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Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur elektrischen Kontaktierung zumindest einer Brennstoffzelle nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1, ein Verfahren zu deren Herstellung und eine Brennstoffzellenanordnung.
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Aus dem Stand der Technik ist, wie in der
WO 2012/073000 A1 beschrieben, ein elektrisches Verbindungssystem zur Zellspannungsüberwachung in einem Brennstoffzellenstapel bekannt. Die Brennstoffzellen des Brennstoffzellenstapels weisen jeweils einen elektrischen Anschluss auf. Eine Verbindungseinheit weist einen flachen Körper mit einer Mehrzahl von Schlitzen zur Aufnahme jeweils eines elektrischen Anschlusses durch das Aufsetzen der Verbindungseinheit auf den Brennstoffzellenstapel auf.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Anordnung zur elektrischen Kontaktierung zumindest einer Brennstoffzelle, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Verfahren zur Herstellung einer Anordnung zur elektrischen Kontaktierung zumindest einer Brennstoffzelle und eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Brennstoffzellenanordnung anzugeben.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Anordnung zur elektrischen Kontaktierung zumindest einer Brennstoffzelle mit den Merkmalen des Anspruchs 1, ein Verfahren zur Herstellung zumindest einer Anordnung zur elektrischen Kontaktierung zumindest einer Brennstoffzelle mit den Merkmalen des Anspruchs 4 und eine Brennstoffzellenanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 7.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Eine Anordnung zur elektrischen Kontaktierung zumindest einer Brennstoffzelle umfasst zumindest ein elektrisches Anschlusselement an einer Bipolarplatte der Brennstoffzelle und ein mit dem elektrischen Anschlusselement verbundenes elektrisches Verbindungselement.
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Erfindungsgemäß ist das elektrische Verbindungselement mit dem elektrischen Anschlusselement in alle Richtungen formschlüssig verbunden und/oder das elektrische Verbindungselement ist mit dem elektrischen Anschlusselement stoffschlüssig verbunden.
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Mittels des elektrischen Verbindungselementes wird beispielsweise eine Zellspannungsüberwachungseinheit über das elektrische Anschlusselement mit der Brennstoffzelle elektrisch kontaktiert. Bei einer Brennstoffzellenanordnung mit einer Mehrzahl von Brennstoffzellen kann für jede Brennstoffzelle eine eigene Zellspannungsüberwachungseinheit vorgesehen sein oder eine gemeinsame Zellspannungsüberwachungseinheit für mehrere oder alle Brennstoffzellen der Brennstoffzellenanordnung, welche entsprechend mit den jeweiligen Brennstoffzellen elektrisch kontaktiert ist. Eine Zellspannungsüberwachung, insbesondere eine kontinuierliche Zellspannungsüberwachung der jeweiligen Brennstoffzelle oder der Brennstoffzellen der Brennstoffzellenanordnung in deren Betrieb, dient beispielsweise der Optimierung des Betriebs der Brennstoffzellen und der Vermeidung von Beschädigungen.
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Die Brennstoffzellenanordnung ist insbesondere als eine für ein Fahrzeug vorgesehene Brennstoffzellenanordnung ausgebildet. Mittels einer solchen Brennstoffzellenanordnung wird im Fahrzeug elektrische Energie zum Laden einer Batterie, d. h. eines elektrochemischen Energiespeichers, insbesondere einer Traktionsbatterie, und/oder zur Energieversorgung zumindest einer elektrischen Antriebsmaschine des Fahrzeugs erzeugt.
