Title:
Für ein Brennstoffzellensystem verwendete Sammelschiene
Document Type and Number:
Kind Code:
A1

Abstract:

Es ist eine Sammelschiene vorgesehen, die für ein Brennstoffzellensystem verwendet wird, das eine Brennstoffzelle aufweist; einen FC-Hochsetzsteller, der durch einen DC-DC-Wandler zum Hochsetzen einer Ausgangsspannung der Brennstoffzelle konfiguriert ist; sowie einen mit dem FC-Hochsetzsteller verbundenen Wechselrichter. Die Sammelschiene weist eine erste Sammelschiene auf, die mit einem negativen Anschluss der Brennstoffzelle verbunden ist; eine zweite Sammelschiene, die mit einem negativen Anschluss des FC-Hochsetzstellers verbunden ist; und eine dritte Sammelschiene, die mit einem negativen Anschluss des Wechselrichters verbunden ist. Die zweite Sammelschiene ist direkt mit der ersten Sammelschiene gekoppelt, und die dritte Sammelschiene ist direkt mit der ersten Sammelschiene gekoppelt. Die zweite Sammelschiene ist derart konfiguriert, dass sie eine kleinere Schnittfläche als eine Schnittfläche der ersten Sammelschiene hat.





Inventors:
Sekine, Hiroyuki (Aichi-ken, Toyota-shi, JP)
Application Number:
DE102017109337A
Publication Date:
11/30/2017
Filing Date:
05/02/2017
Assignee:
TOYOTA JIDOSHA KABUSHIKI KAISHA (Aichi-ken, Toyota-shi, JP)
International Classes:
H02B1/20; H01B5/02; H01M8/0202; H02M3/10
Attorney, Agent or Firm:
KUHNEN & WACKER Patent- und Rechtsanwaltsbüro, 85354, Freising, DE
Claims:
1. Sammelschiene, die für ein Brennstoffzellensystem verwendet wird,
wobei das Brennstoffzellensystem eine Brennstoffzelle (10) aufweist; einen FC-Hochsetzsteller (20), der durch einen DC-DC-Wandler zum Hochsetzen einer Ausgangsspannung der Brennstoffzelle (10) konfiguriert ist; sowie einen mit dem FC-Hochsetzsteller (20) verbundenen Wechselrichter (30),
wobei die Sammelschiene aufweist:
eine erste Sammelschiene (B1), die mit einem negativen Anschluss (N1) der Brennstoffzelle (10) verbunden ist;
eine zweite Sammelschiene (B2), die mit einem negativen Anschluss (N2) des FC-Hochsetzstellers (20) verbunden ist; und
eine dritte Sammelschiene (B3), die mit einem negativen Anschluss (N3) des Wechselrichters (30) verbunden ist, wobei
die zweite Sammelschiene (B2) direkt mit der ersten Sammelscheine (B1) gekoppelt ist,
die dritte Sammelschiene (B3) direkt mit der ersten Sammelschiene (B1) gekoppelt ist, und
die zweite Sammelschiene (B2) derart konfiguriert ist, dass sie eine kleinere Schnittfläche als eine Schnittfläche der ersten Sammelschiene (B1) hat.

2. Sammelschiene nach Anspruch 1, wobei die dritte Sammelschiene (B3) derart konfiguriert ist, dass sie eine kleinere Schnittfläche als die Schnittfläche der ersten Sammelschiene (B1) hat.

3. Sammelschiene nach einem von Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei die erste Sammelschiene (B1) und die zweite Sammelschiene (B2) einstückig ausgebildet sind.

Description:
QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN

Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der am 31. Mai 2016 eingereichten japanischen Patentanmeldung mit der Nr. JP 2016-108030 A, deren Inhalt in seiner Gesamtheit durch Bezugnahme in diese Anmeldung aufgenommen ist.

HINTERGRUNDGebiet der Erfindung

Die vorliegende Offenlegung betrifft eine Sammelschiene, die für ein Brennstoffzellensystem verwendet wird.

Stand der Technik

Die JP 2015-220961 A offenbart ein Brennstoffzellensystem, das an einem Fahrzeug angebracht ist, und eine Brennstoffzelle umfasst; einen FC-Hochsetzsteller (nachstehend ggfs. vereinfacht als „Hochsetzsteller” bezeichnet), der derart konfiguriert ist, dass er eine Ausgangsspannung der Brennstoffzelle hochsetzt; sowie einen Wechselrichter, der derart konfiguriert ist, dass er eine Zufuhr der hochgesetzten Ausgangsspannung von dem Hochsetzsteller empfängt.

