenn er in Neigungsrichtung über die schräge Oberfläche S gleitet. Selbst wenn der BZ-Wandler 90 über einen längeren Weg über die schräge Oberfläche S gleitet, wirkt daher keine kollisionsbedingte Aufprallkraft auf die Brennstoffzelleneinheit 201. Der BZ-Wandler 90, der über die schräge Oberfläche S gewandert ist, kommt mit dem Bodenblech 11 in Berührung und wird gestoppt.
Wie oben ausgeführt, ist der BZ-Wandler 90 gemäß der zweiten Ausführungsform auf der schrägen Fläche S des Sitzes 290 angeordnet; wenn eine kollisionsbedingte Aufprallkraft auf das Fahrzeug wirkt, bewegt sich daher der BZ-Wandler 90 in der Neigungsrichtung der schrägen Fläche S, bewegt sich jedoch nicht in Richtung auf die Brennstoffzelleneinheit 201. Somit kann verhindert werden, dass der BZ-Wandler 90 in direkten Kontakt mit der Brennstoffzelleneinheit 201 kommt.
Die in der ersten Ausführungsform aufgeführten Vorteile gelten auch für die zweite Ausführungsform, solange die Vorteile nicht im Widerspruch zur zweiten Ausführungsform stehen.
(Dritte Ausführungsform)
Die dritte Ausführungsform betrifft ein Modifizierungsbeispiel der Form einer Brennstoffzelleneinheit.
10 ist eine Draufsicht auf ein Fahrzeug und zeigt die Anordnung eines Brennstoffzellensystems der dritten Ausführungsform. Wie in 10 dargestellt, weist eine Brennstoffzelleneinheit 201b in der dritten Ausführungsform in der Draufsicht eine Form mit zwei Zweigen auf. Die Brennstoffzelle 20, die in der Brennstoffzelleneinheit 201b enthalten ist, ist in einen ersten Brennstoffzellenstapel 20-1 und einen zweiten Brennstoffzellenstapel 20-2 geteilt, und diese Stapel sind in jedem der zweigförmigen Gehäuse enthalten. Leitungen 291 sind mit dem ersten Brennstoffzellenstapel 20-1 und dem zweiten Brennstoffzellenstapel 20-2 so verbunden, dass sie in der Lage sind, ein Oxidationsgas, ein Brenngas und ein Kühlmittel zu den Stapeln zu liefern. Wie in 10 dargestellt, ist die Brennstoffzelleneinheit 201b so unterhalb der Frontbleche 103L und 103R angeordnet, dass ein zweiarmiger Öffnungsabschnitt 293 auf die Front des Fahrzeugs gerichtet ist.
Der BZ-Wandler 90 ist so angeordnet, dass ein Teil von ihm in den Öffnungsabschnitt 293 der Brennstoffzelleneinheit 201b hinein reicht. Obwohl in der Figur nicht dargestellt, ist der BZ-Wandler 90, wie in der ersten Ausführungsform, im Tunnelabschnitt 109 angeordnet (siehe 4), bei dem es sich um den mittleren Wölbungsabschnitt handelt. Ein Teil des BZ-Wandlers 90, der auf den Öffnungsabschnitt 293 gerichtet ist, ist mit einer mit einer flüssigkeitsgedämpften Fassung 292 als Dämpfungs- bzw. Polsterelement versehen. Die flüssigkeitsgedämpfte Fassung 292 wird durch Einschließen einer Flüssigkeit, z. B. Ethylenglycol, in einer Fassung, die aus einem elastischen Element wie Kautschuk besteht, gebildet. Ein elastisches Element, das aus Kautschuk, Harz oder dergleichen gebildet ist, kann anstelle der flüssigkeitsgedämpften Fassung 292 vorgesehen sein.
11(A) ist eine Draufsicht, die die Lagebeziehung zwischen dem BZ-Wandler 90 und der Brennstoffzelleneinheit 201b der dritten Ausführungsform darstellt. Wie in 11(A) dargestellt, ist eine Breite L2 des breitesten Teils des Öffnungsabschnitts 293 der Brennstoffzelleneinheit 201b so eingestellt, dass sie größer ist als eine Breite L1 des BZ-Wandlers 90. Ein solcher Aufbau kann die Gefahr, dass der BZ-Wandler mit der Brennstoffzelleneinheit 201b in Berührung kommt, verringern, auch wenn der BZ-Wandler 90 in den Öffnungsabschnitt 293 der Brennstoffzelleneinheit 201b gelangt.
