DE10244410A1

DE10244410A1 - Elastomerer Verbinder für eine Zellenspannungsüberwachungseinheit eines Brennstoffzellenstapels

Info

Publication number: DE10244410A1
Application number: DE10244410A
Authority: DE
Inventors: Robert L Fuss
Original assignee: Motors Liquidation Co
Current assignee: Motors Liquidation Co
Priority date: 2001-11-13
Filing date: 2002-09-24
Publication date: 2003-05-28
Anticipated expiration: 2022-09-25
Also published as: CA2401479C; US20030092292A1; JP2003151606A; JP3996833B2; US6692264B2; DE10244410B4; CA2401479A1

Abstract

Verbinder und Verfahren zum elektrischen Verbinden mit einer Serie von eng beabstandeten Rändern zum Gebrauch bei der Überwachung einzelner Zellen unter Verwendung bipolarer Platten eines Brennstoffzellenstapels. Der Verbinder umfasst einen länglichen elastomeren Streifen mit einer elektrischen Leitfähigkeit von seiner ersten Seite zu seiner gegenüberliegenden Seite, aber ohne eine bedeutende elektrische Leitfähigkeit im Gebrauch entlang seiner in Längsrichtung gerichteten Länge. Dieser längliche Streifen wird unter einem Winkel in Bezug auf die eng beabstandeten Ränder durch Ausrichtungsvorsprünge gehalten. Dies ermöglicht den Gebrauch einer Serie von Verbindern, die miteinander verschachtelt sind, um mit allen eng beabstandeten Rändern in Kontakt zu treten. Eine Vielazhl von elektrisch leitfähigen Elementen ist auf einer Leiterplatte an der gegenüberliegenden Seite des länglichen elastomeren Streifens in entsprechender Beziehung zu den eng beabstandeten Rändern angeordnet, die an der ersten Seite des länglichen elastomeren Streifens angeordnet sind. Es ist ein Mittel vorgesehen, um eine Kraft auszuüben und damit die erste Seite des länglichen elastomeren Streifens an die eng beanstandeten Ränder zu drücken.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrochemische Brennstoffzellenanordnung mit einer Zellenspannungsüberwachungseinheit und insbesondere eine elektrische Verbindungsvorrichtung, die dazu verwendet werden kann, einzelne Zellen oder Gruppen (Cluster) von Zellen innerhalb eines Stapels (Stack) zu überwachen.

Brennstoffzellen sind als eine Energiequelle bei vielen Anwendungen verwendet worden. Brennstoffzellen sind auch zur Verwendung bei elektrischen Fahrzeugantrieben als Ersatz für Verbrennungsmotoren vorgeschlagen worden. Bei Brennstoffzellen vom Typ mit Protonenaustauschmembran (PEM) wird Wasserstoff an die Anode der Brennstoffzelle und Sauerstoff als das Oxidationsmittel an die Kathode geliefert. PEM-Brennstoffzellen umfassen eine "Membranelektrodenanordnung" (MEA) mit einem dünnen, protonendurchlässigen, nicht elektrisch leitfähigen Festpolymermembran-Elektrolyten, der auf einer seiner Seiten die Anode und auf der gegenüberliegenden Seite die Kathode umfasst. Die MEA ist zwischen einem Paar elektrisch leitfähiger Elemente schichtartig angeordnet, die (1) als Stromkollektoren für die Anode und Kathode dienen und (2) geeignete Kanäle und/oder Öffnungen darin zur Verteilung der gasförmigen Reaktanden der Brennstoffzelle über die Oberflächen der jeweiligen Anoden- und Kathodenkatalysatoren enthalten. Eine typische PEM-Brennstoffzelle und ihre Membranelektrodenanordnung (MEA) ist in den U.S.-Patenten Nr. 5,272,017 und 5,316,871 beschrieben, die am 21. Dezember 1993 bzw. 31. Mai 1994 veröffentlicht und auf die General Motors Corporation übertragen sind, dem Anmelder der vorliegenden Erfindung, und bei dem als Erfinder Swathirajan et al. genannt ist.

Um einen PEM-Brennstoffzellenstapel zu bilden, ist eine Vielzahl einzelner Zellen miteinander gebündelt. Der Begriff "Brennstoffzelle" wird typischerweise dazu verwendet, entweder eine einzelne Zelle oder eine Vielzahl von Zellen (Stapel) abhängig von dem Zusammenhang zu bezeichnen. Eine Gruppe von Zellen innerhalb des Stapels wird als ein Cluster bezeichnet. Typische Anordnungen von mehreren Zellen in einem Stapel sind in dem U.S.-Patent Nr. 5,763,113 beschrieben, das der General Motors Corporation übertragen ist.

Bei den meisten Brennstoffzellenanordnungen wird Strom von dem Brennstoffzellenstapel über ein Paar von Busplatten abgezogen, von denen eine an jedem Ende des Brennstoffzellenstapels positioniert ist. Die Brennstoffzellen sind zwischen den Busplatten gestapelt, die typischerweise aus Kupfer oder beschichtetem Kupfer bestehen. Sehr oft wird zu einzelnen Zellen des Stapels zur Überwachung einzelner Zellenspannungen oder -ströme und/oder zu Steuerungs- oder Lade-/Entladezwecken ein Kontakt hergestellt. In den meisten Fällen sind diese elektrischen Kontakte nicht dazu bestimmt, den gesamten Stapelstrom zu leiten, sind aber dazu in der Lage, eine elektrische Verbindung mit einzelnen Brennstoffzellen oder Gruppen innerhalb eines Stapels vorzusehen.

