CN110943244A - 插接连接器、双极板以及插接连接器和燃料电池堆的组合 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种插接连接器、双极板以及插接连接器和燃料电池堆的组合。用于具有接触槽(102)的多个双极板(104)的电气接触的插接连接器(100)带有由电绝缘的材料形成的插头体(106)，多个彼此电气分离的接触元件(108)被引导通过插头体，其中的相应一接触元件(108)接合到双极板(104)中的一个的对应于此的接触槽(102)中且由此电气接触双极板。接触元件(108)中的每个成形为接合到接触槽(102)中的且可弹性变形的线箍(110)。本发明此外涉及一种双极板以及插接连接器(100)和燃料电池堆(138)的组合。

Description

插接连接器、双极板以及插接连接器和燃料电池堆的组合

技术领域

本发明涉及一种用于具有接触槽(Kontaktnut)的多个双极板的电气接触的插接连接器，其带有由电绝缘的材料形成的插头体(Steckerkoerper)，多个彼此电气分离的接触元件被引导通过插头体，其中的相应一接触元件接合到双极板中的一个的对应于此的接触槽中且由此电气接触双极板。本发明另外涉及一种用于燃料电池堆的双极板以及插接连接器与燃料电池堆的组合。

背景技术

在燃料电池系统中应用这样的插接连接器，以检测在燃料电池堆中存在的各个燃料电池的电压。其因此是电池电压检测系统(“CVM”=英文“cell voltage monitoring”)的一部分，其在测量技术上检测在燃料电池系统的薄膜-电极-组件(MEA)的阳极与阴极之间的各个电势。对此，除了控制设备之外为了检测和评估需要通电的双极板的可靠的接触。

在文件DE 10 2016 210 316 A1中对此提出将各个连接元件定位在两个相邻的双极板之间，其中，连接元件由可彼此相对移动的部件形成，以便使这两个双极板可靠地接触亦即即使燃料电池堆遭受由运行引起的延展(Ausdehnung)那么也如此。在文件DE 10 2010014 080 A1中同样说明了一种在应用单个电路板的情况下用于多个燃料电池的接触的系统，该电路板以导引的可压缩的连接器或直接通过板接触器(Plattenkontaktierer)与双极板相连接。在文件EP 2 907 188 B1中说明一种用于监控电池电压的另外的系统。

在文件US 2007/0108960 A1中说明了一种用于检测单个电池电压的装置，在其中各个接触销接合到双极板的各个接触槽中，其中，接触销沿着其纵轴线可伸缩地或可压缩地来构造。所有接触销定位在插头体的槽内并且可沿着该槽滑动，以便确保不同高度和厚度的双极板被可靠地电气接触。

在从现有技术已知的解决方案中证实为不利的是，电气接触常常不具有所需的机械稳定性或者不足够地保证几何平衡。由于由制造引起的公差、生产技术的公差、由于在运行中的长度延展、由于由重力或由作用的离心力引起的挠曲(Durchbiegung)需要几何平衡。此外，在从现有技术已知的解决方案中证实，在其中不可能快速且过程可靠地装配。

发明内容

因此本发明的目的是提供一种插接连接器、双极板以及插接连接器与燃料电池堆的组合，其克服前面所提到的缺点。

该目的通过一种带有权利要求1的特征的插接连接器、通过一种带有权利要求7的特征的双极板和通过一种带有权利要求8的特征的组合来实现。带有本发明的适宜的改进方案的有利的设计方案在从属权利要求中说明。

用于具有接触槽的多个双极板的电气接触的插接连接器特征尤其在于，接触元件中的每个成形为接合到接触槽中的且可弹性变形的线箍(Drahtbuegel)。

通过使用这样的线箍证实为有利的是，其可在燃料电池堆的纵向(x方向)上执行平衡运动。但是通过使用线箍也实现在垂直于燃料电池堆的纵向定向的方向(z方向)上的偏转运动(Ausweichbewegung)，使得始终存在接触元件与同其相关联的接触槽的可靠的接触。

