DE10201934B4 - Elektrische Verbindung zwischen einer Brennstoffzelle und einem Anschlussteil - Google Patents
Elektrische Verbindung zwischen einer Brennstoffzelle und einem Anschlussteil Download PDFInfo
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Abstract
Elektrische Verbindung zwischen einer in einer Aufnahmevorrichtung (3) angeordneten Brennstoffzelle (1) und einem Anschlußteil (2), das über ein Kontaktelement (4) mit der Brennstoffzelle (1) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Kontaktelement (4) als Federelement beweglich ausgebildet ist, wobei ein erstes Ende (4.1) des Kontaktelements (4) am Anschlußteil (2) und ein zweites Ende (4.2) an der Brennstoffzelle (1) formschlüssig angeordnet ist.
Description
- Die Erfindung betrifft eine elektrische Verbindung zwischen einer in einer Aufnahmevorrichtung angeordneten Brennstoffzelle und einem Anschlußteil, das über ein Kontaktelement oder ein Verbindungselement mit der Brennstoffzelle verbunden ist.
- Aus der
EP 0 615 298 A1 ist eine elektrische Verbindung zwischen einer Brennstoffzelle und einem Anschlussteil eines Verbrauchers bekannt, bei dem ein Kontaktelement aus einer federharten Superlegierung gebildet ist. Ein erstes Ende des Kontaktelements ist an der Brennstoffzelle angeordnet. Ein zweites Ende des Kontaktelements ist mit dem Anschlussteil verbunden. - Die
GB 2 350 498 A - Das deutsche Patent
DE 35 16 766 C2 offenbart eine Brennstoffzelle, bei der Endplatten und Endklemmen mit einem äußeren Stromkollektor verbunden sind. - Druckschrift
DE 100 00 028 A1 lehrt eine elektrische Verbindung, bei der ein Ende eines Kontaktteils kraftschlüssig mit einem Kontaktfeld verbunden ist. Ferner ist ein Anschlussteil aus metallisiertem Kunststoff vorgesehen. - Verbindungen dieser Art werden innerhalb von mobilen Einrichtungen, wie z. B. ein Kraftfahrzeug mit Brennstoffzelle, verwendet. Hierbei sind für die elektrische Energieerzeugung vielfach zwei elektrische Leitungsnetze vorhanden. Ein von der Brennstoffzelle gespeistes Hochvolt-Netz enthält die Verbraucher mit höheren Leistungen wie einen oder mehrere Fahrantriebe und Verbraucher, die zum Betrieb des Fahrzeugs im Stand oder bei der Bewegung benötigt werden, sowie Antriebe für Hilfsaggregate zum Starten und zum Betrieb der Brennstoffzelle. Das zweite Netz ist ein Niedervolt-Netz mit elektrischen Verbrauchern geringerer Leistung, die bedarfsweise während der Bewegung oder im Stand der mobilen Einrichtung eingeschaltet werden. Es sind an das Niedervolt-Netz auch Antriebe und andere Verbraucher, z. B. Heizstromkreise oder eine Batterie angeschlossen, die zum Starten der Brennstoffzelle benötigt werden. Das Niedervolt-Netz enthält einen Akkumulator, der die elektrische Energie zum Starten der Brennstoffzelle an die entsprechenden elektrischen Verbraucher liefert. Zwischen den beiden Netzen ist eine bidirektionale Gleichstrom-Gleichstrom-Wandlung vorgesehen, die im Betrieb aus der Brennstoffzelle Ladestrom für den Akkumulator und bei Bedarf Betriebsstrom für eingeschaltete Verbraucher im Niedervolt-Netz liefert. Während das Niedervolt-Netz einpolig an die Masse der mobilen Vorrichtung angeschlossen ist, ist das Hochvolt-Netz elektrisch isoliert.
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Verbindung derart auszubilden und anzuordnen, daß eine einfache und sichere elektrische Ankopplung der Brennstoffzelle gewährleistet ist.