Bei dem vorstehend beschriebenen Brennstoffzellensystem sind ein negativer Anschluss der Brennstoffzelle und ein negativer Anschluss des Hochsetzstellers durch eine Sammelschiene elektrisch miteinander verbunden. Der negative Anschluss des Hochsetzstellers und ein negativer Anschluss des Wechselrichters sind ebenfalls durch eine Sammelschiene elektrisch miteinander verbunden. Die zulässige Stromstärke der Sammelschiene ist proportional zu der Schnittfläche der Sammelschiene. Wenn die Sammelschiene beispielsweise eine festgelegte Dicke hat, nimmt die zulässige Stromstärke der Sammelschiene mit zunehmender Weite der Sammelschiene zu. Im Allgemeinen wird eine Sammelschiene mit einer Strombelastbarkeit für eine zulässige Stromstärke mit der Summe eines durch den negativen Anschluss des Hochsetzstellers fließenden elektrischen Stroms und eines durch den negativen Anschluss des Wechselrichters fließenden elektrischen Stroms als Sammelschiene zum Verbinden des negativen Anschlusses der Brennstoffzelle mit dem negativen Anschluss des Hochsetzstellers verwendet. Dies vergrößert die Schnittfläche der zwischen dem negativen Anschuss der Brennstoffzelle und dem negativen Anschluss des Hochsetzstellers verwendeten Sammelschiene und vergrößert die Gesamtabmessungen der Sammelschiene. Das Vergrößern der Gesamtabmessungen der Sammelschiene erhöht die Möglichkeit, dass die Sammelschiene verschiedene in der Brennstoffzelle und dem Hochsetzsteller enthaltene Komponenten und Teile beeinträchtigt. Um eine derartige Beeinträchtigung zu vermeiden, ist es notwendig, die Abstände zwischen den jeweiligen Komponenten und Teilen in der Gestaltung zu vergrößern. Dies führt zu dem Problem, dass der für die Gestaltung des Brennstoffzellensystems benötigte Gesamtraum vergrößert werden muss.

KURZFASSUNG

  • (1) Gemäß einem Aspekt der Offenbarung ist eine Sammelschiene vorgesehen, die für ein Brennstoffzellensystem verwendet wird. Das Brennstoffzellensystem weist eine Brennstoffzelle auf; einen FC-Hochsetzsteller, der durch einen DC-DC-Wandler zum Hochsetzen einer Ausgangsspannung der Brennstoffzelle konfiguriert ist; sowie einen mit dem FC-Hochsetzsteller verbundenen Wechselrichter. Die Sammelschiene weist eine erste Sammelschiene auf, die mit einem negativen Anschluss der Brennstoffzelle verbunden ist; eine zweite Sammelschiene, die mit einem negativen Anschluss des FC-Hochsetzstellers verbunden ist; und eine dritte Sammelschiene, die mit einem negativen Anschluss des Wechselrichters verbunden ist. Die zweite Sammelschiene ist direkt mit der ersten Sammelscheine gekoppelt, und die dritte Sammelschiene ist direkt mit der ersten Sammelschiene gekoppelt. Die zweite Sammelschiene ist derart konfiguriert, dass sie eine kleinere Schnittfläche als eine Schnittfläche der ersten Sammelschiene hat.
    Ein durch die zweite Sammelschiene fließender elektrischer Strom entspricht einer Differenz zwischen einem elektrischen Strom, der dem FC-Hochsetzsteller von der Brennstoffzelle zugeführt wird, von dem negativen Anschluss des FC-Hochsetzstellers durch die zweite Sammelschiene und die erste Sammelschiene fließt, und zu dem negativen Anschluss zurückkehrt, und einem elektrischen Strom, der dem Wechselrichter von dem FC-Hochsetzsteller zugeführt wird, von dem negativen Anschluss des Wechselrichters durch die dritte Sammelschiene und die zweite Sammelschiene fließt, und zu dem negativen Anschluss des FC-Hochsetzstellers zurückkehrt, d. h., einer Differenz zwischen einem elektrischen Strom, der durch die erste Sammelschiene fließt, und einem elektrischen Strom, der durch die dritte Sammelschiene fließt. Diese Konfiguration macht die Schnittfläche der zweiten Sammelschiene, die mit dem FC-Hochsetzsteller verbunden ist, kleiner als die Schnittfläche der ersten Sammelschiene, die mit der Brennstoffzelle verbunden ist, und verringert dadurch die Gesamtabmessungen der Sammelschiene. Diese Konfiguration verringert die Notwendigkeit, die Abstände zwischen den jeweiligen Komponenten und Teilen in der Gestaltung zu vergrößern, um zu verhindern, dass die Sammelschiene die verschiedenen in der Brennstoffzelle und dem FC-Hochsetzsteller enthaltenen Komponenten und Teile beeinträchtigt, und verringert dadurch den für die Gestaltung des Brennstoffzellensystems benötigten Gesamtraum.
  • (2) Bei der Sammelschiene des vorangegangenen Aspekts kann die dritte Sammelschiene derart konfiguriert sein, dass sie eine kleinere Schnittfläche als die Schnittfläche der ersten Sammelschiene hat. Diese Konfiguration verringert die Gesamtabmessungen der Sammelschiene weiter.
  • (3) Bei der Sammelschiene des vorangegangenen Aspekts können die erste Sammelschiene und die zweite Sammelschiene einstückig ausgebildet sein. Gemäß diesem Aspekt sind die erste Sammelschiene und die zweite Sammelschiene einstückig ausgebildet. Diese Konfiguration verringert die Impedanz der Verbindung zwischen der ersten Sammelschiene und der zweiten Sammelschiene gegenüber einer Konfiguration, bei der die erste Sammelschiene und die zweite Sammelschiene als einzelne Sammelschienen vorgesehen sind und durch ein Klemmteil wie einen Bolzen miteinander gekoppelt sind.

