EP4360152A1 - Cell contact unit - Google Patents

Cell contact unit

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Publication number
EP4360152A1
EP4360152A1 EP22808609.6A EP22808609A EP4360152A1 EP 4360152 A1 EP4360152 A1 EP 4360152A1 EP 22808609 A EP22808609 A EP 22808609A EP 4360152 A1 EP4360152 A1 EP 4360152A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
plug
contact
contact elements
spring
contacting unit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP22808609.6A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Bernd Wetzel
Peter Broghammer
Bernd Hugger
Elmar Neugart
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Marquardt GmbH
Original Assignee
Marquardt GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Marquardt GmbH filed Critical Marquardt GmbH
Publication of EP4360152A1 publication Critical patent/EP4360152A1/en
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0247—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the form
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/2465—Details of groupings of fuel cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R13/00—Details of coupling devices of the kinds covered by groups H01R12/70 or H01R24/00 - H01R33/00
    • H01R13/02—Contact members
    • H01R13/04—Pins or blades for co-operation with sockets
    • H01R13/05—Resilient pins or blades

Definitions

  • the invention relates to a cell contacting unit CVP, also called Cell Voltage Pickup.
  • a cell contacting unit CVP Cell Voltage Pickup
  • CVP Cell Voltage Pickup
  • This unit is for measuring a cell voltage capable of simultaneously and easily measuring the voltages of all cells of a fuel cell stack.
  • this includes a a plurality of voltage measurement probes and needle-type voltage measurement terminals having a tip side protruding from the unit, and a spring stored in the unit that biases the needle-type voltage measurement terminals against the side faces of the separators of the fuel cell stack by an elastic force.
  • the invention is therefore based on the object of overcoming the aforementioned disadvantages and developing a solution for a fuel cell stack in order to safely and reliably contact a large number of parallel bi-polar plates in order to tap off the cell voltage and then connect this to a measurement and evaluation electronics. Furthermore, it must be ensured that the corresponding contact also makes contact with the correct contact opening in the bipolar plate without being damaged and that a good contact force is achieved there.
  • a basic idea of the invention is that resilient contact parts (e.g. formed as a stamped part, made of wire, turned part or the like), which are mounted in a housing, only when plugged together with the mating plug unit of the fuel cell stack, preferably approximately in the middle, in the corresponding contact pockets are introduced, and only shortly before reaching the full insertion position, controlled by a control link, the contact parts are radially elastically deflected and then prestressed contacting the contact pockets. In this way, the connection can be made with a low insertion force, but a high contact force can still be generated in the inserted state.
  • resilient contact parts e.g. formed as a stamped part, made of wire, turned part or the like
  • pre-centering can be achieved for better fixation via the housing, which provides a guide leg or guide ribs for this purpose.
  • a cell contacting unit for making electrical contact with electrical contact sockets arranged in a housing or a plug-in unit of a fuel cell stack (preferably in one or more rows and/or columns), the cell contacting unit having spring contact elements in positions corresponding to the contact sockets, which are in the plugging direction (S) extend away from the cell contacting unit, with control links being provided on the housing in the plug-in direction, upstream of the contact sockets, which cause a spring-elastic deflection of the spring contact elements transverse to the plug-in direction when the spring contact elements are inserted into the contact sockets, so that the spring contact elements are subjected to spring force in the plugged-in state pressed against the contact sockets.
  • the main component of the spring force which is generated due to the transverse deformation of the links and which presses the spring contact elements against a side wall of the contact sockets in the inserted state, acts transversely to the insertion direction.
  • the cell contacting unit is designed so that when the spring contact elements of the cell contacting unit are plugged together with the contact sockets of the fuel cell stack, the spring contact elements increasingly break through during the plugging process the control links are deflected transversely to their initial position. As a result, the contact force can be controlled in a targeted manner over the plug-in path.
  • control links are provided as inclined ramps on the housing in such a way that they extend at least partially into the installation space in front of the contact openings of the contact sockets through which the spring contact elements are guided or so that the spring contact elements run onto the slides when plugged together and are deflected laterally as inclined ramps due to the shape of the slides.
  • Another advantage is a design in which the spring contact elements initially penetrate at least their front or plug-side end into the contact openings of the contact sockets, preferably roughly in the middle of the contact openings, before a control section of the spring contact elements encounters a link section of the control links during further plugging.
  • the links are to be designed in such a way that the plug-side end of the contact elements is first guided past the links when they are plugged together and then only the control section of the spring contact elements runs onto the links when they are further plugged in.
  • the spring contact elements essentially have the following course, viewed in the plug-in direction: a straight section running approximately parallel to the plug-in direction, an adjoining inclined control section and an insertion section on the plug-in side adjoining the control section, which also parallel to the plug-in direction (S). and preferably at its plug-side end a bent contact section with a contact zone (K) which is oriented transversely to the plug-in direction.
  • U-shaped contacts each of which forms two essentially parallel spring contact elements (arranged in pairs), of which each spring contact element is intended to be plugged into a corresponding socket on the contact device of the fuel cell stack.
  • spring contact elements essentially run in a straight line in the plug-in direction and, when plugged into the contact sockets, experience a first deformation on the control links transverse to the plug-in direction and a second deformation, opposite to the direction of the first deformation, on the side wall of the socket contacts becomes.
  • the spring contact elements have a latching geometry at or near their plug-side end, which engages in a counter-latching geometry formed in or on the contact sockets. In this way, the contact arrangement can be held securely.
