CN108886155A - 用于与多个隔板接触的方法以及燃料电池系统 - Google Patents

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Abstract

在此公开的技术涉及一种用于与燃料电池系统(100)的多个隔板(14，14’，14”)接触的方法。该方法包括下列步骤：‑将电池监测系统(400)的至少一个连接元件(15，15’，15”)插入到两个直接相邻的隔板(14，14’，14”)之间，使得所述连接元件(15，15’，15”)的两个可相对彼此移动的连接件(151，152；151’，152’；151”，152”)至少局部地布置在所述直接相邻的隔板(14，14’，14”)之间；和‑使所述两个可相对彼此移动的连接件(151，152；151’，152’；151”，152”)相对移动，使得所述连接件(151，152；151’，152’；151”，152”)中的至少一个第一连接件(151；151’；151”)至少在部分区段朝向所述直接相邻的隔板(14，14’，14”)中的一个隔板移动；和/或·使得通过所述相对移动至少在所述连接件(151，152；151’，152’；151”，152”)之一与所述直接相邻的隔板(14，14’，14”)之一之间的挤压压力至少在部分区段提高。

Description

用于与多个隔板接触的方法以及燃料电池系统
技术领域
在此公开的技术涉及一种用于与多个隔板接触的方法以及一种燃料电池系统。在此公开的技术特别是涉及燃料电池系统的隔板到燃料电池监测系统上的电接头。这样的电池监测系统(英文：cell voltage monitoring system或者CVM-System)通常对大量燃料电池进行监测。各个燃料电池为此通常分别通过一电导线与所述CVM-系统连接。
背景技术
由DE 10 2007 003506 B4也已知一种插头，该插头与燃料电池的各个隔板接触。在每个插头中又设置有大量接触元件，这些接触元件分别单独与电导体压接(verkrimpen)。这既耗费时间又耗费成本。此外，对接触元件的端子只能施加有限的夹紧力。若为端子设定了大的夹紧力，那么这些端子就不再能够轻易地滑移到隔板上。于是可能对隔板造成损伤。插接力也可能变得过高。由低的夹紧力，则可能导致更容易产生振动和增大接触电阻。特别是存在如下需求：将许多个燃料电池尽可能经济地、安全地、防错地和/或尽可能节省空间地附接到CVM-系统上。
发明内容
此处公开的技术的优选目的是，减少或者消除已知解决方案的缺点中的至少一个。由在此公开的技术的有益效果可得出进一步的优选目的。这个/这些目的通过独立权利要求的主题内容得以实现。从属权利要求反映了一些优选设计。
在此公开的技术涉及一种用于与燃料电池系统的多个隔板电接触的方法。
此外，在此公开的技术还涉及一种具有至少一个燃料电池的燃料电池系统。该燃料电池系统例如是为了如机动车那样的移动式应用而考虑的，特别是用于为至少一个使机动车前进运动的驱动装置提供能量。燃料电池按其最简单的形式是一种电化学能量转换器，该能量转换器将燃料和氧化剂转换为反应产物并且同时产生电和热。燃料电池包括一个阳极和一个阴极，所述阳极和阴极通过一个离子选择的或者说离子渗透的分隔件被分隔开。阳极具有用于该阳极的燃料供给。优选的燃料为：氢、低分子乙醇、生物燃料或者液化天然气。阴极例如具有氧化剂供给。优选的氧化剂例如为：空气、氧和过氧化物。离子选择的分隔件例如可构造为质子交换膜(proton exchange membrane，PEM)。优选使用阳离子选择的聚合物电解质膜。用于这种膜的材料例如有：和燃料电池系统包括至少一个燃料电池以及周边系统部件(BOP部件)，在所述至少一个燃料电池运行时能够使用这些周边系统部件。通常，多个燃料电池合并为一个燃料电池组或者说电池堆(Stack)。
燃料电池系统的燃料电池通常包括相应两个隔板。燃料电池的离子选择分隔件分别设置在两个隔板之间。其中一个隔板与所述离子选择分隔件共同构成阳极。而设置在离子选择分隔件的相对置的那侧上的、直接相邻的另一隔板则与离子选择分隔件共同构成阴极。在隔板中，优选设置有用于燃料或者用于氧化剂的气体通道。隔板可构造为单极板和/或双极板。换言之，一个隔板符合目的地具有两侧，其中一侧与一个离子选择分隔件共同构成阳极，而第二侧则与相邻燃料电池的另一离子选择分隔件共同构成阴极。在离子选择分隔件与隔板之间通常还设置有所谓的气体扩散层或者说气体扩散覆层(GDL)。