Die vorliegende Offenlegung kann abgesehen von der vorstehend beschriebenen Sammelschiene, die für ein Brennstoffzellensystem verwendet wird, durch beliebige von verschiedenen Aspekten, z. B. ein Brennstoffzellensystem, das die Sammelschiene umfasst, implementiert werden.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

1 ist ein Diagramm, das die schematische Konfiguration eines Brennstoffzellensystems gemäß einer Ausführungsform darstellt;

2 ist ein Diagramm, das die schematische Konfiguration eines Brennstoffzellensystems gemäß einem vergleichenden Beispiel darstellt;

3 ist ein Diagramm, das elektrische Ströme darstellt, die durch die erste bis dritte Sammelschiene in dem Brennstoffzellensystem des vergleichenden Beispiels fließen;

4 ist ein Diagramm, das elektrische Ströme darstellt, die durch die erste bis dritte Sammelschiene in dem Brennstoffzellensystem der Ausführungsform fließen; und

5 ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer Einrichtung darstellt, an der die erste bis dritte Sammelschiene angebracht ist.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNGA. Ausführungsform

1 ist ein Diagramm, das die schematische Konfiguration eines Brennstoffzellensystems gemäß einer Ausführungsform darstellt. Dieses Brennstoffzellensystem ist ein an einem Brennstoffzellenfahrzeug angebrachtes Brennstoffzellensystem, das als Beispiel bereitgestellt wird. Das Brennstoffzellensystem ist jedoch nicht auf dieses Beispiel beschränkt, sondern kann ebenso ein stationäres Brennstoffzellensystem sein.

Das Brennstoffzellensystem umfasst eine Brennstoffzelle (in der Zeichnung mit „FC” gekennzeichnet) 10, einen FC-Hochsetzsteller (in der Zeichnung mit „FCDC” gekennzeichnet) 20, einen Wechselrichter (in der Zeichnung mit „INV” gekennzeichnet) 30, sowie einen Antriebsmotor 40.

Die Brennstoffzelle 10 ist eine Leistungserzeugungsvorrichtung mit einer Stapelstruktur, die durch Stapeln einer Mehrzahl von Einheitszellen in Reihe konfiguriert ist. Jede Einheitszelle umfasst eine Membranelektrodeneinheit (nicht gezeigt) als Leistungserzeugungselement, die derart konfiguriert ist, dass sie durch eine elektrochemische Reaktion eines Brenngases und eines Oxidationsgases eine elektrische Leistung erzeugt. Das Brennstoffzellensystem umfasst ferner verschiedene Vorrichtungen, die verwendet werden, damit die Brennstoffzelle 10 als Leistungserzeugungseinheit dienen kann, z. B. eine Brenngaszuführvorrichtung, eine Oxidationsgaszuführvorrichtung und eine Kühlvorrichtung. Diese Vorrichtungen sind jedoch nicht speziell charakteristisch für die vorliegende Offenbarung, so dass von deren Darstellung und Beschreibung abgesehen wird.

