DE102015224126B4 - Manufacturing process for a separator plate and a fuel cell system - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Herstellung einer Separatorplatte (14, 14', 14'') für eine Brennstoffzelle (101, 102, 103, 104), umfassend den Schritt: Befestigen von mindestens einem Kontaktelement (15, 15', 15'') an der Separatorplatte (14, 14', 14''), wobei das Befestigen durch plastische Verformung erfolgt, wobei mindestens ein Crimpbereich (140, 140', 140'') der Separatorplatte (14, 14', 14'') plastisch verformt wird.Method for producing a separator plate (14, 14', 14'') for a fuel cell (101, 102, 103, 104), comprising the step: attaching at least one contact element (15, 15', 15'') to the separator plate (14, 14', 14''), the fastening taking place by plastic deformation, at least one crimping area (140, 140', 140'') of the separator plate (14, 14', 14'') being plastically deformed.
Description
Die hier offenbarte Technologie betrifft ein Herstellungsverfahren einer Separatorplatte sowie ein Herstellungsverfahren eines Brennstoffzellensystems. Die hier offenbarte Technologie betrifft insbesondere den elektrischen Anschluss von Separatorplatten eines Brennstoffzellensystems an ein System zur Überwachung von mehreren Brennstoffzellen.The technology disclosed here relates to a manufacturing method of a separator plate and a manufacturing method of a fuel cell system. The technology disclosed here relates in particular to the electrical connection of separator plates of a fuel cell system to a system for monitoring multiple fuel cells.
Ein solches Zellüberwachungssystem (en.: cell voltage monitoring system bzw. CVM-System) überwacht i.d.R. eine Vielzahl an Brennstoffzellen. Die einzelnen Brennstoffzellen sind i.d.R. durch ein Kabel mit den CVM-System verbunden. Auch ist ein Stecker aus der
Es besteht ein Bedürfnis, die vielen Brennstoffzellen möglichst kostengünstig, ausfallsicher, fehlersicher und/oder möglichst platzsparend an ein CVM-System anzubinden.There is a need to connect the many fuel cells to a CVM system in a way that is as cost-effective, fail-safe, fail-safe and/or as space-saving as possible.
Es ist eine Aufgabe der hier offenbarten Technologie, die Nachteile der vorbekannten Lösungen zu verringern oder zu beheben. Weitere Aufgaben ergeben sich aus den vorteilhaften Effekten der hier offenbarten Technologie. Die Aufgabe(n) wird/werden gelöst durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche. Die abhängigen Ansprüche stellen bevorzugte Ausgestaltungen dar.It is an object of the technology disclosed here to reduce or eliminate the disadvantages of the previously known solutions. Further tasks arise from the beneficial effects of the technology disclosed here. The task(s) is/are solved by the subject matter of the independent patent claims. The dependent claims represent preferred embodiments.
Die hier offenbarte Technologie betrifft ein Herstellungsverfahren für ein Brennstoffzellensystem sowie ein Brennstoffzellensystem. Das Brennstoffzellensystem umfasst mehrere Brennstoffzellen. Das Brennstoffzellensystem ist beispielsweise für mobile Anwendungen wie Kraftfahrzeuge gedacht, insbesondere zur Bereitstellung der Energie für die mindestens eine Antriebsmaschine zur Fortbewegung des Kraftfahrzeugs. In ihrer einfachsten Form ist eine Brennstoffzelle ein elektrochemischer Energiewandler, der Brennstoff und Oxidationsmittel in Reaktionsprodukte umwandelt und dabei Elektrizität und Wärme produziert. Die Brennstoffzelle umfasst eine Anode und eine Kathode, die durch einen ionenselektiven bzw. ionenpermeablen Separator getrennt sind. Die Anode weist eine Zufuhr für einen Brennstoff zur Anode auf. Bevorzugte Brennstoffe sind: Wasserstoff, niedrigmolekularer Alkohol, Biokraftstoffe, oder verflüssigtes Erdgas. Die Kathode weist beispielsweise eine Zufuhr für Oxidationsmittel auf. Bevorzugte Oxidationsmittel sind bspw. Luft, Sauerstoff und Peroxide. Der ionenselektive Separator kann bspw. als Protonenaustauschmembran (proton exchange membrane, PEM) ausgebildet sein. Bevorzugt kommt eine kationenselektive Polymerelektrolytmembran zum Einsatz. Materialien für eine solche Membran sind beispielsweise: Nation®, Flemion® und Aciplex®. Ein Brennstoffzellensystem umfasst mindestens eine Brennstoffzelle sowie periphere Systemkomponenten (BOP-Komponenten), die beim Betrieb der mindestens einen Brennstoffzelle zum Einsatz kommen können. In der Regel sind mehrere Brennstoffzellen zu einem Brennstoffzellenstapel bzw. Stack zusammengefasst. Das