  • a further aspect of the present invention relates to such a contact arrangement consisting of a fuel cell stack with socket contacts and a cell contacting unit as described above, which is designed to be plugged together with the fuel cell stack in an electrically contacting manner.
  • Another aspect of the present invention relates to a fuel cell comprising a fuel cell stack with a plug-in device designed with socket contacts and a cell as described above. contacting unit that is plugged together or can be plugged together in an electrically contacting manner with the fuel cell stack.
  • FIG. 1 shows a schematic sectional view of a cell contacting unit according to the invention, which is connected to a contact device of a fuel cell stack, specifically in a first assembly position;
  • FIG. 2 shows a schematic sectional view of the cell contacting unit according to the invention, specifically in a plug-in position following the first assembly position from FIG. 1;
  • FIG. 3 shows a schematic sectional view of the cell contacting unit according to the invention from FIG. 1 , specifically in a fully inserted end position following the second assembly position from FIG. 2 ;
  • FIG. 4 shows a perspective sectional view of a cell contacting unit according to the invention, which shows a multiplicity of contacts;
  • FIG. 5 shows a schematic sectional view of a cell contacting unit according to the invention in an alternative embodiment, which is connected to a contact device of a fuel cell stack, specifically in a first assembly position
  • FIG. 6 shows a schematic sectional view of the cell contacting unit according to the invention from FIG. 5, specifically in a plug-in position following the first assembly position from FIG. 5;
  • FIG. 7 shows a schematic sectional view of the cell contacting unit according to the invention from FIG. 5, specifically in a fully inserted end position following the second assembly position from FIG.
  • FIG. 4 shows a perspective sectional view of a cell contacting unit 100 according to the invention.
  • the cell contacting unit 100 is designed for making electrical contact with electrical contact sockets 21 arranged in a plurality of rows or columns in a housing 22 of a fuel cell stack 20, the cell contacting unit 100 having the spring contact elements 11 shown at corresponding positions for this purpose.
  • the cell contacting unit 100 has a housing 15 in which the spring contact elements 11 are mounted.
  • the spring contact elements 11 extend in the plug-in direction S out of the cell contacting unit 100 (downward in Fig. 4) or out of the housing 15, with guide ribs 27 being arranged on the housing 22 of the mating plug-in device of the fuel cell stack 20, viewed in the plug-in direction S, in order to To ensure pre-centering before the actual plug-in process.
  • FIGS. 1 to 3 A first exemplary embodiment of the invention is shown in FIGS. 1 to 3 in the form of a partial detail of a schematic sectional view of a cell contacting unit 100, which is connected to a contact device of a fuel cell stack 20, specifically in a first assembly position before or at the beginning of the plugging process. It is easy to see that on the housing 22 of the contact device on the fuel cell side viewed in the plug-in direction S, in front of the contact sockets 21 , control links 30 are provided for the spring contact elements 11 .
  • the control links 30 cause a spring-elastic deflection of the spring contact elements 11 transversely to the plug-in direction S, as shown in Figures 2 and 3, so that the spring contact elements 11 are pressed against the contact sockets 21 by spring force when they are fully inserted.
  • the control links 30 are provided as inclined ramps on the housing 22 in such a way that they extend into the space in front of the contact openings of the contact sockets 21 through which the spring contact elements 11 are passed during the plugging process.
  • the spring contact elements 11 are then initially inserted at least with their front end 11a into the contact openings of the contact sockets 21, specifically approximately centrally into the contact openings.
  • the respective oblique control section 11b of the spring contact elements 11 hits the oblique link section of the control links 30 as they are further plugged together. In FIG. 1 there is still a gap between them.
  • control links 30 converge in the shape of a funnel, so that the opening diameter is reduced in this area.
  • FIGS. 5 to 7 a solution that differs from the first exemplary embodiment is shown, in which the figures also show the sequence of the plug-in process up to the fully plugged-in state.
  • This design is chosen as follows.
  • the spring contact elements 11 essentially run in a straight line in the plug-in direction S and, when plugged into the contact sockets 22, experience a first deformation V1 on the control links 30 transversely to the plug-in direction S and a second deformation V2 opposite to the direction of the first deformation V1 on the side wall of the socket contacts 21 .

Landscapes

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Abstract

The invention relates to a cell contact unit (100) for electrically contacting electrical contact sockets (21) arranged in one or more rows and/or columns in a housing (22) of a fuel cell stack (20), wherein the cell contact unit (100) has spring contact elements (11) at corresponding positions, which extend away from the cell contact unit (100) in the plug-in direction (S), wherein on the housing (22), viewed in the plug-in direction (S) upstream of the contact sockets (21), control links (30) are provided which, when the spring contact elements (11) are plugged into the contact sockets (21), in each case cause a spring-elastic deflection of the spring contact elements (11) transversely to the plug-in direction (S), such that the spring contact elements (11) are pressed against the contact sockets (21) under spring force in the plugged-in state.

Description

Marquardt GmbH Marquardt GmbH
M 830 PCT WE/WE M 830 PCT WE/WE
Zellkontaktierungseinheit cell contacting unit
Beschreibung: Description:
Die Erfindung betrifft eine Zellkontaktierungseinheit CVP auch Cell Voltage Pickup genannt. The invention relates to a cell contacting unit CVP, also called Cell Voltage Pickup.