Der FC-Hochsetzsteller 20 kann beispielsweise ein mehrphasiger DC-DC-Hochsetzsteller mit einer Mehrzahl von Antriebsphasen (beispielsweise vier Antriebsphasen) und einem Glättungskondensator Cs sein, und ist eine Schaltung, die derart konfiguriert ist, dass sie eine Ausgangsspannung der Brennstoffzelle 10 hochsetzt. Bei einem anderen Beispiel kann der FC-Hochsetzsteller 20 ein einphasiger DC-DC-Hochsetzsteller mit nur einer Antriebsphase sein. Eine Antriebsphase ist durch eine Hochsetz-Chopper-Schaltung mit einem Reaktor Lr und einer Schaltvorrichtung SD konfiguriert. Eine Mehrzahl von in einer Reaktoreinheit (in der Zeichnung mit „LU” gekennzeichnet) 22 eingeschlossenen Reaktoren werden als Reaktoren Lr der jeweiligen Antriebsphasen verwendet. Eine Mehrzahl von Schaltvorrichtungen und ein Glättungskondensator, die in einem Halbleiterelement-Leistungsmodul 24 eingeschlossen sind, das als IPM bezeichnet wird (intelligent power module), werden als Schaltvorrichtungen SD der jeweiligen Antriebsphasen und als Glättungskondensator Cs verwendet. In der nachstehenden Beschreibung wird das Halbleiterelement-Leistungsmodul 24 als „IPM 24” bezeichnet.

Der Wechselrichter 30 ist eine Antriebsschaltung, die derart konfiguriert ist, dass sie einen von dem FC-Hochsetzsteller 20 zugeführten Gleichstrom in einen Wechselstrom umwandelt und dem Antriebsmotor 40 den Wechselstrom zuführt. Der Antriebsmotor 40 ist derart konfiguriert, dass er mit dem von dem Wechselrichter 30 zugeführten Wechselstrom Antriebsräder (nicht gezeigt) antreibt. Der Wechselrichter 30 ist derart konfiguriert, dass er dem Antriebsmotor 40 einen Wechselstrom einer Phasenzahl zuführt, die je nach Art eines als Antriebsmotor 40 verwendeten Motors bestimmt wird. Wenn beispielsweise ein Synchronmotor mit Dreiphasen-Wicklung als Antriebsmotor 40 verwendet wird, dient der Wechselrichter 30 dazu, dem Antriebsmotor 40 einen dreiphasigen Wechselstrom zuzuführen.

Ein positiver Anschluss P1 der Brennstoffzelle 10 ist elektrisch mit einem eingangsseitigen positiven Anschluss P2i des FC-Hochsetzstellers 20 verbunden. Die jeweiligen Reaktoren Lr der Reaktoreinheit 22 sind elektrisch parallel mit dem positiven Anschluss P2i verbunden. Ein ausgangsseitiger positiver Anschluss P20 des FC-Hochsetzstellers 20 ist mittels eines positiven Anschlusses KP1 eines ersten Verbindungsteils K1, eines Kabels LC und eines positiven Anschlusses KP2 eines zweiten Verbindungsteils K2 elektrisch mit einem positiven Anschluss P3 des Wechselrichters 30 verbunden.

Ein negativer Anschluss N1 der Brennstoffzelle 10, ein negativer Anschluss N2 des FC-Hochsetzstellers 20 und ein negativer Anschluss N3 des Wechselrichters 30 sind wie nachstehend beschrieben elektronisch verbunden. Insbesondere ist der negative Anschluss N1 der Brennstoffzelle 10 an einem Verbindungspunkt TB1, der an einem Ende der ersten Sammelschiene B1 vorgesehen ist, elektrisch mit einer ersten Sammelschiene B1 verbunden. Der negative Anschluss N2 des FC-Hochsetzstellers 20 ist an einem Verbindungspunkt TB2, der an einem Ende der zweiten Sammelschiene B2 vorgesehen ist, elektrisch mit einer zweiten Sammelschiene B2 verbunden. Der negative Anschluss N3 des Wechselrichters 30 ist mittels eines negativen Anschlusses KN2 des zweiten Verbindungsteils K2, des Kabels LC und eines negativen Anschlusses KN1 des ersten Verbindungsteils K1 elektrisch mit einem Ende einer dritten Sammelschiene B3 verbunden.

Ein entgegengesetztes Ende der zweiten Sammelschiene B2, das dem Ende mit dem Verbindungspunkt TB2 entgegengesetzt ist, und ein entgegengesetztes Ende der ersten Sammelschiene B1, das dem Ende mit dem Verbindungspunkt TB entgegengesetzt ist, sind an einem Kopplungsbereich C12 direkt miteinander gekoppelt oder zusammengeführt, so dass die erste Sammelschiene B1 und die zweite Sammelschiene B2 elektrisch miteinander verbunden sind. Die dritte Sammelschiene B3 ist an einem Verbindungspunkt TB3, der auf einer Seite der ersten Sammelschiene B1 in der Nähe des Kopplungsbereichs C12 zwischen der ersten Sammelschiene B1 und der zweiten Sammelschiene B2 vorgesehen ist, direkt mit der ersten Sammelschiene B1 gekoppelt oder zusammengeführt und somit elektrisch verbunden. Durch diese Konfiguration wird eine elektrische Verbindung des negativen Anschlusses N1 der Brennstoffzelle 10, des negativen Anschlusses N2 des FC-Hochsetzstellers 20 und des negativen Anschlusses N3 des Wechselrichters 30 geschaffen. Die erste Sammelschiene B1 und die zweite Sammelschiene B2 sind durch einstückiges Ausbilden der ersten Sammelschiene B1 und der zweiten Sammelschiene B2 miteinander gekoppelt. Die erste Sammelschiene B1 und die dritte Sammelschiene B3 sind an dem Verbindungspunkt TB3 durch ein Klemmteil (nicht gezeigt) wie einen Bolzen miteinander gekoppelt.