Brennstoffzellensystem umfasst ferner die hier offenbarte Separatorplatte.The technology disclosed herein relates to a manufacturing method for a fuel cell system and a fuel cell system. The fuel cell system includes several fuel cells. The fuel cell system is intended, for example, for mobile applications such as motor vehicles, in particular to provide the energy for the at least one drive machine for moving the motor vehicle. In its simplest form, a fuel cell is an electrochemical energy converter that converts fuel and oxidizers into reaction products, producing electricity and heat. The fuel cell includes an anode and a cathode separated by an ion-selective or ion-permeable separator. The anode has a supply for a fuel to the anode. Preferred fuels are: hydrogen, low molecular weight alcohol, biofuels, or liquefied natural gas. The cathode has, for example, a supply for oxidizing agents. Preferred oxidizing agents include, for example, air, oxygen and peroxides. The ion-selective separator can be designed, for example, as a proton exchange membrane (PEM). A cation-selective polymer electrolyte membrane is preferably used. Examples of materials for such a membrane are: Nation®, Flemion® and Aciplex®. A fuel cell system includes at least one fuel cell and peripheral system components (BOP components) that can be used when operating the at least one fuel cell. As a rule, several fuel cells are combined to form a fuel cell stack. The fuel cell system further includes the separator plate disclosed herein.
Die Brennstoffzellen des Brennstoffzellensystems umfassen i.d.R. zwei Separatorplatten. Der ionenselektive Separator einer Brennstoffzelle ist i.d.R. jeweils zwischen zwei Separatorplatten angeordnet. Die eine Separatorplatte bildet zusammen mit dem ionenselektiven Separator die Anode aus. Die auf der gegenüberliegenden Seite des ionenselektiven Separators angeordnete weitere Separatorplatte bildet indes zusammen mit dem inonenselektiven Separator die Kathode aus. In den Separatorplatten sind bevorzugt Gaskanäle für Brennstoff bzw. für Oxidationsmittel vorgesehen.The fuel cells of the fuel cell system usually include two separator plates. The ion-selective separator of a fuel cell is usually arranged between two separator plates. One separator plate forms the anode together with the ion-selective separator. The further separator plate arranged on the opposite side of the ion-selective separator forms the cathode together with the ion-selective separator. Gas channels for fuel or oxidizing agents are preferably provided in the separator plates.
Die Separatorplatten können als Monopolarplatten und/oder als Bipolarplatten ausgebildet sein. Mit anderen Worten weist eine Separatorplatte zweckmäßig zwei Seiten auf, wobei die eine Seite zusammen mit einem ionenselektiven Separator eine Anode ausbildet und die zweite Seite zusammen mit einem weiteren ionenselektiven Separator einer benachbarten Brennstoffzelle eine Kathode.The separator plates can be designed as monopolar plates and/or bipolar plates. In other words, a separator plate expediently has two sides, one side forming an anode together with an ion-selective separator and the second side forming a cathode together with a further ion-selective separator of an adjacent fuel cell.
Zwischen den ionenselektiven Separatoren und den Separatorplatten sind i.d.R. noch sogenannte Gasdiffusionsschichten bzw. Gasdiffusionslagen (GDL) vorgesehen.So-called gas diffusion layers or gas diffusion layers (GDL) are usually provided between the ion-selective separators and the separator plates.
Die hier offenbarte Technologie umfasst ein Verfahren zur Herstellung einer Separatorplatte für eine Brennstoffzelle sowie eine Separatorplatte. Ferner umfasst die hier offenbarte Technologie ein Verfahren zur Herstellung des hier offenbarten Brennstoffzellensystems mit mehreren Brennstoffzellen. Das Verfahren zur Herstellung eines Brennstoffzellensystems umfasst den Schritt, wonach mehreren Separatorplatten mittels dem hier offenbarten Verfahren zur Herstellung einer Separatorplatte hergestellt sind.The technology disclosed herein includes a method for producing a separator plate for a fuel cell and a separator plate. Further, the technology disclosed herein includes a method of manufacturing the multiple fuel cell fuel cell system disclosed herein. The method for producing a fuel cell system includes the step of producing a plurality of separator plates using the method for producing a separator plate disclosed herein.