Bei der Massenherstellung ist eine elektrische Verbindungsvorrichtung erforderlich, die leicht handzuhaben und anzubringen ist und die einen zuverlässigen elektrischen Kontakt mit bestimmten Komponenten eines Brennstoffzellenstapels vorsieht. Es kann erwünscht sein, bei einer einzelnen Vorrichtung Gruppen von Kontakten vorzusehen, die stets mit demselben Typ von Brennstoffzellenkomponente in dem Stapel in Verbindung stehen oder die mit dem Brennstoffzellenstapel in regelmäßig beabstandeten Intervallen entlang der Länge des Stapels in Kontakt stehen.

Ein Problem bei der Überwachung einzelner Brennstoffzellen oder Gruppen von Zellen innerhalb eines Stapels ist die Schwierigkeit, einen elektrischen Verbinder an den elektrisch leitfähigen Elementen zu befestigen. Beispielsweise ist für eine Brennstoffzelle, die so ausgebildet ist, um einen erheblichen Energieausgang zu erzeugen, eine große Anzahl bipolarer Platten vorgesehen, die eine große Anzahl von Verbindungen erfordern. Vielleicht noch wichtiger ist, dass diese Verbinder in nächster Nähe zueinander angeordnet sind, was es schwierig macht, elektrische Verbindungen ohne Kurzschluss mit benachbarten bipolaren Platten zu bilden. Der Stapel kann Zellen mit einem Abstand von beispielsweise zehn Zellen pro Inch umfassen. Somit sind weniger als etwa 2,5 Millimeter zwischen jeder bipolaren Platte vorhanden. Folglich kann die Herstellung derartiger einzelner Verbindungen ein langsamer und aufwändiger Prozess sein.

Bei einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verbinder zur elektrischen Verbindung mit einer Serie von eng beabstandeten Rändern zur Verwendung bei der Überwachung einzelner Zellen unter Verwendung bipolarer Platten eines Brennstoffzellenstapels vorgesehen. Der Verbinder umfasst einen länglichen elastomeren Streifen mit einer elektrischen Leitfähigkeit von seiner ersten Seite zu seiner gegenüberliegenden Seite, aber ohne bedeutende elektrische Leitfähigkeit im Gebrauch entlang seiner in der Längsrichtung gerichteten Länge. Die erste Seite des länglichen elastomeren Streifens ist an einer Vielzahl eng beabstandeter Ränder angeordnet. Der Verbinder umfasst auch eine Vielzahl elektrisch leitfähiger Elemente, die an der gegenüberliegenden Seite des länglichen elastomeren Streifens in entsprechender Beziehung zu der Vielzahl eng beabstandeter Ränder angeordnet sind, die an der ersten Seite des länglichen elastomeren Streifens angeordnet sind. Der Verbinder umfasst auch ein Mittel zur Ausübung einer Kraft, um die erste Seite des länglichen elastomeren Streifens an die Vielzahl eng beabstandeter Ränder zu drücken und damit einen elektrisch leitfähigen Weg in Verbindung mit jedem der Vielzahl eng beabstandeter Ränder vorzusehen, der von der ersten Seite des länglichen elastomeren Streifens durch den länglichen elastomeren Streifen zu seiner gegenüberliegenden Seite und durch die elektrisch leitfähigen Elemente verläuft und der von den elektrisch leitfähigen Wegen von benachbarten eng beabstandeten Rändern isoliert ist.

Bei einem anderen Aspekt der Erfindung ist ein Verbinder zur elektrischen Verbindung mit einer Serie von eng beabstandeten Rändern zum Gebrauch bei einer Überwachung einzelner Zellen unter Verwendung bipolarer Platten eines Brennstoffzellenstapels vorgesehen. Der Verbinder umfasst einen länglichen elastomeren Streifen mit einer elektrischen Leitfähigkeit von seiner ersten Seite zu seiner gegenüberliegenden Seite, aber ohne eine bedeutende elektrische Leitfähigkeit im Gebrauch entlang seiner in Längsrichtung gerichteten Länge, wobei die erste Seite des länglichen elastomeren Streifens an einer Vielzahl von eng beabstandeten Rändern angeordnet ist. Der Verbinder umfasst ferner ein Gehäuse mit einer Öffnung, die derart ausgebildet ist, um den länglichen elastomeren Streifen zu halten. Es ist auch eine Leiterplatte (printed circuit board) enthalten, die eine Vielzahl von elektrisch leitfähigen Elementen, die darauf angeordnet sind, aufweist; wobei die Leiterplatte an dem Gehäuse derart befestigt ist, dass die elektrisch leitfähigen Elemente an der gegenüberliegenden Seite des länglichen elastomeren Streifens in entsprechender Beziehung zu der Vielzahl von eng beabstandeten Rändern angeordnet sind, die an der ersten Seite des länglichen elastomeren Streifens angeordnet sind. Zusätzlich ist ein Mittel zum Ausüben einer Kraft vorgesehen, um die erste Seite des länglichen elastomeren Streifens an die Vielzahl von eng beabstandeten Rändern zu drücken und damit einen elektrisch leitfähigen Weg in Verbindung mit jedem der Vielzahl von eng beabstandeten Rändern vorzusehen, der von der ersten Seite des länglichen elastomeren Streifens durch den länglichen elastomeren Streifen zu seiner gegenüberliegenden Seite und durch die elektrisch leitfähigen Elemente verläuft und der von den elektrisch leitfähigen Wegen von benachbarten eng beabstandeten Rändern isoliert ist.

