CN110088953A - 用于电接触导通燃料电池堆的隔板的连接元件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于电接触导通燃料电池堆的至少一个隔板的连接元件，其包括：壳体；设置在壳体中的接触导通元件，该接触导通元件具有用于接触导通隔板的接触导通端部并且具有用于连接到引出的导线上的连接端部，其中，正z方向定义成从接触导通端部朝向连接端部；在壳体中的空隙，其中，所述接触导通元件插在空隙中，所述接触导通端部设置在空隙的第一侧面上并且连接端部设置在空隙的第二侧面上，所述接触导通元件具有形锁合元件，该形锁合元件在空隙的第一侧面上形锁合地贴靠在壳体上。

Description

用于电接触导通燃料电池堆的隔板的连接元件
技术领域
这里公开的技术涉及一种用于电接触导通燃料电池堆的至少一个隔板的连接元件。连接元件尤其是用于将隔板连接在电池监控模块上的连接系统的组成部分。此外，这里公开的技术涉及一种优选在车辆中的燃料电池系统，该燃料电池系统包括连接系统。
背景技术
用于燃料电池系统的电池监控系统包括连接系统，该连接系统具有用于接触导通燃料电池堆的隔板(单极板或双极板)的连接元件。此外，连接系统包括相应的电导体，用以将连接元件与电池监控系统的电池监控模块连接。在电池监控模块中处理或者说分析评价在隔板上分接出的信号。
电池(电压)监控系统(英语为：cell voltage monitoring System或者说CVM系统)例如由WO2007/102031A1和WO2005/069026A1已知。用于接触导通隔板的连接元件例如由DE 10 2007 003506B4已知。
发明内容
这里公开的技术的目的在于，减少或消除在先已知的解决方案的缺点。尤其是，这里公开的技术的目的在于，给出一种用于电接触导通燃料电池堆的至少一个隔板的连接元件，该连接元件在制造简单且装配简单的情况下能实现运行可靠的并且抗疲劳的与隔板的电连接。进一步的目的由这里公开的技术的有利效果得出。所述(各)目的通过权利要求1的技术方案实现。从属权利要求构成优选的实施方案。
此外，这里公开的技术涉及一种包括多个堆叠的燃料电池的燃料电池系统。燃料电池系统例如设想用于移动式应用、如机动车，尤其是用于为至少一个驱动机提供能量用以使机动车前进运动。燃料电池以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变成反应产物并且同时产生电和热。燃料电池包括阳极和阴极，该阳极和阴极通过离子选择性分隔件或者说离子可渗透的分隔件分隔开。阳极被供给燃料。优选的燃料是：氢、小分子乙醇、生物燃料或者液化天然气。阴极被供给氧化剂。优选的氧化剂例如是空气、氧气和过氧化物。离子选择性分隔件例如可以构成为质子交换膜(PEM)。优选地使用阳离子选择性聚合物电解质膜。这种膜的材料例如是：和
除了燃料电池之外，燃料电池系统包括可在运行时使用的外围系统部件(BOP部件)。通常，多个燃料电池组合成一个燃料电池堆或者说栈。
燃料电池系统的燃料电池通常包括两个隔板。燃料电池的离子选择性分隔件通常分别设置在两个隔板之间。其中一个隔板连同离子选择性分隔件一起构成阳极。而设置在离子选择性分隔件的对置侧上的另一隔板连同离子选择性分隔件一起构成阴极。在隔板中优选设有用于燃料或用于氧化剂的气体通道。
隔板可以构成为单极板和/或双极板。换言之，一个隔板适宜地具有两个侧面，其中一个侧面连同一个离子选择性分隔件一起构成阳极，而第二侧面连同相邻燃料电池的另一离子选择性分隔件一起构成阴极。在离子选择性分隔件和隔板之间通常还设有所谓的气体扩散层或者说气体扩散片(GDL)。