可靠的接触和更稳固的线箍可由此来实现，即接触元件中的每个为了形成线箍被引导通过插头体至少两次。

此外可存在限制线箍的可能的偏转运动或偏移(Auslenkung)的需求，其中，如果接触元件、尤其在末端设有止挡元件并且如果插头体具有用于止挡元件的止挡，对此证明为有利的。通过该设计方案可至少一侧限制实现线箍的弹性变形。

此外存在该可能性，即插头体具有间隔架(Distanzhalter)、尤其间隔销(Distanzpin)，其构造成相对于双极板支撑插头体，其中，间隔架优选地同样可引入双极板的接触槽中。该间隔架不仅确保在z方向上插头体相对于双极板的预设的间距，而且还可设置用于为了在x方向上、即在燃料电池堆的纵向上的平衡带动(mitnehmen)、即因此移动插头体。以此可通过间隔架减少到接触线上、即到线箍上的负载。当然存在还设置多个这样的间隔架的可能性，其优选地那么相应接合到双极板的接触槽中。间隔架在此可由电绝缘的材料成形。

插接连接器与燃料电池堆的装配由此来简化，即插头体具有卡锁鼻(Rastnase)，其构造成与构造在滑轨中的卡锁凹口(Rastausnehmung)卡锁。在此例如可存在声响指示器(例如通过咔嚓(Klicken)来指示)，以便能够向装配工提供信息，即插接连接器相对于燃料电池堆布置在正确的位置中。

为了将插接连接器还更好地固定在滑轨处，如果插头体具有固定容纳部(Sicherungsaufnahme)，其构造成容纳构造在滑轨处的固定条(Sicherungsleiste)，证明为有利的。

用于燃料电池堆的双极板特征在于设有槽扩展部(Nuterweitung)的接触槽。槽扩展部优选地形成为在双极板的接触槽处扩展的区段。槽扩展部有利于线箍到接触槽中的可引入性并且确保线箍仅滑动到为其所设置的接触槽中。优选地扩，展的区段构造在接触槽的引入端处。

此外如果接触槽在其背对引入端的端部处具有控制面，其构造成与接触元件的线箍交互作用，证实为有利的。通过该控制面有利于线箍的弹性变形，使得在线箍处不出现塑性变形如折裂等。

对于提供线箍的平衡运动的附加的可能性，如果槽扩展部通过双极板的在横截面中梯形的接触槽来形成，证明为有意义的。以此接触槽在z方向上扩展地来成型，使得线箍在x方向上具有更大的运动间隙，以便提供平衡运动。

对于插接连接器所说明的优点和优选的实施形式也适用于这样的插接连接器与燃料电池堆(其包括多个具有至少一个接触槽的双极板)的相应的组合。

该组合特征尤其在于其运行可靠的装配，在其中可靠地防止其构件或组成部分在运行中由于过大的插上-或取下力或者由于过大的加速度而失效。

就此而言，此外如果存在滑轨(用于双极板的电气接触的插接连接器尤其滑动地固定在其处)，证明为有利的。在此如果插头体或插头体的部分由滑动优化的原料构成或设有相应的覆层(Beschichtung)，是有利的。备选地或补充地，滑轨也可由滑动优化的原料形成。优选地在插接连接器与滑轨之间存在带有较小的滑动值的合适的摩擦学材料副(Materialpaarung)。

滑轨设置用于，插接连接器可在堆纵向上实施平衡运动，其例如经由接触元件的线箍被引入插头体中。此外存在在插头体处装设或构造间隔架(尤其间隔销)的可能性，其附加地有利于插头体关于滑轨的移动。

附加的或备选的可能性(以平衡在z方向上的延展)是滑轨与双极板(尤其与双极板的背对滑轨的、相对而置的侧面)的几何联结。在z方向上的延展的大部分即通过由于重力和由于可能的动态的外部力燃料电池堆的“下垂(Durchhaengen)”而实现。就此而言，如果与滑轨相连接有力传递元件其构造成将燃料电池堆的弯曲力传递到滑轨上，由此确保在插接连接器与双极板的接触槽之间的恒定间距，证明为有利的。

