CN116670873A - 双极板的接触组件以及用于与双极板接触的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种双极板的接触组件，所述接触组件包括两个半部片材(2，3)，两个半部片材彼此平行地间隔开并且可以归属于双极板(10)，其中，每个半部片材(2，3)具有压印元件(4，5)，并且两个半部片材(2，3)的压印元件(4，5)面向彼此，并且其中，插入在半部片材(2，3)之间的连接销(6)与半部片材(2，3)的压印元件(4，5)接触。

Description

双极板的接触组件以及用于与双极板接触的方法

技术领域

本发明涉及双极板的接触组件，双极板特别地可以在燃料电池中使用。本发明还涉及用于与双极板接触的方法。

背景技术

从EP 1 900 052 B1中已知一种燃料电池双极板，该燃料电池双极板具有用于测量连接器的插口。双极板包括连结在一起的两个半部片材，所述两个半部片材被称为阴极的双极半部板和阳极的双极半部板。每个半部片材包括中央活性区和具有多个切口的周向部分。此外，在双极板的周向部分上具有被称为中空接纳部的插口，销形电连接元件可以插入到该插口中以用于测量的目的。插口由两个相对的肋部形成，肋部中的每个肋部位于半部片材中。

WO 2008/145 221A1公开了一种用于燃料电池堆的单个燃料电池。在单个燃料电池的内部定位有镍网状物作为电接触元件。另外，提出了由金属材料和陶瓷材料制成的膏状物作为接触元件的用途。

DE 10 2018 213 688 A1公开了一种连接器，该连接器包括用于双极堆叠件的多个接触元件。每个接触元件具有沿着纵向轴线延伸的接触体，借助于该接触体形成有通道，该通道设置成用于接纳双极板的一部段。接触弹簧突出到通道中，接触弹簧与双极板接触。此外，设置有切割边缘，这些切割边缘切入双极板的表面中以确保牢固接触，这还意在经受振动和冲击载荷。

DE 20 2005 019 195 U1描述了一种接口板，该接口板具有用于与燃料电池连接的电路。接口板包括印刷电路板，在该印刷电路板上具有多个接口，所述多个接口将分别连接至燃料电池和电装置，其中，电装置可以是用于测试燃料电池的测试装置。

还从文献WO 2014/060 727A1、WO 2018/236 266A1、WO 2013/041869A1和WO2005/069 026A1中已知可以在燃料电池的测试和监测中使用的接触装置。

发明内容

本发明所解决的问题在于，与上述现有技术相比，特别是在合理生产和低安装空间需求的方面，提供了用于与双极板接触的进一步发展选项，其中，对于电连接的可靠性尽可能不作出妥协。

根据本发明，该问题通过具有权利要求1的特征的双极板的接触组件来解决。同样，该问题通过根据权利要求9的用于与双极板接触的方法来解决。下面结合接触方法进行说明的本发明的实施方式和优点经过必要修改后适用于装置、即接触组件以及包括这种组件的双极板，并且反之亦然。

接触组件包括两个半部片材，所述两个半部片材彼此平行地间隔开并且可以归属于双极板，其中，每个半部片材具有压印元件，并且两个半部片材的压印元件面向彼此，并且其中，插入在半部片材之间的连接销与半部片材的压印元件接触，连接销也被简称为接触元件或销。特别地，接触组件可以被设计成使得连接销仅与半部片材的压印元件接触，而不与半部片材的在半部片材的压印元件的外侧的平坦区域相接触。

半部片材中的一个半部片材的压印元件或者两个半部片材的压印元件特别地被设计为突起物并且可以各自为较大的突起物区域的部分。这种突起物区域可以具有将流体沿着双极板的表面引导的任务，并且同时使双极板机械地稳定。同样，可以实现双极板的变型，其中，除了可以归属于接触组件的突起物之外，不存在其他这样的突起物。在任何情况下，彼此平行的半部片材之间的小的距离足以用于接触组件的结合。

由于布置在堆叠件中的燃料电池的双极板之间的距离不是完全恒定的并且与距离的标称值的偏差可能增加，因此横跨堆叠件的多个双极板延伸的可设想的接线条可能不是在每种情况下都与大量生产的燃料电池堆中的堆叠件的实际几何形状精确地匹配。根据本申请的接触组件避免了这种问题，因为该接触组件仅用于与可以归属于单个双极板的两个半部片材进行接触。

根据各种可能的实施方式，可归属于接触组件的一个半部片材的压印元件布置成相对于同样归属于接触组件的另一半部片材的至少一个压印元件而偏移，其中，半部片材在俯视图中进行观察。此处，半部片材中的一个半部片材具有将销侧向地引导的任务，为此需要至少两个压印元件。

