DE-102025110757-B3 - Sammelschienenanordnung für einen Brennstoffzellenleistungswandler

Abstract

Es wird eine Sammelschienenanordnung für einen Brennstoffzellenstapel und ein Brennstoffzellensystem bereitgestellt. Die Sammelschienenanordnung weist eine positive Sammelschiene, eine negative Sammelschiene und eine Isolierschicht auf. Die positive Sammelschiene ist aus Aluminium gebildet und weist ein positives Brennstoffzellenanschlussende, ein positives Modulende und eine positive Wärmesenkenlasche auf, die zwischen dem positiven Brennstoffzellenanschlussende und dem positiven Modulende angeordnet ist. Die positive Wärmesenkenlasche ist von dem positiven elektrischen Strompfad versetzt. Die negative Sammelschiene ist aus Aluminium gebildet und weist ein negatives Brennstoffzellenanschlussende, ein negatives Modulende und eine negative Wärmesenkenlasche auf, die zwischen dem negativen Brennstoffzellenanschlussende und dem negativen Modulende angeordnet ist. Die negative Wärmesenkenlasche ist von dem negativen elektrischen Strompfad versetzt.

Inventors

• Ronald Miller
• Abhishek Kumar Sahu
• Amit Kumar
• Bhaskara K Ch
• PRAVEEN KUMAR SINGH
• Peter Karonis

Assignees

• GM Global Technology Operations LLC

Dates

Publication Date

20260507

Application Date

20250320

Priority Date

20250203

Claims (9)