此外，这里公开的技术涉及一种电池监控系统。电池(电压)监控系统(英语为：cell voltage monitoring System或者说CVM系统)、尤其是电池监控系统的电池监控模块可构成为监控至少一个电池的状态。通常，其监控多个燃料电池的状态。监控在这方面意味着，系统可直接或间接地确定所监控的电池的状态。有利地，因此可以及早识别出出现的退化或者说电池故障并且启动相应的应对措施。由此或许可以在一定的范围内提高使用寿命和/或通过适当的应对措施提升电池总体的性能。有利地可以直接或间接地检测至少一个测量参量。测量参量尤其是可以是所监控的电池的电压。有利地测定多个电池或所有电池的单电池电压以及总电压。优选地，还确定流过燃料电池堆的电流。CVM系统可以从所测量的电压例如确定以下值之一：单电池电压的最小值、最大值和平均值。有利地，因此可以识别出在单电池之间的或者与各单电池电压的平均值的电压偏差。优选地，执行另外的单电池分析方法、例如阻抗计算(例如：电化学阻抗光谱学)。
这里公开的技术的目的通过一种用于电接触导通燃料电池堆的至少一个隔板的连接元件实现。
连接元件也可以称为连接插塞器。在其最简单的实施方案中，连接元件用于接触导通隔板。然而，连接元件通常构成为用于插装到多个隔板上。由此可以同时接触导通燃料电池堆的多个隔板。
连接元件包括壳体。在该壳体中设置有至少一个接触导通元件。下面详细说明接触导通元件的布置结构和实施方案。为简化起见，在此通常参考一个接触导通元件。然而在优选的实施方式中，在壳体中设置有多个接触导通元件，这些接触导通元件全部按照这里公开的技术构造并且设置在壳体中。优选地壳体相对于周围环境电绝缘。进一步优选地，至少壳体的外壁可至少局部为了绝缘而由塑料材料制成。
接触导通元件具有接触导通端部。该接触导通端部构成为用于电接触导通隔板。尤其是，接触导通端部具有相应的开口、例如缝隙。该开口插装到隔板上。
接触导通元件的对置的端部称为连接端部。连接端部用于将接触导通元件电连接到引出的导线上。该引出的导线例如可以包括在电路板上的导体线路或电缆。
堆叠的隔板分别位于一个由y轴和z轴确定的平面内。为了插装或拉出，使连接元件沿z轴方向运动。所述多个隔板沿着x轴彼此挨着堆叠。这三个轴分别彼此垂直。
平行于z轴的正z方向定义成从接触导通端部朝向连接端部。负z方向沿相反方向延伸，亦即从连接端部朝向接触导通端部。
在壳体中，优选在外壁中、特别优选在垂直于z方向延伸的端壁中，可以为每个接触导通元件设置一个空隙或者说通孔(下文简化地使用术语“空隙”)。接触导通元件插在该空隙中或者说在装配连接元件时插入空隙中。接触导通端部位于空隙的第一侧面上。连接端部位于空隙的第二侧面上或者说在空隙的对置的侧面上。接触导通元件具有固定设置的或者整体的形锁合元件。形锁合元件位于空隙的第一侧面上并且形锁合地贴靠在壳体上。尤其是，形锁合元件贴靠在壳体的包围空隙的区域上。
壳体中的空隙优选小于形锁合元件。在此，空隙是这样“更小的”，使得接触导通元件能连同形锁合元件仅沿正z方向插入空隙中。
按照这里公开的技术，接触导通元件还可以沿正z方向插入壳体的空隙中。形锁合元件固定地设置在接触导通元件上并且不必单独地装配或插入。接触导通元件另外固定在壳体中以避免接触导通元件沿正z方向运动也是多余的。空隙构造成这样小的，使得形锁合元件贴靠在壳体上并且因而接触导通元件仅能沿正z方向运动直至形锁合元件挡靠。当在从隔板拉出连接元件时在接触导通元件上或在与接触导通元件连接的组成部分(例如连接电路板)上进行拉动时，这是特别有利的。在所述拉动时，由于形锁合元件，不能从壳体中拉出接触导通元件。
