DE102016225028A1 - Connection system for connecting separator plates of a fuel cell stack - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verbindungssystem zum Anschluss von Separatorplatten eines Brennstoffzellenstapels an ein Zellüberwachungsmodul, umfassend ein Verbindungselement, ausgebildet zum Kontaktieren mehrerer Separatorplatten des Brennstoffzellenstapels, mit zumindest einem Kontaktelement für eine Separatorplatte, eine Zellüberwachungsplatine, ausgebildet zur Aufnahme des Zellüberwachungsmoduls, und eine einteilige Verbindungsplatine mit flexiblen und starren Leiterplatten, umfassend einen Leitungsabschnitt, gebildet durch zumindest eine flexible Leiterplatte, eine starre oder flexible Kontakt-Leiterplatte an einem Ende des Leitungsabschnitts, wobei die starre Kontakt-Leiterplatte in oder am Verbindungselement angeordnet ist und die Kontaktelemente elektrisch leitend mit der starren Kontakt-Leiterplatte verbunden sind, und eine starre oder flexible Anschluss-Leiterplatte am anderen Ende des Leitungsabschnitts, wobei die Anschluss-Leiterplatte zum Anschluss an die Zellüberwachungsplatine ausgebildet ist oder integraler Bestandteil der Zellüberwachungsplatine ist.The invention relates to a connection system for connecting separator plates of a fuel cell stack to a cell monitoring module, comprising a connection element configured to contact a plurality of separator plates of the fuel cell stack, comprising at least one separator plate contact element, a cell monitor board adapted to receive the cell monitoring module, and a one-piece flexible connection plate and rigid printed circuit boards, comprising a line section formed by at least one flexible printed circuit board, a rigid or flexible contact printed circuit board at one end of the line section, wherein the rigid contact printed circuit board is arranged in or on the connecting element and the contact elements are electrically conductively connected to the rigid contact Circuit board are connected, and a rigid or flexible connection board at the other end of the line section, wherein the connection board for connection to the Zellüberwachun gsplatine is formed or is an integral part of the cell monitoring board.
Description
Die hier offenbarte Technologie betrifft ein Verbindungssystem zum Anschluss von Separatorplatten eines Brennstoffzellenstapels an ein Zellüberwachungsmodul. Ferner betrifft die hier offenbarte Technologie ein Brennstoffzellensystem, vorzugsweise in einem Fahrzeug, umfassend das Verbindungssystem.The technology disclosed herein relates to a connection system for connecting separator plates of a fuel cell stack to a cell monitoring module. Further, the technology disclosed herein relates to a fuel cell system, preferably in a vehicle, comprising the connection system.
Zellüberwachungssysteme für Brennstoffzellensysteme umfassen ein Verbindungssystem mit einem Verbindungselement zum Kontaktieren der Separatorplatten (Monopolarplatten oder Bipolarplatten) eines Brennstoffzellenstapels. Ferner umfasst das Verbindungssystem entsprechende elektrische Leiter, um das Verbindungselement mit einem Zellüberwachungsmodul des Zellüberwachungssystems zu verbinden. Im Zellüberwachungsmodul erfolgt die Verarbeitung bzw. Auswertung der an den Separatorplatten abgegriffenen Signale.Cell monitoring systems for fuel cell systems include a connection system having a connector for contacting the separator plates (monopolar plates or bipolar plates) of a fuel cell stack. Furthermore, the connection system comprises corresponding electrical conductors for connecting the connection element to a cell monitoring module of the cell monitoring system. The processing or evaluation of the signals picked up on the separator plates takes place in the cell monitoring module.