- Gelöst wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, daß das Kontaktelement als Federelement beweglich ausgebildet ist, wobei ein erstes Ende des Kontaktelements am Anschlußteil und ein zweites Ende an der Brennstoffzelle formschlüssig angeordnet ist. Hierdurch wird erreicht, daß trotz der Relativbewegung zwischen Anschlußteil und mechanisch entkoppelter Brennstoffzelle ein stetiger elektrischer Kontakt zwischen Anschlußteil und Brennstoffzelle gewährleistet ist. Dadurch wird trotz teilweiser mechanischer Entkopplung der Brennstoffzelle Kontaktkorrosion sowohl am Anschluß der Brennstoffzelle als auch am Anschlußteil verhindert.
- Hierzu ist es vorteilhaft, daß das Kontaktelement elastisch ausgebildet ist, wobei die Brennstoffzelle eine Kontaktstelle aufweist, gegen die das zweite Ende des Kontaktelements kraftschlüssig anliegt. Somit ist ein schneller und einfacher Austausch des Kontaktelements und/oder des gesamten Anschlußteils gewährleistet. Diese elektrische Verbindung kann auch formschlüssig in der Art einer Schraub- und/oder Schweißverbindung erfolgen.
- Eine zusätzliche Möglichkeit ist gemäß einer Weiterbildung, daß das Kontaktelement als Verbindungselement flexibel ausgebildet und das erste Ende formschlüssig mit dem Anschlußteil verbunden ist. Da das Anschlußteil mit einem Steckkontakt ausgebildet ist, kommt dem Formschluß des Kontaktelements mit dem Anschlußteil die tragende Bedeutung im Hinblick auf die Funktionsfähigkeit zu, die trotz mehrfacher Betätigung des Steckkontakts gewährleistet sein muß.
- Ferner ist es vorteilhaft, daß das Anschlußteil lösbar mit der Aufnahmevorrichtung verbunden ist. Somit ist ein schneller und einfacher Austausch gewährleistet.
- Vorteilhaft ist es hierzu auch, daß die Brennstoffzelle einen Brennstoffzellenmantel aufweist, wobei die Brennstoffzelle im Brennstoffzellenmantel und der Brennstoffzellenmantel in der Aufnahmevorrichtung elastisch oder gedämpft gelagert sind. Die Brennstoffzelle ist somit vom Fahrzeug zumindest teilweise mechanisch entkoppelt.
- Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung ist schließlich vorgesehen, daß das Anschlußteil ein als Flanschplatte ausgebildetes Befestigungsteil und ein Steckerteil aufweist, wobei die Flanschplatte an der Aufnahmevorrichtung angeordnet ist. Die Flanschplatte und das Steckerteil sind mit der Aufnahmevorrichtung mechanisch gekoppelt und einfach montierbar.
- Von besonderer Bedeutung ist für die vorliegende Erfindung, daß der Brennstoffzellenmantel eine Öffnung für das Kontaktelement und eine die Öffnung verschließende elastische Dichtung aufweist, die mit dem Brennstoffzellenmantel und dem Anschlußteil verbunden ist. Durch diese Art der Dichtung ist die Dichtheit der Öffnung trotz der Relativbewegung zwischen dem Brennstoffzellenmantel und der Aufnahmevorrichtung bzw. der Flanschplatte gewährleistet.