Das Verfahren umfasst zweckmäßig den Schritt: Befestigen von mindestens einem Kontaktelement an bzw. auf der Separatorplatte, wobei das Befestigen durch plastische Verformung erfolgt. Das Befestigen geschieht zweckmäßig vor dem Zusammenbau der Brennstoffzelle bzw. des Brennstoffzellenstapels.The method expediently includes the step: fastening at least one contact element to or on the separator plate, the fastening being carried out by plastic deformation. Fastening is expediently done before assembling the fuel cell or the fuel cell stack.
Das Kontaktelement ist also zweckmäßig ein separates Bauteil, das durch einen weiteren Schritt an die Separatorplatte montiert wird. Das Kontaktelement kann insbesondere durch Crimpen mit der Separatorplatte befestigt werden.The contact element is therefore expediently a separate component that is mounted on the separator plate in a further step. The contact element can be attached to the separator plate in particular by crimping.
Unter Crimpen versteht der Fachmann ein Fügeverfahren, bei dem zwei Komponenten durch plastische Verformung miteinander verbunden werden, beispielsweise durch Bördeln, Quetschen, Kräuseln oder Falten. Eine Crimpverbindung ist i.d.R. eine nicht lösbare Verbindung. In internationalen Normen und Vorschriften sind die Anforderungen an Crimpverbindungen spezifiziert, so etwa in
Die Separatorplatte kann mindestens einen Crimpbereich aufweisen. Der Crimpbereich ist insbesondere der plastisch verformbare Bereich bzw. die für das Crimpen vorgesehene plastisch verformbare Komponente der Separatorplatte. Das hier offenbarte Verfahren kann den Schritt umfassen, wonach sich der mindestens eine Crimpbereich plastisch verformt. Bevorzugt ist der mindestens eine Crimpbereich ausgebildet, nach dem Crimpen das Kontaktelement zumindest in einem Teilbereich des Kontaktelements vollständig zu umschließen.The separator plate can have at least one crimping area. The crimping area is in particular the plastically deformable area or the plastically deformable component of the separator plate intended for crimping. The method disclosed herein may include the step of plastically deforming the at least one crimp region. Preferably, the at least one crimping region is designed to completely enclose the contact element at least in a partial region of the contact element after crimping.
Ferner kann das hier offenbarte Verfahren den Schritt umfassen: Ausbilden des mindestens einen Crimpbereichs, beispielsweise durch Prägen, Stanzen und/oder Schweißen. Bevorzugt wird der Crimpbereich zeitgleich mit den Medienkanälen hergestellt. Beispielsweise kann ein Crimpbereich in der ursprünglichen Geometrie der Separatorplatte vorgesehen sein.Furthermore, the method disclosed here can include the step: forming the at least one crimping area, for example by embossing, punching and/or welding. The crimping area is preferably produced at the same time as the media channels. For example, a crimping area can be provided in the original geometry of the separator plate.
Das hier offenbarte Verfahren kann den Schritt umfassen, wonach der mindestens eine Crimpbereich im plastisch verformten Zustand (also nach dem Crimpen) benachbarte Teilbereiche aufweist. Bevorzugt können die benachbarten Teilbereiche stoffschlüssig miteinander verbunden werden. Benachbarte Teilbereiche sind zweckmäßig unmittelbar benachbart ausgebildet. Beispielsweise können es Teilbereiche sein, die direkt aneinander angrenzen, wobei zwischen ihnen ein maximaler Spalt ausgebildet sein kann, der durch die stoffschlüssige Verbindung zumindest bereichsweise geschlossen werden kann. Die benachbarten Teilbereiche können sich ferner überlappen. Stoffschlüssige Verbindungen sind dabei alle Verbindungen, bei denen die Verbindungspartner durch atomare oder molekulare Kräfte zusammengehalten werden. Sie sind insbesondere nicht lösbare Verbindungen, die sich nur durch Zerstörung der Verbindungsmittel trennen lassen. Zu den stoffschlüssigen Verbindungsverfahren zählen beispielsweise Löten, Schweißen und/oder Kleben. Nicht umfasst vom Begriff „stoffschlüssige Verbindung“ sind Ausgestaltungen, bei denen die Kontaktelemente gleichzeitig mit der Separatorplatte aus demselben Material bzw. aus dem Separatorplattenhalbzeug durch Umformen (z.B. eine „Separatorplatten-Sicke“) hergestellt sind.The method disclosed here may include the step whereby the at least one crimping region has adjacent partial regions in the plastically deformed state (i.e. after crimping). The adjacent subregions can preferably be connected to one another in a materially bonded manner. Adjacent subareas are expediently designed to be immediately adjacent. For example, there can be partial areas that directly adjoin one another, with a maximum gap being formed between them, which can be closed at least in areas by the cohesive connection. The neighboring subareas can also overlap. Cohesive connections are all connections in which the connection partners are held together by atomic or molecular forces. In particular, they are non-detachable connections that can only be separated by destroying the connecting means. The cohesive connection methods include, for example, soldering, welding and/or gluing. The term “cohesive connection” does not include configurations in which the contact elements are made simultaneously with the separator plate from the same material or from the semi-finished separator plate by forming (e.g. a “separator plate bead”).
