EP4388617A2 - Stapel aus elektrochemischen einheiten - Google Patents

Stapel aus elektrochemischen einheiten

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Publication number
EP4388617A2
EP4388617A2 EP22747357.6A EP22747357A EP4388617A2 EP 4388617 A2 EP4388617 A2 EP 4388617A2 EP 22747357 A EP22747357 A EP 22747357A EP 4388617 A2 EP4388617 A2 EP 4388617A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
bipolar plate
latching
bead
contacting
connection
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
EP22747357.6A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Arni Antal
Joachim Seitz
Lukas Haas
Florian Claß
Wolfgang Fritz
Kathrin KULLEN
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.)
Ekpo Fuel Cell Technologies GmbH
Original Assignee
Ekpo Fuel Cell Technologies 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 Ekpo Fuel Cell Technologies GmbH filed Critical Ekpo Fuel Cell Technologies GmbH
Publication of EP4388617A2 publication Critical patent/EP4388617A2/de
Pending legal-status Critical Current

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    • 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
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/04537—Electric variables
    • H01M8/04544—Voltage
    • H01M8/04552—Voltage of the individual fuel cell
    • 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
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M2008/1095—Fuel cells with polymeric electrolytes
    • 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
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/04537—Electric variables
    • H01M8/04544—Voltage
    • H01M8/04559—Voltage of fuel cell stacks
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Definitions

  • the present invention relates to a stack of electrochemical units that follow one another along a stacking direction, each electrochemical unit comprising a bipolar plate.
  • the electrochemical units can in particular be designed as fuel cell units, for example as PEM (polymer electrolyte membrane) fuel cell units.
  • a challenge here is to compensate for both the manufacturing tolerances in the manufacture of the stack of electrochemical units and relative movements of the bipolar plates of the stack during operation of the electrochemical device.
  • the present invention is based on the object of creating a stack of electrochemical units of the type mentioned at the outset, which can be electrically contacted in a safe, reliable and robust manner for continuous measurement of the electrical potentials of the bipolar plates of the stack.
  • this object is achieved according to the invention in that several of the bipolar plates each comprise a connection element which protrudes over the lateral edges of the respective bipolar plate adjacent to the connection element in a contacting device, wherein the connection element has at least one latching element, with which a connection plug can be latched, and/or at least one contacting bead, with which a contact element of a connection plug can be brought into engagement in order to produce an electrically conductive contact between the bipolar plate and the respectively assigned contact element of the connection plug.
  • the contact elements of the connector plug are preferably designed to be elastically deformable in order to be able to compensate for manufacturing tolerances of the stack of electrochemical units by elastically prestressing each contact element against a latching element or against a contacting bead of a connection element of a bipolar plate of the stack assigned to the respective contact element.
  • the spring elasticity of the contact elements also compensates for relative movements of the bipolar plates of the stack during operation of the electrochemical device, which contains the stack of electrochemical units.
  • the connecting element can be in the form of a tapping tab.
  • the at least one latching element can be designed, for example, as a latching bead.
  • a bead is understood to mean a structure produced on a sheet-like starting material by a forming process, which forms an elevation, for example in the form of a rib, on one side of the formed layer and a ridge on the opposite side of the formed layer forms a depression complementary to the elevation, for example in the form of a groove.
  • a locking element designed as a locking bead can simultaneously assume the function of a contacting bead.
  • connection element can simultaneously assume the function of a latching element formed as a latching bead.
  • the bipolar plate has a multi-layer design.
  • the bipolar plate comprises at least a first bipolar plate layer and a second bipolar plate layer.
  • a latching element and/or a contact bead can be formed only in the first bipolar plate layer or only in the second bipolar plate layer.
  • the respective other bipolar plate layer in which no latching element or no contact bead is formed, can be essentially planar in its area opposite the latching element or the contact bead of the respective other bipolar plate layer.
  • first latching element and/or a first contacting bead is formed in the first bipolar plate layer and a second latching element and/or a second contacting bead is formed in the second bipolar plate layer.
  • the first latching element and the second latching element can be configured to be essentially mirror-symmetrical to one another with respect to a central plane of the bipolar plate running perpendicularly to the stacking direction.
  • first latching element and the second latching element are designed asymmetrically to one another with respect to a reflection on a central plane of the bipolar plate running perpendicularly to the stacking direction.
  • the latching bead can have a first contact flank facing away from a main body of the bipolar plate and the second latching bead can have a second contact flank facing away from the main body of the bipolar plate, the first contact flank is inclined relative to the stacking direction by an angle a which is smaller than an angle a' by which the second approach flank is inclined relative to the stacking direction.
  • At least one latching bead has a leading edge facing away from a main body of the bipolar plate and a trailing edge facing the main body of the bipolar plate, with the leading edge being inclined at an angle a with respect to the stacking direction, which is greater than an angle ß at which the Falling edge is inclined relative to the stacking direction.
  • the trailing edge of the latching bead is steeper than the leading edge, which means that the contact element associated with the bipolar plate can be easily pushed onto the latching bead via the gently rising leading edge.
  • the greater steepness of the falling flank means that the space required for the formation of the latching bead on the connection element of the bipolar plate is kept small.
  • a steep descending flank on the latching bead is also advantageous if the contact element has a latching element on the contact element which engages behind the latching bead, since this makes it more difficult for such a latching element on the contact element to be unintentionally released from the latching bead.
  • the first contacting bead and the second contacting bead can be configured to be essentially mirror-symmetrical to one another with respect to a central plane of the bipolar plate running perpendicularly to the stacking direction.
  • first contacting bead and the second contacting bead are formed asymmetrically to one another with respect to a reflection on a central plane of the bipolar plate running perpendicularly to the stacking direction.
  • the first contacting bead can have a first contact flank facing away from a main body of the bipolar plate and the second contacting bead can have a second contact flank facing away from the main body of the bipolar plate, the first contacting bead being inclined at an angle a with respect to the stacking direction, which angle is smaller than an angle a′, by which the second leading flank is inclined with respect to the stacking direction.
  • At least one contacting bead has a starting flank facing away from a main body of the bipolar plate and a falling flank facing the main body of the bipolar plate, wherein the Leading edge is inclined relative to the stacking direction by an angle a, which is greater than an angle ß, by which the trailing edge is inclined relative to the stacking direction.
  • the falling edge of the contacting bead is formed steeper than the approaching edge, which means that the contact element assigned to the bipolar plate can be pushed onto the contacting bead in a simple manner via the gently rising approaching edge.