Zellüberwachungssysteme (en. cell voltage monitoring system bzw. CVM System) sind beispielsweise aus
Es ist eine Aufgabe der hier offenbarten Technologie, die Nachteile vorbekannter Lösungen zu verringern oder zu beheben. Insbesondere ist es eine Aufgabe der hier offenbarten Technologie ein Verbindungssystem zum Anschluss von Separatorplatten eines Brennstoffzellenstapels an ein Zellüberwachungsmodul anzugeben, das bei einfacher Herstellung und einfacher Montage eine betriebssichere und dauerfeste elektrische Verbindung zwischen dem Zellüberwachungsmodul und den Separatorplatten ermöglicht. 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 prior art solutions. In particular, it is an object of the technology disclosed here to specify a connection system for connecting separator plates of a fuel cell stack to a cell monitoring module, which enables a reliable and permanent electrical connection between the cell monitoring module and the separator plates with simple production and simple assembly. Other objects arise from the beneficial effects of the technology disclosed herein. The object (s) is / are solved by the subject matter of
Die hier offenbarte Technologie betrifft unter anderem ein Brennstoffzellensystem mit mehreren gestapelten Brennstoffzellen. Das Brennstoffzellensystem ist beispielsweise für mobile Anwendungen wie Kraftfahrzeuge gedacht, insbesondere zur Bereitstellung der Energie für 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 wird mit Brennstoff versorgt. Bevorzugte Brennstoffe sind: Wasserstoff, niedrigmolekularer Alkohol, Biokraftstoffe, oder verflüssigtes Erdgas. Die Kathode wird mit Oxidationsmittel versorgt. 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: Nafion®, Flemion® und Aciplex®.The technology disclosed herein relates, inter alia, to a fuel cell system having a plurality of stacked 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. In its simplest form, a fuel cell is an electrochemical energy converter that converts fuel and oxidant 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 is supplied with fuel. Preferred fuels are: hydrogen, low molecular weight alcohol, biofuels, or liquefied natural gas. The cathode is supplied with oxidant. Preferred oxidizing agents are, for example, air, oxygen and peroxides. The ion-selective separator can be designed, for example, as a proton exchange membrane (PEM). Preferably, a cation-selective polymer electrolyte membrane is used. Materials for such a membrane are, for example: Nafion®, Flemion® and Aciplex®.
Ein Brennstoffzellensystem umfasst neben den Brennstoffzellen periphere Systemkomponenten (BOP-Komponenten), die beim Betrieb zum Einsatz kommen können. In der Regel sind mehrere Brennstoffzellen zu einem Brennstoffzellenstapel bzw. Stack zusammengefasst.A fuel cell system comprises, in addition to the fuel cells, peripheral system components (BOP components) which can be used during operation. As a rule, several fuel cells are combined to form a fuel cell stack or stack.
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 include i.d.R. two separator plates. The ion-selective separator of a fuel cell is i.d.R. each arranged 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.
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. Zwischen den ionenselektiven Separatoren und den Separatorplatten sind i.d.R. noch sogenannte Gasdiffusionsschichten bzw. Gasdiffusionslagen (GDL) vorgesehen.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. Between the ion-selective separators and the separator plates are i.d.R. still so-called gas diffusion layers or gas diffusion layers (GDL) provided.
Ferner betrifft die hier offenbarte Technologie ein Zellüberwachungssystem. Das Zellüberwachungssystem (en.: cell voltage monitoring system bzw. CVM-System), insbesondere das Zellüberwachungsmodul des Zellüberwachungssystems 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 können 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. 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).Further, the technology disclosed herein relates to a cell monitoring system. The cell monitoring system (CVM system), in particular the cell monitoring module of the cell monitoring system, can be designed to monitor the condition of at least one cell. It usually monitors the condition of a large number of fuel cells. Monitoring in this context means that the system can directly or indirectly determine the state of the monitored cells. Thus, an occurring degradation or a cell failure can be detected early and appropriate countermeasures can be initiated. It can thereby possibly the life span in a certain Be increased and / or by appropriate countermeasures, the performance of the cell population can be increased. 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. Advantageously, voltage deviations between the individual cells or at an average of the individual cell voltages can thus be detected. Preferably, further single-cell analysis methods are carried out, such as, for example, an impedance calculation (eg: electrochemical impedance spectroscopy).
Die Aufgabe der hier offenbarten Technologie wird gelöst durch ein Verbindungssystem zum Anschließen von Separatorplatten eines Brennstoffzellenstapels an ein Zellüberwachungsmodul. Hierzu umfasst das Verbindungssystem ein Verbindungselement, eine Zellüberwachungsplatine und eine einteilige Verbindungsplatine, auch bezeichnet als Starflex-Platine.The object of the technology disclosed here is achieved by a connection system for connecting separator plates of a fuel cell stack to a cell monitoring module. For this purpose, the connection system comprises a connecting element, a cell monitoring board and a one-piece connection board, also referred to as Starflex board.