Die benachbarten Teilbereiche werden bevorzugt mit demselben Werkzeug stoffschlüssig miteinander verbunden, mit dem auch verschiedene Komponenten einer Separatorplatte stoffschlüssig miteinander verbunden werden. Bei den verschiedenen Komponenten kann es sich insbesondere um verschiedene Lagen bzw. verschiedene Separatorbleche (i.d.R. Metallplatten mit einer Plattenmaterialdicke von weniger als 5 mm, bevorzugt weniger als 3 oder 1 mm) handeln, die miteinander verbunden werden, um die verschiedenen Medienkanäle auszubilden. Die benachbarten Teilbereiche können bevorzugt in demselben Verfahrensschritt stoffschlüssig miteinander verbunden werden, in dem auch die verschiedenen Komponenten einer Separatorplatte stoffschlüssig miteinander verbunden werdenThe adjacent partial areas are preferably connected to one another in a materially bonded manner using the same tool with which various components of a separator plate are also connected to one another in a materially bonded manner. The different components can in particular be different layers or different separator sheets (usually metal plates with a plate material thickness of less than 5 mm, preferably less than 3 or 1 mm), which are connected to one another in order to form the different media channels. The adjacent partial areas can preferably be connected to one another in a materially bonded manner in the same process step in which the various components of a separator plate are also connected to one another in a materially bonded manner
Die hier offenbarte Separatorplatte für eine Brennstoffzelle kann umfassen: mindestens ein Kontaktelement und mindestens einen Crimpbereich. Der Crimpbereich kann plastisch verformt sein und das Kontaktelement an die Separatorplatte fixieren. Die Separatorplatte kann ferner eine stoffschlüssige Verbindung aufweisen, wobei die stoffschlüssige Verbindung im plastisch verformten Zustand benachbarte Teilbereiche des Crimpbereichs miteinander verbinden kann. Überdies kann die hier offenbarte Separatorplatte auch Merkmale umfassen, die im Zusammenhang mit den hier offenbarten Verfahren näher beschrieben sind.The fuel cell separator plate disclosed herein may include: at least one contact element and at least one crimp area. The crimping area can be plastically deformed and fix the contact element to the separator plate. The separator plate can also have a cohesive connection, wherein the cohesive connection can connect adjacent portions of the crimp area to one another in the plastically deformed state. Furthermore, the separator plate disclosed here can also include features that are described in more detail in connection with the methods disclosed here.
Besonders bevorzugt umfasst das hier offenbarte Verfahren zur Herstellung einer Separatorplatte die Schritte:
- a. Ausbilden von mindestens einem Crimpbereich in mindestens einem Separatorblech einer Separatorplatte;
- b. Einlegen und Fixieren der Separatorbleche in einem Werkzeug; und
- c. Verschweißen der Separatorbleche und Verschweißen von elastisch verformten Teilbereichen des Crimpbereiches.
- a. Forming at least one crimping area in at least one separator sheet of a separator plate;
- b. Inserting and fixing the separator sheets in a tool; and
- c. Welding of the separator sheets and welding of elastically deformed parts of the crimping area.