Eine Zellkontaktierungseinheit CVP (Cell Voltage Pickup) ist ein multikanali- ger Potenzialabgriff zur Erfassung von Zellspannungen an Batterie- oder Brennstoffzellenstapeln. Je nach verwendetem Stack kommen unterschiedliche Kostruktionsprinzipien zum Einsatz. A cell contacting unit CVP (Cell Voltage Pickup) is a multi-channel potential tap for recording cell voltages on battery or fuel cell stacks. Depending on the stack used, different construction principles are used.
Aus dem Stand der Technik ist eine solche Vorrichtung zum Beispiel aus der JP 002002313398 A bekannt. Diese Einheit dient dem Messen einer Zellenspannung, die in der Lage ist, gleichzeitig und einfach die Spannungen aller Zellen eines Brennstoffzellenstapels zu messen. Hierzu umfasst diese eine Vielzahl von Sonden zur Spannungsmessung und nadelartige Spannungsmessanschlüsse mit einer aus der Einheit herausragenden Spitzenseite, sowie eine in der Einheit gelagerten Feder, die die nadelartigen Spannungsmessanschlüsse durch eine elastische Kraft gegen die Seitenflächen der Separatoren des Brennstoffzellenstapels vorspannt. Such a device is known from the prior art, for example from JP 002002313398 A. This unit is for measuring a cell voltage capable of simultaneously and easily measuring the voltages of all cells of a fuel cell stack. For this purpose, this includes a a plurality of voltage measurement probes and needle-type voltage measurement terminals having a tip side protruding from the unit, and a spring stored in the unit that biases the needle-type voltage measurement terminals against the side faces of the separators of the fuel cell stack by an elastic force.
Nachteilig ist bei dieser Lösung der komplexe Aufbau, sowie das Problem, dass einerseits die Kontakte beim Zusammenstecken beschädigt werden können und eine hohe Steckkraft, insbesondere bei einer hohen Anzahl von Brennstoffzellenverbindungen gegeben ist. The disadvantage of this solution is the complex structure and the problem that on the one hand the contacts can be damaged when they are plugged together and there is a high plug-in force, in particular with a large number of fuel cell connections.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, die vorgenannten Nachteile zu überwinden und eine Lösung für einen Brennstoffzellen-Stack zu entwickeln, um eine Vielzahl von parallel aufeinanderliegenden Bi-Polarplatten sicher und zuverlässig zu kontaktieren, um die Zellspannung abzugreifen, und diese dann an eine Mess-und Auswerteelektronik weiterzuleiten. Weiterhin muss sichergestellt sein, dass der entsprechende Kontakt auch unbeschädigt in die richtige Kontaktöffnung in der Bipolarplatte trifft und dort eine gute Kontaktkraft erzielt wird. The invention is therefore based on the object of overcoming the aforementioned disadvantages and developing a solution for a fuel cell stack in order to safely and reliably contact a large number of parallel bi-polar plates in order to tap off the cell voltage and then connect this to a measurement and evaluation electronics. Furthermore, it must be ensured that the corresponding contact also makes contact with the correct contact opening in the bipolar plate without being damaged and that a good contact force is achieved there.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmalskombination gemäß Patentanspruch 1 gelöst. This object is achieved by the combination of features according to claim 1.
Ein Grundgedanke der Erfindung besteht darin, dass federnde Kontaktteile, (z.B. ausgebildet als Stanzteil, aus Draht, als Drehteil oder dergleichen), welches in einem Gehäuse gelagert sind, erst beim Zusammenstecken mit der Gegensteckeinheit des Brennstoffzellenstapels, vorzugsweise etwa mittig, in die korrespondierenden Kontakttaschen eingeführt werden, und erst kurz vor Erreichen der vollständigen Einsteckposition, gesteuert durch eine Steuerkulisse die Kontaktteile radial elastisch ausgelenkt werden und dann vorgespannt an den Kontakttaschen kontaktierend anliegen. Auf diese Weise kann mit niedriger Steckkraft die Verbindung hergestellt werden, im Eingesteckten Zustand aber dennoch eine hohe Kontaktkraft erzeugt werden. A basic idea of the invention is that resilient contact parts (e.g. formed as a stamped part, made of wire, turned part or the like), which are mounted in a housing, only when plugged together with the mating plug unit of the fuel cell stack, preferably approximately in the middle, in the corresponding contact pockets are introduced, and only shortly before reaching the full insertion position, controlled by a control link, the contact parts are radially elastically deflected and then prestressed contacting the contact pockets. In this way, the connection can be made with a low insertion force, but a high contact force can still be generated in the inserted state.
Optional kann zur besseren Fixierung über das Gehäuse, welches hierzu einen Führungsschenkel oder Führungsrippen bereitstellt, eine Vorzentrierung erreicht werden. Optionally, pre-centering can be achieved for better fixation via the housing, which provides a guide leg or guide ribs for this purpose.