Die drei Sammelschienen B1, B2 und B3 sind jeweils derart ausgebildet, dass sie rechteckige Querschnitte aufweisen. In der nachstehenden Beschreibung wird die kleinere Abmessung unter den Abmessungen der jeweiligen Seiten der Querschnitte der jeweiligen Sammelschienen B1, B2, und B3, als „Dicke” bezeichnet, und die größere Abmessung wird als „Weite” bezeichnet. In 1 entspricht die Abmessung in einer zu der Plattenoberfläche senkrechten Richtung der „Dicke”, und die Abmessung in einer zu der Plattenoberfläche parallelen Richtung entspricht der „Weite”.

Gemäß der Ausführungsform sind eine Dicke HB1 der ersten Sammelschiene B1, eine Dicke HB2 der zweiten Sammelschiene B2 und eine Dicke HB3 der dritten Sammelschiene B3 gleich eingestellt. Eine Weite WB2 der zweiten Sammelschiene B2 und eine Weite WB3 der dritten Sammelschiene B3 sind jeweils kleiner eingestellt als eine Weite WB1 der ersten Sammelschiene B1. Dementsprechend ist die zweite Sammelschiene B2 in einer solchen Konfiguration ausgebildet, dass sie eine kleinere Schnittfläche (WB2·HB2) als eine Schnittfläche (WB3·HB3) der ersten Sammelschiene B1 aufweist. Die dritte Sammelschiene B3 ist ebenfalls in einer solchen Konfiguration ausgebildet, dass sie eine kleinere Schnittfläche (WB3·HB3) als eine Schnittfläche (WB1·HB1) der ersten Sammelschiene B1 aufweist.

2 ist ein Diagramm, das die schematische Konfiguration eines Brennstoffzellensystems gemäß einem vergleichenden Beispiel darstellt. Das Brennstoffzellensystem des vergleichenden Beispiels unterscheidet sich von dem Brennstoffzellensystem der Ausführungsform, wie nachstehend beschrieben wird, durch die elektrische Verbindung des negativen Anschlusses N1 der Brennstoffzelle 10, des negativen Anschlusses N2 des FC-Hochsetzstellers 20 und des negativen Anschlusses N3 des Wechselrichters 30. Gemäß der Ausführungsform ist die dritte Sammelschiene B3, wie in 1 gezeigt ist, in Reihe mit der ersten Sammelschiene B1 verbunden, und ist elektrisch an dem Verbindungspunkt TB3, der in der Nähe des Kopplungsbereichs C12 zwischen der ersten Sammelschiene B1 und der zweiten Sammelschiene B2 vorgesehen ist, mit der ersten Sammelschiene B1 verbunden. Gemäß dem vergleichenden Beispiel ist eine dritte Sammelschiene B3, wie in 2 gezeigt ist, hingegen an einem Verbindungspunkt TB3 mit einem Ende B2e der zweiten Sammelschiene B2, der in Bezug auf einen Verbindungspunkt TB2 mit dem negativen Anschluss N2 des FC-Hochsetzstellers 20 an der entgegengesetzten Seite zu einem Kopplungsbereich C12 zwischen einer ersten Sammelschiene B1 und der zweiten Sammelschiene B2 vorgesehen ist, direkt mit einer zweiten Sammelschiene B2 gekoppelt oder zusammengeführt und dadurch elektrisch verbunden. Gemäß dem vergleichenden Beispiel ist die zweite Sammelschiene B2, die mit dem negativen Anschluss N2 des FC-Hochsetzstellers 20 verbunden ist, derart konfiguriert, dass sie eine Weite WB2 und eine Dicke HB1 aufweist, die jeweils gleich sind wie eine Weite WB1 und eine Dicke HB1 der ersten Sammelschiene B1, die mit dem negativen Anschluss N1 der Brennstoffzelle 10 verbunden ist, und die erste Sammelschiene B1 und die zweite Sammelschiene B2 sind einstückig ausgebildet. Das vergleichende Beispiel unterscheidet sich daher dadurch von der Ausführungsform, dass die Weite WB2 der zweiten Sammelschiene B2 gemäß dem vergleichenden Beispiel gleich eingestellt ist wie die Weite WB1 der ersten Sammelschiene B1, während die Weite WB2 der zweiten Sammelschiene B2 gemäß der Ausführungsform kleiner eingestellt ist als die Weite WB1 der ersten Sammelschiene B1.