力传递元件优选地是至少部分地围绕双极板的固定臂，其构造成将燃料电池堆的运动或弯曲传递到滑轨上且因此到与滑轨相连接的插接连接器上。这样的构造因此也是有利的，因为这样的滑轨与双极板直接旋拧由于制造原因和技术原因常常是不可能的。

上面在说明中所提到的特征和特征组合以及接下来在附图说明中所提到的和/或在附图中单独示出的特征和特征组合不仅能够以相应所说明的组合应用，而且能够以其他组合或独自应用，而不离开本发明的范围。因此在附图中未明确示出或阐述、然而通过分离的特征组合由所阐述的实施方案得出和可产生的实施方案也应视为由本发明所包括和公开。

附图说明

本发明的另外的优点、特征和细节由权利要求、优选的实施形式的接下来的说明以及根据附图得出。其中：

图1示出了插接连接器与燃料电池堆的双极板的组合的局部侧视图，其中，插接连接器固定在滑轨处，

图2示出了图1中的组合的局部透视图，

图3局部地示出了包括多个双极板的燃料电池堆，

图4示出了组合的局部侧视图，在其中线箍被引入双极板的接触槽中，

图5示出了根据图1的组合的另外的局部透视图，带有延长地示出的滑轨，

图6示出了带有具有间隔架的插接连接器的组合的局部透视图，以及

图7示出了对包括力传递元件的组合的局部侧视图。

附图标记清单

100 插接连接器

102 接触槽

104 双极板

106 插头体

108 接触元件

110 线箍

112 第一穿引部(Durchfuehrung)

114 第二穿引部

116 止挡元件

118 止挡

120 间隔架

122 卡锁鼻

124 滑轨

126 卡锁凹口

128 固定容纳部

130 固定条

132 槽扩展部

134 引入端

136 控制面

138 燃料电池堆

140 固定臂

142 滑动面

144 滑动配合面

146 引入轮廓

148 卡锁元件(Rastglied)。

具体实施方式

在附图中示出插接连接器100和燃料电池堆138的组合的构件，燃料电池堆包括多个具有至少一个接触槽102的双极板104(图2)。这些构件是用于在燃料电池堆138内各个燃料电池的电压的单个电池电压检测的系统的组成部分(CVM=英文“cell voltagemonitoring”)。

在燃料电池堆138的双极板104之间相应存在薄膜电极组件(MEA)，其由阴极和阳极以及将阴极与阳极分离的可导引质子的薄膜形成。薄膜由离聚物、优选地硫化的四氟乙烯-聚合物(PTFE)或全氟化的磺酸(PFSA)的聚合物形成。备选地，薄膜可形成为硫化的碳氢化合物-薄膜。

可附加地给阳极和/或阴极掺混催化剂，其中，薄膜优选地在其第一侧上和/或在其第二侧上涂覆有由贵金属或包括贵金属(如铂、钯、钌等)的混合物构成的催化剂层，其在相应的燃料电池的反应中用作反应加速器。

经由构造在双极板104中的阳极室可向阳极输送燃料(例如氢气)，其中，在聚合物电解质薄膜燃料电池(PEM-燃料电池)中在阳极处燃料或燃料分子被分解成质子和电子。PEM让质子穿过，但是对于电子不可透过。在阳极处例如进行反应：2H₂→4H⁺+4e^-(氧化/放出电子)。在质子穿过PEM穿过至阴极期间，电子经由外部电路被导引到阴极处或到储能器处。经由同样构造在双极板104中的阴极室可向阴极输送阴极气体(例如氧气或包含氧气的空气)，使得在阴极侧发生以下反应：O₂+4H⁺+4e^-→2H₂O(还原/接收电子)。为了例如能够提供对于驱动必需的电功率，将燃料电池串联成燃料电池堆138。在此然而存在检测由每个单个电池所产生的电压的需求，以便尤其能够监控其功能。

对此应用插接连接器100，其构造用于多个具有接触槽102的双极板104的电气接触。其具有插头体106，其由不能导电的、因此电绝缘的材料形成。多个接触元件108被引导通过插头体106，接触元件彼此电绝缘地延伸通过插头体106。接触元件108中的每个伸到相应的双极板104的对应于此的接触槽102中，由此相关的双极板104被接触元件108电气接触。