  • connection element of the bipolar plate Due to the greater steepness of the falling edge, the space requirement on the connection element of the bipolar plate required for the formation of the contacting bead is kept small.
  • a steep descending flank on the contacting bead is advantageous if the contact element has a contact-element-side latching element which engages behind the contacting bead, since this makes it more difficult for such a contact-element-side latching element to unlatch.
  • connection element has at least one stop bead, which is arranged on the side of a latching element or a contacting bead of the connection element that faces a main body of the bipolar plate.
  • Such a stop bead can limit the path by which a contact element-side latching element arranged on the contact element can be pushed onto the connection element of the bipolar plate. This ensures that the connector plug is positioned as precisely as possible relative to the connector element of the bipolar plate along the contacting direction when the connector plug is in the installed state.
  • the bipolar plate comprises at least a first bipolar plate layer and a second bipolar plate layer, it can be provided that a first stop bead is formed in the first bipolar plate layer and a second stop bead is formed in the second bipolar plate layer.
  • the bipolar plate comprises a first bipolar plate layer and a second bipolar plate layer, with a first stop bead being formed in the first bipolar plate layer and a recess being formed on the second bipolar plate layer, with the recess of the second bipolar plate layer being in the first stop bead of the first Bipolar plate position engages.
  • the latching depth can be increased in a space-neutral manner.
  • the indentation of the second bipolar plate layer is designed to be essentially complementary to the first stop bead of the first bipolar plate layer.
  • a latching mechanism can be provided, by means of which the connector plug can be latched to at least one connection element of a bipolar plate of the stack of electrochemical units.
  • the connecting element has at least one latching bead and/or at least one latching notch, which is offset relative to the at least one contacting bead along an offset direction running parallel to a front edge of the connecting element and can be gripped behind by a latching element of the connector plug.
  • Such a latching bead preferably extends along a longitudinal direction, which is aligned perpendicularly to a longitudinal direction, along which a contacting bead of the connection element extends, and/or perpendicularly to the stacking direction of the stack of electrochemical units.
  • the latching bead of the connection element can preferably be latched with the latching element of the connection plug.
  • connection element has at least one latching notch, which is offset relative to the at least one contacting bead along an offset direction running parallel to a front edge of the connection element and can be gripped behind by a latching element of the connection plug.
  • Such a latching notch preferably extends along a longitudinal direction, which is aligned parallel to a longitudinal direction, along which a contacting bead of the connecting element extends, and/or perpendicular to the stacking direction of the stack of electrochemical units.
  • the latching notch of the connection element can preferably be latched with the latching element of the connection plug. Provision can furthermore be made for the connection element to have a latching notch which extends along a longitudinal direction which runs parallel to a front edge of the connection element and which can be gripped behind by a latching element of the connection plug.
  • Such a latching notch of the connection element can preferably be latched with a contact element of the connection plug.
  • the connecting element comprises a latching projection, the latching projection projecting from a lateral edge of the connecting element in a projecting direction running parallel to a front edge of the connecting element.
  • the lateral edge can extend essentially parallel to the contacting direction of the connection element.
  • Such a latching projection can preferably be gripped from behind by a latching element of the connector plug.
  • Such a latching element can be designed, for example, as a latching hook.
  • Such a latching element can be fixed to a housing of the connector plug or can be formed in one piece with a housing part of the connector plug.
  • connection element can furthermore be made for the connection element to have at least one latching recess for the purpose of latching the connector plug to at least one connection element of a bipolar plate of the stack of electrochemical units.
  • a snap-in recess can in particular be designed as a snap-through opening which extends completely through the bipolar plate in the region of the connection element.
  • a latching element of the connector plug can preferably be latched in such a latching recess.
  • the connecting element has a region which can be displaced by a locking element of the connecting plug into an alternative recess in a housing of the connecting plug in order to lock the connecting plug on the connecting element.
  • connection plug prevents the connection plug from moving away from the at least one connection element of a bipolar plate of the stack of electrochemical units.
  • the at least one latching element of the connection element can be designed as a latching bead or as a latching notch.
  • Such a latching notch preferably extends essentially parallel to a front edge of the connection element, which faces the connection plug when the electrochemical device is in the assembled state.
  • the latching notch preferably comprises a bending line, along which the latching notch is integrally connected to a region of the connecting element adjoining the latching notch, and several, for example three, free edges along which the latching notch has been severed from the area of the connection element adjoining the latching notch.
  • the separating out can have taken place, for example, by a punching process or by a cutting process, for example by a laser cutting process.
  • the bending line preferably forms a delimitation of the latching notch facing the connection plug when the electrochemical device is in the assembled state.
  • connection element is preferably formed in at least two layers and comprises a first connection element part and a second connection element part, which are connected to one another in a materially bonded manner.
  • the first connection element part and the second connection element part can be connected to one another, for example, by welding, preferably by laser welding.
  • connection element part and the second connection element part are preferably cohesively connected to one another in a region of the connection element which is not contacted by a contact element of the connection plug in the assembled state of the electrochemical device.
  • a front edge of the first connection element part which faces the connection plug in the assembled state of the electrochemical device, is offset along the contacting direction with respect to a front edge of the second connection element part. Due to this offset of the front edges of the connecting element parts on the dem in the assembled state of the electrochemical device Connector end facing the connection element, the assembly of the connector plug on the stack of electrochemical units is facilitated.
  • connection element parts of the connecting element are connected to one another with a material fit, the mechanical stability of the connecting element, in particular with regard to bending, is increased. This is particularly important when the bipolar plate layers have a small thickness and are made of a comparatively soft material, especially since the connection element must have a relatively large extent in the contacting direction in order to compensate for manufacturing tolerances of the stack and the required overlap of the connection element with the respectively associated contact element of the connector plug.
  • the material thickness of the bipolar plate layers is at most 200 ⁇ m, in particular at most 100 ⁇ m.
  • connection element by means of the integral connection between the connection element parts ensures that the electrically conductive contact between the connection plug and the connection elements of the stack is not lost even when exposed to shock forces and vibrations.
  • the stack of electrochemical units according to the invention is particularly suitable for use as part of an electrochemical device which includes the stack and a connector plug which includes an electrically insulating housing and a plurality of electrically conductive contact elements.
  • At least one contact element has at least two contacting arms which, when the connector plug is in the installed state, rest against a contacting bead of a connector element of the stack of electrochemical units.
  • the two contacting arms rest against two opposite sides of the connection element when the connection plug is in the installed state.