此外，燃料电池系统包括一个电池监测系统。该电池监测系统(英文：cellvoltage monitoring system或者CVM-System)可构造为对至少一个电池单元的状态进行监测。通常，该系统对大量燃料电池的状态进行监测。监测就此而论意味着：所述系统可直接或者间接地确定受监测电池单元的状态。因此有益地能够及早识别所出现的衰退或者电池单元故障并引入相应的对策。由此也许能够在一定程度上提高使用寿命和/或通过适当对策提高电池整体(Zellgesamtheit)的性能。
有益地，可对至少一个测量参数直接或者间接地进行检测。所述测量参数可特别是受监测的电池单元的电压。有益地，求取多个或者全部电池单元的单体电池电压以及总电压。此外，优选对流过燃料电池堆的电流进行确定。
电池监测系统优选包括至少一个电池监测模块(FCSC)。该电池监测模块可包括例如模拟数字转换器，其将燃料电池的模拟信号转换为数字信号。例如作为模拟输入信号可检测电压，该电压被转换为数字信号，例如12位信号。所述模块可有益地包括至少一个多路复用器。所述多路复用器可构造为用于检测电池组的各个燃料电池的测量信号并且然后将这些模拟信号发送给模拟数字转换器。这样的单元例如可称为Analog Digital ConverterModul(模拟数字转换器模块，ADC-模块)。在燃料电池的情况中，也可涉及Fuel CellSupervisory Circuit(燃料电池监控电路，FCSC)。优选地，特别是通过观测直接相邻的分隔件的电压差，所述电池监测模块可包括电池监测系统的另外一些分析功能。
所述至少一个电池监测模块通常经由数据总线与至少一个控制单元连接。在此作为数据总线例如可使用：Serial Peripheral Interface(串行外围接口，SPI)-然而无芯片选择、isoSPI(隔离SPI)、Controller Area Network(控制器局域网，CAN)、FlexRay(车载网络)、MOST(面向媒体的系统传输)、Local Interconnect Network(局域互联网络，LIN)。
此外，在此公开的系统包括至少一个控制单元。所述控制单元主要构造为经由数据总线与所述至少一个电池监测模块(＝总线用户)通信。所述控制单元尤其可构造为对电池监测进行调节(即闭环控制)和/或控制(即开环控制)。在此，可以是涉及Engine ControlUnit(发动机控制单元，ECU)。例如，燃料电池系统的控制单元也可称为Stack ManagementUnit(电池堆管理单元，SMU)。
然而，所述电池监测系统也可以不同方式构造。例如可考虑：不设置分立的电池监测模块，而电池监测系统直接与燃料电池系统的至少一个(优选所有)隔板连接。也可考虑：将电池监测模块和控制单元整合在一个部件中。然后电池监测系统可包括一个或者多个这样的部件。
在此公开的方法包括如下步骤，根据该步骤将多个隔板堆叠为一个燃料电池组或者提供一个这样的燃料电池组。
在此公开的方法包括下列步骤：将电池监测系统的至少一个连接元件侧向地插入到两个直接相邻的隔板之间。相应两个直接相邻的隔板与也设置在所述隔板之间的密封件共同构成中间空间Z。
直接相邻的隔板是直接并排设置在燃料电池组中的隔板。所述至少一个连接元件例如可以是电导线或者紧固在电路板上的销钉、电路板和/或软导体-电路板(Flexleiter-Platine)，其包括在此公开的、可相对彼此移动的连接件。在此公开的连接元件构造为用于建立与隔板的电接触。为此所述连接元件直接或者间接地衔接到或者说能衔接到电池监测系统上。特别是将所述至少一个连接元件插入到燃料电池组的两个相邻隔板的边缘区域B之间。在将所述至少一个连接元件插入之后，所述连接元件的两个可相对彼此移动的连接件便至少局部设置在所述直接相邻的隔板之间。所述两个可相对彼此移动的连接件构成所述连接元件的可插入到隔板之间的部分。