Erfindungsgemäß wird daher eine Zellkontaktierungseinheit zur elektrischen Kontaktierung von in einem Gehäuse oder eine Steckeinheit eines Brennstoffzellenstapels (vorzugsweise in einer oder mehreren Reihen und/oder Spalten) angeordneten elektrischen Kontaktbuchsen bereitgestellt, wobei die Zellkontaktierungseinheit an zu den Kontaktbuchsen korrespondierenden Positionen Federkontaktelemente aufweist, die sich in Steckrichtung (S) aus der Zellkontaktierungseinheit weg erstrecken, wobei am Gehäuse in Steckrichtung, vorgelagert zu den Kontaktbuchsen betrachtet, Steuerkulissen vorgesehen sind, welche beim Einstecken der Federkontaktelemente in die Kontaktbuchsen eine federelastischen Auslenkung der Federkontaktelemente quer zur Steckrichtung bewirken, sodass die Federkontaktelemente im eingesteckten Zustand Federkraftbeaufschlagt gegen die Kontaktbuchsen gedrückt werden. According to the invention, a cell contacting unit is therefore provided for making electrical contact with electrical contact sockets arranged in a housing or a plug-in unit of a fuel cell stack (preferably in one or more rows and/or columns), the cell contacting unit having spring contact elements in positions corresponding to the contact sockets, which are in the plugging direction (S) extend away from the cell contacting unit, with control links being provided on the housing in the plug-in direction, upstream of the contact sockets, which cause a spring-elastic deflection of the spring contact elements transverse to the plug-in direction when the spring contact elements are inserted into the contact sockets, so that the spring contact elements are subjected to spring force in the plugged-in state pressed against the contact sockets.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Hauptkomponente der Federkraft, die aufgrund der Querverformung an den Kulissen erzeugt wird und welche die Federkontaktelemente im eingesteckten Zustand gegen eine Seitenwand der Kontaktbuchsen drückt, quer zur Steckrichtung wirkt. In an advantageous embodiment of the invention it is provided that the main component of the spring force, which is generated due to the transverse deformation of the links and which presses the spring contact elements against a side wall of the contact sockets in the inserted state, acts transversely to the insertion direction.
Weiter vorteilhaft ist es, wenn die Zellkontaktierungseinheit ausgebildet ist, dass beim Zusammenstecken der Federkontaktelemente der Zellkontaktierungseinheit mit den Kontaktbuchsen des Brennstoffzellenstapels die Federkontaktelemente während dem Steckvorgang in zunehmendem Maß durch die Steuerkulissen quer zu ihrer Ausgangslage ausgelenkt werden. Hierdurch kann die Kontaktkraft über den Steckweg gezielt gesteuert werden. It is also advantageous if the cell contacting unit is designed so that when the spring contact elements of the cell contacting unit are plugged together with the contact sockets of the fuel cell stack, the spring contact elements increasingly break through during the plugging process the control links are deflected transversely to their initial position. As a result, the contact force can be controlled in a targeted manner over the plug-in path.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Steuerkulissen als schräge Rampen so an dem Gehäuse vorgesehen sind, dass sich diese zumindest teilweise in denjenigen Bauraum vor den Kontaktöffnungen der Kontaktbuchsen hinein erstrecken, durch den die Federkontaktelemente während dem Steckvorgang hindurchgeführt werden bzw. so dass die Federkontaktelemente somit beim Zusammenstecken auf die Kulissen auflaufen und durch die Form der Kulissen als schräge Rampen seitlich ausgelenkt werden. In a further advantageous embodiment of the invention, it is provided that the control links are provided as inclined ramps on the housing in such a way that they extend at least partially into the installation space in front of the contact openings of the contact sockets through which the spring contact elements are guided or so that the spring contact elements run onto the slides when plugged together and are deflected laterally as inclined ramps due to the shape of the slides.
Ebenfalls von Vorteil ist eine Konzeption bei der die Federkontaktelemente beim Zusammenstecken zunächst zumindest mit ihrem stirnseitigen bzw. steckseitigen Ende in die Kontaktöffnungen der Kontaktbuchsen, vorzugsweise etwa mittig in die Kontaktöffnungen eindringen bevor ein Steuerabschnitt der Federkontaktelemente beim weiteren Zusammenstecken auf einen Kulissenabschnitt der Steuerkulissen trifft. Hierzu sind die Kulissen so auszubilden, dass das steckseitige Ende der Kontaktelemente zunächst beim Zusammenstecken an den Kulissen vorbeigeführt wird und dann beim weiteren Einstecken erst der Steuerabschnitt der Federkontaktelemente auf die Kulissen aufläuft. Another advantage is a design in which the spring contact elements initially penetrate at least their front or plug-side end into the contact openings of the contact sockets, preferably roughly in the middle of the contact openings, before a control section of the spring contact elements encounters a link section of the control links during further plugging. For this purpose, the links are to be designed in such a way that the plug-side end of the contact elements is first guided past the links when they are plugged together and then only the control section of the spring contact elements runs onto the links when they are further plugged in.
Weiter hat sich als Vorteil gezeigt, wenn der Steuerabschnitt an den Federkontaktelementen schräg zur Steckrichtung verläuft. It has also been shown to be an advantage if the control section on the spring contact elements runs at an angle to the plug-in direction.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Federkontaktelemente im Wesentlichen den folgenden Verlauf in Steckrichtung betrachtet aufweisen: einen zur Steckrichtung etwa parallel verlaufenden gerader Abschnitt, ein sich daran anschließender schräger Steuerabschnitt und ein sich an den Steuerabschnitt anschließender steckseitiger Einführabschnitt, der ebenfalls parallel zur Steckrichtung (S) verläuft und vorzugsweise an dessen steckseitigem Ende einen umgebogenen Kontaktabschnitt mit einer Kontaktzone (K), die quer zur Steckrichtung orientiert ist. So ist es auch als eine mögliche Variante denkbar, U-förmige Kontakte auszubilden, die jeweils zwei im Wesentlichen parallel verlaufende (paarweise angeordnete) Federkontaktelemente ausbilden, von denen jedes Federkontaktelement vorgesehen ist, in eine korrespondierende Steckbuchse an der Kontakteinrichtung des Brennstoffzellenstapels eingesteckt zu werden. In a further advantageous embodiment of the invention, it is provided that the spring contact elements essentially have the following course, viewed in the plug-in direction: a straight section running approximately parallel to the plug-in direction, an adjoining inclined control section and an insertion section on the plug-in side adjoining the control section, which also parallel to the plug-in direction (S). and preferably at its plug-side end a bent contact section with a contact zone (K) which is oriented transversely to the plug-in direction. It is also conceivable as a possible variant to form U-shaped contacts, each of which forms two essentially parallel spring contact elements (arranged in pairs), of which each spring contact element is intended to be plugged into a corresponding socket on the contact device of the fuel cell stack.
