DE102016206544B4

DE102016206544B4 - Connection system for connecting several separator plates

Info

Publication number: DE102016206544B4
Application number: DE102016206544.0A
Authority: DE
Inventors: Stefan Haase; Marco Hausrath; Florian Kriesch
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2016-04-19
Filing date: 2016-04-19
Publication date: 2018-03-15
Anticipated expiration: 2036-04-20
Also published as: DE102016206544A1

Abstract

Verbindungssystem zum Anschluss von mehreren Separatorplatten (Si) eines Brennstoffzellenstapels an mindestens ein Zellüberwachungssystem, wobei das Verbindungssystem mindestens zwei Verbindungselemente (100a, 100b, 100c) umfasst; wobei die Verbindungselemente (100a, 100b, 100c) derart ausgebildet sind, dass zwei unmittelbar benachbarte Verbindungselemente (100a, 100b, 100c) über eine Formschlussverbindung (120) miteinander verbindbar sind, wobei die Formschlussverbindung (120) mindestens einen Vorsprung (122) umfasst, der einen Aufnahmebereich (124) hintergreift, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorsprung (122) und der Aufnahmebereich (124) so dimensioniert sind, dass mindestens zwei Separatorplatten (Si) ausgelassen werden, falls der Vorsprung (122) und der Aufnahmebereich (124) während der Montage nicht ineinander greifen.A connection system for connecting a plurality of separator plates (Si) of a fuel cell stack to at least one cell monitoring system, wherein the connection system comprises at least two connection elements (100a, 100b, 100c); wherein the connecting elements (100a, 100b, 100c) are designed such that two directly adjacent connecting elements (100a, 100b, 100c) can be connected to one another via a form-locking connection (120), wherein the form-locking connection (120) comprises at least one projection (122), engages behind a receiving area (124), characterized in that the projection (122) and the receiving area (124) are dimensioned such that at least two separator plates (Si) are omitted if the projection (122) and the receiving area (124) during the assembly does not interlock.

Description

Die hier offenbarte Technologie betrifft ein Verbindungssystem zum Anschluss von mehreren Separatorplatten sowie ein Brennstoffzellensystem mit einem solchen Verbindungssystem für ein Zellüberwachungssystem. Systeme zur Zellüberwachung (en. cell voltage monitoring system bzw. CVM-System) sind bereits bekannt. Ein CVM-System überwacht i. d. R. die elektrischen Parameter der Einzelzellen und des gesamten Brennstoffzellenstacks. Beispielsweise sind solche CVM-Systeme offenbart in den Druckschriften WO 2007 102031 A1 und WO 2005 069026 A1 .The technology disclosed herein relates to a connection system for connecting a plurality of separator plates and a fuel cell system having such a connection system for a cell monitoring system. Systems for cell monitoring (CVM system) are already known. As a rule, a CVM system monitors the electrical parameters of the individual cells and of the entire fuel cell stack. For example, such CVM systems are disclosed in the references WO 2007 102031 A1 and WO 2005 069026 A1 ,

Die Verbindungselemente, die auf den Separatorplatten des Brennstoffzellensystems aufgesteckt werden, müssen dabei exakt am Brennstoffzellenstack positioniert werden, damit die Parameter der Einzelzellen des Brennstoffzellensystems richtig ausgewertet werden können. Die einzelnen Separatorplatten sind eng beabstandet zueinander angeordnet. Es kann daher vorkommen, dass eine Separatorplatte beim Aufstecken der Verbindungsstecker ausgelassen wird. Diese ausgelassene Separatorplatte wird dann nicht ausgemessen, was insgesamt zu falschen Messergebnissen führen kann. Je nach Design der Zellüberwachung ist auch eine Doppelkontaktierung einzelner Separatorplatten unerwünscht.The connecting elements, which are plugged onto the separator plates of the fuel cell system, must be positioned exactly on the fuel cell stack so that the parameters of the individual cells of the fuel cell system can be correctly evaluated. The individual separator plates are arranged closely spaced from one another. It may therefore happen that a Separatorplatte is omitted when attaching the connector. This omitted separator plate is then not measured, which can lead to incorrect measurement results. Depending on the design of cell monitoring, double contacting of individual separator plates is undesirable.

Die Druckschriften JP 2002 313 399 A , JP 2006 216 486 A , DE 10 2007 003 506 A1 und US 6 179 650 B1 offenbaren weiteren Stand der Technik.The pamphlets JP 2002 313 399 A . JP 2006 216 486 A . DE 10 2007 003 506 A1 and US Pat. No. 6,179,650 B1 disclose further prior art.

Es ist eine Aufgabe der hier offenbarten Technologie, die Nachteile der vorbekannten Lösungen zu verringern oder zu beheben. Insbesondere ist es eine Aufgabe der hier offenbarten Technologie, platzsparend, kostengünstig und/oder fehlersicher eine falsche Montage der Verbindungselemente zu vermeiden. Weitere Aufgaben ergeben sich aus den vorteilhaften Effekten der hier offenbarten Technologie. Die Aufgabe(n) wird/werden gelöst durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1. Die abhängigen Ansprüche stellen bevorzugte Ausgestaltungen dar.It is an object of the technology disclosed herein to reduce or eliminate the disadvantages of the prior art solutions. In particular, it is an object of the technology disclosed here, space-saving, cost-effective and / or fail-safe to avoid incorrect installation of the connecting elements. Other objects arise from the beneficial effects of the technology disclosed herein. The object (s) is / are solved by the subject matter of claim 1. The dependent claims are preferred embodiments.