- Im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Ausbildung und Anordnung ist es von Vorteil, daß das Anschlußteil mit einem Stromverteiler über einen Steckkontakt elektrisch verbunden ist, wobei der Steckkontakt eine Dichtung in der Art eines O-Rings sowie eine elektromagnetische Abschirmung aufweist. Der Steckkontakt gewährleistet das Auswechseln des Anschlußteils mit/ohne Brennstoffzelle und/oder das Auswechseln des Stromverteilers. Es ist auch möglich, den elektrischen Kontakt zu Lasten der Handhabung als Schraub- oder Schweißverbindung auszuführen. Hierbei ist es von Vorteil, daß der Steckkontakt einen im abgesteckten Zustand berührungsgeschützten Innen-Pin bzw. Innenkontakt sowie einen beim Abziehen voreilenden Interlock-Kontakt aufweist. Dieser Interlock-Kontakt sorgt für eine Abschaltung der Verbraucher und somit des Stroms, bevor der Steckkontakt einen kritischen Zustand im Hinblick auf einen möglichen Lichtbogen erreicht. Zudem ist es von Vorteil, daß das Anschlußteil aus einem metallisierten Kunststoffgehäuse gebildet ist, so daß zum einen die elektromagnetische Abschirmung und zum anderen eine Gewichtsersparnis gewährleistet ist.
- Vorteilhaft ist es ferner, daß der Stromverteiler eine lösbare Befestigungsschiene aufweist, die an der Aufnahmevorrichtung für die Brennstoffzelle angeordnet ist. Die Anordnung der Befestigungsschiene kann hierbei lösbar oder unlösbar erfolgen. Von Vorteil ist dabei, daß die Verbindung zwischen Befestigungsschiene und Stromverteiler lösbar ist, so daß der Stromverteiler nach Lösen des Steckkontakts von der Befestigungsschiene bzw. von der Aufnahmevorrichtung abgenommen werden kann.
- Außerdem ist es vorteilhaft, daß der Abstand vom Steckkontakt zur Kontaktstelle der Brennstoffzelle dem Ein- bis Zweifachen der Summe der Wandstärken von Brennstoffzellenmantel, Aufnahmevorrichtung, Flanschplatte und Befestigungsschiene entspricht. Durch diesen kurzen Weg ist eine Sicherung dieser elektrischen Verbindung nicht notwendig.
- Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sind in den Patentansprüchen und in der Beschreibung erläutert und in den Figuren dargestellt. Es zeigt:
-
1 eine schematische Darstellung einer Brennstoffzelle mit Anschlußteil und Stromverteiler. - In
1 ist eine Brennstoffzelle1 dargestellt, die innerhalb eines Brennstoffzellenmantels5 gelagert ist. Hierzu ist zwischen einer Bodenfläche1.5 der Brennstoffzelle1 und dem Brennstoffzellenmantel5 ein erstes und ein zweites Lager1.3 ,1.4 vorgesehen, die als elastische bzw. bewegliche Lager in der Art einer Druckfeder oder eines Gummis ausgebildet sind. Sowohl die Brennstoffzelle1 als auch der Brennstoffzellenmantel5 sind hierbei im Querschnitt rechteckförmig ausgebildet. Der Brennstoffzellenmantel5 umschließt die Brennstoffzelle vollständig und weist an seinem einen Ende5.1 im Bereich eines Anschlußteils2 eine Öffnung5.2 für ein Kontaktelement4 bzw. ein Verbindungselement auf. - Der Brennstoffzellenmantel
5 ist zusammen mit der Brennstoffzelle1 wiederum über ein drittes und ein viertes Lager5.3 ,5.4 der gleichen Art in einer Aufnahmevorrichtung3 angeordnet. Die Aufnahmevorrichtung3 ist hierbei als Wanne oder Trog mit zwei nicht dargestellten Seitenwänden, einer hinteren und einer vorderen Wandfläche3.1 ,3.2 ausgebildet. - Die vordere Wandfläche
3.2 dient hierbei als Aufnahme für das Anschlußteil2 und einen Stromverteiler6 . - Das Anschlußteil