11(B) ist eine Draufsicht für den Fall, dass der Gleichstromwandler sich aufgrund einer kollisionsbedingten Aufprallkraft bewegt. Wie in 11(B) dargestellt, bewegt sich der Fahrzeugmotor 94 in Richtung eines im Umriss gezeichneten Pfeils, sobald er von einer kollisionsbedingten Aufprallkraft von der Fahrzeugfront her getroffen wird. Wenn der Fahrzeugantriebsmotor 94 mit dem BZ-Wandler 90 kollidiert, bewegt sich der BZ-Wandler 90 wegen der kollisionsbedingten Aufprallkraft zum Heck des Fahrzeugs. In dieser Ausführungsform ist der BZ-Wandler 90 in der Mitte des Öffnungsabschnitts 293 der verzweigten Brennstoffzelleneinheit 201b angeordnet. Wenn der BZ-Wandler 90 sich zum Heck des Fahrzeugs bewegt, kommt daher der BZ-Wandler 90 nicht mit der Brennstoffzelleneinheit 201b in Berührung, wie in 11(B) dargestellt. Dies kann somit die Gefahr, dass die Brennstoffzelleneinheit 201b aufgrund der kollisionsbedingten Aufprallkraft zerstört wird, verringern.
Man beachte, dass die Brennstoffzelle keine verzweigte Form haben muss, wie sie in dieser Ausführungsform dargestellt ist. Es kann jede Form verwendet werden, solange die Form eine Berührung zwischen dem Peripheriegerät und der Brennstoffzelleneinheit vermeidet, wenn das Peripheriegerät, beispielsweise der BZ-Wandler 90, sich aufgrund einer kollisionsbedingten Aufprallkraft etwas bewegt. Beispielsweise kann die Brennstoffzelleneinheit aus einer Mehrzahl von unabhängigen Untereinheiten bestehen, und es kann eine Anordnung verwendet werden, in der die Peripheriegeräte sich nicht vor den Untereinheiten befinden.
Aus den obigen Ausführungen geht hervor, dass der BZ-Wandler 90 gemäß der dritten Ausführungsform zwischen den Zweigen der verzweigten Form der Brennstoffzelleneinheit 201b angeordnet ist. Auch wenn der BZ-Wandler 90 sich wegen einer kollisionsbedingten Aufprallkraft bewegt, kann daher verhindert werden, dass der BZ-Wandler 90 durch die Berührung mit der Brennstoffzelleneinheit 201b zerstört wird.
Gemäß der dritten Ausführungsform ist der BZ-Wandler 90 an dem Teil, der der Brennstoffzelle zugewandt ist, mit dem Polsterungselement versehen, das von der mit einer flüssigkeitsgedämpften Fassung 292 gebildet wird. Auch wenn der BZ-Wandler 90 mit der Brennstoffzelleneinheit 201b in Berührung kommt, kann daher eine kollisionsbedingte Aufprallkraft gemildert werden.
Die in der ersten Ausführungsform aufgeführten Vorteile gelten auch für die dritte Ausführungsform, solange sie nicht mit der dritten Ausführungsform in Widerspruch stehen.
(Vierte Ausführungsform)
Die vierte Ausführungsform betrifft eine Anordnung, die in der Lage ist, die Brennstoffzelleneinheit 201 gegen eine Kollision in Breitenrichtung des Fahrzeugs 100 zu schützen.
12 ist eine Frontansicht eines Fahrzeugs, die die Anordnung einer Brennstoffzelle und der Peripheriegeräte der vierten Ausführungsform darstellt. 4 enthält eine Seitenansicht, eine Frontansicht und eine Draufsicht.
In der vierten Ausführungsform unterscheidet sich die Anordnung der Brennstoffzelleneinheit 201, des BZ-Wandlers 90 und des Wechselrichters 93 von derjenigen der ersten Ausführungsform, die mit Bezug auf 2 beschrieben wurde. Die anderen Gegenstände sind denen der ersten Ausführungsform ähnlich, und somit werden die gleichen Bezugszeichen wie in der ersten Ausführungsform verwendet und auf ihre Erläuterungen wird verzichtet.
Wie in 12 dargestellt, sind in dieser Ausführungsform die Brennstoffzelleneinheit 201, der BZ-Wandler 90 und der Wechselrichter 93 so angeordnet, dass sie in der Breitenrichtung des Fahrzeugs auf einer Linie liegen. Der BZ-Wandler 90 ist an einer Stelle angeordnet, die näher an der rechten Seitenfläche des Fahrzeugs 100 liegt als die Brennstoffzelleneinheit 201. Der Wechselrichter 93 ist an einer Stelle angeordnet, die näher an der linken Seitenfläche des Fahrzeugs 100 liegt als die Brennstoffzelleneinheit 201.