Bevorzugt finden die Schritte a. bis c. in der angezeigten Reihenfolge statt, wobei die im Schritt c. zusammengefassten Schritte gleichzeitig oder sequentiell erfolgen können, bevorzugt mit derselben Schweißvorrichtung. Ferner umfasst das Verfahren bevorzugt den Schritt, wonach die Crimpbereiche nach dem Verfahrensschritt b. plastisch verformt werden, wodurch das Kontaktelement an die Separatorbleche fixiert wird.Steps a are preferred. to c. in the order shown, with the steps in step c. summarized steps can take place simultaneously or sequentially, preferably with the same Welding device. Furthermore, the method preferably includes the step after which the crimping areas after method step b. are plastically deformed, whereby the contact element is fixed to the separator sheets.
Das mindestens eine Kontaktelement kann als Kontaktstift oder als eine elektrische Leitung ausgebildet sein. Es handelt sich also bevorzugt um ein Element, das den elektrischen Strom gut leitet bzw. besser leitet als das sonstige Material der Separatorplatte. Bevorzugt sind die Separatorplatte und das Kontaktelement aus unterschiedlichen Materialien hergestellt. Das Kontaktelement kann beispielsweise aus Kupfer oder dessen Legierungen hergestellt sein. Insbesondere kann das Kontaktelement derart an der Separatorplatte vorgesehen sein, dass das Kontaktelement zumindest bereichsweise die Steifigkeit der Separatorplatte erhöht. Bevorzugt ist die Separatorplatte aus einem Metallblech hergestellt.The at least one contact element can be designed as a contact pin or as an electrical line. It is therefore preferably an element that conducts the electrical current well or conducts it better than the other material of the separator plate. The separator plate and the contact element are preferably made from different materials. The contact element can be made, for example, from copper or its alloys. In particular, the contact element can be provided on the separator plate in such a way that the contact element increases the rigidity of the separator plate at least in some areas. The separator plate is preferably made from a metal sheet.
Eine elektrische Leitung kann auch als elektrisches Kabel bezeichnet werden, insbesondere als ein mit Isolierstoffen ummantelter ein- oder mehradriger Verbund von Adern (Einzelleitungen), welcher der Übertragung von Energie und/oder Information dient. Ebenso kann eine in einem Flexleiter bzw. Flexkabel eingebettete elektrische Leitung mit umfasst sein.An electrical line can also be referred to as an electrical cable, in particular as a single- or multi-core assembly of wires (individual lines) coated with insulating materials and used to transmit energy and/or information. An electrical line embedded in a flex conductor or flex cable can also be included.
Das mindestens eine Kontaktelement kann ein freies Ende aufweisen. Das freie Ende des Kontaktelementes ist dabei das Ende des Kontaktelementes, das nicht an der Separatorplatte befestigt ist. Am freien Ende können insbesondere eine Phase und/oder eine Rundung vorgesehen sein. Eine solche Phase und/oder Rundung kann bewirken, dass ein Stecker leichter aufgesetzt werden kann. Ferner kann sich die Gefahr reduzieren, dass sich der Kontaktstift bei der Montage eines Steckers deformiert. Es kann also vorteilhaft fehlersicherer und schneller montiert werden.The at least one contact element can have a free end. The free end of the contact element is the end of the contact element that is not attached to the separator plate. In particular, a phase and/or a curve can be provided at the free end. Such a phase and/or rounding can make a plug easier to put on. Furthermore, the risk of the contact pin being deformed when installing a plug can be reduced. It can therefore advantageously be installed more reliably and quickly.
Gemäß der hier offenbarten Technologie kann das mindestens eine Kontaktelement vor dem Zusammenbau der Brennstoffzelle, insbesondere vor dem Zusammenbau des Brennstoffzellenstapels, befestigt werden. Mit anderen Worten werden also erst die Kontaktelemente an die Separatorplatten angebracht und anschließend die Komponenten des Brennstoffzellenstapels gestapelt. Dabei können zunächst einzeln die Brennstoffzellen erstellt werden und anschließend die Einzelzellen geschichtet werden. Bevorzugt entstehen die einzelnen Brennstoffzellen erst beim Zusammenführen der Komponenten des Brennstoffzellenstapels. Das Zusammensetzen der Separatorplatten und der weiteren Komponenten zu einem Brennstoffzellenstapel erfolgt also nach dem Befestigen des Kontaktelementes auf der Separatorplatte. Zweckmäßig werden jedoch Bipolarplatten eingesetzt.According to the technology disclosed here, the at least one contact element can be attached before assembling the fuel cell, in particular before assembling the fuel cell stack. In other words, first the contact elements are attached to the separator plates and then the components of the fuel cell stack are stacked. The fuel cells can first be created individually and then the individual cells can be layered. The individual fuel cells are preferably only created when the components of the fuel cell stack are brought together. The separator plates and the other components are put together to form a fuel cell stack after the contact element has been fastened to the separator plate. However, bipolar plates are expediently used.