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Für Brennstoffzellen und Brennstoffzellenanordnungen, insbesondere in Fahrzeugen, ist es wichtig, schädigende Betriebsbedingungen zu verhindern, da diese die Lebensdauer der jeweiligen Brennstoffzelle reduzieren. Ein solcher schädlicher Betriebszustand ist beispielsweise eine negative Zellspannung zum Beispiel aufgrund von Wasserblockaden oder Eisblockaden während des Betriebs, insbesondere im hochdynamischen Betrieb mit Lastwechseln. Um eine Schädigung der jeweiligen Brennstoffzelle bei negativen Zellspannungen zu verhindern, sind zum Beispiel so genannte reversal-tolerante Katalysatoren bzw. Katalysatorbestandteile notwendig. Diese sind teuer und können sich zudem ebenfalls negativ auf die Lebensdauer der Brennstoffzelle auswirken. Mittels der erfindungsgemäßen Lösung wird eine sichere Zellspannungsüberwachung ermöglicht, mittels welcher die Einzelzellspannung gemessen und über die Steuerung und/oder Regelung der Brennstoffzellenanordnung entsprechend entgegengewirkt werden kann. Dadurch kann auf die reversal-toleranten Katalysatoren bzw. Katalysatorbestandteile verzichtet werden oder sie können zumindest reduziert werden.
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Zur Messung der Einzelzellspannung werden Zellspannungsüberwachungseinheiten verwendet, auch als CVM (Cell Voltage Monitoring) bezeichnet, welche jede einzelne Brennstoffzelle mit einem Spannungsabgriff erfassen. Da eine Brennstoffzellenanordnung beispielsweise zwischen 200 und 400 Brennstoffzellen aufweist, ist es, wenn bezüglich einzelner abweichender Zellspannungen gesteuert und/oder geregelt werden soll, somit erforderlich, dass die Zellspannungsüberwachungseinheiten und insbesondere deren elektrische Kontaktierung mit der jeweiligen Brennstoffzelle zuverlässig funktionieren. Dies wird mit der erfindungsgemäßen Lösung erreicht, denn die erfindungsgemäße Verbindung des jeweiligen elektrischen Verbindungselementes mit dem jeweiligen elektrischen Anschlusselement ist besonders dauerhaltbar und stellt eine zuverlässige Funktion sicher, insbesondere auch bei den spezifischen Einsatzbedingungen in Fahrzeugen mit den dabei auftretenden Vibrationen und thermischen Einflüssen, insbesondere wechselnden Temperaturzyklen, bei welchen aus dem Stand der Technik bekannte Verbindungsanordnungen versagen oder sich verändernde Übergangswiderstände aufweisen, welche zu Fehlmessungen führen.
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Durch die erfindungsgemäße Lösung wird somit in platzsparender, zuverlässiger und dauerhaltbarer Weise eine kostengünstige Erfassung der Einzelzellspannung der jeweiligen Brennstoffzelle möglich und damit auch eine entsprechende Steuerung und/oder Regelung der Brennstoffzellenanordnung auf die einzelnen Zellspannungen. Des Weiteren kann durch die erfindungsgemäße Lösung der Anteil der reversal-toleranten Katalysatorbestandteile reduziert werden, wodurch eine Kosteneinsparung erreicht wird. Zudem kann durch eine exakte Kenntnis der aktuellen Einzelzellspannung der jeweiligen Brennstoffzelle die Brennstoffzellenanordnung und/oder die jeweilige Brennstoffzelle genauer gesteuert und/oder geregelt werden, wodurch insgesamt eine optimierte Regelung und Betriebsstrategie erreicht wird und wodurch Betriebsbereiche besser genutzt werden können. Beispielsweise wird auf diese Weise eine Verbesserung von Kaltstartzeiten erreicht.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
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Dabei zeigen:
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1 schematisch eine Anordnung zur elektrischen Kontaktierung zumindest einer Brennstoffzelle,
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2 schematisch eine Schnittdarstellung entlang der Schnittlinie II-II in 1,
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3 schematisch eine Weiterbildung der Anordnung zur elektrischen Kontaktierung zumindest einer Brennstoffzelle aus 1,
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4 schematisch ein Herstellungsablauf einer Anordnung zur elektrischen Kontaktierung zumindest einer Brennstoffzelle,
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5 schematisch ein weiterer Herstellungsablauf einer Anordnung zur elektrischen Kontaktierung zumindest einer Brennstoffzelle,
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6 schematisch eine Bipolarplatte mit einem elektrischen Anschlusselement,
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7 schematisch Faltungsmöglichkeiten des elektrischen Anschlusselementes gemäß 6 zur Ausbildung einer Verbindung mit einem elektrischen Verbindungselement,
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8 schematisch eine durch die Faltung des elektrischen Anschlusselementes gemäß 7 ausgebildete Verbindung mit einem elektrischen Verbindungselement, und
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9 schematisch eine weitere Bipolarplatte mit einem elektrischen Anschlusselement.