Das Verbindungselement kann auch als Verbindungsstecker bezeichnet werden. Das Verbindungselement ist insbesondere zum gleichzeitigen Kontaktieren mehrerer Separatorplatten ausgebildet. Hierzu umfasst das Verbindungselement zumindest ein Kontaktelement für eine Separatorplatte, vorzugsweise mehrere Kontaktelemente für mehrere Separatorplatten. Das Verbindungselement wird insbesondere auf mehrere Separatorplatten aufgesteckt, wobei durch das Aufstecken die Kontaktelemente die Separatorplatten kontaktieren. Insbesondere ist das Verbindungselement dazu ausgebildet, mindestens eine Separatorplatte zu kontaktieren. Die Verbindungselemente sind insbesondere so ausgebildet, dass mehrere der Verbindungselemente unmittelbar nebeneinander auf den Brennstoffzellenstapel aufgesteckt werden können, sodass jede gewünschte Separatorplatte des Brennstoffzellenstapels kontaktierbar ist. Dabei müssen nicht alle Separatorplatten kontaktiert werden.The connecting element can also be referred to as a connecting plug. The connecting element is designed in particular for the simultaneous contacting of a plurality of separator plates. For this purpose, the connecting element comprises at least one contact element for a separator plate, preferably a plurality of contact elements for a plurality of separator plates. The connecting element is in particular attached to a plurality of separator plates, wherein the contact elements contact the separator plates by being plugged on. In particular, the connecting element is designed to contact at least one separator plate. The connecting elements are in particular designed such that a plurality of the connecting elements can be plugged directly next to one another onto the fuel cell stack so that any desired separator plate of the fuel cell stack can be contacted. Not all separator plates must be contacted.
Die Zellüberwachungsplatine ist zur Aufnahme des Zellüberwachungsmoduls ausgebildet. In dem Zellüberwachungsmodul erfolgt die Verarbeitung bzw. Auswertung der über die Verbindungselemente abgegriffenen Signale oder zumindest die Weiterleitung der Signale an eine übergeordnete Recheneinheit. Die Zellüberwachungsplatine und somit auch das Zellüberwachungsmodul können mit mehreren der Verbindungselemente elektrisch leitend verbunden sein.The cell monitoring board is designed to receive the cell monitoring module. In the cell monitoring module, the processing or evaluation of the signals picked up via the connecting elements or at least the forwarding of the signals to a higher-order arithmetic unit takes place. The cell monitoring board and thus also the cell monitoring module can be electrically conductively connected to a plurality of the connecting elements.
Die Verbindungsplatine (auch: Starrflex-Platine) ist eine Kombination aus flexiblen und starren Leiterplatten. Es handelt sich dabei um ein einteiliges Bauteil, bei dem sich die Leiterbahnen von den starren Leiterplatten auf die flexiblen Leiterplatten und von den flexiblen Leiterplatten auf die starren Leiterplatten erstrecken. Die flexiblen Leiterplatten bzw. die darin enthaltenen Leiterbahnen sind somit nicht an den starren Leiterplatten angesteckt oder angelötet. Die starren Leiterplatten sind durch eine Kunststoffträgerschicht, von beispielsweise 1-2 mm, starr und sind nicht für eine biegende Belastung ausgelegt. Die flexiblen Leiterplatten sind durch einen sehr dünnen, folienartigen Träger, insbesondere dünner als 2 mm, sehr flexibel und können in der Regel in Schleifen mit über 180° Bögen verbaut werden. Die flexiblen Leiterplatten können somit auch als „Leiterfolien“ bezeichnet werden.The connection board (also: rigid-flex board) is a combination of flexible and rigid printed circuit boards. It is a one-piece component where the traces extend from the rigid printed circuit boards to the flexible printed circuit boards and from the flexible printed circuit boards to the rigid printed circuit boards. The flexible circuit boards or the interconnects contained therein are thus not infected or soldered to the rigid circuit boards. The rigid circuit boards are by a plastic carrier layer, for example, 1-2 mm, rigid and are not designed for a bending load. The flexible printed circuit boards are very flexible due to a very thin, film-like support, in particular thinner than 2 mm, and can generally be installed in loops with over 180 ° bends. The flexible printed circuit boards can thus also be referred to as "conductor foils".