在图1中可识别出，接触元件108形成为线箍110，其可弹性变形，以便能够实施在z方向上的平衡运动，如线箍110的虚线图示所占据的那样。为了线箍110的成形，接触元件当前被引导通过插头体两次，即通过在插头体106中的第一穿引部112和通过在插头体106中的第二穿引部114。第一穿引部112具有大致沿着或平行于z方向定向的区段，其中，第二穿引部114包括大致沿着或平行于y方向延伸的区段。可识别出，接触元件108又从第二穿引部114出来并且在末端具有止挡元件116，其当前通过接触元件108的弯边(Abkantung)或弯曲来形成。接触元件108的虚线图示显示出，线箍110可变形成使得接触元件108从插头体116伸出。然而为了确保线箍110仅具有预设的延展或偏移，在插头体106处存在止挡118，接触元件108的止挡元件116在其运动中通过该止挡来限制。

附加地由此来支持线箍110的运动，即双极板104在其接触槽102内具有控制面136，其有利于接触元件108、也就是说线箍110在第二穿引部114的方向上的引导。由于控制面136的使用，附加地确保在接触元件108处不出现塑性变形，尤其即避免在接触元件108处的折裂或弯曲。

应指出，接触元件108能够以接触线的形式来形成，并且尤其实施为弹簧丝(Federdraht)，以便即使在双极板104延展时也可保证尽可能高的压紧力。在双极板104的接触槽102的合适的设计中，代替圆导线但是也可应用平导线(Flachdraht)，由此接触面积提高且以此单个电池的还更可可靠的电压检测是可能的，因为现在在接触元件108与相关的双极板104之间不存在线接触而存在面接触。

插接连接器100以其插头体106当前固定在滑轨124处。对此插头体106具有卡锁鼻122，其构造成与构造在滑轨124中的卡锁凹口126卡锁。滑轨124可常常不直接与双极板104连接，而是例如固定在燃料电池堆138的端板处或甚至在不是燃料电池堆138的组成部分的元件处。滑轨124自身具有尤其联接到卡锁凹口126处的卡锁元件148，其构造成后接(hintergreifen)插头体106的卡锁鼻122，如果插头体106相对于滑轨124转移到卡锁的构造中，那么尤其如此。

为了插头体106在滑轨124处进一步可靠固定，插头体106在一侧具有滑动面142，其关于z方向倾斜地来实施。与此相对，在滑轨处、尤其在卡锁元件148处在另一侧成型有滑动配合面144，使得在插头体106关于滑轨124彼此相对移动时进行插头体106的扩展，一直直到实现在插头体108与滑轨124之间的卡锁。

此外，插头体106当前还设有引入轮廓146，其过渡到插头体106的固定容纳部128中。该固定容纳部128构造成容纳滑轨124的固定条130。该固定具有将插接连接器100不仅在y方向上而且在z方向上相对于滑轨124固定在其位置中的功能。但是在x方向上，插接连接器100相对于滑轨124滑动地来支承。在堆纵向上该滑动的支承用于平衡燃料电池堆138在其运行期间的延展。在此可从燃料电池堆138将经由双极板104引入线箍110中的力传递到插头体106上，使得插头体106可沿着滑轨124滑动，以便平衡所引入的力。

在根据图2的透视图中可识别出，多个接触元件108被引导通过插头体106并且双极板104中的每个设计有自己的接触槽102，形成为线箍110的接触元件108中的一个接合到其中。插接连接器100可在y方向上被插到滑轨124上，其中，线箍110经由其、尤其前部的引入端134被插入接触槽中。

根据图3可详细地识别出双极板104的构造，其中，接触槽102相应设有槽扩展部132，其当前通过扩展的区段位于接触槽102的引入端134处。此外可识别出接触槽102的控制面136，其用于线箍110的进一步引导。

在图4中示出该组合的侧视图，在其中插接连接器100的线箍110中的一个被引入接触槽102中。此处也存在槽扩展部132，其通过接触槽102的横截面的梯形造型产生。还通过该向下、向双极板104的中心的方向扩展的、梯形的接触槽102可实现线箍110在接触槽102内在堆纵向上的平衡运动。