Das mindestens eine Kontaktelement kann insbesondere derart angeordnet und ausgebildet sein, dass das Kontaktelement direkt oder indirekt mit einem Zellüberwachungssystem verbindbar ist. Das Zellüberwachungssystem (en.: cell voltage monitoring system bzw. CVM-System) kann ausgebildet sein, den Zustand von mindestens einer Zelle zu überwachen. I.d.R. überwacht es den Zustand von einer Vielzahl an Brennstoffzellen. Überwachen bedeutet in diesem Zusammenhang, dass das System direkt oder indirekt den Zustand der überwachten Zellen bestimmen kann. Vorteilhaft kann somit eine auftretende Degradation bzw. ein Zellausfall frühzeitig erkannt und entsprechende Gegenmaßnahmen eingeleitet werden. Es kann dadurch eventuell die Lebensdauer in einem gewissen Rahmen erhöht werden und/oder durch geeignete Gegenmaßnahmen die Performance der Zellgesamtheit gesteigert werden.The at least one contact element can in particular be arranged and designed in such a way that the contact element can be connected directly or indirectly to a cell monitoring system. The cell monitoring system (en.: cell voltage monitoring system or CVM system) can be designed to monitor the state of at least one cell. It usually monitors the condition of a large number of fuel cells. In this context, monitoring means that the system can directly or indirectly determine the status of the monitored cells. This means that any degradation or cell failure that occurs can advantageously be detected early on and appropriate countermeasures can be initiated. This can potentially increase the service life to a certain extent and/or increase the performance of the cell as a whole through suitable countermeasures.
Vorteilhaft kann mindestens eine Messgröße direkt oder indirekt erfasst werden. Die Messgröße kann insbesondere die elektrische Spannung der überwachten Zelle sein. Vorteilhaft werden die Einzelzellspannungen von mehreren bzw. allen Zellen sowie die Gesamtspannung ermittelt. Bevorzugt wird ferner der durch den Brennstoffzellenstapel fließende Strom bestimmt. Aus den gemessenen Spannungen kann das CVM-System beispielsweise einen der folgenden Werte bestimmen: Min-, Max- und Mittelwert der Einzelzellspannung. Vorteilhaft können somit Spannungsabweichungen zwischen den Einzelzellen bzw. zu einem Mittelwert der Einzelzellspannungen erkannt werden. Bevorzugt werden weitere Einzelzellanalyseverfahren durchgeführt, wie beispielsweise eine Impedanzberechnung (z.B: elektrochemische Impedanzspektroskopie).Advantageously, at least one measurement variable can be recorded directly or indirectly. The measured variable can in particular be the electrical voltage of the monitored cell. The individual cell voltages of several or all cells as well as the total voltage are advantageously determined. The current flowing through the fuel cell stack is also preferably determined. From the measured voltages, the CVM system can, for example, determine one of the following values: minimum, maximum and average value of the individual cell voltage. Voltage deviations between the individual cells or from an average of the individual cell voltages can thus advantageously be detected. Further single cell analysis methods are preferably carried out, such as an impedance calculation (e.g.: electrochemical impedance spectroscopy).