Bei einem anderen Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren vorgesehen, um eine elektrische Verbindung mit einer Serie von eng beabstandeten Rändern zur Verwendung bei einer Überwachung einzelner Zellen unter Verwendung bipolarer Platten eines Brennstoffzellenstapels vorzusehen. Das Verfahren umfasst den Schritt, dass ein länglicher elastomerer Streifen mit einer elektrischen Leitfähigkeit von seiner ersten Seite zu seiner gegenüberliegenden Seite, aber ohne eine bedeutende elektrische Leitfähigkeit im Gebrauch entlang seiner in Längsrichtung gerichteten Länge vorgesehen wird. Es ist auch der Schritt enthalten, dass die erste Seite des länglichen elastomeren Streifens an einer Vielzahl von eng beabstandeten Rändern angeordnet wird. Ferner ist der Schritt enthalten, dass eine Vielzahl von elektrisch leitfähigen Elementen an der gegenüberliegenden Seite des länglichen elastomeren Streifens in entsprechender Beziehung zu der Vielzahl von eng beabstandeten Rändern angeordnet wird, die an der ersten Seite des länglichen elastomeren Streifens angeordnet sind. Zusätzlich ist der Schritt enthalten, dass eine Kraft ausgeübt wird, um die erste Seite des länglichen elastomeren Streifens an die Vielzahl von eng beabstandeten Rändern zu drücken und damit einen elektrisch leitfähigen Weg in Verbindung mit jedem der Vielzahl von eng beabstandeten Rändern vorzusehen, der von der ersten Seite des länglichen elastomeren Streifens durch den länglichen elastomeren Streifen zu seiner gegenüberliegenden Seite und durch die elektrisch leitfähigen Elemente verläuft und der von den elektrisch leitfähigen Wegen von benachbarten eng beabstandeten Rändern isoliert ist.

Weitere Anwendungsgebiete und Aspekte der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung, den angefügten Ansprüchen sowie den Zeichnungen offensichtlich.

Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden nur beispielhaft unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, in welchen:

Fig. 1 eine perspektivische Explosionsansicht einer bevorzugten Verbinderanordnung der vorliegenden Erfindung ist;

Fig. 2 eine bruchstückhafte perspektivische Ansicht ist, die mehrere der bevorzugten Verbinderanordnungen von Fig. 1 in einer verschachtelten Stellung an einer Brennstoffzelle zeigt;

Fig. 3 eine Schnittansicht der Verbinderanordnung benachbart der Brennstoffzelle ist, wie in Fig. 2 gezeigt ist;

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht einer Pressträgeranordnung zur Verwendung beim Pressen der Verbinderanordnungen an die Brennstoffzelle ist;

Fig. 5 eine vergrößerte bruchstückhafte Ansicht ähnlich zu Fig. 2 ist, die die Pressträgeranordnung über die bevorzugten Verbinderanordnungen von Fig. 1 befestigt zeigt; und

Fig. 6 eine perspektivische Ansicht eines Gehäuse eines Brennstoffzellenstapels ist, das die Verbinderanordnungen durch die Pressträgeranordnung an die Stelle gepresst und bereit zur Umhüllung in dem Gehäuse umfasst.

In Fig. 1 sind verschiedene Komponenten eines bevorzugten Verbinders der vorliegender Erfindung, der allgemein mit 10 bezeichnet ist, vorgesehen. Es ist ein elastomerer Verbindungsstreifen 12, ein Gehäuse 14 dafür und eine Leiterplatte 16 gezeigt. Wie in Fig. 6 gezeigt ist und nachstehend detaillierter beschrieben wird, umfasst der bevorzugte Verbinder 10 allgemein auch eine Pressträgeranordnung 18.