Die hier offenbarte Technologie betrifft ein Verbindungssystem zum Anschluss von mehreren Separatorplatten eines Brennstoffzellenstapels an mindestens ein Zellüberwachungssystem.The technology disclosed herein relates to a connection system for connecting a plurality of separator plates of a fuel cell stack to at least one cell monitoring system.

Die hier offenbarte Technologie betrifft auch ein Brennstoffzellensystem mit mehreren Brennstoffzellen. Das Brennstoffzellensystem ist beispielsweise für mobile Anwendungen wie Kraftfahrzeuge gedacht, insbesondere zur Bereitstellung der Energie für mindestens eine Antriebsmaschine zur Fortbewegung des Kraftfahrzeugs. Die Brennstoffzelle umfasst eine Anode und eine Kathode, die durch einen ionenselektiven bzw. ionenpermeablen Separator getrennt sind. In der Regel sind mehrere Brennstoffzellen zu einem Brennstoffzellenstapel bzw. Stack zusammengefasst. 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. 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 technology disclosed herein also relates to a fuel cell system having a plurality of fuel cells. The fuel cell system is intended, for example, for mobile applications such as motor vehicles, in particular for providing the energy for at least one drive machine for locomotion of the motor vehicle. The fuel cell includes an anode and a cathode separated by an ion-selective or ion-permeable separator. As a rule, several fuel cells are combined to form a fuel cell stack or stack. The fuel cells of the fuel cell system include i. d. R. two separator plates. The ion-selective separator of a fuel cell is i. d. R. each disposed between two separator plates. The 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, however, forms the cathode together with the ion-selective separator. Gas channels for fuel or for oxidants are preferably provided in the separator plates. The separator plates can be designed as monopolar plates and / or as 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 another ion-selective separator of an adjacent fuel cell.

Das hier offenbarte Brennstoffzellensystem umfasst zweckmäßig das hier offenbarte Zellüberwachungssystem. 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 fuel cell system disclosed herein suitably includes the cell monitoring system disclosed herein. The cell monitoring system (CVM) may be configured to monitor the condition of at least one cell. I. d. R. monitors the condition of a variety of fuel cells. Monitoring in this context means that the system can directly or indirectly determine the state of the monitored cells. Advantageously, an occurring degradation or a cell failure can be detected early and appropriate countermeasures initiated. It may possibly increase the life span to a certain extent and / or increase the performance of the cell population by means of 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 Brennstoffzellenstack fließende Strom bestimmt. Aus den gemessenen Spannungen kann das CVM-System beispielsweise einen der folgenden Werte bestimmen: Min-, Max- und Mittelwert der Einzelzellspannung.Advantageously, at least one measured variable can be detected directly or indirectly. The measured variable may in particular be the electrical voltage of the monitored cell. Advantageously, the single cell voltages of several or all cells and the total voltage are determined. Preferably, the current flowing through the fuel cell stack is further determined. From the measured voltages, the CVM system can determine, for example, one of the following values: minimum, maximum and mean value of the single-cell voltage.

Bevorzugt umfasst das Zellüberwachungssystem mindestens ein Zellüberwachungsmodul, dass mit dem hier offenbarten Verbindungselement verbunden werden kann. Das Zellüberwachungsmodul kann beispielsweise einen Analog-Digital Wandler umfassen, der ein analoges Signal einer Brennstoffzelle in ein digitales Signal umwandelt. Z. B. kann als analoges Eingangssignal die Spannung erfasst werden, die in ein digitales Signal, z. B. ein 12-Bit Signal konvertiert wird. Vorteilhaft kann das Modul mindestens einen Multiplexer umfassen. Der Multiplexer kann ausgebildet sein, die Messsignale der einzelnen Brennstoffzellen einer Zellgruppe zu erfassen und diese analogen Signale dann dem Analog-Digital-Wandler zu senden. Eine solche Einheit kann beispielsweise als Analog Digital Converter Modul (ADC-Modul) bezeichnet werden. Im Falle einer Brennstoffzelle kann man auch von einem Fuel Cell Supervisory Circuit (FCSC) sprechen. Bevorzugt kann das Zellüberwachungsmodul weitere Analysefunktionalitäten des Zellüberwachungssystems umfassen, insbesondere durch Betrachtung von Differenzspannungen benachbarter Separatoren.Preferably, the cell monitoring system comprises at least one cell monitoring module that can be connected to the connector disclosed herein. For example, the cell monitoring module may include an analog-to-digital converter that converts an analog signal of a fuel cell into a digital signal. For example be detected as an analog input signal, the voltage in a digital signal, eg. B. a 12-bit signal is converted. Advantageously, the module may comprise at least one multiplexer. The multiplexer may be configured to detect the measurement signals of the individual fuel cells of a cell group and then to send these analog signals to the analog-to-digital converter. Such a unit may be referred to, for example, as an Analog Digital Converter Module (ADC module). In the case of a fuel cell, one can also speak of a Fuel Cell Supervisory Circuit (FCSC). The cell monitoring module may preferably comprise further analysis functionalities of the cell monitoring system, in particular by consideration of differential voltages of adjacent separators.