Insbesondere können die einzelnen, mehreren oder alle Kontaktelemente nach dem Zusammensetzen der Komponenten zu einem Brennstoffzellenstapel an das Zellüberwachungssystem angeschlossen werden. Dabei erleichtern die Kontaktelemente das Kontaktieren der Separatorplatten. Die Kontaktelemente können als elektrische Leitungen ausgebildet sein. Die freien Enden der elektrischen Leitungen können nach dem Zusammensetzen gehalten werden. Eine Positioniervorrichtung, beispielsweise eine Art Kamm, kann ausgebildet sein, die einzelnen Leitungen (insbesondere deren freien Enden) zu greifen bzw. genau zu positionieren. Die gehaltenen freien Enden können dann direkt oder indirekt mit einem Zellüberwachungssystem verbunden werden. Somit kann vorteilhaft eine einfache, fehlersichere und kostengünstige Montage eines CVM-Systems realisiert werden. Die Kontaktelemente können beispielsweise über ein Steckerelement mit dem Zellüberwachungssystem verbunden werden, wobei das Steckerelement ausgebildet ist, Kontaktelemente von verschiedenen Separatorplatte zu kontaktieren.In particular, the individual, several or all contact elements can be connected to the cell monitoring system after the components have been assembled to form a fuel cell stack. The contact elements make it easier to contact the separator plates. The contact elements can be designed as electrical lines. The free ends of the electrical cables can be held after assembly. A positioning device, for example a type of comb, can be designed to grip or precisely position the individual lines (in particular their free ends). The retained free ends can then be connected directly or indirectly to a cell monitoring system. This means that a simple, fail-safe and cost-effective installation of a CVM system can be advantageously realized. The contact elements can, for example, have a plug element can be connected to the cell monitoring system, the plug element being designed to contact contact elements of different separator plates.
Bevorzugt weist die mindestens eine Separatorplatte mindestens eine Aussparung auf. Die mindestens eine Aussparung kann derart angeordnet und ausgebildet sein, dass die mindestens eine Aussparung einen Bereich ausspart, in dem mindestens ein Kontaktelement mindestens einer benachbarten Separatorplatte angeordnet ist. Mindestens ein Kontaktelement mindestens einer benachbarten Separatorplatte kann insbesondere derart ausgebildet und angeordnet sein, dass das mindestens eine Kontaktelement bzw. der mindestens eine Crimpbereich zumindest teilweise in die Aussparung hineinragt. Als Aussparung ist in diesem Zusammenhang auch anzusehen, wenn die Separatorplatte insgesamt verkürzt ausgebildet ist (d.h. über die gesamte Seite ausgespart). Somit lässt sich vorteilhaft der Platz zur Kontaktierung der Kontaktstifte durch ein Steckerelement vergrößern und/oder der benötigte Bauraum für den Brennstoffzellenstapel reduzieren.The at least one separator plate preferably has at least one recess. The at least one recess can be arranged and designed in such a way that the at least one recess leaves out an area in which at least one contact element of at least one adjacent separator plate is arranged. At least one contact element of at least one adjacent separator plate can in particular be designed and arranged such that the at least one contact element or the at least one crimping area projects at least partially into the recess. In this context, a recess can also be considered if the separator plate is shortened overall (i.e. recessed over the entire side). The space for contacting the contact pins using a plug element can thus advantageously be increased and/or the required installation space for the fuel cell stack can be reduced.
Mit anderen Worten betrifft die hier offenbarte Technologie ein Verfahren, bei dem insbesondere ein Randbereich einer Bipolarplatte als Crimpelement ausgeführt sein kann. An dieses Crimpelement kann direkt das Kabel für die Zellspannungsüberwachung angebracht werden. Dies kann entweder am Rand der Bipolarplattenstruktur oder in einer gegenüber den Seitenrand der Bipolarplatte zurückversetzten Struktur ausgestaltet sein. In der Produktion kann eine Vorprägung der Crimpkontur beim Einlegen in die Verschweißwerkzeuge vorgesehen werden. Die Gesamtschließung des Crimps kann bevorzugt mit einer Laserpunktverstärkung erfolgen, beispielsweise auch durch die Werkzeugschließung beim Schweißen und bei gleichzeitiger Beigabe des Kabels. Die hier offenbarte Technologie erlaubt definiertere und fehlersichere Kontakte und somit bessere Messergebnisse. Ferner kann mit dem hier offenbarten Verfahren die Anzahl an Stecker und Steckergehäuse (vgl.
Die hier offenbarte Technologie wird nun anhand der Figuren erläutert. Es zeigen:
-
1 eine schematische Seitenansicht desBrennstoffzellenstapels 100; -
2 eine schematische Draufsicht auf eine Bipolarplatte 14; -
3 eine schematische Detailansicht einer Bipolarplatte 14; -
4 eine schematische Detailansicht einer Bipolarplatte 14; -
5 eine schematische Detailansicht eines Crimpbereichs 140; -
6 eine schematische Detailansicht eines Crimpbereichs 140; und -
7 bis 9 verschiedene Ausgestaltungen in einer schematischen Seitenansicht einesBrennstoffzellenstapels 100.