Erfindungsgemäß wird solch eine Verbindungsplatine mit flexiblen und starren Leiterplatten zur Verbindung der Kontaktelemente des Verbindungselements mit der Zellüberwachungsplatine verwendet. Die Verbindungsplatine umfasst einen Leitungsabschnitt, gebildet durch zumindest eine flexible Leiterplatte.According to the invention, such a connection board is used with flexible and rigid circuit boards for connecting the contact elements of the connection element to the cell monitoring board. The connection board comprises a line section formed by at least one flexible circuit board.
Ferner umfasst die Verbindungsplatine eine starre oder flexible Kontakt-Leiterplatte an einem Ende des Leitungsabschnitts. Die Kontakt-Leiterplatte befindet sich in oder am Verbindungselement. Insbesondere umfasst das Verbindungselement ein Verbindungselement-Gehäuse, wobei die Kontakt-Leiterplatte in oder an dem Verbindungselement-Gehäuse angeordnet ist. In dem Verbindungselement sind die Kontaktelemente elektrisch leitend mit der Kontakt-Leiterplatte verbunden.Further, the interconnect board includes a rigid or flexible contact circuit board at one end of the conduit section. The contact circuit board is located in or on the connecting element. In particular, the connection element comprises a connection element housing, wherein the contact circuit board is arranged in or on the connection element housing. In the connecting element, the contact elements are electrically conductively connected to the contact printed circuit board.
Am anderen Ende des Leitungsabschnitts weist die Verbindungsplatine eine starre oder flexible Anschluss-Leiterplatte auf. Vorzugsweise erstrecken sich die Leiterbahnen der Verbindungsplatine durchgehend, d.h. ohne Löt- oder Steckverbindungen, von der Kontakt-Leiterplatte über den Leitungsabschnitt mit der zumindest einen flexiblen Leiterplatte bis zur Anschluss-Leiterplatte. Für die Ausgestaltung der Anschluss-Leiterplatte gibt es zwei bevorzugte Varianten:At the other end of the line section, the connection board has a rigid or flexible connection board. Preferably, the interconnects of the interconnect board extend continuously, i. without solder or plug connections, from the contact printed circuit board via the line section with the at least one flexible printed circuit board to the connecting printed circuit board. There are two preferred variants for the design of the connection printed circuit board:
Gemäß der ersten Variante ist die Anschluss-Leiterplatte zum Anschluss an die Zellüberwachungsplatine ausgebildet. Hierzu kann die Anschluss-Leiterplatte beispielsweise an die Zellüberwachungsplatine gesteckt werden.According to the first variant, the connection printed circuit board is designed for connection to the cell monitoring board. For this purpose, the connection circuit board can be plugged, for example, to the cell monitoring board.
Gemäß der zweiten Variante ist die Anschluss-Leiterplatte integraler Bestandteil der Zellüberwachungsplatine. Die Anschluss-Leiterplatte und die Zellüberwachungsplatine sind somit dieselbe Platine. Die Zellüberwachungsplatine ist dabei Bestandteil der einteiligen Verbindungsplatine.According to the second variant, the terminal board is an integral part of Cell monitoring board. The connector board and the cell monitor board are thus the same board. The cell monitoring board is part of the one-piece connection board.
Der Leitungsabschnitt kann Verzweigungsstellen aufweisen, wobei von der Verzweigungsstelle einzelne flexible Leiterplatten zu zwei oder mehr Verbindungselementen führen, und wobei von der Verzweigungsstelle in einer gemeinsamen flexiblen Leiterplatte die Leiterbahnen von zumindest zwei Verbindungselementen gemeinsam zur Anschluss-Leiterplatte führen.The line section may include branching points, wherein from the branching point individual flexible printed circuit boards lead to two or more connecting elements, and wherein from the branching point in a common flexible printed circuit board, the printed conductors of at least two connecting elements lead together to the connecting printed circuit board.
Durch die Verwendung der Verbindungsplatine ist das Verbindungssystem sehr einfach und kostengünstig herstellbar. Ferner handelt es sich bei der Verbindungsplatine um ein einteiliges Bauteil, das einfach montiert werden kann.By using the connection board, the connection system is very easy and inexpensive to produce. Further, the connector board is a one-piece component that can be easily mounted.