Das hier offenbarte Zellüberwachungssystem umfasst vorteilhaft auch das hier offenbarte Verbindungssystem.The cell monitoring system disclosed herein advantageously also includes the connection system disclosed herein.

Das hier offenbarte Verbindungssystem umfasst mindestens zwei Verbindungselemente. Die Verbindungselemente können auch als Verbindungsstecker bezeichnet werden, die eine Verbindung zwischen Komponenten des Zellüberwachungssystems und den Separatorplatten des Brennstoffzellensystems herstellen, beispielsweise indem das Verbindungselement auf die mehreren Separatorplatten aufgesteckt wird. Nachstehend ist vereinfachend vom Verbindungselement die Rede, wobei der Begriff zeitgleich einen Verbindungsstecker mit umfassen soll.The connection system disclosed herein comprises at least two connecting elements. The connecting elements may also be referred to as connecting plugs, which establish a connection between components of the cell monitoring system and the separator plates of the fuel cell system, for example by the connecting element being attached to the plurality of separator plates. Below is simplifying the connection element, the term is to include a connector with at the same time.

Die Verbindungselemente umfassen mehrere Kontaktelemente. Die Kontaktelemente sind ausgebildet, zu den Separatorplatten des Brennstoffzellensystems einen elektrischen Kontakt herzustellen. Hierzu können bspw. vorbekannte elastische Klemmen eingesetzt werden, die jeweils über zwei elastische Klemmarme verfügen, zwischen denen eine Separatorplatte elektrisch kontaktierend einklemmbar ist.The connecting elements comprise a plurality of contact elements. The contact elements are designed to make electrical contact with the separator plates of the fuel cell system. For this purpose, for example, previously known elastic clamps can be used, each having two elastic clamping arms, between which a separator plate is electrically contacting clamped.

Jedes Verbindungselement kann mindestens zwei Kontaktreihen aufweisen. Jede Kontaktreihe kann über mehrere Kontaktelemente verfügen. Die Verbindungselemente sind bevorzugt derart ausgebildet und anordenbar, dass im montierten Zustand der Verbindungselemente auf den Brennstoffzellenstapel bzw. auf den mehreren Separatorplatten mindestens eine Separatorplatte jeweils mit zwei unmittelbar benachbarten Verbindungselementen verbindbar ist. Es sind aber ebenso Verbindungssysteme vorstellbar, bei denen jede Separatorplatte nur von einem Kontaktelement kontaktiert werden kann.Each connecting element may have at least two rows of contacts. Each contact row can have several contact elements. The connecting elements are preferably designed and can be arranged such that in the mounted state of the connecting elements on the fuel cell stack or on the plurality of separator plates, at least one separator plate can be connected to two directly adjacent connecting elements. However, connecting systems are also conceivable in which each separator plate can only be contacted by one contact element.

Die Verbindungselemente sind derart ausgebildet, dass sie in einer Richtung senkrecht zum Rand der Separatorplatte auf die Separatorplatte aufschiebbar bzw. aufschwenkbar ausgebildet sind. Diese Aufsteckrichtung senkrecht zum Rand der Separatorplatte und parallel zur Separatorplattenebene wird nachstehend als X-Richtung bezeichnet. Die Brennstoffzellenstapellängsachse A-A, also die Richtung, in die die Einzelzellen des Brennstoffzellenstapels übereinandergestapelt werden, wird nachstehend auch als Z-Richtung bezeichnet. Die Richtung senkrecht zur x-Richtung und Z-Richtung wird hier als Y-Richtung bezeichnet. Mit anderen Worten ist die Y-Richtung die Richtung entlang des Rands der Separatorplatte.The connecting elements are designed such that they are designed to be pushed or swiveled onto the separator plate in a direction perpendicular to the edge of the separator plate. This mounting direction perpendicular to the edge of the separator plate and parallel to the Separatorplattenebene is hereinafter referred to as the X direction. The fuel cell stack longitudinal axis A-A, that is, the direction in which the single cells of the fuel cell stack are stacked on each other, is also referred to as the Z direction below. The direction perpendicular to the x-direction and the z-direction is referred to herein as the y-direction. In other words, the Y direction is the direction along the edge of the separator plate.

Die Verbindungselemente können derart ausgebildet sein, dass sie in einer Verbindungselementenreihe anordenbar sind, wobei gleichzeitig mindestens eine Separatorplatte jeweils mit zwei unmittelbar benachbarten Verbindungselementen verbindbar ist. Eine Verbindungselementenreihe ist eine Reihe an hintereinander angeordneten Verbindungselementen, die in Z-Richtung gesehen zweckmäßig miteinander fluchtend angeordnet sind. Die Verbindungselemente der Verbindungselementenreihe können aber auch leicht überlappend bzw. leicht lateral versetzt nebeneinander angeordnet sein, sodass sie in Z-Richtung gesehen nicht ganz fluchten. Nicht als eine Verbindungselementenreihe anzusehen ist indes eine Ausgestaltung, bei der die Verbindungselemente in zwei getrennten Reihen angeordnet sind, die nicht zumindest teilweise überlappend angeordnet sind. Die hier offenbarte Ausgestaltung mit einer Verbindungselementenreihe weist den Vorteil auf, dass sich mit ihr ein besonders kompakter Aufbau realisieren lässt.The connecting elements can be designed such that they can be arranged in a row of connecting elements, wherein at least one separator plate can be connected to two directly adjacent connecting elements at the same time. A row of connecting elements is a row of connecting elements arranged one behind the other, which are expediently aligned with one another as seen in the Z direction. However, the connecting elements of the connecting element row can also be arranged slightly overlapping or slightly laterally offset next to one another so that they are not completely aligned in the Z direction. However, not to be regarded as a row of connecting elements is an embodiment in which the connecting elements are arranged in two separate rows which are not arranged at least partially overlapping. The embodiment disclosed here with a row of connecting elements has the advantage that a particularly compact construction can be realized with it.