Wie oben gezeigt ist, umfassen die Komponenten von Fig. 1 einen elastomeren Verbindungsstreifen 12. Der Streifen 12 umfasst äußere Stütz- oder Isolierungsbarrieren 13, die dazwischen ein inneres elektrisch leitfähiges Material 12' schichtartig anordnen. Dieses innere elektrisch leitfähige Material 12' ist durch seine Höhe oder Dicke (oder Y-Richtung) leitfähig, ist aber entlang seiner in Längsrichtung gerichteten Länge (oder X-Richtung) im Gebrauch nicht bedeutend elektrisch leitfähig. Dieses elektrisch leitfähige Material 12' kann auch entlang seiner Tiefe oder Breite (oder Z- Richtung) leitfähig sein. "Nicht bedeutend" in Bezug auf die elektrische Leitfähigkeit im Gebrauch bedeutet, dass im Betriebszustand (d. h. mit Spannung und Energie, die erforderlich sind, um die Überwachung zu erreichen) der Strom nicht in Längsrichtung entlang des elastomeren Streifens 12 fließt, so dass dort keine unakzeptable Überlagerung zwischen benachbarten elektrisch leitfähigen Wegen durch den elastomeren Streifen 12' gebildet wird, und bedeutet bevorzugt, dass bei den Betriebsbedingungen kein elektrischer Stromfluss zwischen benachbarten elektrisch leitfähigen Wegen erfolgt.

Obwohl dieses Material 12' durch seine Dicke (oder Y-Richtung) leitfähig ist, besitzt es bevorzugt einen Widerstand durch die Dicke des elektrisch leitfähigen Materials. Der Widerstand schützt das System, wenn ein unbeabsichtigter Kurzschluss oder ein ähnlicher Fehler der Spannungsüberwachungseinheit auftritt. Bevorzugter beträgt der Widerstand etwa 100 Ohm bis etwa 2000 Ohm und noch bevorzugter etwa 200 Ohm bis etwa 1000 Ohm. Somit liegt der Stromfluss bevorzugt im Bereich von etwa 10 Milliampere bis etwa 0,5 Milliampere und noch bevorzugter im Bereich von etwa 5 Milliampere bis etwa 1 Milliampere.

Die selektive elektrische Leitfähigkeit kann beispielsweise dadurch vorgesehen werden, dass das innere elektrisch leitfähige Material 12' aus mit nicht leitfähigen elastomeren Querschnitten abwechselnden Querschnitten eines elektrisch leitfähigen elastomeren Materials aufgebaut wird. Ein besonders bevorzugter Verbindungsstreifen ist ein fester, selbsttragender Verbinder unter Verwendung eines auf Kohlenstoff basierenden Elastomers, das von Fujipoly America Corporation, Carteret, NJ 07008 mit der Handelsbezeichnung ZEBRA® Elastomeric Connectors vertrieben wird. Selbstverständlich können andere elastomere Verbinder verwendet werden, beispielsweise können auch auf Kohlenstoff basierende Niedertemperaturelastomere oder auf Silber basierende Elastomere verwendet werden. Obwohl im Allgemeinen rechtwinklige Querschnitte verwendet werden, können die Querschnitte alternativ unter einem Winkel ausgerichtet werden, um besser/enger mit dem Winkel des Randes der bipolaren Platten 32 ausgerichtet werden zu können, wenn der Verbinder 10 an der Stelle angeordnet und damit verbunden ist.

Das Gehäuse 14 hält und sichert den elastomeren Verbindungsstreifen 12 mit einem Halteschlitz 20. Das Gehäuse 14 umfasst auch geeignet bemessene Öffnungen 22 zur Aufnahme von Schneidgewindeschrauben 24 (nach einem Durchgang durch Öffnungen 26 in der Leiterplatte 16). Die Gewindeschrauben 24 werden dazu verwendet, die Leiterplatte 16 an dem Gehäuse 14 zu befestigen. Ein Acht-Stift-Verbinder 28 ist an der Leiterplatte 16 zur Befestigung an einem Kabel 30 mit acht Leitern vorgesehen (wie in Fig. 2 gezeigt ist). Wie in Fig. 3 gezeigt ist, sieht die Leiterplatte 16 elektrisch leitfähige Elemente 17 vor, die das Kabel 30 mit verschiedenen Punkten an dem elastomeren Streifen 12' verbinden, die den Rändern der bipolaren Platten 32 über die Y-Richtung des elastomeren Verbindungsstreifens 12 gegenüberliegen.

Wie ebenfalls in Fig. 3 gezeigt ist, sind Ausrichtungsvorsprünge 34 an der unteren Fläche des Gehäuses 14 vorgesehen, um eine richtige gegenüberliegende Ausrichtung der elektrisch leitfähigen Elemente 17 mit den Rändern von bipolaren Platten 32 sicherzustellen. Obwohl die Ränder der bipolaren Platten 32 als gerade Ränder gezeigt sind, können viele Modifikationen ausgeführt werden. Beispielsweise können Stifte mit rechtwinkliger oder bogenförmiger Form, die sich von den Rändern der bipolaren Platten 32 erstrecken, vorgesehen werden, um gegen den elastomeren Streifen 12' zu pressen. Dies könnte den Gebrauch einer verringerten Druckkraft gegen die Verbinder ermöglichen.