1. Sammelschienenanordnung (24) für einen Brennstoffzellenstapel (12), umfassend: eine positive Sammelschiene (32), die konfiguriert ist, um einen positiven elektrischen Strom zu führen, wobei die positive Sammelschiene (32) aus mindestens einem von Aluminium oder einer Aluminiumlegierung gebildet ist und Folgendes aufweist: ein positives Brennstoffzellenanschlussende (38); ein positives Modulende (40) distal von dem positiven Brennstoffzellenanschlussende (38), wobei ein positiver elektrischer Strompfad (44) zwischen dem positiven Brennstoffzellenanschlussende (38) und dem positiven Modulende (40) definiert ist; und eine positive Wärmesenkenlasche (42), die zwischen dem positiven Brennstoffzellenanschlussende (38) und dem positiven Modulende (40) angeordnet ist, wobei die positive Wärmesenkenlasche (42) von dem positiven elektrischen Strompfad (44) versetzt ist; eine negative Sammelschiene (34), die konfiguriert ist, um einen negativen elektrischen Strom zu führen, wobei die negative Sammelschiene (34) aus mindestens einem von Aluminium oder einer Aluminiumlegierung gebildet ist und Folgendes aufweist: ein negatives Brennstoffzellenanschlussende (50); ein negatives Modulende (52) distal von dem negativen Brennstoffzellenanschlussende (50), wobei ein negativer elektrischer Strompfad (56) zwischen dem negativen Brennstoffzellenanschlussende (50) und dem negativen Modulende (52) definiert ist; und eine negative Wärmesenkenlasche (54), die zwischen dem negativen Brennstoffzellenanschlussende (50) und dem negativen Modulende (52) angeordnet ist, wobei die negative Wärmesenkenlasche (54) von dem negativen elektrischen Strompfad (56) versetzt ist, wobei die negative Wärmesenkenlasche (54) mit der positiven Wärmesenkenlasche (42) ausgerichtet ist; eine Isolierschicht, die zwischen der positiven Sammelschiene (32) und der negativen Sammelschiene (34) angeordnet ist; und wobei die positive Sammelschiene (32) einen positiven gestuften Abschnitt (46) aufweist, der zwischen dem positiven Brennstoffzellenanschlussende (38) und dem positiven Modulende (40) angeordnet ist und in der Nähe des positiven Modulendes (40) angeordnet ist, und wobei der positive gestufte Abschnitt (46) konfiguriert ist, um Wärme abzuleiten.
2. Sammelschienenanordnung (24) nach Anspruch 1 , wobei die Sammelschienenanordnung (24) konfiguriert ist, um einen elektrischen Strom von 800 Ampere zu führen.
3. Sammelschienenanordnung (24) nach Anspruch 1 , wobei die Sammelschienenanordnung (24) konfiguriert ist, um weniger als fünf Watt Wärme an ein Leistungswandler- und Erfassungsmodul, PCSM, (14) zu übertragen.
4. Sammelschienenanordnung (24) nach Anspruch 1 , wobei die positive Sammelschiene (32) und die negative Sammelschiene (34) aus Aluminium der Qualität elektrischer Leiter electrical conductor grade aluminum, EC-Aluminium gebildet sind.
5. Sammelschienenanordnung (24) nach Anspruch 1 , wobei die positive Sammelschiene (32) und die negative Sammelschiene (34) eine Beschichtung aus mindestens einem von Zinn, Sn, Nickel, Ni, Silber, Ag oder einer Silberlegierung aufweisen.
6. Sammelschienenanordnung (24) nach Anspruch 1 , wobei die positive Sammelschiene (32) eine Vielzahl von positiven zylindrischen Ausschnitten (48A) aufweist, die mindestens teilweise die positive Wärmesenkenlasche (42) definieren und konfiguriert sind, um den elektrischen Strom von der positiven Wärmesenkenlasche (42) weg zu leiten.
7. Sammelschienenanordnung (24) nach Anspruch 1 , wobei die negative Sammelschiene (34) einen negativen gestuften Abschnitt (58) aufweist, der zwischen dem negativen Brennstoffzellenanschlussende (50) und dem negativen Modulende (52) angeordnet ist und in der Nähe des negativen Modulendes (52) angeordnet ist, und wobei der negative gestufte Abschnitt (58) konfiguriert ist, um Wärme abzuleiten.
8. Sammelschienenanordnung (24) nach Anspruch 1 , wobei die negative Sammelschiene (34) eine Vielzahl von negativen zylindrischen Ausschnitten (60A) aufweist, die mindestens teilweise die negative Wärmesenkenlasche (54) definieren und konfiguriert sind, um den elektrischen Strom von der negativen Wärmesenkenlasche (54) weg zu leiten, wobei die negativen zylindrischen Ausschnitte (60A) mit den positiven zylindrischen Ausschnitten (48A) ausgerichtet sind.