Als Kontaktreihe sind die Kontaktelemente eines Verbindungselements anzusehen, die wiederum hintereinander fluchtend in Z-Richtung gesehen angeordnet sind, wobei jedes Kontaktelement einer Kontaktreihe dazu ausgebildet ist, eine andere Separatorplatte zu kontaktieren. Bevorzugt sind die Kontaktreihen eines Verbindungselementes in Y-Richtung lateral versetzt und insbesondere nicht ineinandergreifend angeordnet. Dies hat den Vorteil, dass trotz des relativ engen Abstands der einzelnen Separatorplatten vergleichsweise viel Bauraum zur Verfügung steht, um die einzelnen Kontaktelemente auszubilden.As contact row, the contact elements of a connecting element are to be considered, which in turn are arranged one behind the other in alignment in the Z direction, wherein each contact element of a row of contacts is adapted to contact another separator plate. Preferably, the rows of contacts of a connecting element in the Y direction are laterally offset and in particular not arranged intermeshing. This has the advantage that despite the relatively close spacing of the individual separator plates comparatively much space is available to form the individual contact elements.

Die äußeren Kontaktelemente von unmittelbar benachbarten Verbindungselementen, die jeweils mit derselben Separatorplatte verbindbar sind, können in Y-Richtung gesehen miteinander fluchtend angeordnet sein. Diese fluchtende Anordnung der äußeren Kontaktelemente ermöglicht es, planare Separatorplatten einzusetzen, die sich vergleichsweise einfach herstellen lassen. Ferner kann somit der Bauraum besser ausgenutzt werden. Die äußeren Kontaktelemente eines Verbindungselementes sind dabei diejenigen Kontaktelemente, die im Verbindungselement in Z-Richtung gesehen am weitesten außen liegen. Mit anderen Worten sind es diejenigen Kontaktelemente, die die äußersten Separatorplatten kontaktieren, die noch von einem Verbindungselemente umfasst sind. Die äußeren Kontaktelemente von unmittelbar benachbarten Verbindungselementen, die mit derselben Separatorplatte verbindbar sind, gehören bevorzugt zu unterschiedlichen Kontaktreihen. Unterschiedliche Kontaktreihen sind dabei Kontaktreihen, die in Y-Richtung versetzt zueinander angeordnet sind.The outer contact elements of immediately adjacent connecting elements, which can be connected to the same separator plate in each case, can be arranged in alignment with one another in the Y direction. This aligned arrangement of the outer contact elements makes it possible to use planar separator plates, which can be produced comparatively easily. Furthermore, thus, the space can be better utilized. The outer contact elements of a connecting element are those contact elements that in Fastener seen in the Z direction lying outermost. In other words, it is the contact elements that contact the outermost separator plates, which are still covered by a connecting element. The outer contact elements of immediately adjacent connecting elements, which are connectable to the same separator plate, preferably belong to different rows of contacts. Different rows of contacts are rows of contacts that are offset from each other in the Y direction.

Die Kontaktelemente eines Verbindungselementes, die unmittelbar benachbarte Separatorplatten kontaktieren, können insbesondere jeweils Kontaktelemente von unterschiedlichen Kontaktreihen sein. Besonders bevorzugt umfasst das Verbindungselement zwei Kontaktreihen, wobei in Z-Richtung gesehen immer abwechselnd ein Kontaktelement zur ersten Kontaktreihe oder zur zweiten Kontaktreihe zugehörig ist.The contact elements of a connecting element which contact directly adjacent separator plates may, in particular, each be contact elements of different contact rows. Particularly preferably, the connecting element comprises two rows of contacts, wherein viewed in the Z direction always alternately a contact element to the first row of contacts or the second row of contacts is associated.

Die Verbindungselemente sind derart ausgebildet, dass im montierten Zustand der Verbindungselemente auf dem Brennstoffzellenstapel zwei unmittelbar benachbarte Verbindungselemente über eine durch die unmittelbar benachbarten Verbindungselemente ausgebildete Formschlussverbindung miteinander verbunden sind. Die mindestens zwei unmittelbar benachbarten Verbindungselemente sind also über ihre Formschlussverbindung miteinander verbindbar ausgebildet. Insbesondere ist die Formschlussverbindung eine reversibel lösbare Formschlussverbindung.The connecting elements are designed such that in the mounted state of the connecting elements on the fuel cell stack, two directly adjacent connecting elements are connected to one another via a form-locking connection formed by the directly adjacent connecting elements. The at least two immediately adjacent connecting elements are thus formed connectable to each other via their positive connection. In particular, the positive connection is a reversibly releasable positive connection.