3 ist ein Diagramm, das elektrische Ströme darstellt, die durch die Sammelschienen in dem Brennstoffzellensystem des vergleichenden Beispiels fließen. 4 ist ein Diagramm, das elektrische Ströme darstellt, die durch die Sammelschienen in dem Brennstoffzellensystem der Ausführungsform fließen. Zur einfacheren Erklärung sind die zwischen der dritten Sammelschiene B3 und dem Wechselrichter 30 angeordneten Verbindungsteile K1 und K2 und das Kabel LC in den Darstellungen der 3 und 4 weggelassen worden, und die jeweiligen Sammelschienen sind durch durchgezogene Linien in den 3 und 4 dargestellt. Die folgende Beschreibung beruht auf der Annahme, dass es keine Verluste in den jeweiligen Schaltungen gibt.

Wie in 3 gezeigt ist, fließt gemäß dem vergleichenden Beispiel ein Zellenausgangsstrom Ifc, der dem FC-Hochsetzsteller 20 von dem positiven Anschluss P1 der Brennstoffzelle 10 zugeführt wird, durch den eingangsseitigen positiven Anschluss P2i und den negativen Anschluss N2 des FC-Hochsetzstellers 20, fließt anschließend von dem Verbindungspunkt TB2 zu der zweiten Sammelschiene B2 und der ersten Sammelschiene B1, und kehrt dann von dem Verbindungspunkt TB1 zu dem negativen Anschluss N1 der Brennstoffzelle 10 zurück. Ein Wechselrichter-Ausgangsstrom Ih, der dem Wechselrichter 30 von dem ausgangsseitigen positiven Anschluss P2o des FC-Hochsetzstellers 20 zugeführt wird, fließt durch den positiven Anschluss P3 und den negativen Anschluss N3 des Wechselrichters 30 zu der dritten Sammelschiene B3, fließt anschließend von dem Verbindungspunkt TB3 mit der zweiten Sammelschiene B2 zu dem Ende B2e der zweiten Sammelschiene B2, und kehrt dann von dem Verbindungspunkt TB2 zu dem negativen Anschluss N2 des FC-Hochsetzstellers 20 zurück. Dementsprechend sind ein Strom der zweiten Sammelschiene IB2, der durch die zweite Sammelschiene B2 zu der ersten Sammelschiene B1 fließt, und ein Strom der ersten Sammelschiene IB1, der durch die erste Sammelschiene B1 fließt, beide gleich dem Zellenausgangsstrom Ifc. Gemäß dem vergleichenden Beispiel müssen die Weite WB2 und die Dicke HB2 der zweiten Sammelschiene B2 gleich sein wie die Weite WB1 und die Dicke HB1 der ersten Sammelschiene B1, um die Schnittfläche (WB2·HB2) der zweiten Sammelschiene B2 der Schnittfläche (WB1·HB1) der ersten Sammelschiene B1 anzugleichen.

Wie in 4 gezeigt ist, fließt der Wechselrichter-Ausgangsstrom Ih, der dem Wechselrichter 30 von dem ausgangsseitigen positiven Anschluss P2o des FC-Hochsetzstellers 20 zugeführt wird, gemäß der Ausführungsform jedoch durch den positiven Anschluss P3 und den negativen Anschluss N3 des Wechselrichters 30 zu der dritten Sammelschiene B3. Der Wechselrichter-Ausgangsstrom Ih fließt durch die dritte Sammelschiene B3, fließt anschließend von dem Verbindungspunkt TB3 mit der ersten Sammelschiene B1 in einer Richtung entgegengesetzt zu dem Zellenausgangsstrom Ifc zu der zweiten Sammelschiene B2, und kehrt dann von dem Verbindungspunkt TB2 zu dem negativen Anschluss N2 des FC-Hochsetzstellers 20 zurück. Dementsprechend ist ein Strom der zweiten Sammelschiene IB2, der durch die zweite Sammelschiene B2 fließt, gleich einer Differenz (Ifc – Ih) zwischen dem Zellenausgangsstrom Ifc und dem Wechselrichter-Ausgangsstrom Ih und ist somit gleich einer Differenz (IB1 – IB3) zwischen einem Strom der ersten Sammelschiene IB1 und einem Strom der dritten Sammelschiene IB3. Diese Konfiguration macht die Schnittfläche (WB2·HB2) der zweiten Sammelschiene B2 kleiner als die Schnittfläche (WB1·HB1) der ersten Sammelschiene B1. Gemäß der Ausführungsform wird die Schnittfläche (WB2·HB2) der zweiten Sammelschiene B2, wie in 1 gezeigt ist, durch Einstellen der Dicke HB2 der zweiten Sammelschiene B2 gleich der Dicke HB1 der ersten Sammelschiene B1, und Einstellen der Weite WB2 der zweiten Sammelschiene B2 kleiner als die Weite WB1 der ersten Sammelschiene B1, kleiner gemacht als die Schnittfläche (WB1·HB1) der ersten Sammelschiene B1. Gemäß dem in 3 (und 2) gezeigten vergleichenden Beispiel sind die erste Sammelschiene B1 und die zweite Sammelschiene B2 im Wesentlichen aus einer einzigen Sammelschiene gebildet. Ein Vergleich der Zeichnungen zeigt, dass die in 4 (und 1) gezeigte Ausführungsform anscheinend eine größere Anzahl an Sammelschienen aufweist. Ein Vergleich der Zeichnungen zeigt außerdem, dass die dritte Sammelschiene B3 der Ausführungsform anscheinend länger ist als die dritte Sammelschiene B3 des vergleichenden Beispiels. Diese scheinbaren Unterschiede sind jedoch nur der Vereinfachung der Darstellung zuzuschreiben. Tatsächlich kann die Schnittfläche der zweiten Sammelschiene B2 in dem vergleichenden Beispiel B2 durch einfaches Ändern der Positionen der Verbindungspunkte TB2 und TB3 auf die Schnittfläche in der Ausführungsform verringert werden. Es gibt keine wesentlichen Unterschiede bei der Anzahl der Sammelschienen und der Länge der dritten Sammelschiene B3 zwischen der Ausführungsform und dem vergleichenden Beispiel.