Beispielsweise bei der Verwendung des Verbindungssystems in einem Kraftfahrzeug, kann der Leitungsabschnitt der Verbindungsplatine in eine Bewegung relativ zu den umliegenden Bauteilen versetzt werden. Dadurch kann der Leitungsabschnitt umliegende Bauteile berühren, wodurch eine mechanische oder thermische Beschädigung des Leitungsabschnitts möglich ist. Um dies zu vermeiden, ist vorzugsweise vorgesehen, dass der Leitungsabschnitt zumindest eine erste Befestigungsstelle aufweist. Außerhalb des Leitungsabschnitts ist eine zweite Befestigungsstelle vorgesehen. Die erste Befestigungsstelle ist zur Befestigung an der zweiten Befestigungsstelle ausgebildet. Der Leitungsabschnitt ist an seinen Enden ohnehin mit der Kontakt-Leiterplatte und der Anschluss-Leiterplatte fest verbunden. Durch die erste Befestigungsstelle kann der Leitungsabschnitt nicht nur an seinen Enden, sondern auch zwischen seinen Enden befestigt werden.For example, when using the connection system in a motor vehicle, the line section of the connection board can be set in motion relative to the surrounding components. As a result, the line section touching surrounding components, whereby a mechanical or thermal damage of the line section is possible. To avoid this, it is preferably provided that the line section has at least one first attachment point. Outside the line section, a second attachment point is provided. The first attachment point is designed for attachment to the second attachment point. The line section is already firmly connected at its ends to the contact printed circuit board and the connection printed circuit board. By the first attachment point, the line section can be attached not only at its ends, but also between its ends.
Im Rahmen der hier offenbarten Technologie werden unterschiedliche Beispiele zur Ausgestaltung der beiden Befestigungsstellen gezeigt. In allgemeiner Betrachtung sind die beiden Befestigungsstellen für eine kraftschlüssige und/oder formschlüssige und/oder stoffschlüssige Verbindung des Leitungsabschnitts mit einem umliegenden Bauteil ausgebildet. Für die kraftschlüssige bzw. formschlüssige Verbindung werden insbesondere Schrauben und/oder Nieten und/oder Rastverbindungen und/oder Nut-FederVerbindungen verwendet. Bei der stoffschlüssigen Verbindung erfolgt insbesondere ein Verkleben der beiden Befestigungsstellen.In the context of the technology disclosed here, different examples for the design of the two fastening points are shown. In general consideration, the two attachment points for a non-positive and / or positive and / or material connection of the line section are formed with a surrounding component. For the frictional or positive connection in particular screws and / or rivets and / or snap-in connections and / or tongue and groove joints are used. In the cohesive connection in particular a bonding of the two attachment points takes place.
Im Rahmen vorliegender Technologie werden in erster Linie nur eine erste Befestigungsstelle und eine zugehörige zweite Befestigungsstelle beschrieben. Es ist jedoch auch vorgesehen, dass entlang des Leitungsabschnitts mehrere erste Befestigungsstellen ausgebildet sind. Dementsprechend sind dann außerhalb des Leitungsabschnitts auch mehrere zweite Befestigungsstellen zum Befestigen der zugehörigen ersten Befestigungsstelle vorgesehen.In the context of the present technology, primarily only a first attachment point and an associated second attachment point are described. However, it is also provided that along the line section a plurality of first attachment points are formed. Accordingly, a plurality of second attachment points for securing the associated first attachment point are then provided outside the line section.
In bevorzugter Ausführung umfasst das Verbindungssystem ein Gehäuse. Das Gehäuse ist zur Aufnahme der Zellüberwachungsplatine und/oder zur Aufnahme des Brennstoffzellenstapels ausgebildet. Das Gehäuse muss dabei die Zellüberwachungsplatine bzw. den Brennstoffzellenstapel nicht zwangsläufig umschließen. Als „Gehäuse“ werden hier auch Bauteile angesehen, die beispielsweise die Zellüberwachungsplatine tragen oder den Brennstoffzellenstapel nur teilweise abdecken. Selbstverständlich kann das „Gehäuse“, je nach Betrachtungsweise, auch Bestandteil des Brennstoffzellenstapels oder des Brennstoffzellensystems sein. Bevorzugt ist die zweite Befestigungsstelle an dem Gehäuse ausgebildet, sodass der Leitungsabschnitt der Verbindungsplatine an dem Gehäuse befestigt werden kann.In a preferred embodiment, the connection system comprises a housing. The housing is designed to receive the cell monitoring board and / or to receive the fuel cell stack. The housing does not necessarily enclose the cell monitoring board or the fuel cell stack. As "housing" here are also considered components that carry, for example, the cell monitoring board or only partially cover the fuel cell stack. Of course, the "housing", depending on the perspective, also be part of the fuel cell stack or the fuel cell system. Preferably, the second attachment point is formed on the housing, so that the line portion of the connection board can be fixed to the housing.
Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass das Verbindungselement das bereits beschriebene Verbindungselement-Gehäuse umfasst. Das Verbindungselement-Gehäuse nimmt die Kontakt-Leiterplatte auf. Hierzu ist die Kontakt-Leiterplatte entweder in oder an dem Verbindungselement-Gehäuse angeordnet. Bevorzugt befindet sich die zweite Befestigungsstelle an dem Verbindungselement-Gehäuse, sodass der Leitungsabschnitt der Verbindungsplatine an dem Verbindungselement-Gehäuse befestigt werden kann.Furthermore, it is preferably provided that the connecting element comprises the connecting element housing already described. The connector housing accommodates the contact circuit board. For this purpose, the contact printed circuit board is arranged either in or on the connector housing. Preferably, the second attachment location is on the connector housing so that the conduit portion of the connector board can be secured to the connector housing.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die erste Befestigungsstelle als eine Ausnehmung im Leitungsabschnitt ausgebildet ist. Diese Ausnehmung ist insbesondere ein Loch, ein Schlitz oder ein Langloch. Die zweite Befestigungsstelle weist vorzugsweise einen Fortsatz auf. Der Fortsatz ist zum Einstecken in die Ausnehmung ausgebildet. An dem Fortsatz ist vorzugsweise zumindest eine Rastnase ausgebildet, an der bzw. unter der die erste Befestigungsstelle beim Aufstecken der Ausnehmung auf den Fortsatz einrastet.It is preferably provided that the first attachment point is formed as a recess in the line section. This recess is in particular a hole, a slot or a slot. The second attachment point preferably has an extension. The extension is designed for insertion into the recess. At least one latching lug is preferably formed on the extension, at or below which the first attachment point engages when attaching the recess to the extension.
Alternativ zu dem Fortsatz ist auch bevorzugt vorgesehen, dass in die Ausnehmung ein Element, wie beispielsweise eine Schraube oder ein Niet, eingesetzt wird, wobei dann an der zweiten Befestigungsstelle ein entsprechendes Loch zur Aufnahme des Elements vorgesehen ist.As an alternative to the extension, provision is also preferably made for an element, such as a screw or a rivet, to be inserted into the recess, in which case a corresponding hole for receiving the element is provided at the second fastening point.
In besonders bevorzugter Ausführung ist vorgesehen, dass der Leitungsabschnitt zwei flexible Leiterplatten und eine starre Zwischen-Leiterplatte aufweist. Die starre Zwischen-Leiterplatte befindet sich zwischen den beiden flexiblen Leiterplatten. Auch die Zwischen-Leiterplatte ist Bestandteil der einteiligen Verbindungsplatine. Die Leiterbahnen erstrecken sich somit durchgehend von der einen flexiblen Leiterplatte über die starre Zwischen-Leiterplatte zur nächsten flexiblen Leiterplatte. Der Leitungsabschnitt kann auch mehrere starre Zwischen-Leiterplatten umfassen, wobei dann jeweils zwischen zwei starren Zwischen-Leiterplatten eine flexible Leiterplatte angeordnet ist. Die bereits beschriebene Verzweigung innerhalb des Leitungsabschnitts kann auch durch solch eine starre Zwischen-Leiterplatte, insbesondere bezeichnet als starre Verzweigungs-Leiterplatte, ausgebildet sein.In a particularly preferred embodiment, it is provided that the line section has two flexible printed circuit boards and a rigid intermediate printed circuit board. The rigid intermediate circuit board is located between the two flexible circuit boards. The intermediate circuit board is also part of the one-piece connection board. The tracks thus extend continuously from one flexible circuit board over the rigid intermediate circuit board to the next flexible circuit board. The line section may also comprise a plurality of rigid intermediate circuit boards, in which case a flexible circuit board is then arranged in each case between two rigid intermediate circuit boards. The already described branching within the line section may also be formed by such a rigid intermediate circuit board, in particular referred to as a rigid branch circuit board.