接触元件的进一步改进的引导在接触组件的变型中是可以的，在接触组件的变型中，连接销与第一半部片材的四个压印元件接触并且同时与第二半部片材的单个压印元件接触，第一半部片材的四个压印元件以矩形图案布置并且形成为凸起部，第二半部片材的单个压印元件形成为凹陷部。在这方面，在每种情况下，连接销都可以在凸起部的侧向区域中与一个片材的以矩形图案布置的凸起部相切，凸起部的侧向区域定位成相对于布置有半部片材的平面以至少5°且至多60°的角度、特别地以45°±15°的角度倾斜。代替一个半部片材的凸起部的以矩形图案的布置，例如，也可以具有这些凸起部的以梯形图案的布置。

除了两个片材中的一个片材的四个凸起部的侧向区域、即斜面之外，连接销还与另一片材的凹陷部接触，其中，该凹陷部——再次在片材的俯视图中——可以布置在由第一半部片材的四个凸起部界定的矩形内。特别地，凹陷部可以位于矩形的中央。特别地，凹陷部形成为相对于中央平面镜像对称，该中央平面纵向地穿过销并且与两个半部片材以正交的方式相交。

就接触组件内的弹性而言，存在各种可能性：一方面，接触元件可以被设计为弹簧舌状件。如果该弹簧舌状件在组装期间插入于半部片材之间，则该弹簧舌状件将至少轻微地弯曲。类似地，接触元件在半部片材之间的弹性安装可以通过下述方式来实现：半部片材中的至少一个半部片材的压印元件被设计为连接销的弹性抵接部，其中，接触元件在这种情况下可以是固有刚性的销。特别地，其中力配合式接触组件内存在的弹簧作用仅由压印半部片材来提供的这种变型的特征在于下述事实：销始终布置成平行于由半部片材给定的平面，而与垂直于销作用的力无关。

无论弹簧作用由半部片材和/或接触元件呈现的程度如何，两个半部片材的压印元件可以为至少近似圆顶形。在接触组件的组装期间，接触元件插入在半部片材之间，使得该接触元件与半部片材的多个压印元件、特别地多个圆顶形压印元件进行接触。接触元件最初可以放置在半部片材中的一个半部片材上，并且由此被该半部片材的多个压印元件侧向地引导。仅在接触方法的另一步骤中，接触元件由第二半部片材的单个压印元件加载。在这种方法中，连接销与第二半部片材之间在任何时间处没有进行其他接触。没有提供连接器壳体。

接触组件特别地适于在双极板上执行电压测量。这意味着可以对燃料电池堆中的各个电池的各个电压进行监测。另外，接触组件还适于从具有双极板的电化学电池中汲取电力。

附图说明

在下文中，参照附图更详细地说明本发明的示例性实施方式。在附图中：

图1以俯视图示出了双极板的接触组件，

图2示出了图1中所示的组件的侧视图，

图3示出了图1中所示的组件的立体图。

具体实施方式

提供了总体上用附图标记1表示的接触组件以用于在燃料电池的双极板10中使用，该双极板仅以基本形式示出。关于双极板在燃料电池中的主要功能，参考开头所引用的现有技术。

双极板10由彼此平行布置的两个半部片材2、3构成，其中，每个半部片材2、3具有压印元件4、5。压印元件4、5具有平坦化圆顶形的基本形状。在半部片材2的情况下，压印元件4形成为凸起部。相反，半部片材3的在附图中可见的压印元件5为凹陷部。除了压印元件5之外，在附图中未示出半部片材3的其他结构。各种半部片材2、3的压印元件4、5面向彼此，并且可以是还具有流体功能的更扩展的突起物区域的部件。

在接触组件1的俯视图中，由半部片材2形成的四个压印元件4界定了具有宽度d1和高度d2的矩形。尺寸d1、d2参考凸起部4的用M表示的中心。凹陷部5布置在由凸起部4的中心M界定的矩形内，该矩形的中心也用M表示。所有五个压印元件4、5与连接销6接触，该连接销通常也被称为接触元件，并且在本情况下被设计为弹簧舌状件。侧向地突出超过半部片材2、3的连接销6具有最大宽度BA，并且朝向该连接销的用8表示的梢部部段渐缩。梢部部段8比整个板状连接销6的其余部分厚。连接销6的最小厚度用dA表示。

在组装接触组件1时，连接销6首先放置在半部片材2上，使得连接销6在每种情况下都与四个凸起部4侧向地接触。凸起部4可以归属于半部片材2的压印结构9，该压印结构可以包括其他的压印元件。所有压印元件4从半部片材2的平坦基部表面突出。半部片材2的用dB表示的厚度将在压印元件4的外侧、即在半部片材2的平坦区域中进行测量。

连接销6与半部片材2、3的平坦区域保持间隔开，即使在接触组件1被完全组装时也是如此。连接销6的两个侧向边缘仅与凸起部4的侧面7接触。在所示的示例中，压印元件4的侧面7、即倾斜区域相对于半部片材2所位于的平面以45°±15°的角度α倾斜。每个压印元件4、5的高度用H表示，并且是片材厚度dB的至少两倍且至多八倍。这在所示的布置中适用于底部处的半部片材2以及顶部处的半部片材3。附图中所示的半部片材2、3的布置并不意味与双极板10在空间中的实际取向有关的任何陈述。特别地，双极板10可以在燃料电池堆中处于竖向取向。