Die Formschlussverbindung ist insbesondere ausgebildet, die relative Position der zwei unmittelbar benachbarten Verbindungselemente zueinander in Richtung der Brennstoffzellenstapellängsachse A-A während der Montage zu definieren. Die Formschlussverbindung ist i. d. R. geeignet, eine Relativbewegung der zwei unmittelbar benachbarten Verbindungselemente in Richtung der Brennstoffzellenstapellängsachse A-A zu unterbinden und gleichzeitig eine Relativbewegung der zwei unmittelbar benachbarten Verbindungselemente in einer Richtung senkrecht zur Brennstoffzellenstapellängsachse zu ermöglichen, insbesondere eine Relativbewegung in Y-Richtung. Vorteilhaft kann somit ein Verbindungselement ausgetauscht werden, ohne dass alle anderen Verbindungselemente ebenfalls demontiert werden müssen. Die durch die zwei unmittelbar benachbarten Verbindungselemente ausgebildete Formschlussverbindung kann geeignet sein, dass ein an den Brennstoffzellenstapel montiertes erstes Verbindungselement ein weiteres Verbindungselement durch die Formschlussverbindung während der Montage des weiteren Verbindungselementes an den Brennstoffzellenstapel derart (insbesondere mit geringem oder keinem Spiels in Richtung der Brennstoffzellenstapellängsachse A-A) geführt ist, dass das weitere Verbindungselement die vorgesehenen Separatorplatten kontaktiert. Somit kann vorteilhaft sichergestellt werden, dass zwei unmittelbar benachbarte Verbindungselemente einen definierten Abstand voneinander haben. Es wird also vermieden, dass durch Fehlmontage die Verbindungselemente derart beabstandet montiert werden, dass zwischen ihnen Separatorplatten nicht kontaktiert werden.The form-locking connection is in particular designed to define the relative position of the two immediately adjacent connecting elements in the direction of the fuel cell stack longitudinal axis A-A during assembly. The positive connection is i. d. R. Suitable to prevent a relative movement of the two immediately adjacent connecting elements in the direction of the fuel cell stack longitudinal axis A-A and at the same time to allow a relative movement of the two immediately adjacent connecting elements in a direction perpendicular to the fuel cell stack longitudinal axis, in particular a relative movement in the Y direction. Advantageously, thus, a connecting element can be replaced without all the other connecting elements must also be dismantled. The interlocking connection formed by the two immediately adjacent connecting elements may be suitable in that a first connecting element mounted on the fuel cell stack forms another connecting element through the interlocking connection during assembly of the further connecting element to the fuel cell stack (in particular with little or no play in the direction of the fuel cell stack longitudinal axis AA). is guided, that the further connecting element contacts the intended Separatorplatten. Thus, it can be advantageously ensured that two directly adjacent connecting elements have a defined distance from each other. It is therefore avoided that the connecting elements are mounted in such a spaced manner by incorrect assembly that separator plates are not contacted between them.

Die Formschlussverbindung umfasst mindestens einen Vorsprung, der einen Aufnahmebereich hintergreift. Der Vorsprung und der Aufnahmebereich können so dimensioniert sein, dass mindestens zwei Separatorplatten Si, bevorzugt mindestens drei oder vier Separatorplatten Si ausgelassen werden, falls der Vorsprung und der Aufnahmebereich während der Montage eines Verbindungselementes an ein unmittelbar benachbartes Verbindungselementes und an den Brennstoffzellenstacks nicht ineinander greifen.The positive connection comprises at least one projection which engages behind a receiving area. The projection and the receiving area can be dimensioned such that at least two separator plates Si, preferably at least three or four separator plates Si are omitted if the projection and the receiving area do not mesh with one another during the assembly of a connecting element to an immediately adjacent connecting element and to the fuel cell stacks.

Die Formschlussverbindung kann insbesondere mindestens ein C-Profil umfassen, welches ein in das C-Profil einführbaren Kopf hintergreift. Das C-Profil ist bevorzugt derart angeordnet, dass die Längsachse des C-Profils sich parallel zur Aufsteckrichtung Y erstreckt. Ferner kann die Formschlussverbindung auch andere hintergreifende Elemente umfassen, die den Freiheitsgrad in der Brennstoffzellenstapellängsachse A-A während der Montage des weiteren Verbindungselementes einschränken, z. B. eine Schwalbenschwanzverbindung.The form-locking connection may in particular comprise at least one C-profile, which engages behind a head insertable into the C-profile. The C-profile is preferably arranged such that the longitudinal axis of the C-profile extends parallel to the mounting direction Y. Furthermore, the interlocking connection may also include other engaging elements that limit the degree of freedom in the fuel cell stack longitudinal axis A-A during assembly of the further connecting element, for. B. a dovetail joint.

Die hier offenbarte Technologie wird nun anhand der schematischen Figuren erläutert. Es zeigenThe technology disclosed herein will now be explained with reference to the schematic figures. Show it

1 ein korrekt montiertes Verbindungssystem ohne Formschlussverbindung, 1 a correctly assembled connection system without positive connection,

2 ein falsch montiertes Verbindungssystem ohne Formschlussverbindung, 2 an incorrectly mounted connection system without positive connection,

3 ein Verbindungssystem mit Formschlussverbindung, und 3 a connection system with positive connection, and

4 ein weiteres Verbindungssystem mit Formschlussverbindung. 4 Another connection system with form-locking connection.