此外，在此公开的方法包括步骤：使所述两个可相对彼此移动的连接件相对移动，使得所述连接件中的至少一个第一连接件至少在部分区段朝向所述直接相邻的隔板中的一个隔板移动。若连接元件或者说连接件能够以充分的间隙(即基本上不接触地)插入到由所述直接相邻的隔板构成的中间空间中，则所述两个可相对彼此移动的连接件的相对移动导致至少一个连接件(优选两个连接件)朝向彼此相邻的隔板移动。
替选地或者附加地，在此公开的方法包括步骤：使所述两个可相对彼此移动的连接件相对移动，使得通过该相对移动至少在所述连接件之一与所述直接相邻的隔板之一之间的挤压压力至少在部分区段提高。若所述连接元件或者说所述连接件已经在插入到隔板的中间空间期间接触所述直接相邻的隔板，那么所述两个可相对彼此移动的连接件的相对移动至少实现下述力的提高：连接元件以该力与至少一个隔板接触。换言之，所述相对移动因此致使下述夹紧力提高：连接元件以该夹紧力夹紧或者说楔紧到所述两个直接相邻隔板的中间空间中。
所述相对移动可包括下列步骤：将所述连接元件的可相对彼此移动的连接件楔紧或者撑开于所述两个直接相邻的隔板之间。
符合目的地，所述相对移动衔接于插入之后进行。也可考虑：在插入连接元件完全结束之前，便已经开始所述相对移动。
特别优选地，所述相对移动包括步骤：使所述两个可相对彼此移动的连接件彼此相对滑移。特别是在这样一个时刻进行这个滑移，在该时刻，所述两个连接件至少局部设置在所述直接相邻隔板的中间空间内部。有益地，所述可相对彼此移动的连接件与连接元件的插入方向E平行地滑移。隔板大体上扁平地构造。插入方向E符合目的地是如下方向：该方向与隔板的外侧边缘垂直并且与所述隔板展开的平面平行。
至少一个连接件可具有至少一个滑动面，所述滑动面与插入方向E成一夹角延伸。所述相对移动可包括下列步骤：至少在部分区段沿着滑动面顺沿滑动。通过该顺沿滑动将连接件至少局部地彼此压离。换言之，所述连接件中的至少一个、优选两个连接件可具有一楔形区段，另一连接件的相应区段在该楔形区段上顺沿滑动。这个顺沿滑动致使连接件彼此移离并且朝向隔板移动。在此，所述连接件构造为：通过所述连接件的滑移，所述连接件至少在部分区段压到相邻隔板的壁上。由此可有益地实现提高的夹紧力。可降低对于振动的易感性并且可改善接触电阻。
优选地，多个连接元件分别插入到两个直接相邻的隔板之间，其中，所述多个连接元件分别具有两个可相对彼此移动的连接件。特别优选地，所有连接元件都能这样插入到所有隔板之间，但是并非必须如此。
在此公开的技术特别是涉及一种燃料电池系统，其具有多个隔板并具有至少一个连接元件，所述连接元件用于将隔板连接到在此公开的电池监测系统上。所述连接元件在该连接元件的第一状态中能够插入到两个直接相邻的隔板之间。所述连接元件此外在该连接元件的第二状态中在相邻的隔板中的至少一个上至少局部施加比在第一状态中高的挤压压力。特别是连接元件可设置为：其在第一状态中能以间隙或者以轻微的压配合插入由两个直接相邻的隔板构成的中间空间中。若将连接元件在第一状态中有间隙地插入，那么挤压压力为0bar。若将连接元件在第一状态中压入中间空间中，那么在该连接元件与至少一个隔板之间产生的挤压压力大于0bar。所述连接元件能够通过如下方式从第一状态转换到第二状态中：使该连接元件的两个可相对彼此移动的连接件彼此相对移动。特别是，所述两个可相对彼此移动的连接件可设置为用于执行那种结合在此公开的方法所阐述的相对移动。
根据在此公开的技术，连接件可具有接触面，该接触面在第二状态中与直接相邻的隔板接触。所述连接件的接触面沿着垂直于插入方向E的方向在第二状态中比在第一状态中彼此更远地间隔开。优选地，所述接触面中的一个接触面由导电材料构成，而所述接触面中的另一接触面则由电绝缘材料构成。
优选地，在连接元件的可插入到中间空间中的自由端部上可设置一引入辅助结构。特别是可以设置逐渐变尖的或者说逐渐变细的端部。
换言之，在此公开的技术涉及一种无需接触件的CVM-连接。与CVM-系统的连接例如可以是导线、电路板、软导体-电路板或者焊在电路板上的销钉，该销钉直接与燃料电池接触。下面示出了一种可能的变型实施方案。在此，导线通过一个在导线与燃料电池之间滑移的楔形件被压到燃料电池上。CVM-系统可有益地在无接触件的情况下与燃料电池电连接。
附图说明
现在借助图1至3对在此公开的技术进行阐述。附图示出：
图1为燃料电池系统100的示意图；
图2为隔板14、14’、14”和连接元件15、15’、15”在第一状态中的示意图；和