Wie in der Frontansicht von 12 dargestellt, ist ferner an einem Teil des BZ-Wandlers 90, der sich nahe an der rechten Seitenfläche des Fahrzeugs befindet, ein schräger Abschnitt Sa vorgesehen, und an einem Teil des Wechselrichters 93, der sich nahe an der linken Seitenfläche des Fahrzeugs befindet, ist ein schräger Abschnitt Sb ausgebildet.
13 zeigt die Funktionsweise der vierten Ausführungsform. Schritt ST1 zeigt den Zustand, wo ein Hindernis P sich auf die linke Seitenfläche des Fahrzeugs zu bewegt. Wenn das Hindernis P mit der linken Seitenfläche des Fahrzeugs 100 kollidiert, wird die Seitenfläche des Fahrzeugs 100, wie in Schritt ST2 dargestellt, aufgrund einer kollisionsbedingten Aufprallkraft verformt, und ein Seitenrahmen S/F bewegt sich zum Wechselrichter 93. Der schräge Abschnitt Sb des Seitenrahmens S/F bewegt sich in Richtung auf den Wechselrichter 93. Der schräge Abschnitt Sb des Seitenrahmens S/F berührt den Wechselrichter 93. Wenn der Seitenrahmen S/F, der von der kollisionsbedingten Aufprallkraft vom Hindernis P getroffen wurde, mit dem schrägen Abschnitt Sb des Wechselrichters 93 in Berührung kommt, wie in Schritt ST3 dargestellt, wird die Bewegungsrichtung des Seitenrahmens S/F durch die Neigung des schrägen Abschnitts Sb geändert. Der Seitenrahmen S/F, dessen Bewegungsrichtung geändert wurde, wird nach unten verformt, wodurch das Bodenblech 111 verformt wird. Daher wird der Wechselrichter 93, der am Seitenrahmen S/F befestigt ist, durch die Abwärtsverformung des Seitenrahmens S/F nach unten gezogen und bewegt sich zur Unterseite des Fahrzeugs 100.
Wie oben beschrieben, sind gemäß der vierten Ausführungsform der BZ-Wandler 90 und der Wechselrichter 93 an Stellen angeordnet, die näher an den Seitenflächen des Fahrzeugs liegen als die Brennstoffzelleneinheit 201, und wenn eine kollisionsbedingte Aufprallkraft von der Seitenfläche des Fahrzeugs her auf das Fahrzeug wirkt, wirkt daher die kollisionsbedingte Aufprallkraft vor der Brennstoffzelleneinheit 201 erst auf diese Peripheriegeräte, wodurch das elektrische System kurzgeschlossen wird. Auch wenn es z. B. zu einem Austritt von Brenngas kommt, führt dies somit nicht zu einer gefährlichen Situation.
Gemäß der vierten Ausführungsform sind ferner der BZ-Wandler 90 und der Wechselrichter 93 als die Peripheriegeräte mit den schrägen Abschnitten versehen. Wenn eine kollisionsbedingte Aufprallkraft von der Seitenfläche des Fahrzeugs her auf das Fahrzeug wirkt, wird daher die Richtung der Aufprallkraft geändert, wodurch die Gefahr, dass die Aufprallkraft an die Brennstoffzelleneinheit 201 angelegt wird, sinkt.
Die Vorteile, die in der ersten Ausführungsform aufgeführt wurden, gelten auch für die vierte Ausführungsform, solange diese Vorteile nicht im Widerspruch mit der vierten Ausführungsform stehen.
(Andere Modifikationsbeispiele)
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die obigen Ausführungsformen beschränkt und kann auf verschiedene Weise modifiziert werden.
Beispielsweise sind in den oben beschriebenen ersten und vierten Ausführungsformen die schrägen Abschnitte für den BZ-Wandler 90 und den Wechselrichter 93 vorgesehen, aber die schrägen Abschnitte können auch für andere Peripheriegeräte vorgesehen sein.
Ferner ist in der zweiten Ausführungsform der BZ-Wandler 90 an der schrägen Oberfläche S angeordnet, aber es können auch andere Peripheriegeräte an der schrägen Oberfläche S angeordnet sein.
Ferner ist in der dritten Ausführungsform der BZ-Wandler 90 zwischen den Zweigen der verzweigten Form der Brennstoffzelleneinheit 201b vorgesehen, aber es können auch andere Peripheriegeräte zwischen ihnen angeordnet sein.