9. Sammelschienenanordnung (24) nach Anspruch 1 , wobei die Isolierschicht mindestens eines von einem Elastomer, einem Polymer, Polytetrafluorethylen, PTFE, einer Emaille, einer Harzbeschichtung oder einem Polyimidband aufweist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem und insbesondere eine Sammelschienenanordnung zur Verwendung an einer Schnittstelle zwischen einem Brennstoffzellenstapel und einem Leistungssteuerungserfassungsmodul. Brennstoffzellensysteme weisen einen Brennstoffzellenstapel auf, der elektrische Energie erzeugt. Der Brennstoffzellenstapel, der mehrere in Reihe geschaltete Brennstoffzellen aufweist, erzeugt elektrische Leistung durch elektrochemische Reaktionen zwischen einem wasserstoffbasierten Zufuhrgas (z. B. reinem Wasserstoff oder einem Wasserstoffreformat) und einem Oxidationsmittelzufuhrgas (z. B. reinem Sauerstoff, sauerstoffhaltiger Luft). Der Leistungswandler und das Erfassungsmodul (power converter and sensing module, PCSM) ist eine kritische Komponente, die die Verteilung und Regelung der durch den Brennstoffzellenstapel erzeugten elektrischen Leistung verwaltet. DE 21 2019 000 283 U1 beschreibt eine Sammelschiene, umfassend ein erstes Ende, ein zweites Ende und einen leitenden Pfad, bereitgestellt zwischen dem ersten und zweiten Ende; der leitende Pfad umfasst mindestens einen Vorsprung, der so konfiguriert und in seiner Größe dimensioniert ist, dass er mit einem Kühlelement zu verbinden ist. Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst mittels einer Sammelschienenanordnung für einen Brennstoffzellenstapel. Die Sammelschienenanordnung umfasst eine positive Sammelschiene, die konfiguriert ist, um einen positiven elektrischen Strom zu führen, eine negative Sammelschiene, die konfiguriert ist, um einen negativen elektrischen Strom zu führen, und eine Isolierschicht auf, die zwischen der positiven Sammelschiene und der negativen Sammelschiene angeordnet ist. Die positive Sammelschiene ist aus mindestens einem von Aluminium oder einer Aluminiumlegierung gebildet und weist ein positives Brennstoffzellenanschlussende, ein positives Modulende distal von dem positiven Brennstoffzellenanschlussende und eine positive Wärmesenkenlasche auf, die zwischen dem positiven Brennstoffzellenanschlussende und dem positiven Modulende angeordnet ist. Ein positiver elektrischer Strompfad ist zwischen dem positiven Brennstoffzellenanschlussende und dem positiven Modulende definiert. Die positive Wärmesenkenlasche ist von dem positiven elektrischen Strompfad versetzt. Die negative Sammelschiene ist aus mindestens einem von Aluminium oder einer Aluminiumlegierung gebildet und weist ein negatives Brennstoffzellenanschlussende, ein negatives Modulende distal von dem negativen Brennstoffzellenanschlussende und eine negative Wärmesenkenlasche auf, die zwischen dem negativen Brennstoffzellenanschlussende und dem negativen Modulende angeordnet ist. Ein negativer elektrischer Strompfad ist zwischen dem negativen Brennstoffzellenanschlussende und dem negativen Modulende definiert. Die negative Wärmesenkenlasche ist von dem negativen elektrischen Strompfad versetzt und die negative Wärmesenkenlasche ist mit der positiven Wärmesenkenlasche ausgerichtet. Die positive Sammelschiene weist einen positiven gestuften Abschnitt auf, der zwischen dem positiven Brennstoffzellenanschlussende und dem positiven Modulende angeordnet ist und in der Nähe des positiven Modulendes angeordnet ist. Der positive gestufte Abschnitt ist konfiguriert, um Wärme abzuleiten. Gemäß einer Ausführungsform ist die Sammelschienenanordnung konfiguriert, um einen elektrischen Strom von 800 Ampere zu führen. Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Sammelschienenanordnung konfiguriert, um weniger als fünf Watt Wärme an ein Leistungswandler- und Erfassungsmodul (PCSM) zu übertragen. Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die positive Sammelschiene und die negative Sammelschiene aus Aluminium der Qualität elektrischer Leiter electrical conductor grade aluminum, EC-Aluminium gebildet. Gemäß einer weiteren Ausführungsform weisen die positive Sammelschiene und die negative Sammelschiene eine Beschichtung aus mindestens einem von Zinn, Sn, Nickel, Ni, Silber, Ag oder einer Silberlegierung auf. Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die positive Sammelschiene eine Vielzahl von positiven zylindrischen Ausschnitten auf, die mindestens teilweise die positive Wärmesenkenlasche definieren und konfiguriert sind, um den elektrischen Strom von der positiven Wärmesenkenlasche weg zu leiten. Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die negative Sammelschiene einen negativen gestuften Abschnitt auf, der zwischen dem negativen Ende des Brennstoffzellenanschlusses und dem negativen Ende des Moduls angeordnet ist und in der Nähe des negativen Endes des Moduls angeordnet ist. Der negative gestufte Abschnitt ist konfiguriert, um Wärme abzuleiten. Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die negative Sammelschiene eine Vielzahl von negativen zylindrischen Ausschnitten auf, die mindestens teilweise die negative Wärmesenkenlasche definieren und konfiguriert sind, um den elektrischen Strom von der negativen Wärmesenkenlasche weg zu leiten. Gemäß einer weiteren Ausführu