图3为隔板14、14’、14”和连接元件15、15’、15”在第二状态中的示意图。
具体实施方式
图1示意性地示出了燃料电池系统100的燃料电池组，其具有大量单体电池，其中在此示例性地示出了单体电池101、102、103、104。各单体电池通过两个端板30被保持并且预紧。
与端板30相邻地设置有集电极20。隔板在此构造为双极板14、14’、14”。两个直接相邻的双极板14、14’、14”的各自的一半与一个设置在其间的膜电极组件(MEA)12、12’、12”共同构成一个单体电池101、102、103、104。所示出的双极板14、14’、14”衔接到一个电池监测系统400上，该电池监测系统构造为用于对单体电池101、102、103、104的状态进行监测。在此大幅简化地且仅仅示意性地示出连接元件15、15’、15”。所述连接元件15、15’、15”保证了电池监测系统与隔板之间的电接触。特别地，连接元件15、15’、15”分别夹紧在两个直接相邻的隔板之间。所述连接元件15、15’、15”在此直接与CVM-系统400的电子部件连接。例如，所述连接元件可构造为直接与CVM-系统400的电路板接触的接触销或电路板或者软导体-电路板。
图2示出了在第一状态中的在此公开的连接元件15、15’、15”。所述连接元件15、15’、15”包括两个可相对彼此移动的连接件151、152；151’、152’；151”、152”，所述连接件在此构造为能沿着连接元件15、15’、15”的纵轴线和沿着插入方向E滑移。为简化起见，在此略去了滑移机构本身。第一连接件151、151’、151”直接位于连接元件15、15’、15”的第二连接件152、152’、152”旁边。第二连接件152、152’、152”包括一个在此逐渐变尖的自由端部(并不是强制性必要的)，该端部能插到中间空间Z中。连接元件15、15’、15”的另一端部可直接或者间接地与电池监测系统400连接(未示出)。逆着插入方向E，在逐渐变尖的自由端部之后衔接有一个带有接触面K2的变宽区域。一个留有空隙的区域逆着插入方向E衔接在第二连接件152、152’、152”的这个变宽区域上，该留有空隙的区域逐渐变细并且在连接元件的第一状态中第一连接件151、151’、151”被接纳在该留有空隙的区域中。这个逐渐变细的过渡区域是滑动面G2，第一连接件151、151’、151”可在该滑动面上顺沿滑动。滑动面G2与连接元件15、15’、15”的纵轴线或者与插入方向E成角度延伸。
第一连接件151、151’、151”也包括一个滑动面G1，该滑动面在此符合目的地构造为与第二连接件152、152’、152”的滑动面G2相对应。第一连接件151、151’、151”和第二连接件152、152’、152”构造为：所述第一连接件151、151’、151”可至少局部地、优选完全地被接纳到所述第二连接件152、152’、152”的空隙中。连接元件15、15’、15”特别是构造为：在第一状态中，该连接元件15、15’、15”的能插到中间空间Z中的区段的最大厚度D小于或者等于两个相邻隔板的最小间距A。因此，所述连接元件15、15’、15”在第一状态中能够简单地或者较简单地插入。此外，也许能够降低错误接触的风险。
图3示出了在该连接元件15、15’、15”的第二状态中的连接元件15、15’、15”和隔板14、14’、14”。两个连接件相对地彼此平行于(也就是说，沿着或者逆着)插入方向E滑移。在此，滑动面G1、G2起到引导部的作用。接触面K1、K2通过两个连接件的相对滑移而彼此远离并且现在压向隔板。随此便获得了比较大的挤压压力。
出于易读性原因，某些部分以简化方式略去了表述“至少一个”。如果此处公开技术的特征以单数或者以不确定的形式进行描述(例如所述/一个燃料电池，所述/一个连接元件，所述/一个连接件，所述/一个隔板，所述/一个接触面，所述/一个空隙，所述/一个滑动面等等)，那么也应该同时公开了其复数(例如所述至少一个燃料电池，所述至少一个连接元件，所述至少一个连接件，所述至少一个隔板，所述至少一个接触面，所述至少一个空隙，所述至少一个滑动面等等)。
前面对本发明的说明仅仅用于解释性目的，而非用于限制本发明之目的。在本发明的框架下，可以实现一些不同的改变和变型，而并不脱离本发明及其等同方案的范围。
附图标记列表
101，102，103，104 燃料电池