Weiter bevorzugt ist eine alternative Lösung bei der die Federkontaktelemente im Wesentlichen einen geradlinigen Verlauf in Steckrichtung aufweisen und beim Einstecken in die Kontaktbuchsen eine erste Verformung an den Steuerkulissen quer zur Steckrichtung erfahren und eine zweite Verformung entgegengesetzt zur Richtung der ersten Verformung an der Seitenwand der Buchsenkontakte bewirkt wird. Also preferred is an alternative solution in which the spring contact elements essentially run in a straight line in the plug-in direction and, when plugged into the contact sockets, experience a first deformation on the control links transverse to the plug-in direction and a second deformation, opposite to the direction of the first deformation, on the side wall of the socket contacts becomes.
Als weitere Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die Federkontaktelemente an oder nahe an ihrem steckseitigen Ende eine Rastgeometrie aufweisen, welche in eine, in oder an den Kontaktbuchsen ausgebildete Gegenrastgeometrie eingreift. Auf diese Weise kann ein sicheres Halten der Kontaktanordnung bewirkt werden. As a further refinement, it can be provided that the spring contact elements have a latching geometry at or near their plug-side end, which engages in a counter-latching geometry formed in or on the contact sockets. In this way, the contact arrangement can be held securely.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine solche Kontaktanordnung bestehend aus einem Brennstoffzellenstapel mit Buchsenkontakten und einer wie zuvor beschriebenen Zellkontaktierungseinheit, die ausgebildet ist mit dem Brennstoffzellenstapel elektrisch kontaktierend zusammengesteckt zu werden. A further aspect of the present invention relates to such a contact arrangement consisting of a fuel cell stack with socket contacts and a cell contacting unit as described above, which is designed to be plugged together with the fuel cell stack in an electrically contacting manner.
Ein ebenfalls weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Brennstoffzelle umfassend einen Brennstoffzellenstapel mit einer Steckeinrichtung ausgebildet mit Buchsenkontakten und einer wie zuvor beschriebenen Zell- kontaktierungseinheit, die mit dem Brennstoffzellenstapel elektrisch kontaktierend zusammengesteckt oder zusammensteckbar ist. Another aspect of the present invention relates to a fuel cell comprising a fuel cell stack with a plug-in device designed with socket contacts and a cell as described above. contacting unit that is plugged together or can be plugged together in an electrically contacting manner with the fuel cell stack.
Die vorstehend offenbarten Merkmale sind beliebig kombinierbar, soweit dies technisch möglich ist und diese nicht im Widerspruch zueinanderstehen. The features disclosed above can be combined as desired, provided this is technically possible and they do not contradict one another.
Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet bzw. werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigen: Other advantageous developments of the invention are characterized in the dependent claims or are presented in more detail below together with the description of the preferred embodiment of the invention with reference to the figures. Show it:
Fig. 1 eine schematische Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Zellkontaktierungseinheit, die mit einer Kontakteinrichtung eines Brennstoffzellenstapels verbunden wird und zwar in einer ersten Montageposition; 1 shows a schematic sectional view of a cell contacting unit according to the invention, which is connected to a contact device of a fuel cell stack, specifically in a first assembly position;
Fig. 2 eine schematische Schnittansicht der erfindungsgemäßen Zellkontaktierungseinheit und zwar in einer der ersten Montageposition aus Fig. 1 nachfolgenden Steckposition; FIG. 2 shows a schematic sectional view of the cell contacting unit according to the invention, specifically in a plug-in position following the first assembly position from FIG. 1;
Fig. 3 eine schematische Schnittansicht der erfindungsgemäßen Zellkontaktierungseinheit aus Fig. 1 und zwar in einer der zweiten Montageposition aus Fig. 2 nachfolgenden vollständig eingesteckten Endposition; 3 shows a schematic sectional view of the cell contacting unit according to the invention from FIG. 1 , specifically in a fully inserted end position following the second assembly position from FIG. 2 ;
Fig. 4 eine perspektivische Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Zellkontaktierungseinheit, welche eine Vielzahl an Kontakten zeigt; 4 shows a perspective sectional view of a cell contacting unit according to the invention, which shows a multiplicity of contacts;
Fig. 5 eine schematische Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Zellkontaktierungseinheit in einer alternativen Ausführungsform, die mit einer Kontakteinrichtung eines Brennstoffzellenstapels verbunden wird und zwar in einer ersten Montageposition; Fig. 6 eine schematische Schnittansicht der erfindungsgemäßen Zellkontaktierungseinheit aus Fig. 5 und zwar in einer der ersten Montageposition aus Fig. 5 nachfolgenden Steckposition; 5 shows a schematic sectional view of a cell contacting unit according to the invention in an alternative embodiment, which is connected to a contact device of a fuel cell stack, specifically in a first assembly position; FIG. 6 shows a schematic sectional view of the cell contacting unit according to the invention from FIG. 5, specifically in a plug-in position following the first assembly position from FIG. 5;
Fig. 7 eine schematische Schnittansicht der erfindungsgemäßen Zellkontaktierungseinheit aus Fig. 5 und zwar in einer der zweiten Montageposition aus Fig. 6 nachfolgenden vollständig eingesteckten Endposition. 7 shows a schematic sectional view of the cell contacting unit according to the invention from FIG. 5, specifically in a fully inserted end position following the second assembly position from FIG.