Insbesondere ist vorgesehen, dass auf der Zwischen-Leiterplatte, genauso wie auf den flexiblen Leiterplatten, lediglich Leiterbahnen und keine elektronischen Bauteile, wie Widerstände, Kondensatoren, Transistoren usw. angeordnet sind.In particular, it is provided that only printed conductors and no electronic components such as resistors, capacitors, transistors, etc. are arranged on the intermediate printed circuit board, just as on the flexible printed circuit boards.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass die starre Zwischen-Leiterplatte die erste Befestigungsstelle aufweist oder die erste Befestigungsstelle darstellt. Dieses starre bzw. feste Bauteil eignet sich sehr gut für die Befestigung des Leitungsabschnitts.It is preferably provided that the rigid intermediate circuit board has the first attachment point or represents the first attachment point. This rigid or solid component is very suitable for the attachment of the line section.
Die erste Befestigungsstelle in der starren Zwischen-Leiterplatte ist gemäß einer vorteilhaften Variante, wie oben bereits beschrieben, als Ausnehmung ausgestaltet.The first attachment point in the rigid intermediate printed circuit board is designed according to an advantageous variant, as already described above, as a recess.
Um die gesamte starre Zwischen-Leiterplatte als „erste Befestigungsstelle“ zu verwenden, ist vorzugsweise vorgesehen, an der zweiten Befestigungsstelle zumindest eine Nut auszubilden. In diese Nut kann die starre Zwischen-Leiterplatte formschlüssig eingeschoben werden. Besonders bevorzugt befinden sich an der zweiten Befestigungsstelle zwei gegenüberliegende Nuten, wobei die Zwischen-Leiterplatte zwischen die beiden Nuten formschlüssig einschiebbar ist.In order to use the entire rigid intermediate circuit board as a "first attachment point", it is preferably provided to form at least one groove at the second attachment point. In this groove, the rigid intermediate circuit board can be inserted positively. Particularly preferred are located at the second attachment point two opposing grooves, wherein the intermediate circuit board between the two grooves is positively inserted.
Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass die zweite Befestigungsstelle zumindest eine Rastnase aufweist, wobei die starre Zwischen-Leiterplatte unter dieser Rastnase einrastbar ist.Furthermore, it is preferably provided that the second attachment point has at least one latching lug, wherein the rigid intermediate circuit board can be latched under this latching lug.
Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass das Verbindungssystem zumindest ein Befestigungselement umfasst. Das Befestigungselement ist zum Aufbringen, beispielsweise Aufstecken oder Aufschieben, auf beide Befestigungsstellen ausgebildet, wobei das Befestigungselement die Befestigungsstellen umgreift und/oder in die Befestigungsstellen eingreift, um so die beiden Befestigungsstellen formschlüssig und/oder kraftschlüssig zu verbinden. Insbesondere ist das Befestigungselement als eine Klammer ausgebildet, die auf die erste Befestigungsstelle aufgesetzt wird, den Leitungsabschnitt dabei seitlich mit zwei Armen umgreift, wobei die beiden Arme in entsprechende Ausnehmungen der zweiten Befestigungsstelle eingreifen oder die zweite Befestigungsstelle umgreifen.Furthermore, it is preferably provided that the connection system comprises at least one fastening element. The fastening element is for applying, for example, plugging or pushing, formed on both attachment points, wherein the fastening element surrounds the attachment points and / or engages in the attachment points, so as to connect the two attachment points form-fitting and / or non-positively. In particular, the fastener is designed as a clamp which is placed on the first attachment point, the line section thereby engages laterally with two arms, wherein the two arms engage in corresponding recesses of the second attachment point or embrace the second attachment point.