Der Strom der dritten Sammelschiene IB3, der durch die dritte Sammelschiene B3 fließt, ist gleich dem Wechselrichter-Ausgangsstrom Ih, und ist somit gleich einer Differenz (IB1 – IB2) zwischen dem Strom der ersten Sammelschiene IB1 und dem Strom der zweiten Sammelschiene IB2. Wie bei der zweiten Sammelschiene B2 macht diese Konfiguration die Schnittfläche (WB3·HB3) der dritten Sammelschiene B3 kleiner als die Schnittfläche (WB1·HB1) der ersten Sammelschiene B1. Gemäß der Ausführungsform wird die Schnittfläche (WB3·HB3) der dritten Sammelschiene B3, wie in 1 gezeigt ist, durch Einstellen der Dicke HB3 der dritten Sammelschiene B3 gleich der Dicke HB1 der ersten Sammelschiene B1, und Einstellen der Weite WB3 der dritten Sammelschiene B3 kleiner als die Weite WB1 der ersten Sammelschiene B1, kleiner gemacht als die Schnittfläche (WB1·HB1) der ersten Sammelschiene B1.

5 ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer Einrichtung darstellt, an der die Sammelschienen angebracht sind. Wie in 5 gezeigt ist, befinden sich der Kopplungsbereich C12 zwischen der ersten Sammelschiene B1 und der zweiten Sammelschiene B2, der Verbindungspunkt TB1 der ersten Sammelschiene B1 mit einem Anschluss Tf1 entsprechend dem negativen Anschluss N1 der Brennstoffzelle 10, und der Verbindungspunkt TB3 der ersten Sammelschiene B1 mit der dritten Sammelschiene B3 in einem Hohlraum, der durch die Gestaltung der in dem FC-Hochsetzsteller 20 eingeschlossenen Reaktoreinheit 22 und des IPM 24 geschaffen wird. Die zweite Sammelschiene B2 ist entlang des Hohlraums gebogen und gefaltet und ist an dem Verbindungspunkt TB2 elektrisch mit dem IPM 24 des FC-Hochsetzstellers 20 verbunden.

Wie in 5 gezeigt ist, verringert die Konfiguration der Sammelschienen gemäß der Ausführungsform die Abmessungen der zweiten Sammelschiene B2 und verringert dadurch die Gesamtabmessungen der Sammelschienen. Das Verringern der Abmessungen der zweiten Sammelschiene B2 verbessert auch die Flexibilität der Anordnung der zweiten Sammelschiene B2. Diese Konfiguration verringert daher die herkömmliche Notwendigkeit, die Abstände zwischen den jeweiligen Komponenten und Teilen in der Gestaltung zu vergrößern, um zu verhindern, dass die Sammelschiene die peripheren Komponenten und Teile beeinträchtigt. Diese Konfiguration verringert ebenso die Abmessungen der dritten Sammelschiene B3 und verringert die Gesamtabmessungen der Sammelschienen somit weiter. Das Verringern der Abmessungen der dritten Sammelschiene B3 verbessert ebenfalls die Flexibilität der Anordnung der dritten Sammelschiene B3. Diese Konfiguration verringert daher die herkömmliche Notwendigkeit, die Abstände zwischen den jeweiligen Komponenten und Teilen in der Gestaltung zu vergrößern, um zu verhindern, dass die Sammelschiene die peripheren Komponenten und Teile beeinträchtigt, weiter.