  • the two contacting arms rest against the same side of the connection element when the connection plug is in the installed state.
  • a latching mechanism can be provided, by means of which the connector plug can be latched to at least one connection element of a bipolar plate of the stack of electrochemical units.
  • the at least one contact element has at least one latching arm, which engages behind a contacting bead of the connection element when the connection plug is in the installed state.
  • the at least one contact element has at least two latching arms which, when the connector plug is in the installed state, rest on two opposite sides of the connector element.
  • one of the latching arms has a greater length than the other latching arm.
  • both latching arms have essentially the same length.
  • the at least two contacting arms bear against a first side of the connection element and the at least one latching arm bears on a second side of the connection element, which faces away from the first side of the connection element.
  • the at least one latching arm is arranged centrally between two contacting arms of the contact element when viewed in the direction running parallel to the stacking direction.
  • Each contact element can comprise a base part, from which at least one contacting arm and/or at least one latching arm of the contact element protrude.
  • the at least one contacting arm and/or the at least one latching arm can be formed in one piece with the base part of the contact element.
  • the entire contact element can be formed in one piece or be formed from several, for example two or more, separate parts.
  • the contact element has at least two latching arms, with one latching arm and one contacting arm being arranged in pairs one above the other along the stacking direction when the connector plug is in the installed state.
  • the connector plug comprises at least one latching element which engages behind a latching projection of the connector element in the assembled state of the connector plug.
  • the latching projection preferably protrudes from a lateral edge of the connecting element in a protruding direction running parallel to a front edge of the connecting element.
  • connection element can extend essentially parallel to the contacting direction of the connection element.
  • Such a latching element can be designed, for example, as a latching hook.
  • Such a latching element can be fixed to a housing of the connector plug or can be formed in one piece with a housing part of the connector plug. Furthermore, it can be provided that for the purpose of latching the connector plug to at least one connector element of a bipolar plate of the stack of electrochemical units, the connector plug comprises at least one latching element which is latched to a latching recess of the connector element when the connector plug is in the installed state.
  • Such a snap-in recess can in particular be designed as a snap-through opening which extends completely through the bipolar plate in the region of the connection element.
  • the latching element can be designed, for example, as a latching hook.
  • the connector plug comprises at least one alternative recess and at least one locking element, by means of which a region of the connector element can be displaced into the alternative recess assigned to the locking element when the connector plug is in the installed state.
  • connection plug prevents the connection plug from moving away from the at least one connection element of a bipolar plate of the stack of electrochemical units.
  • the at least one locking element can be pushed into the housing of the connector plug in a direction essentially parallel to a longitudinal extension of the contacting bead of the locking element.
  • the connector plug includes at least one latching element which, when the connector plug is in the installed state, engages behind a latching bead formed on the connector element.
  • Such a latching bead can be offset relative to the at least one contacting bead of the connecting element along an offset direction running parallel to a front edge of the connecting element.
  • Such a latching bead preferably extends along a longitudinal direction, which is aligned perpendicularly to a longitudinal direction, along which a contacting bead of the connection element extends, and/or perpendicularly to the stacking direction of the stack of electrochemical units.
  • the latching bead of the connection element can preferably be latched with the latching element of the connection plug.
  • the connector plug comprises at least two rows of contact elements, which each extend along the stacking direction when the connector plug is assembled and are offset relative to one another perpendicularly to the stacking direction.
  • each row of contact elements to make electrically conductive contact with every nth of the bipolar plates that follow one another in the stacking direction when the connector plug is in the installed state, with n being equal to 2 or greater than 2.
  • the stack comprises at least two rows of connection elements of the bipolar plates, which each extend along the stacking direction and are offset from one another perpendicularly to the stacking direction, the connection elements being directly on top of one another in the stacking direction subsequent bipolar plates are assigned to different rows of connection elements, in order to increase the distance between two connection elements that follow one another in such a row along the stacking direction.
  • Such an offset of the connecting elements of bipolar plates that follow one another directly in the stacking direction can be achieved, for example, in that the bipolar plates that follow one another directly in the stacking direction are designed essentially identically to one another, but are rotated relative to one another by an angle of 180° about an axis of rotation parallel to the stacking direction .
  • the height tolerances in the stack of electrochemical units and the setting behavior of the stack over its service life can also be compensated for when the cell pitch, i.e. the offset of bipolar plates that follow one another in the stacking direction, is very small, for example less than 1.5mm.
  • the connector plug can preferably be unlatched by overcoming an unlatching force from the at least one latching element of the connecting element, in order to be able to carry out maintenance or repairs, for example.
  • FIG. 1 shows a perspective view of an electrochemical device, which includes a (highly schematized) stack of electrochemical units that follow one another along a stacking direction and each include a bipolar plate, and a connector plug that includes an electrically insulating housing and a plurality of electrically conductive contact elements.