12，12’，12” 膜电极组件(MEA)
14，14’，14” 隔板
15，15’，15” 连接元件
151，151’，151” 第一连接件
152，152’，152” 第二连接件
17 密封件
20 集电极
30 端板
100 燃料电池系统
400 电池监测系统
D 连接元件厚度
A 隔板间距
R 边缘
K1，K2 接触面
G1，G2 滑动面

Claims (8)

1.用于与燃料电池系统(100)的多个隔板(14，14’，14”)接触的方法，其包括下列步骤：
-将电池监测系统(400)的至少一个连接元件(15，15’，15”)插入到两个直接相邻的隔板(14，14’，14”)之间，使得所述连接元件(15，15’，15”)的两个可相对彼此移动的连接件(151，152；151’，152’；151”，152”)至少局部地布置在所述直接相邻的隔板(14，14’，14”)之间；和
-使所述两个可相对彼此移动的连接件(151，152；151’，152’；151”，152”)相对移动，
·使得所述连接件(151，152；151’，152’；151”，152”)中的至少一个第一连接件(151；151’；151”)至少在部分区段朝向所述直接相邻的隔板(14，14’，14”)中的一个隔板移动；和/或
·使得通过所述相对移动至少在所述连接件(151，152；151’，152’；151”，152”)之一与所述直接相邻的隔板(14，14’，14”)之一之间的挤压压力至少在部分区段提高。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述相对运动包括下列步骤：
-使所述两个可相对彼此移动的连接件(151，152；151’，152’；151”，152”)彼此相对滑移。
3.如权利要求2所述的方法，其中，使所述可相对彼此移动的连接件(151，152；151’，152’；151”，152”)与所述连接元件(15，15’，15”)的插入方向(E)平行地滑移。
4.如前述权利要求之任一项所述的方法，其中，所述相对运动包括下列步骤：将所述可相对彼此移动的连接件(151，152；151’，152’；151”，152”)楔紧和/或撑开于所述两个直接相邻的隔板(14，14’，14”)之间。
5.如前述权利要求之任一项所述的方法，其中，至少一个连接件具有至少一个滑动面(G1，G2)，所述滑动面与插入方向(E)成一夹角延伸，并且，所述相对运动包括下列步骤：至少在部分区段沿着所述滑动面(G1，G2)顺沿滑动，其中，通过该顺沿滑动将所述连接件(151，152；151’，152’；151”，152”)至少局部地彼此压离。
6.如前述权利要求之任一项所述的方法，其中，将多个连接元件(15，15’，15”)分别插入到两个直接相邻的隔板(14，14’，14”)之间，其中，所述多个连接元件(15，15’，15”)分别具有两个可相对彼此移动的连接件(151，152；151’，152’；151”，152”)。
7.燃料电池系统，其具有多个隔板(14，14’，14”)并具有至少一个连接元件(15，15’，15”)，所述连接元件用于将隔板(14，14’，14”)连接到电池监测系统(400)上；
-其中，所述连接元件(15，15’，15”)在第一状态中能够插入到两个直接相邻的隔板(14，14’，14”)之间；和
-其中，所述连接元件(15，15’，15”)在第二状态中在所述相邻的隔板(14，14’，14”)中的至少一个隔板上至少局部施加比在第一状态中高的挤压压力；和
-其中，所述连接元件(15，15’，15”)能够通过如下方式从第一状态转换到第二状态中：使所述连接元件(15，15’，15”)的两个可相对彼此移动的连接件(151，152；151’，152’；151”，152”)彼此相对移动。
8.如权利要求7所述的燃料电池系统，其中，所述连接件(151，152；151’，152’；151”，152”)具有接触面(K1，K2)，所述接触面在第二状态中与所述直接相邻的隔板(14，14’，14”)接触，并且，所述接触面(K1，K2)在第二状态中比在第一状态中彼此更远地间隔开。
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