In der 1 sind schematisch drei Verbindungselemente 100a, 100b, 100c dargestellt. Die Verbindungselemente 100a, 100b, 100c sind hier im aufgesteckten Zustand dargestellt, also nachdem sie durch Aufstecken (in X-Richtung in die Zeichenebene hinein) auf die Separatorplatten Si befestigt wurden. Jedes dieser Verbindungselemente umfasst hier zwei Kontaktreihen KR1, KR2, die jeweils in dem Gehäuse 110a, 110b, 110c der Verbindungselemente 100a, 100b, 100c angeordnet sind. Die Kontaktreihen KR1, KR2 sind im Gehäuse in Y-Richtung nebeneinander liegend und in Z-Richtung leicht versetzt angeordnet. Auch die Gehäuse 110a, 110b, 110c der Verbindungselemente 100a, 100b, 100c weisen in Y-Richtung verlaufend einen Versatz in Z-Richtung auf. Der Versatz im Gehäuse ist dabei so gewählt, dass das äußere Kontaktelement K21 des ersten Verbindungselementes 100a dieselbe Separatorplatte S1 kontaktieren kann wie das äußere Kontaktelement K11 des unmittelbar benachbarten Verbindungselementes 100b. Die äußeren Kontaktelemente K11, K21 sind hier in Y-Richtung gesehen miteinander fluchtend angeordnet. Dies muss aber nicht so sein. Ebenfalls kann vorgesehen sein, dass bei korrekter Montage lediglich ein äußeres Kontatkelement (vgl. Kontaktelemente K21, K26 in 3) eine Separatorplatte kontaktiert.In the 1 are schematically three fasteners 100a . 100b . 100c shown. The connecting elements 100a . 100b . 100c are shown here in the plugged state, ie after they have been attached by plugging (in the X direction in the drawing plane) on the separator plates Si. Each of these connecting elements here comprises two rows of contacts KR1, KR2, each in the housing 110a . 110b . 110c the connecting elements 100a . 100b . 100c are arranged. The contact rows KR1, KR2 are in the housing in the Y direction lying side by side and slightly offset in the Z direction. Also the case 110a . 110b . 110c the connecting elements 100a . 100b . 100c have an offset in the Y direction running in the Z direction. The offset in the housing is chosen so that the outer contact element K21 of the first connecting element 100a the same separator plate S1 can contact as the outer contact element K11 of the immediately adjacent connecting element 100b , The outer contact elements K11, K21 are arranged here aligned in the Y direction with each other. But that does not have to be this way. It can also be provided that, when correctly mounted, only an outer contact element (compare contact elements K21, K26 in FIG 3 ) contacted a separator plate.

Die Gehäuse 110a, 110b, 110c der Verbindungselemente 100a, 100b, 100c sind in Y-Richtung überlappend angeordnet. Vereinfachend wurden hier lediglich die Bezugszeichen der Separatorplatten S1 bis S9 angeführt, die vom mittleren Verbindungselement 100b kontaktiert werden. Die anderen Separatorplatten Si wurden nicht separat bezeichnet.The housing 110a . 110b . 110c the connecting elements 100a . 100b . 100c are arranged overlapping in the Y direction. For simplicity, only the reference numerals of separator plates S1 to S9 have been cited here, those of the middle connecting element 100b be contacted. The other separator plates Si were not designated separately.

Die Verbindungselemente 100a, 100b, 100c sind hier in einer Verbindungselementenreihe VR angeordnet. Somit lässt sich ein besonders kompakter Aufbau erzielen. Hier nicht gezeigt ist die Anbindung der Verbindungselemente an ein Zellüberwachungssystem. Solche elektrischen Verbindungen sind jedoch allgemein bekannt und können bspw. über mehrere elektrische Kabel oder einen Flexleiter realisiert sein.The connecting elements 100a . 100b . 100c are arranged here in a connecting element row VR. Thus, a particularly compact structure can be achieved. Not shown here is the connection of the connecting elements to a cell monitoring system. However, such electrical connections are generally known and can be realized, for example, via a plurality of electrical cables or a flexible conductor.

In der 2 ist ein Zustand gezeigt, in dem die Verbindungselemente 100a, 100b, 100c falsch montiert wurden. Lediglich zur Veranschaulichung wurden dabei zwei unterschiedliche Konzepte für die Übergänge zwischen den einzelnen Verbindungselementen aufgezeigt. Das Verbindungselement 100a und das Verbindungselement 100b weisen hier äußere Kontaktelemente K11, K21 auf, die ausgebildet sind, dieselbe Separatorplatte S1 zu kontaktieren. Eine solche Doppelkontaktierung kann gewünscht sein, um eine Potentialinformation von einem Stecker auf einen unmittelbar benachbarten Stecker zu übertragen. Hier wurde das Verbidnungselement 100b aber beabstandet zum Verbindungselement 100a aufgesteckt, so dass nun die beiden äußeren Kontaktelemente K11, K21 nicht die Separatorplatte S1 kontaktieren und folglich auch nicht die Potentialinformation übertragen wird. Somit kommt es zu falschen Auswertungen.In the 2 is shown a state in which the fasteners 100a . 100b . 100c were mounted incorrectly. For illustrative purposes only, two different concepts for the transitions between the individual connecting elements were shown. The connecting element 100a and the connecting element 100b have here outer contact elements K11, K21, which are adapted to contact the same separator plate S1. Such a double contact may be desired to transmit potential information from a plug to an immediately adjacent plug. Here was the connection element 100b but spaced from the connecting element 100a plugged so that now the two outer contact elements K11, K21 do not contact the separator S1 and consequently also not the potential information is transmitted. Thus, it comes to wrong evaluations.