Wie in Fig. 2 gezeigt ist, muss, da der enge Abstand der Ränder der bipolaren Platten 32 gegeben ist, allgemein eine gewisse Anpassung durchgeführt werden, um zu ermöglichen, dass mehrere Verbinder 10 verwendet werden können, ohne dass ein Kontakt mit einem der eng beabstandeten Ränder der bipolaren Platten 32 verloren geht. Dies ist darauf zurückzuführen, da Zwischenräume nach den Enden des elastomeren Streifens 12, die infolge benachbarter Gehäuse 14 und/oder der benachbarten Leiterplatte 16 erforderlich sind, allgemein größer als der Abstand zwischen den Rändern der bipolaren Platten 32 sind. Die gezeigte Serie von Verbindern 10 richtet den elastomeren Streifen 12 unter einem Winkel zu den Rändern der bipolaren Platten 32 aus. Zusätzlich sind die Leiterplatten 16 und Gehäuse 14 so geformt, um zu ermöglichen, dass benachbarte Verbinder 10 verschachtelt werden können. Dadurch wird erlaubt, dass jeder Verbinder 10 einen gewissen Raum über dem Rand der bipolaren Platten 32 besetzen kann, die durch einen benachbarten Verbinder 10 in der Reihe elektrisch verbunden sind.

Selbstverständlich sind viele alternative Konstruktionen möglich, um zu erlauben, dass die Verbinder 10 mit jedem Rand der bipolaren Platten 32eines Brennstoffzellenstapels in Kontakt treten können. Beispielsweise könnte jeder Verbinder 10 von benachbarten Verbindern 10 versetzt angeordnet sein, so dass beispielsweise jeder nachfolgende Verbinder 10 zwischen einer von zwei benachbarten ausgerichteten Reihen von Verbindem 10 abwechselt. Damit könnte bei dieser alternativen Version der elastomere Streifen 12 rechtwinklig zu den Rändern der bipolaren Platte 32 ausgerichtet sein. Als eine andere Alternative könnte ein einteiliger elastomerer Streifen 12 mit einem einteiligen Gehäuse 14 verwendet werden, der sich über die gesamte Länge des Brennstoffzellenstapels 54 erstreckt. Somit könnten alle Ränder der bipolaren Platten 32 durch einen einzelnen Verbinder 10 kontaktiert werden.

In Fig. 4 ist eine Pressträgeranordnung 18 gezeigt. Wie nachfolgend beschrieben ist, wird diese Pressträgeranordnung 18 dazu verwendet, eine abwärts gerichtete Kraft auf den elastomeren Streifen 12 auszuüben, um einen guten elektrischen Kontakt mit den Rändern der bipolaren Platten 32 sicherzustellen. Die Halterungsanordnung 18 umfasst einen länglichen Metallstab 38 mit einem im Allgemeinen rechtwinkligen Querschnitt. Ein elastomeres Schaummaterial 40 ist entlang einer Seite des Stabes vorgesehen, der. durch Nuten segmentiert ist, die sich teilweise durch diesen erstrecken. Auf der gegenüberliegenden Seite des Metallstabes 38 sind fünf Klemmen 42 befestigt. An jedem Ende des Stabes 38 befindet sich eine Ausnehmung 44 zur Aufnahme einer Verschiebeverriegelung 46, die in der Ausnehmung 44 durch eine der Klemmen 42 gehalten wird. Eine Sicherungsschraube 48 ist auch vorgesehen, um die Verriegelung 46 in seiner Position zu sichern, wobei ihr distales Ende ausgefahren ist. Zuletzt werden acht Inbusschrauben 50 (Allen head screws) in den Stab 38 in gleich beabstandeten Intervallen geschraubt. Diese Schrauben 50 werden dazu verwendet, die Kraft oder den Druck einzustellen, der auf die Verbinder 10 ausgeübt wird, wie nachfolgend beschrieben wird.

Wie in Fig. 5 gezeigt ist, wird die Pressträgeranordnung 18 an dem Gehäuse 53 der Zellenspannungsüberwachungseinheit auf der Seite des Brennstoffzellenstapels 54 befestigt. Die Klemmen 42 der Pressträgeranordnung 18 sind in einer gefrästen Nut 56 in der Umfangswand 52 des Gehäuses 53 verschiebbar. Die Verschiebeverriegelung 46 ist so ausgefahren, dass sich ihr distales Ende in Schlitze 58 in der Umfangswand 52 erstreckt, und die Sicherungsschrauben 48 sind festgezogen, um die Verschiebeverriegelung 46 in dieser Position beizubehalten. Somit ist die Pressträgeranordnung 18 über der Serie von Verbindern 10 angeordnet und positioniert und wird dort gehalten, so dass sie eine Druckkraft auf die Verbinder 10 vorsehen kann, um den elastomeren Streifen 12 an die Ränder der bipolaren Platten 32 zu drücken. Eine Aufbringung dieser Kraft kann auch dazu verwendet werden, die gegenüberliegende Seite des elektrisch leitfähigen elastomeren Streifens 12' an die elektrisch leitfähigen Elemente 17 der Leiterplatte 16 zu drücken.