Ferner zeigen die Ausführungsformen 1 bis 3 jeweils die Anordnung, die eine kollisionsbedingte Aufprallkraft von der Fahrzeugfront her mildert, und die vierte Ausführungsform zeigt die Anordnung, die eine kollisionsbedingte Aufprallkraft in Fahrzeugbreitenrichtung mildert. Diese Anordnungen können auf eine Anordnung übertragen werden, die eine kollisionsbedingte Aufprallkraft vom Fahrzeugheck her mildert. Das Peripheriegerät kann näher an der Rückseite des Fahrzeugs angeordnet sein als die Brennstoffzelleneinheit, falls nötig, kann das Peripheriegerät mit einem schrägen Abschnitt versehen sein und auf der schrägen Oberfläche angeordnet sein, und die Brennstoffzelle 201b kann zum Fahrzeugheck hin offen sein.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Das Brennstoffzellensystem der vorliegenden Erfindung kann nicht nur auf Fahrzeuge, sondern auch auf andere Arten von mobilen Objekten angewendet werden. Das Brennstoffzellensystem kann auf Schiffe, Flugzeuge, U-Boote usw. als mobile Objekte angewendet werden. Das hat seinen Grund darin, dass mit dem Brennstoffzellensystem der Erfindung ein mobiler Gegenstand irgendeiner Art eine Brennstoffzelle, die seinen Kern bildet, wirksam gegen eine kollisionsbedingte Aufprallkraft schützen kann. Genauer kann durch die Anwendung der Erfindung aufgrund der leichten Bauweise des Brennstoffzellensystems sogar ein mobiler Gegenstand mit Gewichtsbeschränkungen eine Brennstoffzelle wirksam gegeben eine kollisionsbedingte Aufprallkraft schützen, die aus verschiedenen Richtungen des mobilen Gegenstands wirkt.
Liste der Bezugszeichen

3: Kühlmittel-Zufuhrsystem, 4: Brenngas-Zufuhrsystem, 7: Oxidationsgas-Zufuhrsystem, 9: Leistungssystem, 10: Brennstoffzellensystem, 20, 20b, 20c: Brennstoffzelle, 21: Polymerelektrolytmembran, 22: Anode, 23: Kathode, 24: Membran-Elektroden-Anordnung, 25: Anodengaskanal, 26: Kathodengaskanal, 31: Kühlmittelweg, 32: Temperatursensor, 33: Kühler, 34: Ventil, 35: Kühlpumpe, 36: Temperatursensor, 40: Brenngas-Zufuhrweg, 42: Brenngas-Zufuhrvorrichtung, 42a: erster Brenngastank, 42b: zweiter Brenngastank, 43: Hauptventil, 44: Drucksensor, 45: Ejektor, 46: Sperrventil, 51: Umwälzweg, 52: Sperrventil, 53: Gas-Flüssigkeit-Separator, 54: Abfuhrventil, 55: Wasserstoffpumpe, 57: Drehzahlsensor, 58, 59: Drucksensoren, 61: Auslassweg, 62: Verdünner, 63: Spülventil, 65: Dämpfer, 71: Oxidationsgas-Zufuhrweg, 72: Oxidationsabgas-Abfuhrweg, 73: Drucksensor, 74: Luftreiniger, 75: Luftkompressor, 76: Befeuchter, 77 Druckregulierungsventil, 80: Steuereinrichtung, 82: Zündschalter, 84: Spannungssensor, 86: Stromsensor, 90: Brennstoffzellen-Gleichstromwandler (BZ-Wandler), 91: Batterie, 92: Batteriecomputer, 93, 95: Wechselrichter, 94: Fahrzeugantriebsmotor, 96: Hochspannungs-Hilfsvorrichtung, 97: Relais, 98: Batterie-Gleichstromwandler (Batteriewandler), 99: Drehzahlsensor, 100: Fahrzeug, 101: Vorderreifen, 102: Hinterreifen, 103: Frontblech, 103: linkes Frontblech, 103R: rechtes Frontblech, 104: Rückblech, 105: Armaturenbrett, 106: Frontsäule, 107: Mittelsäule, 108: Hecksäule, 109: Tunnelabschnitt, 110: vordere Querstrebe, 111: Bodenblech, 112: vorderes Aufhängungselement, 113: Sollverformungsabschnitt, 114, 115: vordere Rahmen, 116, 117, 120, 121, 124, 125, 137, 205, 207, 228–233, 242–245: Befestigungslöcher, 118, 119: Hilfsrahmen, 122, 123: Winkel, 126: erste Querstrebe, 128, 129: seitliche Arretierungselemente, 130: Motoraufhängung, 131: Gummifassung, 132: zweite Querstrebe, 136: dritte Querstrebe, 138: vierte Querstrebe, 140, 141, 152, 153: Bügel, 144, 151: Hilfsquerstreben, 146, 147: hintere Arretierungselemente, 150: fünfte Querstrebe, 160: hintere Querstrebe, 200: Brennstoffzellen-Baugruppe, 201: Brennstoffzelleneinheit, 202: oberes Gehäuse, 203: unteres Gehäuse, 204: oberer Flansch, 206: unterer Flansch, 253: Kühlmitteleinlass, 254: Kühlmittelauslass, 220: Schutzstruktur, 221: Rahmenstruktur, 222: Säulenelement, 223: Verstärkungsrahmen, 224–227: Befestigungsabschnitte, 234, 235: schräge Rahmen, 236: Befestigungssitz, 250: Wandler-Baugruppe, 251: oberes Gehäuse, 252: unteres Gehäuse, 255: Frontfläche, 256: geneigter Abschnitt, 257: Relais-Abschnitt, 258: vorstehender Abschnitt, 259, 282: Leistungskabel, 260: Anschlussstecker, 262: Bodenflächen-Schutzplatte, 263, 265, 273: Befestigungsabschnitte, 264, 266: Befestigungsnuten, 270: Frontflächen-Schutzplatte, 272: gekrümmter Abschnitt, 274: Befestigungsloch, 280, 281: Schrauben, 283: Netzstecker, 290: Sitz, 291: Leitungen, 292: flüssigkeitsgedämpfte Fassung (Polsterelement), 293: Öffnungsabschnitt, P: Hindernis, S: geneigte Fläche, Sa, Sb: geneigte Abschnitte, S/F: Seitenrahmen, M/F: Hauptrahmen, W: Barriere

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2003/104010 [0003]
JP 2007-15616 A [0004]
JP 2007-015612 A [0005]
JP 2007-209161 A [0006]
JP 2007-318938 A [0006]

Claims

Brennstoffzellensystem, das in einem Fahrzeug vorgesehen ist, mit: einer Brennstoffzelleneinheit, in der eine Brennstoffzelle enthalten ist; und einem Peripheriegerät, das elektrisch mit der Brennstoffzelle verbunden ist und das angrenzend an die Brennstoffzelleneinheit angeordnet ist, wobei das Peripheriegerät an einer Stelle angeordnet ist, die näher an einer Außenfläche des Fahrzeugs liegt als die Brennstoffzelleneinheit.
Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1, wobei: das Fahrzeug eine Fahrgastzelle aufweist, die mit einem mittleren Wölbungsabschnitt versehen ist; und das Peripheriegerät unter dem mittleren Wölbungsabschnitt angeordnet ist.
Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei an einem Teil des Peripheriegeräts, der sich nahe an der Außenfläche des Fahrzeugs befindet, ein schräger Abschnitt vorgesehen ist.
Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der schräge Abschnitt von einer Teilform eines Gehäuses des Peripheriegeräts gebildet wird.
Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der schräge Abschnitt von einem aufprallkraftmindernden Element gebildet wird, das am Peripheriegerät angebracht ist.
Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Peripheriegerät auf einer schrägen Oberfläche angeordnet ist.
Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei: die Brennstoffzelleneinheit eine Zweigform mit zwei Zweigen aufweist; und das Peripheriegerät zwischen den Zweigen der verzweigt geformten Brennstoffzelleneinheit angeordnet ist.
Brennstoffzellensystem nach Anspruch 7, wobei ein Teil des Peripheriegeräts und/oder ein Teil der verzweigt geformten Brennstoffzelle, da, wo das Peripheriegerät und die Brennstoffzelle einander zugewandt sind, mit einem Polsterelement versehen ist bzw. sind.
Brennstoffzellensystem, das in einem Fahrzeug vorgesehen ist, mit: einer Brennstoffzelleneinheit, in der eine Brennstoffzelle enthalten ist; und einem Peripheriegerät, das elektrisch mit der Brennstoffzelle verbunden ist und das angrenzend an die Brennstoffzelleneinheit angeordnet ist, wobei: die Brennstoffzelleneinheit unter einem Sitz angeordnet ist, der in einer Fahrgastzelle des Fahrzeugs angeordnet ist; das Peripheriegerät unter einem mittleren Wölbungsabschnitt angeordnet ist, der in der Fahrgastzelle vorgesehen ist; und ein Teil des Peripheriegeräts, der sich nahe and er Außenfläche des Fahrzeugs befindet, mit einem schrägen Abschnitt versehen ist.