在优选的实施方式中规定，所述接触导通元件具有卡锁元件。卡锁元件卡锁在壳体上并且锁止接触导通元件沿负z方向的运动。卡锁元件尤其是弹性元件，该弹性元件在接触导通元件插入壳体中时变形并且在完全插入时卡锁在壳体的相应的卡锁凸起或卡锁空隙中。优选地，卡锁凸起伸进壳体内部中。有利地，卡锁元件设置成至少局部地在垂直于z方向的方向上变形。尤其是，卡锁元件设置成卡锁在壳体的内部中，尤其是与壳体的元件、例如这里公开的卡锁凸起或卡锁空隙卡锁。进一步优选地，连接元件(尤其是卡锁元件和壳体)可以构造成，使得在连接元件的装配状态下卡锁元件为了拆卸是可接近的。尤其是，为此可以在壳体上设有拆卸开口，通过该拆卸开口能导入拆卸工具(例如松解工具)。拆卸工具可以设置用于使卡锁元件这样变形，使得卡锁元件松脱。
卡锁元件主要用于使接触导通元件在装配或者说组装连接元件期间不从壳体掉落。如还要详细描述的那样，接触导通元件的连接端部在空隙的第二侧面上优选固定地与引出的导线、尤其是与连接电路板连接。该连接通常比卡锁连接明显更可靠地也防止接触导通元件沿负z方向相对于壳体运动。
所述卡锁元件优选设置在空隙的第一侧面上。在空隙的第一侧面上存在足够的结构空间。对此替代地也规定，卡锁元件设置在空隙中。此外优选规定，当在这里在壳体和连接电路板之间存在足够的结构空间时，将卡锁元件设置在空隙的第二侧面上。
在优选的实施方式中，所述接触导通元件具有由金属、尤其是金属板制成的基体。该金属板用作电导体，接触导通端部和连接端部由金属板形成。
优选地，卡锁元件是从金属或者金属板弯曲出来的舌片。在接触导通元件插入到壳体中时，舌片由于与壳体接触而首先变形并且然后卡锁在相应的部位处。
形锁合元件、优选由塑料制成的形锁合元件有利地固定在金属或金属板上。为此，形锁合元件例如可以插到或者注射到金属或金属板上。在一种替代优选的变型方案中，形锁合元件也由金属或金属板的相应成型而形成。
在优选的实施方式中，引出的导线包括连接电路板。连接电路板位于壳体中或壳体上，更确切地在空隙的第二侧面上。接触导通元件的连接端部导电地与连接电路板连接。
尤其是规定，连接端部机械固定地与连接电路板连接。尤其是，连接端部与连接电路板钎焊。
此外，这里公开的技术包括一种连接系统。该连接系统构成为用于将燃料电池堆的隔板连接在电池监控模块上。连接系统包括至少一个所描述的连接元件、电池监控电路板和引出的导线之中的至少一根导线，用以将连接元件、尤其是连接电路板导电地与电池监控电路板连接。
电池监控电路板构成为用于接纳电池监控模块。在电池监控模块中处理或者说分析评价经由连接元件分接出的信号或者至少将信号继续传输给上级的计算单元。电池监控电路板因而还有电池监控模块可以与连接元件之中的多个连接元件导电连接。
在所公开的连接元件的范围内描述的有利的实施方案和从属权利要求相应有利地应用于所公开的连接系统。
此外，这里公开的技术包括一种燃料电池系统。该燃料电池系统尤其是位于车辆中。燃料电池系统包括至少一个刚刚描述的连接系统、具有隔板的燃料电池堆和在电池监控电路板上的电池监控模块，所述隔板被连接元件接触导通。在所公开的连接元件的范围内描述的有利的实施方案和从属权利要求相应有利地应用于所公开的燃料电池系统。
此外，这里公开的技术包括一种用于装配所描述的连接元件的方法。在该方法中，将所述接触导通元件沿正z方向、亦即从空隙的第一侧面朝向第二侧面插入空隙中。在此，形锁合元件贴靠在壳体上。优选要使用的卡锁元件卡锁在壳体中。在所公开的连接元件的范围内描述的有利的实施方案和从属权利要求相应有利地应用于所公开的方法。
附图说明
现在依据示意图阐述这里公开的技术。图中：
图1示出包括具有连接元件的连接系统的燃料电池系统的示意图，
图2示出包括具有连接元件的连接系统的燃料电池系统的另一示意图，
图3示出连接元件的示意性的剖视图，和
图4示出在图3中标出的剖面A:A。
具体实施方式
附图示出所公开的连接元件5作为在燃料电池系统2中的连接系统1的组成部分。
燃料电池系统2尤其是用在车辆中。燃料电池系统2包括具有多个隔板3的燃料电池堆。隔板3尤其是燃料电池堆的单极板或双极板。