根据图5的图示可识别出，滑轨126在其纵向上可比插头体106明显更长地来设计。因此即可在单个滑轨124处安装多个插接连接器100，其为了燃料电池堆138在其运行期间的长度平衡沿着滑轨124可移动地来支承。

如果线箍110应不足够坚硬以将由燃料电池堆138所施加的力引入插头体106中，则图6示出使用间隔架120的可能性，其当前构造成同样被容纳在双极板104的接触槽102中。该间隔架120一方面在z方向上确保在双极板104与插头体106之间的限定的间距而另一方面(如果燃料电池堆138的延展在x方向上实现)附加地导致带动插头体106。即换言之该机械销构造成使插头体106沿着滑轨124移动。

在图7中最后还示出一组合，在其中与滑轨124相连接有力传递元件，其构造成将燃料电池堆138的弯曲力传递到滑轨124上。由于燃料电池堆138的重力，会发生燃料电池堆138在纵向上、尤其在中心“下垂”。在这样的情况中要确保插接连接器100(尤其接触元件108)可靠地电气连结到双极板104处。通过力传递元件将燃料电池堆138的弯曲也传递到滑轨124上且以此到插接连接器100上，从而保持确保电气连结。

当前，力传递元件成形为至少部分地围绕双极板104的固定臂140，其构造成将燃料电池堆138的运动或弯曲传递到滑轨124上且因此到与滑轨124相连接的插接连接器100上。固定臂140在此优选地由不导电的、因此绝缘的材料成形，从而确保各个双极板104的电绝缘。

前面所说明的本发明使能够在不引入附加的销或夹到各个双极板104中的情况下实现插接接触用于检测燃料电池堆138的单个电池电压。此外使插接连接器100与燃料电池堆138的装配容易并且易出错性减小。在x方向上、在y方向上和在z方向上的力也通过插接连接器100和燃料电池堆138的相应的组合可靠地且充分地来平衡。

Claims (10)

1.一种用于具有接触槽(102)的多个双极板(104)的电气接触的插接连接器(100)，其带有由电绝缘的材料形成的插头体(106)，多个彼此电气分离的接触元件(108)被引导通过所述插头体，其中的相应一接触元件(108)接合到所述双极板(104)中的一个的对应于此的接触槽(102)中且由此电气接触所述双极板，其特征在于，所述接触元件(108)中的每个成形为接合到所述接触槽(102)中的且可弹性变形的线箍(110)。

2.根据权利要求1所述的插接连接器(100)，其特征在于，为了所述线箍(110)的成形，所述接触元件(108)中的每个被引导通过所述插头体(106)至少两次。

3.根据权利要求2所述的插接连接器(100)，其特征在于，所述接触元件(108)设有止挡元件(116)，并且所述插头体(106)具有用于所述止挡元件(116)的止挡(118)用于至少一侧地限制所述线箍(110)的弹性变形。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的插接连接器(100)，其特征在于，所述插头体(106)具有间隔架(120)，其构造成相对于双极板(104)支撑所述插头体(106)。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的插接连接器(100)，其特征在于，所述插头体(106)具有卡锁鼻(122)，其构造成与构造在滑轨(124)中的卡锁凹口(126)卡锁。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的插接连接器(100)，其特征在于，所述插头体(106)具有固定容纳部(128)，其构造成容纳构造在滑轨(124)处的固定条(130)。

7.一种用于燃料电池堆(138)的双极板(104)，其带有具有槽扩展部(132)的接触槽。

8.一种根据权利要求1至6中任一项所述的插接连接器(100)和燃料电池堆(138)的组合，其包括多个具有至少一个接触槽(102)的双极板(104)。

9.根据权利要求8所述的组合，其特征在于，存在滑轨(124)，用于所述双极板(104)的电气接触的所述插接连接器(100)滑动地固定在所述滑轨处。

10.根据权利要求9所述的组合，其特征在于，与所述滑轨(124)连接有力传递元件，其构造成将所述燃料电池堆(138)的弯曲力传递到所述滑轨(124)上。

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