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Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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Die 1 bis 9 zeigen verschiedene Möglichkeiten der Ausbildung einer Anordnung 1 zur elektrischen Kontaktierung zumindest einer Brennstoffzelle, welche jeweils zumindest ein elektrisches Anschlusselement 2 an einer Bipolarplatte 3 der Brennstoffzelle und ein mit dem elektrischen Anschlusselement 2 verbundenes elektrisches Verbindungselement 4 umfasst. Die Bipolarplatte 3 kann beispielsweise als eine metallische Bipolarplatte 3 oder als eine Bipolarplatte 3 aus Carbon und/oder Kohlenstoff und/oder aus einem Material, welches Carbon und/oder Kohlenstoff umfasst, ausgebildet sein. In den dargestellten Beispielen ist das elektrische Verbindungselement 4 jeweils mit dem elektrischen Anschlusselement 2 in alle Richtungen formschlüssig verbunden oder zu verbinden. In weiteren, hier nicht näher dargestellten Ausführungsbeispielen kann das elektrische Verbindungselement 4, alternativ oder zusätzlich, stoffschlüssig mit dem elektrischen Anschlusselement 2 verbunden werden oder bereits verbunden sein, beispielsweise durch Schweißen, Löten und/oder Kleben.
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Eine nicht näher dargestellte Brennstoffzellenanordnung umfasst zweckmäßigerweise eine Mehrzahl von Brennstoffzellen, welche jeweils eine Bipolarplatte 3 mit zumindest einem elektrischen Anschlusselement 2 aufweisen, wobei die elektrischen Anschlusselemente 2 jeweils mit einem elektrischen Verbindungselement 4 verbunden sind und wobei das jeweilige elektrische Verbindungselement 4 mit dem jeweiligen elektrischen Anschlusselement 2 in alle Richtungen formschlüssig verbunden ist und/oder stoffschlüssig verbunden ist. Die Brennstoffzellenanordnung ist insbesondere für den Einsatz in einem Fahrzeug vorgesehen. Im Fahrzeug wird mittels einer solchen Brennstoffzellenanordnung elektrische Energie zur Energieversorgung zumindest einer elektrischen Antriebsmaschine des Fahrzeugs und/oder zum Laden einer als elektrochemischer Energiespeicher ausgebildeten Batterie, insbesondere Traktionsbatterie, des Fahrzeugs erzeugt.
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Für Brennstoffzellenanordnungen ist es wichtig, schädigende Betriebsbedingungen zu verhindern, da diese die Lebensdauer der jeweiligen Brennstoffzelle reduzieren. Eine solche schädigende Betriebsbedingung ist beispielsweise eine negative Zellspannung aufgrund von Wasserblockaden oder Eisblockaden während des Betriebs der Brennstoffzellenanordnung, insbesondere in einem hochdynamischen Betrieb mit Lastwechseln. Um eine solche Schädigung der jeweiligen Brennstoffzelle trotz auftretender negativer Zellspannungen zu verhindern, sind zum Beispiel so genannte reversal-tolerante Katalysatoren bzw. Katalysatorbestandteile notwendig. Diese sind jedoch teuer und können sich zudem ebenfalls negativ auf die Lebensdauer der Brennstoffzelle auswirken. Daher ist es besonders vorteilhaft, die Einzelzellspannung der jeweiligen Brennstoffzelle zu messen und über die Steuerung und/oder Regelung der Brennstoffzellenanordnung entsprechend entgegenwirken zu können und somit negative Zellspannungen zu vermeiden und dadurch auf derartige reversal-tolerante Katalysatoren bzw. Katalysatorbestandteile verzichten, bzw. diese in ihrer Menge reduzieren zu können.