  • each of the bipolar plates comprises a connection element designed as a connection lug, which protrudes over the respective connection element adjacent lateral edges of the respective bipolar plate in a contacting direction, and wherein the respective connection element has at least one bead, which serves as a latching bead, with which a respective associated contact element of the connector plug can be latched, and serves as a contacting bead with which the respectively associated contact element of the connector plug in an assembled state of the connector plug i n can be brought into engagement in order to produce an electrically conductive contact between the respective bipolar plate and the respectively associated contact element of the connector plug, with the viewing direction of a rear side of the connector plug facing away from the stack of electrochemical units;
  • FIG. 2 shows a further perspective illustration of the electrochemical device from FIG. 1, looking in the direction of an underside of the connector plug, which reveals contacting arms of contact elements of the connector plug;
  • FIG. 3 shows a plan view from above of the electrochemical device from FIGS. 1 and 2, looking in the direction of an upper side of the connector plug, which reveals latching arms of contact elements of the connector plug;
  • Figure 4 is a fragmentary cross-sectional view of the electrochemical device of Figures 1-3 taken along line 4-4 of Figure 3;
  • FIG. 5 is a fragmentary cross-sectional view of the electrochemical device of FIGS. 1-4 taken along line 5-5 of FIG. 3;
  • FIGS. 1 to 5 shows a plan view from below of the electrochemical device from FIGS. 1 to 5, looking in the direction of an underside of the connector plug, which reveals contacting arms of contact elements of the connector plug;
  • Fig. 7 is a side view of the electrochemical device of Figs. 1 to 6 looking towards a right side of the connector plug, along the direction of arrow 7 in Fig. 3;
  • Fig. 8 is a side view of the electrochemical device of Figs. 1 to 7 looking towards a left side of the connector plug, along the direction of arrow 8 in Fig. 3;
  • Fig. 9 is a side view of the electrochemical device of Figs. 1 to 8 looking towards a rear side of the connector plug, along the direction of arrow 9 in Fig. 3;
  • Fig. 10 is a (highly schematized) perspective representation of the stack of electrochemical units of the electrochemical device from Figs Stacks of electrochemical units extend and are offset from one another in an offset direction directed perpendicularly to the stacking direction, the connection elements of in the Bipolar plates that follow one another in the stacking direction are assigned to different rows of connection elements in order to increase the distance between two connection elements that follow one another in such a row along the stacking direction;
  • FIG. 11 is a perspective view of a bipolar plate of the stack of electrochemical devices of FIG. 10 looking toward an upper side of the bipolar plate;
  • FIG. 12 shows a further perspective illustration of the bipolar plate from FIG. 11, looking in the direction of an underside of the bipolar plate;
  • FIG. 13 is a top plan view of the bipolar plate of FIGS. 11 and 12;
  • FIG. 14 shows an enlarged representation of the area I from FIG. 13;
  • FIG. 15 shows a cross-section of a detail through the bipolar plate from FIGS. 11 to 14 in the area of a latching and contacting bead of the connecting element, along the line 15-15 in FIG. 14;
  • FIG. 16 shows a sectional side view of the bipolar plate from FIGS. 11 to 15, looking in the direction of arrow 16 in FIG. 14;
  • FIG. 17 shows a sectional front view of the bipolar plate from FIGS. 11 to 16, looking in the direction of the contacting direction, along the direction of arrow 17 in FIG. 14;
  • FIG. 18 is a fragmentary plan view from below of the bipolar plate from FIGS. 11 to 17, looking in the direction of arrow 18 in FIG. 16;
  • connection plug 19 shows a perspective representation of the connection plug of the electrochemical device from FIGS. 1 to 9, looking in the direction of a front side of the connection plug, at which contact element receptacles of the connection plug open;
  • FIG. 20 shows a further perspective illustration of the connection plug from FIG. 19, looking in the direction of an underside of the connection plug, which shows contacting arms of contact elements of the connection plug;
  • connection plug of the electrochemical device shows a further perspective illustration of the connection plug of the electrochemical device from FIGS. 19 and 20, looking in the direction of a rear side of the connection plug;
  • FIG. 22 shows a plan view from above of the connector plug from FIGS. 19 to 21, looking in the direction of an upper side of the connector plug, which reveals latching arms of contact elements of the connector plug;
  • FIG. 23 shows a plan view from below of the connector plug from FIGS. 19 to 22, looking in the direction of an underside of the connector plug, which reveals contacting arms of contact elements of the connector plug;
  • Fig. 24 is a side view of the connector plug of Figs. 19 to 23 looking towards a left side of the connector plug, along the direction of arrow 24 in Fig. 22;
  • Fig. 25 is a side view of the connector plug of Figs. 19 to 24, looking towards a right side of the connector plug, along the direction of arrow 25 in Fig. 22;
  • Fig. 26 is a front view of the connector plug of Figs. 19 to 25 looking in the direction of arrow 26 in Fig. 22;
  • FIGS. 19 shows a cross section through the connector plug from FIGS. 19 to
  • FIGS. 28 shows a cross section through the connector plug from FIGS. 19 to
  • Fig. 29 is a rear view of the connector plug of Figs. 19 to 28, looking towards a rear side of the connector plug, along the direction of arrow 29 in Fig. 22;
  • FIGS. 19 to 29 shows a perspective representation of a rear part of the connector plug from FIGS. 19 to 29, with the contact elements of the connector plug arranged on this rear part;
  • FIG. 31 shows a perspective view of one of the contact elements of the connector plug from FIGS. 19 to 30, looking in the direction of an underside of a latching arm and an underside of two contacting arms of the contact element;
  • FIG. 32 shows a further perspective illustration of the contact element from FIG. 31, looking in the direction of an upper side of the latching arm and an upper side of the contacting arms of the contact element;
  • Figure 33 is a bottom plan view of the contact element of Figures 31 and 32;
  • Fig. 34 is a side view of the contact element of Figs. 31 to 33 looking in the direction of arrow 34 in Fig. 33;
  • Fig. 35 is a front view of the contact element of Figs. 31 to 34 looking in the direction of arrow 35 in Fig. 33;
  • Fig. 36 is a rear view of the contact element of Figs. 31 to 35 looking in the direction of arrow 36 in Fig. 33;
  • FIG. 38 shows an enlarged view of region II from FIG. 37;
  • FIG. 39 shows a front view of the connection element of the bipolar plate from FIG. 38, looking in the direction of arrow 39 in FIG. 38;
  • FIG. 40 is a top plan view of a top portion of a contactor having a long latching arm and a short contacting arm;
  • 41 is a top plan view of a base of a contact element having a short contacting arm and a long latching arm;
  • connection element 42 shows a plan view of the connection element of a bipolar plate which is in engagement with a contact element of the type illustrated in FIGS. 40 and 41;
  • 43 shows a cross-section of a detail through the connection element of the bipolar plate and the contact element of the connection plug from FIG. 42, along the line 43-43 in FIG the bipolar plate is formed;
  • connection element 44 shows a cross-section of a detail corresponding to FIG. 43 through the connection element of the bipolar plate and the contact element of the connection plug, the connection element not being of mirror-symmetrical design in relation to a center plane of the bipolar plate oriented perpendicularly to the stacking direction of the stack of electrochemical units;
  • connection element 45 shows a schematic plan view of a connection element of a bipolar plate, which has a contact bead which engages with a contact element of a connection plug, the connection plug comprising a latching element which, when the connection plug is in the installed state, engages behind a latching projection of the connection element of the bipolar plate;
  • connection element 46 shows a schematic longitudinal section through the connection element of the bipolar plate and through the contact element and the locking element of the connection plug in FIG. 45, along the line 46-46 in FIG. 45;
  • connection element 47 shows a schematic plan view of the connection element of a bipolar plate which has a contacting bead which engages with a contact element of the connection plug, and also has latching recesses, in each of which a latching element of the connector plug is latched;