Wie in Fig. 6 gezeigt ist, ist eine längliches starres Zusammenbauwerkzeug 58 zeitweilig an dem Gehäuse 53 befestigt. Das Zusammenbauwerkzeug 58 umfasst Öffnungen 60, die erlauben, dass ein Inbusschlüssel hindurch und in jede der acht Schrauben 50 mit Inbuskopf in der Pressträgeranordnung 18 eingesetzt werden kann. Die Öffnungen 60 besitzen jedoch einen Durchmesser, der klein genug ist, damit, wenn die Inbusschrauben 50 aus dem Metallstab 38 der Pressträgeranordnung 18 herausgeschraubt (backed out) werden, die flachen Flächen der Köpfe dieser Inbusschrauben 50 an die Bodenfläche des Zusammenbauwerkzeuges 58 pressen. Folglich kann durch Einstellen, wie weit jede der Inbusschrauben 50 aus dem Metallstab 38 herausgeschraubt wird, die Kraft, die durch die Pressträgeranordnung 18 auf die Verbinder 10 an die Ränder der bipolaren Platten 32 ausgeübt wird, gesteuert werden. Sobald die Kraft geeignet eingestellt ist, wird das Zusammenbauwerkzeug 18 entfernt, und es wird eine Abdeckung (nicht gezeigt) an der Umfangswand 52 des Gehäuses 53 der Zellenspannungsüberwachungseinheit in abdichtender Beziehung befestigt, wodurch die Oberfläche vorgesehen wird, gegen die die Inbusschrauben 50 während des Gebrauchs pressen.

Vor der Abdichtung des Gehäuses 53 wird jedoch ein Ende eines Kabels 30 mit dem Acht-Stift-Verbinder 28 jedes elektrischen Verbinders 10 verbunden, und das andere Ende wird an einer Hauptplatine (nicht gezeigt) der Zellenspannungsüberwachungseinheit über zusätzliche Verbinder (nicht gezeigt) befestigt. Die Hauptplatine kann in ihrem eigenen Gehäuse 62 eingeschlossen sein und kann an der Seite des Brennstoffzellenstapels 54 innerhalb der Umfangswand 52 des Überwachungsgehäuses 53 befestigt sein. Die Hauptplatine wird anschließend durch das Überwachungsgehäuse 53 durch einen abgedichteten Kommunikationsanschluss 54 elektrisch verbunden. Somit kann das Gehäuse 53 gegebenenfalls von der Außenumgebung abgedichtet werden. Obwohl das Überwachungsgehäuse 53 bevorzugt von der Umgebung abgedichtet ist, kann es auch ein Entlüftungsmittel umfassen, um sicherzustellen, dass kein Aufbau von Gasen, wie beispielsweise Wasserstoff, Wasser oder Luft innerhalb des Überwachungsgehäuses 53 erfolgen kann.

Obwohl der Gebrauch von Inbusschrauben, die an das Zusammenbauwerkzeug 18 oder die Gehäuseabdeckung pressen, um eine Druckkraft auf den elastomeren Streifen 12 vorzusehen, beschrieben worden ist, können viele alternative Mechanismen verwendet werden, die diese Druckkraft vorsehen können. Beispielsweise könnte das Gehäuse 53 angelenkte Träger mit Laschen umfassen, die an einer Serie von Feststelleinrichtungen ähnlich der Verriegelungsstruktur üblicher Kunststoffdrahtbündelstreifen verriegelt werden können. Alternativ dazu könnte eine aufblasbare Blase zwischen der Abdeckung des Gehäuses 53 und den Verbindern 10 angeordnet werden. Die Blase würde durch ein gasförmiges oder starres Material aufgeblasen, bis der richtige Druck ausgeübt wird.

Zusammengefasst betrifft die vorliegende Erfindung einen Verbinder und ein Verfähren zum elektrischen Verbinden mit einer Serie von eng beabstandeten Rändern zum Gebrauch bei der Überwachung einzelner Zellen unter Verwendung bipolarer Platten eines Brennstoffzellenstapels. Der Verbinder umfasst einen länglichen elastomeren Streifen mit einer elektrischen Leitfähigkeit von seiner ersten Seite zu seiner gegenüberliegenden Seite, aber ohne eine bedeutende elektrische Leitfähigkeit im Gebrauch entlang seiner in Längsrichtung gerichteten Länge. Dieser längliche Streifen wird unter einem Winkel in Bezug auf die eng beabstandeten Ränder durch Ausrichtungsvorsprünge gehalten. Dies ermöglicht den Gebrauch einer Serie von Verbindern, die miteinander verschachtelt sind, um mit allen eng beabstandeten Rändern in Kontakt zu treten. Eine Vielzahl von elektrisch leitfähigen Elementen ist auf einer Leiterplatte an der gegenüberliegenden Seite des länglichen elastomeren Streifens in entsprechender Beziehung zu den eng beabstandeten Rändern angeordnet, die an der ersten Seite des länglichen elastomeren Streifens angeordnet sind. Es ist ein Mittel vorgesehen, um eine Kraft auszuüben und damit die erste Seite des länglichen elastomeren Streifens an die eng beabstandeten Ränder zu drücken.