Die Figuren sind beispielhaft schematisch. Gleiche Bezugszeichen in den Figuren weisen auf gleiche funktionale und/oder strukturelle Merkmale hin. The figures are schematic by way of example. The same reference numbers in the figures indicate the same functional and/or structural features.
In der Figur 4 ist eine perspektivische Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Zellkontaktierungseinheit 100 gezeigt. Die Zellkontaktierungseinheit 100 ist ausgebildet zur elektrischen Kontaktierung von in einem Gehäuse 22 eines Brennstoffzellenstapels 20 in mehreren Reihen bzw. Spalten angeordneten elektrischen Kontaktbuchsen 21 , wobei die Zellkontaktierungseinheit 100 hierzu an korrespondierenden Positionen die gezeigten Federkontaktelemente 11 aufweist. Die Zellkontaktierungseinheit 100 besitzt ein Gehäuse 15 in dem die Federkontaktelemente 11 gelagert sind. Die Federkontaktelemente 11 erstrecken sich in Steckrichtung S aus der Zellkontaktierungseinheit 100 (in der Fig. 4 nach unten) bzw. aus dem Gehäuse 15 weg, wobei am Gehäuse 22 der Gegensteckeinrichtung des Brennstoffzellenstapels 20 in Steckrichtung S betrachtet, Führungsrippen 27 angeordnet sind, um eine Vorzentrierung vor dem eigentlichen Steckvorgang zu gewährleisten. FIG. 4 shows a perspective sectional view of a cell contacting unit 100 according to the invention. The cell contacting unit 100 is designed for making electrical contact with electrical contact sockets 21 arranged in a plurality of rows or columns in a housing 22 of a fuel cell stack 20, the cell contacting unit 100 having the spring contact elements 11 shown at corresponding positions for this purpose. The cell contacting unit 100 has a housing 15 in which the spring contact elements 11 are mounted. The spring contact elements 11 extend in the plug-in direction S out of the cell contacting unit 100 (downward in Fig. 4) or out of the housing 15, with guide ribs 27 being arranged on the housing 22 of the mating plug-in device of the fuel cell stack 20, viewed in the plug-in direction S, in order to To ensure pre-centering before the actual plug-in process.
In den Figuren 1 bis 3 ist ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung und zwar in Form eines Teilausschnittes einer schematischen Schnittansicht einer Zellkontaktierungseinheit 100 gezeigt, die mit einer Kontakteinrichtung eines Brennstoffzellenstapels 20 verbunden wird und zwar in einer ersten Montageposition vor bzw. beim Beginn des Steckvorgangs. Gut zu erkennen ist, dass am Gehäuse 22 der Kontakteinrichtung an der Brennstoffzellenseite in Steckrichtung S, vorgelagert zu den Kontaktbuchsen 21 betrachtet, jeweils Steuerkulissen 30 für die Federkontaktelemente 11 vorgesehen sind. Die Steuerkulissen 30 bewirken beim Einstecken der Federkontaktelemente 11 in die Kontaktbuchsen 21 eine wie in den Figuren 2 und 3 gezeigte federelastischen Auslenkung der Federkontaktelemente 11 quer zur Steckrichtung S, sodass die Federkontaktelemente 11 im vollständig eingesteckten Zustand Federkraftbeaufschlagt gegen die Kontaktbuchsen 21 gedrückt werden. A first exemplary embodiment of the invention is shown in FIGS. 1 to 3 in the form of a partial detail of a schematic sectional view of a cell contacting unit 100, which is connected to a contact device of a fuel cell stack 20, specifically in a first assembly position before or at the beginning of the plugging process. It is easy to see that on the housing 22 of the contact device on the fuel cell side viewed in the plug-in direction S, in front of the contact sockets 21 , control links 30 are provided for the spring contact elements 11 . When the spring contact elements 11 are inserted into the contact sockets 21, the control links 30 cause a spring-elastic deflection of the spring contact elements 11 transversely to the plug-in direction S, as shown in Figures 2 and 3, so that the spring contact elements 11 are pressed against the contact sockets 21 by spring force when they are fully inserted.