  • FIG. 48 shows a schematic longitudinal section through the connecting element, which has the contacting bead and the latching recesses, and the contact element of the connecting plug and the latching elements of the connecting plug from FIG. 47, along the line 48-48 in FIG. 47;
  • Fig. 49 shows a schematic plan view of the connection element of a bipolar plate, which has a contacting bead that engages with a contact element of a connection plug, wherein a housing of the connection plug also includes several escape recesses and a corresponding number of locking elements, by means of which a region of a connection element in the installed state of the connector plug it can be pushed into the alternative recess assigned to the respective locking element, in a state before the connector plug is locked on the connector elements of the bipolar plates;
  • Fig. 50 is a side view of several connection elements of bipolar plates, which follow one another in the stacking direction of the stack of electrochemical units, and of areas of the housing of the connector plug in which alternative recesses are arranged, looking in the direction of arrow 50 in Fig. 49, in a state before the connector plug is locked to the connector elements of the bipolar plates;
  • connection element 51 shows a schematic plan view corresponding to FIG. 49 of the connection element of a bipolar plate, a contact element of the connection plug and a locking element of the connection plug, in a state after the connection plug has been locked on the connection elements of the bipolar plates, the locking element having been pushed into the housing of the connection plug in a direction parallel to a longitudinal extent of the contacting bead of the connection element, as a result of which a region of the connection element moves into an alternative recess in the connection plug that is assigned to the locking element in question has been ousted;
  • Fig. 52 shows a schematic side view corresponding to Fig. 50 of the connection elements of two bipolar plates that follow one another in the stacking direction of the stack of electrochemical units and of the areas of the housing of the connection plug in which the alternative recesses are arranged, in the state in which the connection plug is connected to the connection elements of the bipolar plates is locked after the locking elements have been pushed into the housing of the connection plug in the direction parallel to the longitudinal extent of the contacting beads, as a result of which areas of the connection elements have been displaced in the respective adjacent alternative recesses;
  • connection element 53 shows a schematic plan view of a connection element of a bipolar plate which has a contacting bead which engages with a contact element of the connection plug, the connection plug also comprising a latching element which, when the connection plug is in the installed state, engages behind a latching bead formed on the connection element;
  • 54 shows a schematic longitudinal section through the contacting bead and the locking bead of the connecting element of the bipolar plate, through the contact element of the connecting plug and through the locking element of the connecting plug from FIG. 53, along the line 54-54 in FIG. 53;
  • FIG. 55 shows a schematic longitudinal section through the latching bead of the connection element of the bipolar plate and through the latching element of the connection plug from FIG. 53, along the line 55-55 in FIG. 53;
  • connection plug 56 shows a schematic plan view of a connection element of a bipolar plate which has a contact bead which engages with a contact element of the connection plug, the connection plug also comprising a latching element which, when the connection plug is in the installed state, engages behind a latching notch formed on the connection element;
  • FIG. 57 shows a schematic longitudinal section through the contacting bead and the latching notch of the connection element of the bipolar plate, through the contact element of the connection plug and through the latching element of the connection plug from FIG. 56, along the line 57-57 in FIG. 56;
  • FIG. 58 shows a schematic cross section through the latching notch of the connection element of the bipolar plate and through the latching element of the connection plug from FIG. 56, along the line 58-58 in FIG. 56; and 59 shows a perspective view of a latching element of a connection element of a bipolar plate, which is designed as a latching notch, the latching notch extending essentially parallel to a front edge of the connection element, which faces the connection plug in the assembled state of the connection plug.
  • An electrochemical device shown in FIGS. 1 to 36 and denoted as a whole by 100 comprises a stack 102 of electrochemical units 104 which follow one another along a stacking direction 106 .
  • the stacking direction 106 is also referred to below as the Z-direction of the electrochemical device 100 .
  • the stack 102 can be designed, for example, as a fuel cell stack, in particular as a PEM (polymer electrolyte membrane) fuel cell stack.
  • a fuel cell stack in particular as a PEM (polymer electrolyte membrane) fuel cell stack.
  • Each of the electrochemical units 104 includes a bipolar plate 108 and other components 110, which are only shown schematically as a unit in the drawings.
  • additional components 110 can in particular include an electrochemically active unit, for example a membrane electrode arrangement, gas diffusion layers and seals, for example elastomer seals.
  • the further components 110 in each case electrically insulate two bipolar plates 108 that follow one another immediately in the stack 102 along the stacking direction 106 .
  • each of the electrically conductive bipolar plates 108 is at an electrical potential which is different from the electrical potential of the adjacent bipolar plates 108.
  • the electrochemical device 100 comprises a connector plug 112, which has an electrically insulating housing 114 and a plurality of electrically conductive contact elements 116 arranged in the housing includes.
  • each of the bipolar plates 108 of the stack 102 comprises a connection element 118 which protrudes in a contacting direction 120 over the respective connection element 118 adjacent lateral edges 119, 119′ of the bipolar plate 108 .
  • connection elements 118 of the bipolar plates 108 of the stack 102 form a plurality, for example two, rows 122 of connection elements 118, which extend along the stacking direction 106 or Z-direction and in a direction perpendicular to the stacking direction 106 and offset direction 124 aligned perpendicularly to the contacting direction 120 are offset from one another.
  • the offset direction 124 is also referred to below as the X-direction.
  • the stack 102 of electrochemical units 104 comprises two rows 122a and 122b of connection elements 118a and connection elements 118b, respectively.
  • connection elements 118 of the bipolar plates 108 following one another in the stacking direction 106 are alternately assigned to the left-hand row 122a of connection elements 118a and to the right-hand row 122b of connection elements 118b.
  • each of n rows 122 of connection elements 118 is assigned to every nth connection element 118 of the bipolar plates 108 that follow one another in the stacking direction 106 , where n is equal to 2 or greater than 2.
  • connection elements 118 arranged directly one above the other in the stacking direction 106 is increased to n times the distance that these connection elements 118 would have if the connection elements 118 were not distributed over a plurality of rows 122 of connection elements 118 .
  • each bipolar plate 108 comprises a plurality of, for example two, bipolar plate layers, for example a first bipolar plate layer 127 and a second bipolar plate layer 129.
  • the first bipolar plate layer 127 and the second bipolar plate layer 129 are connected to one another in a fluid-tight manner at joining lines (not shown) in order to form medium chambers and medium channels between them.
  • the connecting element 118 of the bipolar plate 108 is preferably formed in two layers, with a first connecting element part 131 being formed in one piece with a main body 133 of the first bipolar plate layer 127 and a second connecting element part 135 being formed in one piece with a main body 137 of the second bipolar plate layer 129.
  • a front edge 132 of the first connector part 131 which extends parallel to the offset direction 124 (X-direction), is opposite a front edge 134 of the second connector part 135, which also extends substantially parallel to the offset direction 124 (X-direction), offset along the contacting direction 120 (Y-direction), which facilitates the assembly of the connector plug 112 on the stack 102 of electrochemical units 104 .