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Zur Messung von Einzelzellspannungen der Brennstoffzellen der Brennstoffzellenanordnung werden Zellspannungsüberwachungseinheiten verwendet, auch als CVM (Cell Voltage Monitoring) bezeichnet, die jede einzelne Brennstoffzelle mit einem Spannungsabgriff erfassen. Da die Brennstoffzellenanordnung beispielsweise zwischen zweihundert und vierhundert Brennstoffzellen aufweist, ist es erforderlich, dass die Zellspannungsüberwachungseinheiten und insbesondere die Zellspannungsabgriffe mit höchster Zuverlässigkeit funktionieren, um die Brennstoffzellenanordnung gegebenenfalls hinsichtlich einzelner abweichender Zellspannungen zu steuern und/oder zu regeln.
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Diese zuverlässigen Zellspannungsabgriffe können mittels der elektrischen Kontaktierung zwischen dem elektrischen Anschlusselement 2 an der Bipolarplatte 3 der jeweiligen Brennstoffzelle und dem damit verbundenen elektrischen Verbindungselement 4 auf besonders dauerhaltbare und zuverlässig funktionierende Weise realisiert werden. Diese Verbindung des jeweiligen elektrischen Anschlusselementes 2 mit dem jeweiligen elektrischen Verbindungselement 4, welche im Folgenden noch detailliert erläutert wird, ermöglicht insbesondere auch bei Vibrationen und thermischen Einflüssen, beispielsweise bei Kalt-Warm-Zyklen, d. h. bei typischen Einsatzbedingungen insbesondere in Fahrzeugen, eine dauerhaft sichere elektrische Kontaktierung, so dass beispielsweise keine fehlerhafte elektrische Kontaktierung und kein sich verändernder Übergangswiderstand mit einer daraus resultierenden Fehlmessung auftritt.
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Dadurch wird in platzsparender, zuverlässiger und dauerhaltbarer Weise eine kostengünstige Erfassung der Einzelzellspannung der jeweiligen Brennstoffzelle ermöglicht, wodurch eine entsprechende Steuerung und/oder Regelung der Brennstoffzellenanordnung hinsichtlich der einzelnen Zellspannungen realisierbar ist. Des Weiteren kann dadurch der Anteil der reversal-toleranten Katalysatorbestandteile reduziert werden, wodurch eine Kosteneinsparung erreicht wird. Zudem kann durch eine exakte Kenntnis der aktuellen Einzelzellspannung der jeweiligen Brennstoffzelle eine genauere Steuerung und/oder Regelung durchgeführt werden, wodurch insgesamt eine optimierte Steuerung und/oder Regelung und eine optimierte Betriebsstrategie der Brennstoffzellenanordnung erreicht wird. Dadurch können beispielsweise Betriebsbereiche besser ausgenutzt werden. Zum Beispiel kann eine Verbesserung von Kaltstartzeiten der Brennstoffzellenanordnung erreicht werden. Insbesondere bei kritischen Betriebszuständen, zum Beispiel bei Gefrierstartvorgängen, wird eine verbesserte Steuerung und/oder Regelung der Brennstoffzellenanordnung erreicht.
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Als Auswerteelektronik für die Zellspannungsüberwachungseinheiten kann beispielsweise eine für Batteriesysteme, beispielsweise für Traktionsbatterien von Fahrzeugen, vorgesehene Auswerteelektronik verwendet werden, wodurch eine weitere Kostenreduzierung erreichbar ist. Vorzugsweise ist die Auswerteelektronik in einem Gehäuse der Brennstoffzellenanordnung oder sehr dicht an diesem Gehäuse angeordnet, um möglichst geringe Spannungsabfälle über die Leitungslängen vom Zellspannungsabgriff bis hin zur Auswerteelektronik zu ermöglichen.
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Die 1 und 2 zeigen schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel der Anordnung 1 zur elektrischen Kontaktierung einer Brennstoffzelle, wobei in 1 eine Draufsicht auf eine Flachseite der Bipolarplatte 3 im Bereich des elektrischen Anschlusselementes 2 dargestellt ist. Das mit dem elektrischen Anschlusselement 2 verbundene elektrische Verbindungselement 4 ist hierbei geschnitten dargestellt. 2 zeigt eine Schnittdarstellung gemäß der Schnittlinie II-II in 1.