Claims

1. Verbinder zum elektrischen Verbinden mit einer. Serie von eng beabstandeten Rändern zur Verwendung bei einer Überwachung einzelner Zellen unter Verwendung bipolarer Platten eines Brennstoffzellenstapels, wobei der Verbinder umfasst:

a) einen länglichen elastomeren Streifen mit einer elektrischen Leitfähigkeit von seiner ersten Seite zu seiner gegenüberliegenden Seite aber ohne eine bedeutende elektrische Leitfähigkeit im Gebrauch entlang seiner in Längsrichtung gerichteten Länge, wobei die erste Seite des länglichen elastomeren Streifens an einer Vielzahl eng beabstandeter Ränder angeordnet ist;

b) eine Vielzahl elektrisch leitfähiger Elemente, die an der gegenüberliegenden Seite des länglichen elastomeren Streifens in entsprechender Beziehung zu der Vielzahl von eng beabstandeten Rändern angeordnet ist, die an der ersten Seite des länglichen elastomeren Streifens angeordnet sind; und

c) ein Mittel zum Ausüben einer Kraft, um die erste Seite des länglichen elastomeren Streifens an die Vielzahl von eng beabstandeten Rändern zu drücken und damit einen elektrisch leitfähigen Weg in Verbindung mit jedem der Vielzahl von eng beabstandeten Rändern zu bilden, der von der ersten Seite des länglichen elastomeren Streifens durch den länglichen elastomeren Streifen zu seiner gegenüberliegenden Seite und durch die elektrisch leitfähigen Elemente verläuft und der von den elektrisch leitfähigen Wegen benachbarter eng beabstandeter Ränder isoliert ist.

2. Verbinder zum elektrischen Verbinden mit einer Serie von eng beabstandeten Rändern nach Anspruch 1, ferner mit Ausrichtungsvorsprüngen, die dem elastomeren Streifen zugeordnet sind, um die eng beabstandeten Rändern an der ersten Seite des länglichen elastomeren Streifens mit den elektrisch leitfähigen Elementen an seiner gegenüberliegenden Seite auszurichten.

3. Verbinder zum elektrischen Verbinden mit einer Serie von eng beabstandeten Rändern nach Anspruch 1, ferner mit einem Gehäuse mit einer Öffnung, die derart ausgebildet ist, um den länglichen elastomeren Streifen zu halten.

4. Verbinder zum elektrischen Verbinden mit einer Serie von eng beabstandeten Rändern nach Anspruch 1, wobei die elektrische Leitfähigkeit von einer ersten Seite zu seiner gegenüberliegenden Seite einen elektrischen Widerstand von etwa 100 Ohm bis etwa 2000 Ohm umfasst.

5. Verbinder zum elektrischen Verbinden mit einer Serie von eng beabstandeten Rändern nach Anspruch 1, ferner mit einer Leiterplatte, auf der die elektrisch leitfähigen Elemente angeordnet sind.

6. Verbinder zum elektrischen Verbinden mit einer Serie von eng beabstandeten Rändern nach Anspruch 1, wobei der elastomere Streifen zwei Träger- oder Isolierungsbarrieren umfasst, von denen eine auf jeder von zwei gegenüberliegenden lateralen Seiten eines elektrisch leitfähigen Abschnittes angeordnet sind.

7. Verbinder zum elektrischen Verbinden mit einer Serie von eng beabstandeten Rändern nach Anspruch 1, wobei der elastomere Streifen unter einem Winkel in Bezug auf die Ränder der bipolaren Platten ausgerichtet ist.

8. Verbinder zum elektrischen Verbinden mit einer Serie von eng beabstandeten Rändern nach Anspruch 1, wobei das Mittel zum Ausüben einer Kraft einen länglichen Stab mit Gewindeschrauben zum Einstellen der Kraft umfasst.

9. Verbinder zum elektrischen Verbinden mit einer Serie von eng beabstandeten Rändern zum Gebrauch bei der Überwachung einzelner Zellen unter Verwendung bipolarer Platten eines Brennstoffzellenstapels, wobei der Verbinder umfasst:

b) ein Gehäuse mit einer Öffnung; die derart ausgebildet ist, um den länglichen elastomeren Streifen zu halten;

c) eine Leiterplatte mit einer Vielzahl elektrisch leitfähiger Elemente, die darauf angeordnet sind, wobei die Leiterplatte an dem Gehäuse derart befestigt ist, dass die elektrisch leitfähigen Elemente an der gegenüberliegenden Seite des länglichen elastomeren Streifens in entsprechender Beziehung zu der Vielzahl eng beabstandeter Ränder angeordnet sind, die an der ersten Seite des länglichen elastomeren Streifens angeordnet sind; und

d) ein Mittel zum Ausüben einer Kraft, um die erste Seite des länglichen elastomeren Streifens an die Vielzahl von eng beabstandeten Rändern zu drücken und damit einen elektrisch leitfähigen Weg in Verbindung mit jedem der Vielzahl von eng beabstandeten Rändern zu bilden, der von der ersten Seite des länglichen elastomeren Streifens durch den länglichen elastomeren Streifen zu seiner gegenüberliegenden Seite und durch die elektrisch leitfähigen Elemente verläuft und der von den elektrisch leitfähigen Wegen benachbarter eng beabstandeter Ränder isoliert ist.

10. Verbinder zum elektrischen Verbinden mit einer Serie von eng beabstandeten Rändern nach Anspruch 9, ferner mit Ausrichtungsvorsprüngen, die dem elastomeren Streifen zugeordnet sind, um die eng beabstandeten Rändern an der ersten Seite des länglichen elastomeren Streifens mit den elektrisch leitfähigen Elementen an seiner gegenüberliegenden Seite auszurichten.