  • the front edge 132 of the first connection element part 131 is offset in relation to the front edge 134 of the second connection element part 135 towards the connection plug 112; In principle, however, it could also be provided that the front edge 132 of the first connector part 131 opposite the front edge 134 of the second connector part 135 is offset away from the connector plug 112 and towards the main body 133 of the first bipolar plate layer 127 .
  • connection element 118 In order to increase the mechanical stability of the connection element 118, provision is preferably made for the first connection element part 131 and the second connection element part 135 to be connected to one another with a material bond, for example by welding along a welding line 143.
  • the weld line 143 preferably runs outside the contact zone at which a contact element 116 of the connector plug 112 makes contact with the connector element 118 when the electrochemical device 100 is in the assembled state.
  • the weld line 143 may have a substantially U-shape.
  • Two lateral legs 143a, 143b of the weld line 143 can, for example, be essentially parallel to the contacting direction 120 (Y direction) and a web 143c of the weld line 143 connecting the two legs 143a, 143b to one another essentially parallel to the offset direction 124 (X direction ) get lost.
  • the web 143c of the weld line 143 preferably runs through a region of the connection element 118 which faces the main body 133 of the first bipolar plate layer 127 and the main body 137 of the second bipolar plate layer 129 .
  • the U-shaped weld line 143 is thus open towards the connector plug 112 (when the electrochemical device 100 is in the assembled state).
  • the connection element 118 of the bipolar plate 108 has a contacting bead 136, with which a contact element 116 of the connection plug 112 assigned to the same can be brought into engagement in order to establish an electrically conductive contact between the bipolar plate 108 and the respectively assigned contact element 116 of the connection plug 112, which will be discussed later will be explained in more detail.
  • the contacting bead 136 also serves as a latching element 139 of the connecting element 118 in the form of a latching bead 141 which can be latched with an associated contact element 116 of the connecting plug 112 .
  • the contacting bead 136 and latching bead 141 extend along the offset direction 124 or X-direction of the bipolar plate 108.
  • connection element 118 is the contacting bead
  • latching bead 141 are only formed in one of the bipolar plate layers 127 and 129, for example in the first bipolar plate layer 127.
  • the respective other bipolar plate layer in the case shown in the drawing the second bipolar plate layer 129 , can, on the other hand, be essentially planar in its region 138 opposite the contacting bead 136 and the latching bead 141 .
  • the contacting bead 136 and latching bead 141 has a starting flank 142 facing away from the main body 140 of the bipolar plate 108 and a falling flank 144 facing the main body 140 of the bipolar plate 108 .
  • a crest 146 of the contacting bead 136 and latching bead 141 is arranged between the leading edge 142 and the falling edge 144 of the contacting bead 136 .
  • the approach flank 142 is inclined relative to the stacking direction 106 by an angle a, which is greater than an angle ß by which the descending flank 144 is inclined relative to the Stacking direction 106 is inclined.
  • the angle a is preferably more than 45°, in particular more than 50°, particularly preferably more than 60°.
  • angle a is preferably less than 85°, in particular less than 80°, particularly preferably less than 70°.
  • the angle ⁇ is preferably more than 5°, in particular more than 10°, particularly preferably more than 20°.
  • angle ⁇ is preferably less than 45°, in particular less than 40°, particularly preferably less than 30°.
  • the first bipolar plate layer 127 may be an anode-side bipolar plate layer that delimits a flow field (not shown) for the anode gas of the electrochemical device 100 .
  • the second bipolar plate layer 129 is then a cathode-side bipolar plate layer, which delimits a flow field (not shown) for the cathode gas of the electrochemical device 100 .
  • the first bipolar plate layer 127 is a cathode-side bipolar plate layer, which delimits a flow field for a cathode gas of the electrochemical device 100
  • the second bipolar plate layer 129 is an anode-side bipolar plate layer, which delimits a flow field for an anode gas of the electrochemical device 100 .
  • FIGS. 1-10 One of the contact elements 116 of the connector plug 112, which come into engagement with the connector element 118 of a respective associated bipolar plate 108 when the connector plug 112 is in the installed state, is shown individually in FIGS.
  • Each contact element 116 comprises a base part 148, from which a plurality of arms 150 protrude in the contacting direction 120.
  • the contact element 116 comprises a latching arm 152, which is preferably arranged centrally on the base part 148 and which, when the connector plug 112 is in the installed state, engages behind the latching bead 141 of a connection element 118, assigned to the contact element 116, of a bipolar plate 108 of the stack 102 of electrochemical units 104 , as can be seen for example in the sectional view of FIG.
  • a part of the latching arm 152 that engages behind the latching bead 141 when the connector plug 112 is in the installed state is designed as a latching tongue 154 .
  • the latching tongue 154 is, for example, curved in an arc shape in cross section, with a convexly curved outer side 156 of the latching tongue 154 in the assembled state of the connector plug 112 on a between the main body
  • connection element 118 rests.
  • Contact element 116 also includes two contacting arms 160, which also protrude from base part 148 of contact element 116 in contacting direction 120 and, in this embodiment of a contact element 116, have essentially the same extension along contacting direction 120 as latching arm 152.
  • the locking arm 152 is arranged between the two contacting arms 160, preferably centrally between the contacting arms 160.
  • the contacting arms 160 end at a contacting area 162, which rests against the second bipolar plate layer 129 in the area of the connecting element 118 when the connecting plug 112 is in the installed state, which can be seen particularly clearly from the sectional view in FIG.
  • the contacting area 162 can be curved in an arc shape, with a convexly curved outer side 164 of the contacting area 162 preferably being in electrically conductive contact with the connection element 118 when the connection plug 112 is in the installed state.
  • the two contacting arms 160 of the contact element 116 thus rest on a first side of the connection element 118 of the respectively associated bipolar plate 108 when the connector plug 112 is in the installed state, while the latching arm 152 rests on a second side of the connection element 118 when the connector plug 112 is in the installed state, which first side of the connection element 118 faces away.
  • connection element 118 of the bipolar plate 108 is clamped between the contacting arms 160 and the latching arm 152 of the contact element 116 when the contact element 116 is in engagement with the connection element 118 of the bipolar plate 108 .
  • the latching arm 152 and the contacting arms 160 of the contact element 116 preferably have an elasticity which elastically prestresses the latching arm 152 or the contacting arms 160 in the assembled state of the connector plug 112 against the connector element 118 of the respectively associated bipolar plate 108 .