Die Steuerkulissen 30 sind als schräge Rampen so an dem Gehäuse 22 vorgesehen, dass sich diese in denjenigen Bauraum vor den Kontaktöffnungen der Kontaktbuchsen 21 hinein erstrecken, durch den die Federkontaktelemente 11 während dem Steckvorgang hindurchgeführt werden. Die Federkontaktelemente 11 werden dann beim Zusammenstecken zunächst zumindest mit ihrem stirnseitigen Ende 11a in die Kontaktöffnungen der Kontaktbuchsen 21 und zwar etwa mittig in die Kontaktöffnungen eingeführt. Danach trifft in der Figur 2 der jeweils schräge Steuerabschnitt 11 b der Federkontaktelemente 11 beim weiteren Zusammenstecken auf den schrägen Kulissenabschnitt der Steuerkulissen 30. In der Fig. 1 ist dazwischen noch ein Spalt vorhanden. The control links 30 are provided as inclined ramps on the housing 22 in such a way that they extend into the space in front of the contact openings of the contact sockets 21 through which the spring contact elements 11 are passed during the plugging process. When they are plugged together, the spring contact elements 11 are then initially inserted at least with their front end 11a into the contact openings of the contact sockets 21, specifically approximately centrally into the contact openings. Then, in FIG. 2, the respective oblique control section 11b of the spring contact elements 11 hits the oblique link section of the control links 30 as they are further plugged together. In FIG. 1 there is still a gap between them.
Die Steuerkulissen 30 verlaufen in dem gezeigten Ausführungsbeispiel trichterförmig zusammen, so dass sich der Öffnungsdurchmesser in diesem Bereich verringert. In the exemplary embodiment shown, the control links 30 converge in the shape of a funnel, so that the opening diameter is reduced in this area.
In dem alternativen Ausführungsbeispiel gemäß den Figuren 5 bis 7 ist eine zum ersten Ausführungsbeispiel abweichende Lösung gezeigt, bei der die Figuren ebenfalls die Abfolge des Steckvorgangs bis zum vollständig eingesteckten Zustand darstellen. Dieses Design ist wie folgt gewählt. Die Federkontaktelemente 11 besitzen im Wesentlichen einen geradlinigen Verlauf in Steckrichtung S und erfahren beim Einstecken in die Kontaktbuchsen 22 eine erste Verformung V1 an den Steuerkulissen 30 quer zur Steckrichtung S und eine zweite Verformung V2 entgegengesetzt zur Richtung der ersten Verformung V1 an der Seitenwand der Buchsenkontakte 21 . In the alternative exemplary embodiment according to FIGS. 5 to 7, a solution that differs from the first exemplary embodiment is shown, in which the figures also show the sequence of the plug-in process up to the fully plugged-in state. This design is chosen as follows. The spring contact elements 11 essentially run in a straight line in the plug-in direction S and, when plugged into the contact sockets 22, experience a first deformation V1 on the control links 30 transversely to the plug-in direction S and a second deformation V2 opposite to the direction of the first deformation V1 on the side wall of the socket contacts 21 .
Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf die vorstehend angegebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grund- sätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht. The implementation of the invention is not limited to the preferred exemplary embodiments specified above. Rather, a number of variants are conceivable which make use of the solution shown even in the case of fundamentally different designs.

Claims

Patentansprüche patent claims
1 . Zellkontaktierungseinheit (100) zur elektrischen Kontaktierung von in einem Gehäuse (22) eines Brennstoffzellenstapels (20) in einer oder mehreren Reihen und/oder Spalten angeordneten elektrischen Kontaktbuchsen (21 ), wobei die Zellkontaktierungseinheit (100) an korrespondierenden Positionen Federkontaktelemente (11 ) aufweist, die sich in Steckrichtung (S) aus der Zellkontaktierungseinheit (100) weg erstrecken, wobei am Gehäuse (22) in Steckrichtung (S), vorgelagert zu den Kontaktbuchsen (21 ) betrachtet, Steuerkulissen (30) vorgesehen sind, welche beim Einstecken der Federkontaktelemente (11 ) in die Kontaktbuchsen (21 ) jeweils eine federelastischen Auslenkung der Federkontaktelemente (11 ) quer zur Steckrichtung (S) bewirken, sodass die Federkontaktelemente (11 ) im eingesteckten Zustand Federkraftbeaufschlagt gegen die Kontaktbuchsen (21 ) gedrückt werden. 1 . Cell contacting unit (100) for making electrical contact with electrical contact sockets (21) arranged in one or more rows and/or columns in a housing (22) of a fuel cell stack (20), the cell contacting unit (100) having spring contact elements (11) at corresponding positions, extending away from the cell contacting unit (100) in the plug-in direction (S), control links (30) being provided on the housing (22) in the plug-in direction (S), upstream of the contact sockets (21), which when the spring contact elements ( 11) in the contact sockets (21) in each case bring about a spring-elastic deflection of the spring contact elements (11) transversely to the plug-in direction (S), so that the spring contact elements (11) are pressed against the contact sockets (21) under spring force when they are plugged in.
2. Zellkontaktierungseinheit (100) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptkomponente der Federkraft, welche die Federkontaktelemente (11 ) im eingesteckten Zustand gegen eine Seitenwand der Kontaktbuchsen (21 ) drückt, quer zur Steckrichtung (S) wirkt. 2. cell contacting unit (100) according to claim 1, characterized in that the main component of the spring force, which presses the spring contact elements (11) in the inserted state against a side wall of the contact sockets (21), transverse to the direction of insertion (S) acts.
3. Zellkontaktierungseinheit (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass beim Zusammenstecken der Federkontaktelemente (11 ) der Zellkontaktierungseinheit mit den Kontaktbuchsen (21 ) des Brennstoffzellenstapels (20) die Federkontaktelemente (11 ) während dem Steckvorgang in zunehmendem Maß durch die Steuerkulissen (30) quer zu ihrer Ausgangslage ausgelenkt werden. 3. Cell contacting unit (100) according to claim 1 or 2, characterized in that when the spring contact elements (11) of the cell contacting unit are plugged together with the contact sockets (21) of the fuel cell stack (20), the spring contact elements (11) are increasingly pushed through the control links during the plugging process (30) are deflected transversely to their initial position.