此外，燃料电池系统2包括电池监控模块4。借助连接系统1，电池监控模块4导电地与隔板3连接。由连接系统1和电池监控模块4构成的单元也可以称为电池监控系统。
连接系统1包括连接元件5、用于接纳电池监控模块4的电池监控电路板6和用于将连接元件5与电池监控电路板6连接的引出的导线7。
图1和2示出在燃料电池堆上的多个连接元件5的原理性布置结构。如尤其是可从图1得出的，利用每个连接元件5导电地接触导通燃料电池堆的隔板3之中的多个隔板。在所示出的实施例中，该接触导通用于将隔板3与电池监控模块4连接。不过，这里公开的连接元件5也可以用于隔板3的另外用途的接触导通。
连接元件5包括壳体510。如在图1中所示，在壳体510中设置有用于接触导通多个隔板3的多个接触导通元件520。下面依据图3和4以一个接触导通元件520为例说明详细的构造和布置结构。
按照图3和4，在壳体510上安放有连接电路板530。连接电路板530位于壳体510的间隔保持件515上。壳体510也可以构造成使得连接电路板530设置在壳体510的内部中。
壳体510具有空隙511。空隙511构成为壳体510中的穿透口或者说通孔。接触导通元件520插在该空隙511中。壳体510的关于空隙511位于下方的侧面称为第一侧面512。在图中在空隙511上方的相对的侧面称为第二侧面513。连接电路板530位于第二侧面513上。
接触导通元件520具有接触导通端部521。在接触导通端部521中构成有开口522。利用该开口522，接触导通元件520的接触导通端部521插在要电接触导通的隔板3上。
在相对的端部上，接触导通元件520具有连接端部523。连接端部523插在连接电路板530中并且经由钎焊部位531不仅导电地而且机械固定地与连接电路板530连接。
接触导通端部521位于空隙511的第一侧面512上。连接端部523位于空隙511的第二侧面513上。
在空隙511的第一侧面512上，在接触导通元件520上构成有形锁合元件524。形锁合元件524是接触导通元件520的固定的组成部分。
各图示出分别彼此垂直的三个轴。各个隔板3位于通过y轴和z轴确定的平面内。所述多个隔板3沿着x轴彼此堆叠。
从接触导通端部521朝向连接端部523定义正z方向。负z方向相反地延伸。在将连接元件5插装到隔板3上时，将连接元件5沿着负z方向插装。在拉出连接元件5时将连接元件5沿着正z方向拉出。
在装配连接元件5时，将接触导通元件520从下方、亦即沿正z方向插入到壳体510中。在壳体510中的空隙511明显小于形锁合元件524。由此，形锁合元件524贴靠在壳体510上并且锁止接触导通元件520相对于壳体510沿着正z方向继续运动。
此外，在壳体510中构成有卡锁凸起514。接触导通元件520具有卡锁元件525。在将接触导通元件520装配到壳体510中时，卡锁元件525卡锁在卡锁凸起514上；这产生所谓的初级闭锁。该卡锁连接也可以构成为其他形式的。例如，代替卡锁凸起514，也可以使用壳体510中的相应的凹部或底切用于卡入所述卡锁元件525。
在卡锁元件525侧面，在壳体510中优选存在用于插入松解工具的贯通缺口516用以松脱初级闭锁。
图4示出在图3中标出的剖面A:A。依据该示意图可看出，在相应地构造和定位卡锁凸起514和形锁合元件524的情况下，这两个元件可以大致设置在相同的高度处或彼此并排设置。
对本发明的前述说明仅用于解释性的目的，而不是用于限制本发明的目的。在本发明的框架内，不同的改变和改动是可能的，而不离开本发明及其等同方案的范围。
附图标记列表
1 连接系统
2 燃料电池系统
3 隔板
4 电池监控模块
5 连接元件
510 壳体
511 空隙
512 第一侧面
513 第二侧面
514 卡锁凸起