-
1 a schematic side view of thefuel cell stack 100; -
2 a schematic top view of abipolar plate 14; -
3 a schematic detailed view of abipolar plate 14; -
4 a schematic detailed view of abipolar plate 14; -
5 a schematic detailed view of a crimpingarea 140; -
6 a schematic detailed view of a crimpingarea 140; and -
7 to 9 various embodiments in a schematic side view of afuel cell stack 100.
Die
Die
Die
Die
Die
Die
Die
Die
Voranstehend Figuren zeigen exemplarisch die hier offenbarte Technologie. Die hier offenbarte Technologie ist aber nicht auf die in den Figuren gezeigten konkreten Ausgestaltungen beschränkt. Beispielsweise können anstatt Bipolarplatten auch Monopolarplatten eingesetzt werden. Die Offenbarung bzgl. einer Bipolarplatte ist also auch auf eine Monopolarplatte anwendbar. Diese beiden Plattenarten können verallgemeinert als Separatorplatten bezeichnet werden. Sofern hier von einer Separatorplatte die Rede ist soll dies immer eine Monopolarplatte und auch eine Bipolarplatte mit umfassen. Insbesondere können die gezeigten Ausführungsbeispiele alle ebenfalls mit elektrischen Leitungen ausgebildet werden. Das Kontaktelement, der Crimpbereich sowie die Aussparung können ebenso nicht in einem Eckbereich, sondern in einem Mittenbereich einer Bipolarplattenseite angeordnet sein. Ferner kann zwischen einem Kontaktelement und einer unmittelbar benachbarten Separatorplatte ein Isolator angeordnet sein, der bevorzugt Teil eines Subframes (=Mittel zum Halten der MEA) ist.The figures above show examples of the technology disclosed here. However, the technology disclosed here is not limited to the specific embodiments shown in the figures. For example, monopolar plates can also be used instead of bipolar plates. The disclosure regarding a bipolar plate is therefore also applicable to a monopolar plate. These two types of plates can be generally referred to as separator plates. If we are talking about a separator plate, this should always include a monopolar plate and also a bipolar plate. In particular, the exemplary embodiments shown can all also be designed with electrical lines. The contact element, the crimping area and the recess can also not be arranged in a corner area, but in a central area of a bipolar plate side. Furthermore, an insulator can be arranged between a contact element and an immediately adjacent separator plate, which is preferably part of a subframe (=means for holding the MEA).
Die vorhergehende Beschreibung der vorliegenden Erfindung dient nur zu illustrativen Zwecken und nicht zum Zwecke der Beschränkung der Erfindung. Im Rahmen der Erfindung sind verschiedene Änderungen und Modifikationen möglich, ohne den Umfang der Erfindung sowie ihrer Äquivalente zu verlassen.The foregoing description of the present invention is for illustrative purposes only and not for the purpose of limiting the invention. Various changes and modifications are possible within the scope of the invention without departing from the scope of the invention and its equivalents.
BezugszeichenlisteReference symbol list
- 101, 102, 103, 104101, 102, 103, 104
- BrennstoffzelleFuel cell
- 12, 12', 12''12, 12', 12''
- MEAMEA
- 14, 14', 14''14, 14', 14''
- SeparatorplatteSeparator plate
- 15, 15', 15''15, 15', 15''
- KontaktelementContact element
- 1717
- Dichtungpoetry
- 18, 18', 18''18, 18', 18''
- Aussparungrecess
- 2020
- Stromabnehmerpantograph
- 3030
- EndplattenEnd plates
- 4040
- SteckerelementConnector element
- 4242
- KlemmelementClamping element
- 100100
- BrennstoffzellenstapelFuel cell stack
- 130130
- BrennstoffzufuhrkanalFuel supply channel
- 140, 140', 140''140, 140', 140''
- Crimpbereichcrimping area
- 142142
- TeilbereichSub-area
- 144144
- StegbereichJetty area
- 150150
- BrennstoffabfuhrkanalFuel discharge channel
- 160160
- OxidationszufuhrkanalOxidation feed channel
- 170170
- KühlmittelzufuhrkanalCoolant supply channel
- 180180
- OxidationsabfuhrkanalOxidation removal channel
- 190190
- KühlmittelabfuhrkanalCoolant discharge channel
- 152, 154152, 154
- freies Endefree ending
- 156156
- festes Endefixed end
- 400400
- ZellüberwachungssystemCell monitoring system
- RR
- Randedge
- KK
- KammComb
Claims (11)
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-
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DIN EN 60352-2 |
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