4. Zellkontaktierungseinheit (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerkulissen (30) als schräge Rampen so an dem Gehäuse (22) vorgesehen sind, dass sich diese zumindest teilweise in denjenigen Bauraum vor den Kontaktöffnungen der Kontaktbuchsen (21 ) hinein erstrecken, durch den die Federkontaktelemente (11 ) während dem Steckvorgang hindurchgeführt werden. 4. cell contacting unit (100) according to any one of the preceding claims, characterized in that the control links (30) are provided as inclined ramps on the housing (22) such that these extend at least partially into that installation space in front of the contact openings of the contact sockets (21) through which the spring contact elements (11) are passed during the plugging process.
5. Zellkontaktierungseinheit (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Federkontaktelemente (11 ) beim Zusammenstecken zunächst zumindest mit ihrem stirnseitigen Ende (11 a) in die Kontaktöffnungen der Kontaktbuchsen (21 ), vorzugsweise etwa mittig in die Kontaktöffnungen eindringen bevor ein Steuerabschnitt (11 b) der Federkontaktelemente (11 ) beim weiteren Zusammenstecken auf einen Kulissenabschnitt der Steuerkulissen (30) trifft. 5. Cell contacting unit (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the spring contact elements (11) when plugged together first penetrate at least with their front end (11a) into the contact openings of the contact sockets (21), preferably approximately centrally into the contact openings before a control section (11b) of the spring contact elements (11) meets a link section of the control links (30) when they are further plugged together.
6. Zellkontaktierungseinheit (100) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerabschnitt (11 b) der Federkontaktelemente (11 ) schräg zur Steckrichtung (S) verläuft. 6. cell contacting unit (100) according to claim 5, characterized in that the control section (11 b) of the spring contact elements (11) runs obliquely to the plug-in direction (S).
7. Zellkontaktierungseinheit (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Federkontaktelemente7. cell contacting unit (100) according to any one of the preceding claims, characterized in that the spring contact elements
(11 ) im Wesentlichen den folgenden Verlauf in Steckrichtung betrachtet aufweisen: einen zur Steckrichtung etwa parallel verlaufenden geraden Abschnitt (11 c), einen sich daran anschließenden schrägen Steuerabschnitt (11 b) und einen sich an den Steuerabschnitt (11 b) anschließenden steckseitigen Einführabschnitt (11a), der ebenfalls parallel zur Steckrichtung (S) verläuft und vorzugsweise an dessen steckseitigem Ende einen umgebogenen Kontaktabschnitt (11 k) mit einer Kontaktzone (K), die quer zur Steckrichtung (S) orientiert ist, besitzt. (11) essentially have the following course viewed in the plug-in direction: a straight section (11 c) running approximately parallel to the plug-in direction, an adjoining oblique control section (11 b) and an insertion section (11) on the plug-in side adjoining the control section (11 b). 11a), which also runs parallel to the plug-in direction (S) and preferably has a bent contact section (11k) with a contact zone (K) at its plug-side end, which is oriented transversely to the plug-in direction (S).
8. Zellkontaktierungseinheit (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Federkontaktelemente (11 ) im Wesentlichen einen geradlinigen Verlauf in Steckrichtung (S) aufweisen und beim Einstecken in die Kontaktbuchsen (22) eine erste Verformung (V1 ) an den Steuerkulissen (30) quer zur Steckrichtung (S) erfahren und eine zweite Verformung (V2) entgegengesetzt zur Richtung der ersten Verformung an der Seitenwand der Buchsenkontakte (22) bewirkt wird. Zellkontaktierungseinheit (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Federkontaktelemente8. cell contacting unit (100) according to any one of the preceding claims, characterized in that the spring contact elements (11) essentially have a straight course in the plug-in direction (S) and when plugged into the contact sockets (22) experience a first deformation (V1) on the control links (30) transverse to the plug-in direction (S) and a second deformation (V2) in the opposite direction to the direction of the first deformation is effected on the side wall of the socket contacts (22). Cell contacting unit (100) according to any one of the preceding claims, characterized in that the spring contact elements
(11 ) an ihrem steckseitigen Ende eine Rastgeometrie aufweisen, welche in eine, in oder an den Kontaktbuchsen (21 ) ausgebildete Gegenrastgeometrie eingreift. Kontaktanordnung bestehend aus einem Brennstoffzellenstapel mit Buchsenkontakten (22) und einer Zellkontaktierungseinheit (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die ausgebildet ist mit dem Brennstoffzellenstapel elektrisch kontaktierend zusammengesteckt zu werden. Brennstoffzelle umfassend einen Brennstoffzellenstapel ausgebildet mit Buchsenkontakten (22) und einer Zellkontaktierungseinheit (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der mit dem Brennstoffzellenstapel elektrisch kontaktierend zusammengesteckt oder zusammensteckbar ist. (11) have a locking geometry at their plug-side end, which engages in a counter-locking geometry formed in or on the contact sockets (21). Contact arrangement consisting of a fuel cell stack with socket contacts (22) and a cell contacting unit (100) according to one of the preceding claims, which is designed to be plugged together with the fuel cell stack in an electrically contacting manner. Fuel cell comprising a fuel cell stack formed with socket contacts (22) and a cell contacting unit (100) according to one of the preceding claims, which is plugged together or can be plugged together in an electrically contacting manner with the fuel cell stack.
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