  • the contact element 116 is preferably formed from a material having spring elasticity.
  • the contact element 116 can be formed from a resilient metallic material.
  • the contact element 116 also has one or more, for example two, connection pins 166 by means of which the contact element 116 can be fixed to the housing 114 of the connection plug 112 .
  • the connection pins 166 each extend through a connection sleeve 168 of the housing 114, to which they are preferably connected in an electrically conductive manner.
  • connection pins 166 preferably protrude from the base part 148 of the contact element 116 in a direction opposite to the latching arm 152 and the contacting arms 160 along the contacting direction 120 .
  • the end regions of the base part 158 of the contact element 116 are designed as support elements 170, with which the contact element 116 is supported laterally when it is arranged in a contact element receptacle 170 of the connector plug 112.
  • the connector plug 112 comprises a plurality of rows 172, two in the exemplary embodiment shown, of contact element receptacles 170, which when the connector plug 112 is in the assembled state extend along the stacking direction 106 and are offset from one another in the offset direction 124 running perpendicularly to the stacking direction 106 .
  • the connector plug 112 also includes a plurality of rows 174, two in the exemplary embodiment shown, of contact elements 116 which, when the connector plug 112 is in the assembled state, each extend along the stacking direction 106 and are offset relative to one another in the offset direction 124 running perpendicular to the stacking direction 106.
  • Each row 174a or 174b of contact elements 116 in the installed state of the connector plug 112 makes electrically conductive contact with every second bipolar plate 108 that follows one another in the stacking direction 106 of the stack 102 of electrochemical units 104 .
  • each of n rows 174 of contact elements 116 makes electrically conductive contact with every nth of the bipolar plates 108 that follow one another in the stacking direction 106 when the connector plug 112 is in the installed state, with n being equal to 2 or greater than 2.
  • the contact elements 116 are fixed to a rear part 176 of the housing 114 of the connector plug 112.
  • FIG. 30 illustrates that the contact elements 116 are fixed to a rear part 176 of the housing 114 of the connector plug 112.
  • This rear part 176 of the housing 114 includes electrical lines which connect the connection pins 166 of each contact element 116 to a respective contact pin 178 of a plug connection 180 which is formed on the rear part 176 of the housing 114 .
  • a complementary plug-in connection of a connecting cable (not shown) can be connected to plug-in connection 180 of connection plug 112, by means of which an electrically conductive connection can be established between contact elements 116 of connection plug 112 and the inputs of a monitoring device (not shown) of electrochemical device 100.
  • This monitoring device can form part of a control device of the electrochemical device 100 which controls the operation of the electrochemical device depending on the respectively determined electrical potentials or cell potentials of the bipolar plates 108 in the stack 102 of electrochemical units 104 .
  • the rear part 176 of the housing 114 of the connector plug 112 is latched to a front part 186 of the housing 114 by means of a latching device 182, which can include one or more latching hooks 184, for example.
  • the contact element receptacles 170 in which the contact elements 116 of the connector plug 112 are accommodated, are designed as passage openings in the front part 186 of the housing 114.
  • the extent of the contact element receptacles 170 in the longitudinal direction 188 of the housing 114 of the connector plug 112, which is aligned parallel to the offset direction 124 (or X-direction) when the connector plug 112 is in the installed state, is greater than the extent of the connector elements 118 of the bipolar plates 108 of electrochemical device 100 along offset direction 124, in order to be able to compensate for manufacturing tolerances and positioning tolerances of connection elements 118 of bipolar plates 108 in stack 102 of electrochemical units 104, and also in the presence of such manufacturing and positioning tolerances, to easily connect connector plug 112 to connection elements 118 of the To be able to attach bipolar plates 108.
  • the contact element receptacles 170, 170' open out on the front side of the housing 114 of the connector plug 112 at an insertion funnel 177, which tapers towards the interior of the respective contact element receptacle 170, 170' and has boundary surfaces inclined relative to the contacting direction 120 to prevent the connection elements from entering 118 of the bipolar plates 108 in the respectively associated contact element receptacles 170, 170'.
  • the rear portion 176 and the front portion 186 of the housing 114 of the connector plug 112 are preferably formed of an electrically insulative plastic material.
  • the rear part 176 and/or the front part 186 of the housing 114 of the connector plug 112 are preferably produced by an injection molding process.
  • a second embodiment of an electrochemical device 100 illustrated in FIGS. 37 to 43 also comprises a stack 102 of electrochemical units 104 which follow one another along a stacking direction 106 .
  • Each electrochemical unit 104 includes a bipolar plate 108, as shown in FIG.
  • Each bipolar plate 108 comprises a connection element 118 which protrudes in a contacting direction 120 over the lateral edges 119, 119′ of the bipolar plate 108 adjacent to the connection element 118 .
  • connection element 118 comprises a first contacting bead 136a, which extends in an offset direction 124 or X-direction.
  • the first contact bead 136a also serves as a first latching element 139a of the connecting element 118 in the form of a first latching bead 141a, which can be latched with an associated contact element 116 of the connecting plug 112.
  • the first contacting bead 136a and the first latching bead 141a are formed in one of the bipolar plate layers of the bipolar plate 108, for example in the first bipolar plate layer 127.
  • the first contacting bead 136a and the first latching bead 141a are produced on the relevant bipolar plate layer 127 or 129, for example by a forming process, for example an embossing process or a deep-drawing process.
  • FIGS. 38 and 39 Only the first bipolar plate layer 127 is shown in FIGS. 38 and 39, which is provided with the first contacting bead 136a and the first latching bead 141a.
  • the second bipolar plate layer 129 can be provided with a second contacting bead 136b, which is mirror-symmetrical to the first contacting bead 136a in relation to a central plane 190 of the bipolar plate 108 running perpendicularly to the stacking direction 106 (see FIG. 43).
  • the second contacting bead 136b also serves as a second latching element 139b of the connecting element 118 in the form of a second latching bead 141b, which can be latched with an associated contact element 116 of the connecting plug 112.
  • Each of the contacting beads 136a, 136b and latching beads 141a, 141b has a leading edge 142 facing away from the main body 140 of the bipolar plate 108 and a trailing edge 144 facing the main body 140 of the bipolar plate 108 .
  • a crest 146 of the contacting bead 136 and locking bead 141 is arranged between the leading edge 142 and the falling edge 144 of each contacting bead 136 and locking bead 141 .