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Die Verbindung zwischen dem an der Bipolarplatte 3 beispielsweise durch Schneiden und/oder Stanzen ausgebildeten elektrischen Anschlusselement 2 und dem elektrischen Verbindungselement 4, welches aufgrund des hierdurch realisierbaren Zellspannungsabgriffs auch als Abgriffselement bezeichnet wird, ist in diesem Ausführungsbeispiel als eine formschlüssige Rastverbindung ausgeführt. Hierzu ist das elektrischen Anschlusselement 2 in einem von der Bipolarplatte 3 abgewandten Bereich gabelförmig ausgebildet, d. h. es weist zwei Zinken 5 auf, welche durch einen Freiraum F voneinander beabstandet sind. Dadurch wird eine elastische Verformung der beiden Zinken 5 aufeinander zu ermöglicht, so dass das elektrische Verbindungselement 4, welches, wie in 2 gezeigt ist, derart gebogen ist, dass es einen C-förmigen Querschnitt aufweist, auf das elektrische Anschlusselement 2 aufgeschoben und an diesem verrastet werden kann. Dazu weisen die Zinken 5 eine sich in Richtung der Bipolarplatte 3 verbreiternde Form auf, welche durch eine entsprechend schräg verlaufende jeweilige Zinkenaußenkante 6 des jeweiligen Zinkens 5 realisiert ist. Die Zinkenaußenkante 6 des jeweiligen Zinkens 5 ist vom jeweils anderen Zinken 5 abgewandt.
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Durch das Aufschieben des elektrischen Verbindungselementes 4 auf das elektrische Anschlusselement 2 wird somit eine Keilwirkung erreicht, durch welche sich die Zinken 5 aufeinander zu elastisch verformen, da ein größter Innendurchmesser des elektrischen Verbindungselementes 4 zwar größer ist als ein Abstand von Spitzen der Zinken 5 des elektrischen Anschlusselementes 2, so dass das elektrische Verbindungselement 4 leicht auf diese Spitzen aufzuschieben ist, aber kleiner ist als ein Abstand der Zinkenaußenkanten 6 der Zinken 5 im der Bipolarplatte 3 zugewandten Bereich. Zusätzlich zur elastischen Verformung der Zinken 5 kann sich aufgrund seiner C-förmigen Querschnittsausformung auch das elektrische Verbindungselement 4 beispielsweise etwas aufweiten, vorzugsweise ebenfalls elastisch. In anderen Ausführungsformen kann das elektrische Verbindungselement 4 beispielsweise auch einen randseitig geschlossenen Querschnitt aufweisen, d. h. beispielsweise oval oder O-förmig ausgebildet sein. Dann wäre allerding nur eine wesentlich geringere oder keine Aufweitung des elektrischen Verbindungselementes 4 während des Aufschiebens auf das elektrische Anschlusselement 2 möglich.
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Die Zinken 5 des elektrischen Anschlusselementes 2 münden in Richtung der Bipolarplatte 3 in einen Grundkörper 7, welcher die Zinken 5 mit der Bipolarplatte 3 verbindet. Dabei gehen die Zinkenaußenkanten 6 der Zinken 5 in Grundkörperaußenkanten 8 des Grundkörpers 7 über, wobei an diesem Übergang ein Absatz ausgebildet ist, denn ein größter Abstand der Zinkenaußenkanten 6 der Zinken 5 ist größer als ein Abstand der Grundkörperaußenkanten 8 des Grundkörpers 7. Durch diesen zwischen dem Grundkörper 7 und den Zinken 5 im Verbindungsbereich der Außenkanten 6, 8 ausgebildeten Absatz wird die formschlüssige Rastverbindung realisiert.