11. Verbinder zum elektrischen Verbinden mit einer Serie von eng beabstandeten Rändern nach Anspruch 9, wobei der elastomere Streifen unter einem Winkel in Bezug auf die Ränder der bipolaren Platten ausgerichtet ist.

12. Verbinder zum elektrischen Verbinden mit einer Serie von eng beabstandeten Rändern nach Anspruch 9, wobei jedes Gehäuse so geformt ist, um zu ermöglichen, dass jeder Verbinder einen gewissen Raum über dem Rand von bipolaren Platten belegen kann, die durch einen benachbarten Verbinder elektrisch verbunden sind.

13. Verbinder zum elektrischen Verbinden mit einer Serie von eng beabstandeten Rändern nach Anspruch 11, wobei die elektrische Leitfähigkeit von einer ersten Seite zu seiner gegenüberliegenden Seite einen elektrischen Widerstand von etwa 200 Ohm bis etwa 1000 Ohm umfasst.

14. Verfahren, um eine elektrische Verbindung mit einer Serie von eng beabstandeten Rändern zum Gebrauch bei der Überwachung einzelner Zellen unter Verwendung bipolarer Platten eines Brennstoffzellenstapels vorzusehen, wobei das Verfahren die Schritte umfasst, dass:

a) ein länglicher elastomerer Streifen mit einer elektrischen Leitfähigkeit von seiner ersten Seite zu seiner gegenüberliegenden Seite aber ohne eine bedeutende elektrische Leitfähigkeit im Gebrauch seiner in Längsrichtung gerichteten Länge vorgesehen wird;

b) die erste Seite des länglichen elastomeren Streifens an einer Vielzahl von eng beabstandeten Rändern angeordnet wird;

c) eine Vielzahl elektrisch leitfähiger Elemente an der gegenüberliegenden Seite des länglichen elastomeren Streifens in entsprechender Beziehung zu der Vielzahl von eng beabstandeten Rändern angeordnet wird, die an der ersten Seite des länglichen elastomeren Streifens angeordnet sind; und

d) eine Kraft ausgeübt wird, um die erste Seite des länglichen elastomeren Streifens an die Vielzahl von eng beabstandeten Rändern zu drücken und damit einen elektrisch leitfähigen Weg in Verbindung mit jedem der Vielzahl von eng beabstandeten Rändern vorzusehen, der von der ersten Seite des länglichen elastomeren Streifens durch den länglichen elastomeren Streifen zu seiner gegenüberliegenden Seite und durch die elektrisch leitfähigen Elemente verläuft und der von den elektrisch leitfähigen Wegen von benachbarten eng beabstandeten Rändern isoliert ist.

15. Verfahren nach Anspruch 14, um eine elektrische Verbindung mit einer Serie von eng beabstandeten Rändern vorzusehen, ferner mit den Schritten, dass dem elastomeren Streifen Ausrichtungsvorsprünge zugeordnet werden und die Ausrichtungsvorsprünge so verwendet werden, um die eng beabstandeten Ränder an der ersten Seite des länglichen elastomeren Streifens mit den elektrisch leitfähigen Elementen auf seiner gegenüberliegenden Seite auszurichten.

16. Verfahren nach Anspruch 14, um eine elektrische Verbindung mit einer Serie von eng beabstandeten Rändern vorzusehen, ferner mit dem Schritt, dass ein Gehäuse mit einer Öffnung vorgesehen wird, die derart ausgebildet ist, um den länglichen elastomeren Streifen darin zu halten.

17. Verfahren nach Anspruch 14, um eine elektrische Verbindung mit einer Serie von eng beabstandeten Rändern vorzusehen, wobei der Schritt, um einen länglichen elastomeren Streifen mit einer elektrischen Leitfähigkeit zu versehen, ferner umfasst, dass ein elektrischer Widerstand von etwa 100 Ohm bis etwa 2000 Ohm vorgesehen wird.

18. Verfahren nach Anspruch 14, um eine elektrische Verbindung mit einer Serie von eng beabstandeten Rändern vorzusehen, wobei der Schritt, um eine Vielzahl von elektrisch leitfähigen Elementen anzuordnen, ferner umfasst, dass die elektrisch leitfähigen Elemente einer Leiterplatte zugeordnet werden.

19. Verfahren nach Anspruch 14, um eine elektrische Verbindung mit einer Serie von eng beabstandeten Rändern vorzusehen, wobei der Schritt, um die erste Seite des länglichen elastomeren Streifens an einer Vielzahl von eng beabstandeten Rändern anzuordnen, umfasst, dass der elastomere Streifen unter einem Winkel in Bezug auf die Ränder der bipolaren Platten ausgerichtet wird.

20. Verfahren nach Anspruch 14, um eine elektrische Verbindung mit einer Serie von eng beabstandeten Rändern vorzusehen, wobei der Schritt zum Ausüben einer Kraft ferner umfasst, dass die Kraft auf ein geeignetes Niveau eingestellt wird.