515 间隔保持件
516 贯通缺口
520 接触导通元件
521 接触导通端部
522 开口
523 连接端部
524 形锁合元件
525 卡锁元件
530 连接电路板
531 钎焊部位
6 电池监控电路板
7 引出的导线

Claims (13)

1.用于电接触导通燃料电池堆的至少一个隔板(3)的连接元件(5)，所述连接元件包括：
壳体(510)，
设置在壳体(510)中的接触导通元件(520)，该接触导通元件具有用于接触导通隔板(3)的接触导通端部(521)并且具有用于连接到引出的导线(7)上的连接端部(523)，其中，正z方向定义成从接触导通端部(521)朝向连接端部(523)，
在壳体(510)中的空隙(511)，其中，所述接触导通元件(520)插在空隙(511)中，所述接触导通端部(521)设置在空隙(511)的第一侧面(512)上并且连接端部(523)设置在空隙(511)的第二侧面(513)上，
所述接触导通元件(520)具有形锁合元件(524)，该形锁合元件在空隙(511)的第一侧面(512)上形锁合地贴靠在壳体(510)上。
2.根据权利要求1所述的连接元件，其中，所述接触导通元件(520)具有卡锁元件(525)，该卡锁元件卡锁在壳体(510)上并且锁止接触导通元件(520)沿负z方向的运动。
3.根据权利要求2所述的连接元件，其中，所述卡锁元件(525)设置在空隙(511)的第一侧面(512)上。
4.根据权利要求2或3所述的连接元件，其中，所述接触导通元件(520)包括由金属制成的基体并且所述卡锁元件(525)是从基体弯曲出来的舌片。
5.根据上述权利要求之一所述的连接元件，其中，所述空隙(511)小于所述形锁合元件(524)，从而所述接触导通元件(520)仅能沿正z方向插入所述空隙(511)中。
6.根据上述权利要求之一所述的连接元件，其中，所述接触导通元件(520)包括由金属制成的基体并且所述形锁合元件(524)、优选由塑料制成的所述形锁合元件固定在该金属上。
7.根据上述权利要求之一所述的连接元件，其中，所述引出的导线(7)在空隙(511)的第二侧面(513)上包括在壳体(510)中或壳体上的连接电路板(530)，并且所述连接端部(523)与连接电路板(530)导电连接。
8.根据权利要求7所述的连接元件，其中，所述连接端部(523)机械固定地与连接电路板(530)连接、优选钎焊。
9.根据上述权利要求之一所述的连接元件，其中，在所述壳体(510)中，所述接触导通元件(520)之中的多个接触导通元件分别设置在一个自己的空隙(511)中。
10.根据上述权利要求之一所述的连接元件，其中，所述连接元件构造成使得在连接元件的装配状态下所述卡锁元件(525)为了拆卸而能通过至少一个拆卸开口(516)接近。
11.用于将燃料电池堆的隔板(3)连接在电池监控模块(4)上的连接系统(11)，所述连接系统包括：
至少一个根据上述权利要求之一所述的连接元件(5)，
电池监控电路板(6)，该电池监控电路板构成为用于接纳电池监控模块(4)，和
从连接元件(5)至电池监控电路板(6)引出的导线(7)之中的至少一根导线。
12.燃料电池系统(2)，优选在车辆中的燃料电池系统，所述燃料电池系统包括
至少一个根据权利要求10所述的连接系统(1)，
具有隔板(3)的燃料电池堆，所述隔板被连接元件(5)接触导通，和
在电池监控电路板(6)上的电池监控模块(4)。
13.用于装配根据权利要求1至10之一所述的连接元件(5)的方法，所述连接元件用于电接触导通燃料电池堆的至少一个隔板(3)，其中，将所述接触导通元件(25)沿正z方向插入空隙(511)中。
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