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Durch das Aufschieben des elektrischen Verbindungselementes 4 auf das elektrische Anschlusselement 2 bis an den Rand der Bipolarplatte 3 heran rastet das elektrische Verbindungselement 4 am Grundkörper 7 des elektrischen Anschlusselementes 2 formschlüssig ein, so dass durch diesen Absatz des Grundkörpers 7 zum jeweiligen Zinken 5 ein Zurückrutschen des elektrischen Verbindungselementes 4 verhindert wird. Ein weiteres Bewegen in Richtung der Bipolarplatte 3 wird durch den Rand der Bipolarplatte 3 verhindert, an welchem das elektrische Verbindungselement 4 anliegt. Um ein Verschieben des am elektrischen Anschlusselement 2 formschlüssig befestigten elektrischen Verbindungselementes 4 zu verhindern, entspricht eine Länge des elektrischen Verbindungselementes 4 in Aufschieberichtung auf das elektrische Anschlusselement 2 vorzugsweise im Wesentlichen einer Länge des Grundkörpers 7 des elektrischen Anschlusselementes 2 oder ist nur geringfügig kleiner, um beispielsweise mögliche Fertigungstoleranzen zu berücksichtigen. Ein Drehen des elektrischen Verbindungselementes 4 auf dem elektrischen Anschlusselement 2 wird durch eine unrunde Ausbildung des Querschnitts, im dargestellten Beispiel durch den flachen Querschnitt, des elektrischen Verbindungselementes 4 und des elektrischen Anschlusselementes 2 verhindert. Auf diese Weise ist eine besonders sichere, stabile und aufgrund der verhinderten Bewegung besonders gut elektrisch kontaktierte in alle Richtungen formschlüssige Verbindung zwischen dem elektrischen Verbindungselement 4 und dem elektrischen Anschlusselement 2 erreicht.
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Alternativ zu diesem Aufschieben des bereits entsprechend gebogenen elektrischen Verbindungselementes 4 kann das elektrische Verbindungselement 4 beispielsweise um den Grundkörper 7 des elektrischen Anschlusselementes 2 herum gebogen werden, um die formschlüssige Verbindung auszubilden, wie im Folgenden noch näher erläutert wird. Nach dem Biegen des elektrischen Verbindungselementes 4 um den Grundkörper 7 herum weist es dann ebenfalls den in 2 dargestellten Querschnitt auf.
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In 3 ist eine Weiterbildung des Ausführungsbeispiels gemäß 1 und 2 dargestellt, wobei hier aus Gründen der Übersichtlichkeit das elektrische Verbindungselement 4 nicht dargestellt ist. In diesem Beispiel weist ein an den Grundkörper 7 angrenzender unterer Bereich des Freiraums F zwischen den Zinken 5 einen größeren Querschnitt auf als ein in Richtung der Spitzen der Zinken 5 folgender Bereich des Freiraums F. Im dargestellten Beispiel ist dieser untere Bereich rund ausgebildet, wobei dessen Durchmesser größer ist als ein Abstand von Innenseiten der Zinken 5 in einem an den unteren Bereich angrenzenden Bereich des Freiraums F. In anderen Beispielen kann dieser untere Bereich beispielsweise einen unrunden, ovalen oder vieleckigen Querschnitt aufweisen. In diesen unteren Bereich ist ein Sicherungselement 9 eingeschoben, beispielsweise in Form eines Bolzens, durch welchen eine zusätzliche formschlüssige Sicherung für das am elektrischen Anschlusselement 2 angeordnete elektrische Verbindungselement 4 realisiert ist, um dessen Abgleiten vom elektrischen Anschlusselement 2 zu verhindern. Bei der Brennstoffzellenanordnung sind zweckmäßigerweise eine Mehrzahl von Brennstoffzellen derart aufeinander gestapelt, dass die unteren Bereiche der Freiräume F von deren elektrischen Anschlusselementen 2 miteinander fluchten, d. h. auf einer Linie liegen, so dass ein gemeinsames Sicherungselement 9 für eine Mehrzahl oder für alle Brennstoffzellen verwendet werden kann. D. h. es werden zunächst alle elektrischen Verbindungselemente 4 mit dem jeweiligen elektrischen Anschlusselement 2 verbunden und danach wird das Sicherungselement 9 durch die unteren Bereiche der Freiräume F der elektrischen Anschlusselemente 2 hindurchgeschoben, so dass auf einfache, sichere und schnell zu realisierende Weise eine formschlüssige Sicherung der elektrischen Verbindungselemente 4 auf dem jeweiligen elektrischen Anschlusselement 2 realisiert ist.