在示例性实施方式中，压印元件4、5具有均匀的直径DP，该直径为连接销6的宽度BA的至少1.5倍且至多2.5倍。与凸起部4相反，在半部片材3中形成为凹陷部的压印元件5在连接销的两个侧向边缘之间居中地与连接销6接触。因此，与压印元件4不同，压印元件5在连接销6上施加垂直力。总的来说，这为连接销6提供了五点式支承。

这种支承可能导致连接销6的轻微弯曲，连接销至少在轻微程度上具有弹性特性，但是在连接销6与半部片材2、3的平坦区域之间没有建立接触。在任何情况下，通过压印元件4的弹性变形提供弹簧作用，这些压印元件用作用于连接销的抵接部。

在示例性实施方式中，连接销6的用dA表示的最小厚度——连接销除了梢部部段8之外是均匀的——是片材厚度dB的至少两倍但不多于四倍。与连接销6的弹性相比，压印元件4、5的弹性特性甚至更有助于连接销6在半部片材2、3之间的稳定保持。连接销6用于计量的目的。此外，借助于连接销6和未示出的其他元件，可以从双极板10可以归属于的燃料电池中汲取电力。

附图标记列表

1 接触组件

2 半部片材

3 半部片材

4 压印元件、凸起部

5 压印元件、凹陷部

6 连接销、接触元件

7 压印元件的侧面

8 连接销的梢部部段

9 压印结构

10 双极板

α 侧面角度

BA 连接销的最大宽度

d1 两个凸起部的中心之间的距离

d2 两个凸起部的中心之间的距离

dA 连接销的最小厚度

dB 片材厚度

DP 压印元件的直径

H 压印元件的高度

Claims (10)

1.一种双极板的接触组件，所述接触组件包括两个半部片材(2，3)，两个所述半部片材彼此平行地间隔开并且能够归属于双极板(10)，其中，每个半部片材(2，3)具有压印元件(4，5)，并且两个所述半部片材(2，3)的所述压印元件(4，5)面向彼此，并且其中，插入在所述半部片材(2，3)之间的连接销(6)与所述半部片材(2，3)的所述压印元件(4，5)接触。

2.根据权利要求1所述的接触组件，其特征在于，在所述双极板(10)的俯视图中，第一半部片材(2)的压印元件(4)相对于第二半部片材(3)的至少一个压印元件(5)偏移。

3.根据权利要求2所述的接触组件，其特征在于，所述连接销(6)与所述第一半部片材(2)的四个压印元件和所述第二半部片材(3)的单个压印元件接触，所述第一半部片材的所述四个压印元件以矩形图案布置并且形成为凸起部(4)，所述第二半部片材的所述单个压印元件形成为凹陷部(5)，其中，所述第二半部片材(3)的所述凹陷部(5)布置在由所述第一半部片材(2)的四个所述凸起部(4)界定的矩形内。

4.根据权利要求3所述的接触组件，其特征在于，在每种情况下，所述连接销(6)都在侧向区域(7)中与以矩形图案布置的所述凸起部(4)相切，并且与所述第二半部片材(3)的所述凹陷部(5)居中地接触，所述侧向区域定位成相对于布置有所述半部片材(2，3)的平面以至少5°且至多60°的角度(α)倾斜。

5.根据权利要求1至4中的任一项所述的接触组件，其特征在于，所述连接销(6)仅与所述半部片材(2，3)的所述压印元件(4，5)接触，而不与所述半部片材(2，3)的在所述半部片材的所述压印元件(4，5)的外侧的平坦区域相接触。

6.根据权利要求1至5中的任一项所述的接触组件，其特征在于，所述连接销(6)被设计为弹簧舌状件。

7.根据权利要求1至6中的任一项所述的接触组件，其特征在于，所述半部片材(2，3)中的至少一个半部片材的所述压印元件(4，5)被设计为所述连接销(6)的弹性抵接部。

8.一种根据权利要求1至7中的任一项所述的接触组件的用于在双极板(10)上执行电压测量以及用于从具有所述双极板(10)的电化学电池中汲取电力的用途。

9.一种用于与由两个半部片材(2，3)构成的双极板(10)进行接触的方法，其中，接触元件(6)插入在所述半部片材(2，3)之间，使得所述接触元件与所述半部片材(2，3)的多个至少近似圆顶形的压印元件(4，5)弹性地接触。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述接触元件(6)最初放置在所述半部片材中的一个半部片材(2)上，并且由此被所述半部片材(2)的多个压印元件(4)侧向地引导，并且在另一步骤中所述接触元件由第二半部片材(3)的单个压印元件(5)加载。