2 ist mit einem als Flanschplatte ausgebildeten Befestigungsteil2.1 und mit einem Steckerteil2.2 bzw. Kontaktteil ausgestattet. Die Flanschplatte2.1 ist über zwei Befestigungsbolzen8.1 ,8.2 mit der vorderen Wandfläche3.2 verbunden. Gleichzeitig dienen die beiden Befestigungsbolzen8.1 ,8.2 zur Befestigung einer Befestigungsschiene6.1 für den Stromverteiler6 . - Das Kontaktelement
4 weist Kupferlamellen auf und ist beweglich bzw. elastisch ausgebildet. Es ist sowohl mit dem Anschlußteil2 bzw. Steckerteil2.2 als auch mit der Brennstoffzelle1 formschlüssig verbunden. An einem ersten Ende4.1 ist das Kontaktelement4 in das Anschlußteil2 bzw. das Steckerteil2.2 eingebunden bzw. eingegossen, und an einem zweiten Ende4.2 ist das Kontaktelement4 über eine Schweißverbindung mit der Brennstoffzelle1 elektrisch verbunden. - Die Flanschplatte
2.1 ist mit Bezug auf die vordere Wandfläche3.2 gegenüber dem Steckerteil2.2 innerhalb der Aufnahmevorrichtung3 angeordnet und mit dem Steckerteil2.2 über einen Steg2.3 verbunden. Zwischen der Flanschplatte2.1 und dem Brennstoffzellenmantel5 ist eine die Öffnung5.2 verschließende Dichtung9 mit einem an der Flanschplatte2.1 und an dem Brennstoffzellenmantel5 anliegenden bzw. angeordneten Dichtkörper9.1 vorgesehen. - Das Steckerteil
2.2 ist im Wesentlichen rechteckförmig bzw. zylindrisch ausgebildet und weist neben dem Kontaktelement4 einen damit verbundenen Anschlußkanal2.4 sowie einen Führungskanal2.5 auf. Innerhalb des Anschlußkanals2.4 ist ein Anschlußstecker6.4 des Stromverteilers6 lösbar angeordnet bzw. eingesteckt, wobei der Führungskanal2.5 eine Führungsnase6.5 des Stromverteilers6 aufnimmt. Der Anschlußstecker6.4 ist mit einem Kontakt7 des Stromverteilers6 über eine form- und kraftschlüssige Verbindung elektrisch verbunden. Zwischen dem Anschlußkanal2.4 und dem Anschlußstecker6.4 ist ein Dichtelement10 in der Art eines O-Rings vorgesehen. - Der Stromverteiler
6 selbst ist über die Befestigungsschiene6.1 und die beiden Befestigungsbolzen8.1 ,8.2 mit der Aufnahmevorrichtung3 lösbar verbunden. - Bezugszeichenliste
-
- 1
- Brennstoffzelle
- 1.1
- Kontaktstelle
- 1.3
- erstes Lager
- 1.4
- zweites Lager
- 1.5
- Bodenfläche
- 2
- Anschlußteil
- 2.1
- Befestigungsteil, Flanschplatte
- 2.2
- Steckerteil
- 2.3
- Steg
- 2.4
- Anschlußkanal
- 2.5
- Führungskanal
- 3
- Aufnahmevorrichtung
- 3.1
- hintere Wandfläche
- 3.2
- vordere Wandfläche
- 4
- Kontaktelement, Verbindungselement
- 4.1
- erstes Ende von
4 - 4.2
- zweites Ende von
4 - 5
- Brennstoffzellenmantel
- 5.1
- Ende
- 5.2
- Öffnung
- 5.3
- drittes Lager
- 5.4
- viertes Lager
- 6
- Stromverteiler
- 6.1
- Befestigungsschiene
- 6.4
- Anschlußstecker
- 6.5
- Führungsnase
- 7
- Steckkontakt
- 8.1
- Befestigungsbolzen
- 8.2
- Befestigungsbolzen
- 9
- Dichtung
- 9.1
- Dichtelement
- 10
- Dichtelement
Claims (15)
- Elektrische Verbindung zwischen einer in einer Aufnahmevorrichtung (
3 ) angeordneten Brennstoffzelle (1 ) und einem Anschlußteil (2 ), das über ein Kontaktelement (4 ) mit der Brennstoffzelle (1 ) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Kontaktelement (4 ) als Federelement beweglich ausgebildet ist, wobei ein erstes Ende (4.1 ) des Kontaktelements (4 ) am Anschlußteil (2 ) und ein zweites Ende (4.2 ) an der Brennstoffzelle (1 ) formschlüssig angeordnet ist. - Elektrische Verbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstoffzelle (
1 ) eine Kontaktstelle (1.1 ) aufweist, mit der das zweite Ende (4.2 ) des Kontaktelements (4 ) verbunden ist. - Elektrische Verbindung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktstelle (
1.1 ) mittels Kraftschluss mit dem zweiten Ende (4.2 ) des Kontaktelements (4 ) verbunden ist. - Elektrische Verbindung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktstelle (
1.1 ) mittels einer Schraubverbindung mit dem zweiten Ende (4.2 ) des Kontaktelements (4 ) verbunden ist. - Elektrische Verbindung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktstelle (
1.1 ) mittels einer Schweißverbindung mit dem zweiten Ende (4.2 ) des Kontaktelements (4 ) verbunden ist. - Elektrische Verbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Ende (
4.1 ) mittels Kraftschluß mit dem Anschlußteil (2 ) verbunden ist. - Elektrische Verbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Ende (
4.1 ) mittels einer Schraubverbindung mit dem Anschlußteil (2 ) verbunden ist. - Elektrische Verbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Ende (
4.1 ) mittels einer Schweißverbindung mit dem Anschlußteil (2 ) verbunden ist. - Elektrische Verbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Anschlußteil (
2 ) lösbar mit der Aufnahmevorrichtung (3 ) verbunden ist. - Elektrische Verbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstoffzelle (
1 ) einen Brennstoffzellenmantel (5 ) aufweist, wobei die Brennstoffzelle (1 ) im Brennstoffzellenmantel (5 ) und der Brennstoffzellenmantel (5 ) in der Aufnahmevorrichtung (3 ) elastisch oder gedämpft gelagert sind. - Elektrische Verbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Anschlußteil (
2 ) ein als Flanschplatte ausgebildetes Befestigungsteil (2.1 ) und ein Steckerteil (2.2 ) aufweist, wobei die Flanschplatte (2.1 ) an der Aufnahmevorrichtung (3 ) befestigt ist. - Elektrische Verbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 10 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennstoffzellenmantel (
5 ) eine Öffnung (5.2 ) für das Kontaktelement (4 ) und eine die Öffnung verschließende elastische Dichtung (9 ) aufweist, die mit dem Brennstoffzellenmantel (5 ) und dem Anschlußteil (2 ) verbunden ist. - Elektrische Verbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das aus metallisiertem Kunststoff gebildete Anschlußteil (
2 ) über einen Steckkontakt (7 ) mit einem Stromverteiler (6 ) elektrisch verbunden ist, wobei der Steckkontakt (7 ) eine Dichtung (10 ) in der Art eines O-Rings sowie eine elektromagnetische Abschirmung aufweist. - Elektrische Verbindung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromverteiler (
6 ) eine lösbare Befestigungsschiene (6.1 ) aufweist, die an der Aufnahmevorrichtung (3 ) für die Brennstoffzelle (1 ) befestigt ist. - Elektrische Verbindung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand vom Steckkontakt (
7 ) zu der Kontaktstelle (1.1 ) der Brennstoffzelle (1 ) dem Ein- bis Zweifachen der Summe der Wandstärken von Brennstoffzellenmantel (5 ), Aufnahmevorrichtung (3 ), Flanschplatte (2.1 ) und Befestigungsschiene (6.1 ) entspricht.
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2002
- 2002-01-19 DE DE10201934A patent/DE10201934B4/de not_active Expired - Fee Related
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