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In 4 ist das Ausbilden der formschlüssigen Verbindung des elektrischen Verbindungselementes 4 mit dem elektrischen Anschlusselement 2 durch Umbiegen des elektrischen Verbindungselementes 4 um den Grundkörper 7 des elektrischen Anschlusselementes 2 dargestellt, welches oben bereits kurz beschrieben wurde. In dieser Ausführungsform sind somit am elektrischen Anschlusselement 2 keine Zinken 5 erforderlich, sondern lediglich der Absatz zwischen den Grundkörperaußenkanten 8 des Grundkörpers 7 und einem von der Bipolarplatte 3 abgewandten nachfolgenden Stirnseitenbereich 10 des elektrischen Anschlusselementes 2, so dass das Abgleiten des elektrischen Verbindungselementes 4 vom elektrischen Anschlusselement 2 vermieden ist. D. h. hier ist ein Abstand der Grundkörperaußenkanten 8 des Grundkörpers 7 geringer als eine Breite des von der Bipolarplatte 3 abgewandten Stirnseitenbereichs 10 des elektrischen Anschlusselementes 2, wobei die Breitenrichtung des Stirnseitenbereichs 10 der Abstandsrichtung der Grundkörperaußenkanten 8 entspricht. Das elektrische Anschlusselement 2 ist somit T-förmig ausgebildet, wobei der Stirnseitenbereich 10 den oberen Querstrich der T-Form bildet, so dass zwischen dem Grundkörper 7 und dem Stirnseitenbereich 10 der Absatz ausgebildet ist.
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Das elektrische Verbindungselement 4 wird nun derart um den Grundkörper 7 gebogen, dass seine Innenseite an der Außenseite des Grundkörpers 7 anliegt. Dieser Ablauf ist in 4 von links nach rechts gezeigt, beginnend mit der zweiten Darstellung von links. Dabei wird zunächst das noch flache elektrische Verbindungselement 4 an eine Flachseite des Grundkörpers 7 des elektrischen Anschlusselementes 2 angelegt und dann um den Grundkörper 7 herum zunehmend gebogen, wie durch Pfeile P dargestellt. Die formschlüssige Verbindung des elektrischen Verbindungselementes 4 mit dem elektrischen Anschlusselement 2 der Bipolarplatte 3 ist dann ganz links in einer Draufsicht auf eine Flachseite der Bipolarplatte 3 dargestellt, wobei wieder das elektrische Verbindungselement 4 geschnitten dargestellt ist. Auch hier weisen zweckmäßigerweise der Grundkörper 7 des elektrischen Anschlusselementes 2 und das elektrische Verbindungselement 4 gleiche Längen auf oder das elektrische Verbindungselement 4 ist nur geringfügig kürzer, um mögliche Fertigungstoleranzen zu berücksichtigen, wie oben bereits geschildert. Die Längenrichtung entspricht dabei der Ausdehnungsrichtung des Grundkörpers 7 des elektrischen Anschlusselementes 2 von der Bipolarplatte 3 zum Stirnseitenbereich 10.
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In 5 ist eine Weiterbildung der Ausführungsform gemäß 4 gezeigt. Hierbei weist das elektrische Verbindungselement 4 einen Sicherungsstift 11 und das elektrische Anschlusselement 2 eine korrespondierende Öffnung auf. Die umgekehrte Ausbildung, d. h. der Sicherungsstift 11 am elektrischen Anschlusselement 2 und die korrespondierende Öffnung am elektrischen Verbindungselement 4, ist ebenfalls möglich. Zum Herstellen der formschlüssigen Verbindung zwischen dem elektrischen Verbindungselement 4 und dem elektrischen Anschlusselement 2 wird nun zunächst das noch nicht gebogene elektrische Verbindungselement 4 derart am elektrischen Anschlusselement 2 angeordnet, dass der Sicherungsstift 11 in die Öffnung eingreift, wie in 5 in der zweiten Darstellung von links gezeigt, und anschließend wird das elektrische Verbindungselement 4 um das elektrische Anschlusselement 2 umgebogen, bis seine Innenseite vollständig am Grundkörper 7 des elektrischen Anschlusselementes 2 anliegt. Das zunehmende Umbiegen ist in der dritten Darstellung von links und in der rechten Darstellung durch Pfeile P angedeutet. Die formschlüssige Verbindung des elektrischen Verbindungselementes 4 mit dem elektrischen Anschlusselement 2 der Bipolarplatte 3 ist dann ganz links in einer Draufsicht auf eine Flachseite der Bipolarplatte 3 dargestellt, wobei wieder das elektrische Verbindungselement 4 geschnitten dargestellt ist.