Die hier offenbarte Technologie umfasst ferner ein Brennstoffzellensystem. Das Brennstoffzellensystem befindet sich insbesondere in einem Fahrzeug. Das Brennstoffzellensystem umfasst zumindest ein soeben beschriebenes Verbindungssystem, einen Brennstoffzellenstapel mit Separatorplatten, kontaktiert durch das Verbindungselement, und ein Zellüberwachungsmodul auf der Zellüberwachungsplatine. Die im Rahmen des offenbarten Verbindungssystems beschriebenen vorteilhaften Ausgestaltungen und Unteransprüche finden entsprechend vorteilhafte Anwendung auf das offenbarte Brennstoffzellensystem.The technology disclosed herein further includes a fuel cell system. The fuel cell system is located in particular in a vehicle. The fuel cell system includes at least one connection system just described, a fuel cell stack having separator plates contacted by the connector, and a cell monitoring module on the cell monitoring board. The advantageous embodiments described in the context of the disclosed connection system and subclaims accordingly find advantageous application to the disclosed fuel cell system.
Die hier offenbarte Technologie wird nun anhand der schematischen Figuren erläutert. Es zeigen:
-
1 eine schematische Ansicht des offenbarten Verbindungssystems in einem Brennstoffzellensystem, -
2 eine schematische Ansicht einer Variante des offenbarten Verbindungssystems in einem Brennstoffzellensystem, -
3 -7 schematische Ansichten verschiedener Varianten von Befestigungsstellen des offenbarten Verbindungssystems, und -
8 ,9 schematische Ansichten verschiedener Varianten zur Positionierung der Verbindungstellen des offenbarten Verbindungssystems.
-
1 a schematic view of the disclosed connection system in a fuel cell system, -
2 a schematic view of a variant of the disclosed connection system in a fuel cell system, -
3 -7 schematic views of different variants of attachment points of the disclosed connection system, and -
8th .9 schematic views of different variants for positioning the joints of the disclosed connection system.
Die
Das Brennstoffzellensystem
Des Weiteren umfasst das Brennstoffzellensystem
Das Verbindungssystem
Des Weiteren umfasst das Verbindungssystem
Zur Verbindung des Zellüberwachungsmoduls
Der Leitungsabschnitt
Ferner umfasst die Verbindungsplatine
In
In der Variante nach
An einer oder mehreren Positionen des Leitungsabschnitts
Die
Gemäß
In einer besonders bevorzugten Variante nach
Die erste Befestigungsstelle
Des Weiteren ist, beispielsweise gemäß der Darstellung in
Über dem Stapel aus Separatorplatten
Der Leitungsabschnitt
Des Weiteren zeigt
Im gezeigten Beispiel nach
In der Variante nach
In
In allgemeiner Betrachtung ist vorzugsweise vorgesehen, dass der Leitungsabschnitt
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.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Verbindungssystemconnection system
- 22
- BrennstoffzellensystemThe fuel cell system
- 33
- Separatorplattenseparator
- 44
- ZellüberwachungsmodulCell monitoring module
- 55
- Verbindungselementconnecting member
- 501501
- Verbindungselement-GehäuseConnection element housing
- 502502
- Kontaktelementecontact elements
- 66
- ZellüberwachungsplatineCell monitoring board
- 77
- Verbindungsplatineconnecting board
- 701 701
- Leitungsabschnittline section
- 702702
- flexible Leiterplatteflexible circuit board
- 703703
- starre Kontakt-Leiterplatterigid contact printed circuit board
- 704704
- starre Anschluss-Leiterplatterigid connection circuit board
- 705705
- starre Verzweigungs-Leiterplatterigid branch circuit board
- 706706
- starre Zwischen-Leiterplatterigid intermediate circuit board
- 707707
- Leiterbahnenconductor tracks
- 8181
- erste Befestigungsstellefirst attachment point
- 8282
- zweite Befestigungsstellesecond attachment point
- 8383
- Nutgroove
- 8484
- Befestigungselementfastener
- 99
- Gehäusecasing
- 1010
- Schleifeloop
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- WO 2007102031 A1 [0003]WO 2007102031 A1 [0003]
- WO 2005069026 A1 [0003]WO 2005069026 A1 [0003]
- DE 102007003506 B4 [0003]DE 102007003506 B4 [0003]
Claims (11)
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-
2016
- 2016-12-14 DE DE102016225028.0A patent/DE102016225028A1/en active Pending
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