Dem Übergang zwischen den Verbindungselementen 100b, 100c liegt nur zur Veranschaulichungszwecken ein anderes Konzept zu Grunde. Hier ist vorgesehen, dass die Separatorplatte S7 nur vom Kontaktelement K26 kontaktiert wird. Aufgrund der falschen Montage des Verbindungselementes 100c wird hier die Separatorplatte S8 nicht vom Kontaktelement K18 kontaktiert. Es können somit keine Signale von der Separatorplatte S8 ausgewertet werden und die Kontaktelemente des Verbindungssteckers 100 werten die falschen Separatorplatten aus. Die Spaltmaße benachbarter Separatorplatten sind sehr gering, so dass ein solcher Fehler bei der Montage durchaus vorkommen kann. Der Fehler würde im günstigsten Fall erst auffallen, wenn das letzte Verbindungselement montiert wird. Aufgrund von Toleranzvorgaben und der sehr hohen Anzahl an Einzelzellen kann durchaus eine Vielzahl an Verbindungsteckern eingesetzt werden, die dann zur Korrektur des Montagefehlers alle demontiert und wieder montiert werden müssten. Sofern trotzt des Montagefehlers der letzte Stecker montierbar wäre, würde der Fehler eventuell nicht auffallen, sofern nicht andere Diagnosefunktionen die falsche Montage erkennen.The transition between the connecting elements 100b . 100c is for illustrative purposes only another concept underlying. Here it is provided that the separator plate S7 is contacted only by the contact element K26. Due to the wrong mounting of the connecting element 100c Here, the separator plate S8 is not contacted by the contact element K18. Thus, no signals from the separator plate S8 can be evaluated and the contact elements of the connector plug 100 evaluate the wrong separator plates. The gap dimensions of adjacent Separatorplatten are very low, so that such a mistake during installation may well occur. The error would attract attention in the best case, only when the last connecting element is mounted. Due to tolerance specifications and the very high number of individual cells, it is quite possible to use a large number of connection plugs, which would then have to be dismantled and reassembled to correct the assembly error. If the last connector could be mounted despite the mounting error, the error might not be noticeable unless other diagnostic functions recognize the wrong mounting.

In der 3 ist ein Verbindungssystem mit einer Formschlussverbindung 120 gezeigt. Die Formschlussverbindung 120 ist hier seitlich der Verbindungselemente vorgesehen. Dabei ragt beispielsweise der Vorsprung 122 des Verbindungselementes 110b in den Aufnahmebereich 124 des unmittelbar benachbarten Verbindungselementes 100a hinein und hintergreift den Aufnahmebereich 124 formschlüssig, so dass keine Relativbewegung in Z-Richtung mehr möglich ist, wobei ein gewisses Toleranzspiel zwischen Vorsprung 122 und Aufnahmebereich 124 vernachlässigt sein soll. Hier hintergreift der Vorsprung 122 lediglich eine Kante 121 des unmittelbar benachbarten Verbindungselementes 100a. Selbstverständlich können am Vorsprung 122 auch an gegenüberliegenden Seiten zwei Lateralvorsprünge 123 vorgesehen sein, die entsprechende Kanten 121 des Aufnahmebereichs 124 hintergreifen. Die Formschlussverbindung 120, insbesondere der Aufnahmebereich 124 ist so angeordnet und in Y-Richtung ausgerichtet, dass nach der Montage des Verbindungselementes 100a an den Brennstoffzellenstapel das nachfolgende Verbindungselement 100b während der Montage desselben geführt wird. Insbesondere wird der Vorsprung 122 in den Aufnahmebereich 124 eingeführt. Anschließend wird der Vorsprung 122 und somit auch das einstückig mit dem Vorsprung 122 verbundene Gehäuse 110b durch diesen Aufnahmebereich 124 während der weiteren Aufsteckbewegung geführt. Somit wird die Position des Verbindungselementes 100b zumindest in Y-Richtung relativ zum unmittelbar benachbart montierten Verbindungselement 100a und somit zu den Separatorplatten Si definiert. Eine Fehlmontage kann sicher vermieden werden und es werden die richtigen Separatorplatten kontaktiert. In der hier dargestellten Ausgestaltung ist beispielsweise durch die formschlüssige Führung 120 sichergestellt, dass keine Separatorplatte unkontaktiert bleibt, wie es beispielsweise in der 2 mit der Separatorplatte S8 geschehen ist.In the 3 is a connection system with a form-locking connection 120 shown. The positive connection 120 is here provided laterally of the connecting elements. For example, the projection protrudes 122 of the connecting element 110b in the recording area 124 of the immediately adjacent connecting element 100a into and behind the receiving area 124 positive fit, so that no relative movement in the Z direction is more possible, with a certain tolerance match between projection 122 and recording area 124 should be neglected. This is where the lead comes from 122 only one edge 121 of the immediately adjacent connecting element 100a , Of course, at the tab 122 also on opposite sides two Lateralvorsprünge 123 be provided, the corresponding edges 121 of the recording area 124 engage behind. The positive connection 120 , in particular the receiving area 124 is arranged and aligned in the Y direction, that after assembly of the connecting element 100a to the fuel cell stack the subsequent connecting element 100b during the assembly of the same is performed. In particular, the lead becomes 122 in the recording area 124 introduced. Then the lead 122 and thus also in one piece with the projection 122 connected housing 110b through this reception area 124 guided during the further Aufsteckbewegung. Thus, the position of the connecting element becomes 100b at least in the Y-direction relative to the immediately adjacent mounted connecting element 100a and thus defined to the separator plates Si. Incorrect assembly can be safely avoided and the right separator plates are contacted. In the embodiment shown here, for example, by the positive guide 120 ensures that no Separatorplatte remains uncontacted, as for example in the 2 happened with the separator plate S8.