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Der Sicherungsstift 11 kann auch als ein Niet ausgebildet sein, d. h. es wird am freien Ende des Sicherungsstifts 11, nachdem dieser in der korrespondierenden Öffnung angeordnet ist, ein Nietkopf ausgeformt, wodurch eine weiter verbesserte Verbindung des elektrischen Verbindungselementes 4 mit dem elektrischen Anschlusselement 2 und insbesondere eine weiter verbesserte elektrische Kontaktierung erreicht wird. Durch den Sicherungsstift 11 wird die elektrische Kontaktierungsfläche zwischen dem elektrischen Verbindungselement 4 und dem elektrischen Anschlusselement 2 vergrößert, wodurch vorteilhafterweise ein geringerer Übergangswiderstand erreicht wird.
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Die 6 bis 8 zeigen ein weiteres Beispiel zur Herstellung der formschlüssigen Verbindung zwischen dem elektrischen Verbindungselement 4 und dem elektrischen Anschlusselement 2, wobei die formschlüssige Verbindung hier mittels einer Bördelung realisiert wird. In diesem Beispiel weist das elektrische Anschlusselement 2, wie in 6 gezeigt, am Grundkörper 7 zwei seitliche Fahnen 12 und eine stirnseitige Fahne 13 auf, welche jeweils um das elektrische Verbindungselement 4 umgebogen werden. Das Umbiegen ist in 7 durch Pfeile P angedeutet. Wie in 8 gezeigt, wird beispielsweise das bereits hakenförmig gebogene elektrische Verbindungselement 4 an der stirnseitigen Fahne 13 des elektrischen Anschlusselementes 2 eingehängt und anschließend wird diese stirnseitige Fahne 13 um ca. 180° in Richtung der Bipolarplatte 3 umgebogen, so dass das elektrische Verbindungselement 4 zwischen der stirnseitigen Fahne 13 und dem Grundkörper 7 des elektrischen Anschlusselementes 2 eingeklemmt ist. Um nun eine in alle Richtungen formschlüssige Verbindung auszubilden, werden die beiden seitlichen Fahnen 12 jeweils in Richtung des Grundkörpers 7 um ca. 180° umgebogen, so dass sie am elektrischen Verbindungselement 4 anliegen. Dadurch ist auch ein seitliches Herausrutschen des elektrischen Verbindungselementes 4 sicher verhindert.
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In 9 ist eine besonders vorteilhafte, da besonders platzsparende, Positionierung des elektrischen Anschlusselementes 2 an der Bipolarplatte 3 dargestellt. Die Bipolarplatte 3 weist in einem Randbereich eine Aussparung auf, in welcher das an der Bipolarplatte 3 ausgebildete oder angeordnete elektrische Anschlusselement 2 positioniert ist. Dadurch steht das elektrische Anschlusselement 2 nicht über den Randbereich der Bipolarplatte 3 über, so dass kein zusätzlicher Bauraum beispielsweise in einem Gehäuse der Brennstoffzellenanordnung vorgesehen werden muss.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Anordnung
- 2
- Anschlusselement
- 3
- Bipolarplatte
- 4
- Verbindungselement
- 5
- Zinken
- 6
- Zinkenaußenkante
- 7
- Grundkörper
- 8
- Grundkörperaußenkante
- 9
- Sicherungselement
- 10
- Stirnseitenbereich
- 11
- Sicherungsstift
- 12
- seitliche Fahne
- 13
- stirnseitige Fahne
- F
- Freiraum
- P
- Pfeil
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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