B. Modifikationen

  • (1) Gemäß der vorstehenden Ausführungsform sind die Dicken HB1 bis HB3 der drei Sammelschienen B1 bis B3 gleich eingestellt. Die Weite WB2 der zweiten Sammelschiene B2 ist kleiner eingestellt als die Weite WB1 der ersten Sammelschiene B1, und die Weite WB3 der dritten Sammelschiene B3 ist ebenfalls kleiner eingestellt als die Weite WB1 der ersten Sammelschiene B1. Diese Konfiguration ist jedoch nicht beschränkend. Gemäß einer Modifikation können die Weiten WB1 bis WB3 der jeweiligen Sammelschienen B1 bis B3 gleich eingestellt werden. Die Dicke HB2 der zweiten Sammelschiene B2 kann kleiner eingestellt werden als die Dicke HB1 der ersten Sammelschiene B1, und die Dicke HB3 der dritten Sammelschiene B3 kann ebenfalls kleiner eingestellt werden als die Dicke HB1 der ersten Sammelschiene B1. Gemäß einer weiteren Modifikation können sowohl die Weite WB2 als auch die Dicke HB2 der zweiten Sammelschiene B2 kleiner eingestellt werden als die Weite WB1 und die Dicke HB1 der ersten Sammelschiene B1, und sowohl die Weite WB3 als auch die Dicke HB3 der dritten Sammelschiene B3 können ebenfalls kleiner eingestellt werden als die Weite WB1 und die Dicke HB1 der ersten Sammelschiene B1. Daher ist es im Grunde notwendig, dass die Schnittfläche (WB2·HB2) der zweiten Sammelschiene B2 kleiner gemacht wird als die Schnittfläche (WB1·HB1) der ersten Sammelschiene B1 und dass die Schnittfläche (WB3·HB3) der dritten Sammelschiene B3 ebenfalls kleiner gemacht wird als die Schnittfläche (WB1·HB1) der ersten Sammelschiene B1. Die Konfiguration, dass die Dicken der Sammelschienen gleich eingestellt werden und deren Weiten verändert werden, ist jedoch bevorzugt, um die drei Sammelschienen B1 bis B3 leicht aus einem einzigen Plattenmaterial bilden zu können.
  • (2) Gemäß der vorstehenden Ausführungsform sind die erste Sammelschiene B1 und die zweite Sammelschiene B2 als einstückig ausgebildete Sammelschienen vorgesehen. Gemäß einer Modifikation können die erste Sammelschiene B1 und die zweite Sammelschiene B2 als separate Sammelschienen vorgesehen werden und können durch Koppeln der Enden der Sammelschienen B1 und B2 mittels eines Klemmteils wie einem Bolzen elektrisch miteinander verbunden werden.
  • (3) Gemäß der vorstehenden Ausführungsform ist die dritte Sammelschiene B3 als unterschiedliche Sammelschiene, separat von der ersten Sammelschiene B1, vorgesehen. Gemäß einer Modifikation kann die dritte Sammelschiene B3, wie die zweite Sammelschiene B2, einstückig mit der ersten Sammelschiene B1 ausgebildet werden. Anders ausgedrückt können alle drei Sammelschienen B1 bis B3 einstückig ausgebildet werden. Diese Konfiguration verringert die Impedanz der Verbindung zwischen der ersten Sammelschiene B1 und der dritten Sammelschiene B3.

Die Offenlegung ist nicht auf die vorstehend beschriebene Ausführungsform und deren Modifikationen beschränkt, sondern kann durch eine Vielfalt von Konfigurationen implementiert werden, ohne dass vom Schutzumfang der Offenlegung abgewichen wird. Beispielsweise können die technischen Merkmale sowohl der vorstehenden Ausführungsform als auch deren Modifikationen, die den technischen Merkmalen jeder der unter „KURZFASSUNG” beschriebenen Aspekte entsprechen, in geeigneter Weise ersetzt oder kombiniert werden, um einen Teil oder alle der vorstehend beschriebenen Probleme zu lösen oder um einen Teil oder alle der vorstehend beschriebenen vorteilhaften Effekte zu erzielen. Beliebige der technischen Merkmale können in geeigneter Weise weggelassen werden, sofern das technische Merkmal in der Beschreibung nicht als wesentlich beschrieben wird.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG

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Zitierte Patentliteratur

  • JP 2016-108030 A [0001]
  • JP 2015-220961 A [0003]