In der 4 ist ein weiteres Verbindungssystem mit einer Formschlussverbindung 120 gezeigt. Hier umfasst der Aufnahmebereich 124 ein C-förmiges Profil 121, in dieses C-förmige Profil 121 greift ein Kopf 123 hintergreifend ein. Die Formschlussverbindung 120 ist hier unterhalb der Gehäuse 110a, 110b, 100c angeordnet. Hinsichtlich der Anordnung und Ausrichtung sowie dem Funktionsprinzip gilt dasselbe wie bereits zur 2 ausgeführt. Hier ist die Formschlussverbindung 120 so dimensioniert, dass eine fehlerhafte Montage sofort augenscheinlich ist. Führt der Monteur beispielsweise nicht den Kopf 122 in den Aufnahmebereich 124 ein, so müsste er hier beispielsweise mindestens zwei Separatorplatten Si auslassen. Ein solcher Versatz ist dann von einem Monteur auch unter Zeitdruck mit bloßem Auge direkt erkennbar.In the 4 is another connection system with a form-locking connection 120 shown. Here is the recording area 124 a C-shaped profile 121 in this C-shaped profile 121 grab a head 123 intervening. The positive connection 120 is here below the case 110a . 110b . 100c arranged. With regard to the arrangement and orientation as well as the principle of operation, the same applies as for 2 executed. Here is the positive connection 120 dimensioned so that a faulty mounting is immediately apparent. For example, the fitter does not head 122 in the recording area 124 a, so he would have to omit here, for example, at least two separator Si. Such an offset is then immediately recognizable by a fitter under time pressure with the naked eye.

Die vorhergehende Beschreibung der vorliegenden Erfindung dient nur zu illustrativen Zwecken und nicht zum Zwecke der Beschränkung der Erfindung. Beispielsweise ist die größere Dimensionierung der Formschlussverbindung 120 der 4 auf die Formschlussverbindung der 3 anwendbar. Ferner kann die Formschlussverbindung 120 der 4 auch nur eine Kante 121 und nur einen Lateralvorsprung 123 aufweisen.The foregoing description of the present invention is for illustrative purposes only, and not for the purpose of limiting the invention. For example, the larger dimensions of the positive connection 120 of the 4 on the positive connection of the 3 applicable. Furthermore, the positive connection 120 of the 4 also only one edge 121 and only one lateral projection 123 exhibit.

Claims

A connection system for connecting a plurality of separator plates (Si) of a fuel cell stack to at least one cell monitoring system, wherein the connection system comprises at least two connection elements ( 100a . 100b . 100c ); the connecting elements ( 100a . 100b . 100c ) are formed such that two immediately adjacent connecting elements ( 100a . 100b . 100c ) via a positive connection ( 120 ) are connectable to each other, wherein the positive connection ( 120 ) at least one projection ( 122 ) comprising a receiving area ( 124 ), characterized in that the projection ( 122 ) and the recording area ( 124 ) are dimensioned so that at least two separator plates (Si) are omitted if the projection ( 122 ) and the recording area ( 124 ) do not interlock during assembly.

Connection system according to claim 1, wherein the positive connection ( 120 ) is formed, the relative position of the two immediately adjacent connecting elements ( 100a . 100b . 100c ) to define each other in the direction of the fuel cell stack longitudinal axis (AA).

Connection system according to claim 1 or 2, wherein the positive connection ( 120 ) is formed, a relative movement of the two immediately adjacent connecting elements ( 100a . 100b . 100c ) in the direction of the fuel cell stack longitudinal axis (AA) to prevent and at the same time a relative movement of the two immediately adjacent connecting elements ( 100a . 100b . 100c ) in a direction perpendicular to the fuel cell stack longitudinal axis (AA).

Connection system according to one of the preceding claims, wherein the positive connection ( 120 ) is constructed and arranged such that a first connecting element () mounted on the fuel cell stack ( 100a ) a further connecting element to be mounted ( 100b ) during assembly of the further connecting element ( 100b ) with little or no play in the direction of the fuel cell stack longitudinal axis (AA) leads.

Connection system according to one of the preceding claims, wherein the projection ( 122 ) and the recording area ( 124 ) are dimensioned so that at least three Separatorplatten (Si) are omitted if the projection ( 122 ) and the recording area ( 124 ) do not interlock during assembly

Connection system according to one of the preceding claims, wherein the projection ( 122 ) and the recording area ( 124 ) are dimensioned such that at least four separator plates (Si) are omitted if the projection ( 122 ) and the recording area ( 124 ) do not interlock during assembly.

A cell monitoring system comprising a plurality of cell monitoring modules and a connection system according to one of the preceding claims, wherein each cell monitoring module is provided with a connection element ( 100a . 100b . 100c ) is connectable.

A fuel cell system having at least one fuel cell stack including a plurality of separator plates (Si), further comprising: - A connection system according to one of claims 1 to 6; and or - A cell monitoring system according to claim 7.