  • the angle a is preferably more than 45°, in particular more than 50°, particularly preferably more than 60°.
  • angle a is preferably less than 85°, in particular less than 80°, particularly preferably less than 70°.
  • the angle ⁇ is preferably more than 5°, in particular more than 10°, particularly preferably more than 20°. Furthermore, the angle ⁇ is preferably less than 45°, in particular less than 40°, particularly preferably less than 30°.
  • connection element 118 of the bipolar plate 108 comprises two stop beads 192 in addition to the contacting beads 136 and latching beads 141 (see in particular FIGS. 38, 42 and 43).
  • a first stop bead 192a is formed in the first bipolar plate layer 127 and a second stop bead 192b is formed in the second bipolar plate layer 129 .
  • Each of the stop beads 192 can be formed, for example, by a forming process on the respective bipolar plate layer 127, 129, for example by an embossing process or a deep-drawing process.
  • the first stop bead 192a and the second stop bead 192b can be formed essentially mirror-symmetrically to one another with respect to the center plane 190 of the bipolar plate 108 .
  • Each of the stop beads 192 extends along the offset direction 124 or X-direction of the stack 102 of electrochemical devices 104.
  • Each of the stop beads 192 has a first flank 194 facing the respectively assigned contacting bead 136a, 136b and latching bead 141a, 141b and a second flank 196 facing away from the respectively assigned contacting bead 136a, 136b and latching bead 141a, 141b.
  • a crest 198 of the stop bead 192 is arranged between the first flank 194 and the second flank 196 of the stop bead 192 .
  • the first flank 194 of the stop bead 192 is inclined by an angle ⁇ relative to the stacking direction 106
  • the second flank 196 of the stop bead 192 is inclined by an angle ⁇ relative to the stacking direction 106 .
  • the angle ⁇ is essentially the same size as the angle ⁇ .
  • angles ⁇ and ⁇ are preferably essentially the same as or greater than the angle ⁇ by which the descending flanks 144 of the contacting beads 136a, 136b and latching beads 141a, 141b are inclined relative to the stacking direction 106, and/or essentially the same as or smaller than the angle a by which the leading flanks 142 of the contact beads 136a, 136b and locking beads 141a, 141b are inclined with respect to the stacking direction 106.
  • the angle ⁇ and/or the angle ⁇ is preferably more than 5°, in particular more than 10°, particularly preferably more than 20°.
  • angle ⁇ and/or the angle ⁇ is preferably less than 45°, in particular less than 40°, particularly preferably less than 30°.
  • each contact element 116 of the connector plug 112 of the electrochemical device 100 comprises two parts, namely an upper part 200 shown in Fig. 40 and a lower part 202 shown in Fig. 41.
  • the upper part 200 of the contact element 116 shown in FIG. 40 comprises a base part 148, from which an upper latching arm 152a and an upper contacting arm 160a protrude in the contacting direction 120.
  • the upper part 200 of the contact element 116 comprises one or more connection pins 166, two in the exemplary embodiment shown, by means of which the upper part 200 of the contact element 116 can be fixed to a housing (not shown) of the connector plug 112 of the electrochemical device 100.
  • the housing of the connector plug 112 also includes electrical lines in this embodiment, which connect the connector pins 166 to a respective plug connector of the housing.
  • the lower part 202 of the contact element 116 shown in FIG. 41 comprises a lower contacting arm 160b and a lower latching arm 152b which protrude along the contacting device 120 from a base part 148 of the lower part 202 of the contact element 116.
  • the lower part 202 of the contact element 116 includes one or more, two in the illustrated embodiment, connection pins 166, by means of which the lower part 202 of the contact element 116 on the housing of the connector plug 112 can be fixed.
  • an upper part 200 and a lower part 202 of a contact element 116 are arranged and fixed in such a way that the upper latching arm 152a of the upper part 200 is arranged over the lower contacting arm 160b of the lower part 202 in the stacking direction 106 and the upper contacting arm 160a of the upper part 200 is arranged above the lower latching arm 152b of the lower part 202 of the contact element 116 in the stacking direction 106 .
  • each of the latching arms 152a, 152b has a latching lug 204 at its free end, with which the relevant latching arm 152a, 152b, when the connector plug 112 is in the assembled state, the first latching bead 141a or the second latching bead 141b of the the connection element 118 assigned to the contact element 116 engages behind (see FIG. 43).
  • the sliding movement of the locking arms 152a, 152b toward the main body 140 of the bipolar plate 108 is limited by the stop bead 192 assigned in each case.
  • each latching arm 152a, 152b is therefore arranged in the area between the respectively associated latching bead 141a, 141b and the respectively associated stop bead 192 when the connector plug 112 is in the assembled state.
  • the contact element 116 is thus latched to the respectively associated connection element 118 of a bipolar plate 108 by means of the latching arms 152a, 152b.
  • the contacting arms 160a, 160b of the contact element 116 each end at a contacting region 162 which, when the connector plug 112 is in the installed state, rests against the respectively assigned contacting bead 136a or 136b.
  • the contacting areas 162 of the contacting arms 160a, 160b are preferably in contact with the crest 146 of the associated contacting bead 136a, 136b.
  • Each contacting area 162 can be curved in an arcuate manner, with a convexly curved outer side 164 of the contacting area 162 preferably bearing against the respectively associated contacting bead 136a, 136b when the connector plug 112 is in the installed state.
  • the contacting beads 136a, 136b of the connector element 118 are clamped between the contacting arms 160a, 160b of the respectively associated contact element 116 of the connector plug 112.
  • the upper part 200 and the lower part 202 of the contact element 116 are preferably formed from an electrically conductive material having spring elasticity.
  • the second embodiment of an electrochemical device shown in FIGS. 37 to 43 corresponds to the first embodiment shown in FIGS. 1 to 36 in terms of structure, function and manufacturing method, to the above description of which reference is made in this respect.
  • a third embodiment of an electrochemical device 100 shown in FIG. 44 differs from the second embodiment shown in FIGS. 37 to 43 in that the first contacting bead 136a and first locking bead 141a and the second contacting bead 136b and second locking bead 141b are mirrored of the middle plane 190 of the bipolar plate 108 running perpendicularly to the stacking direction 106 are asymmetrical to one another.
  • first depression 206a is formed in the first bipolar plate layer 127, which extends beyond the center plane 190 of the bipolar plate 108 to the second contacting bead 136b and second latching bead 141b, which is formed in the second bipolar plate layer 129, and preferably extends to the crest 146 and to the descending flank 144 of the second contacting bead 136b and second latching bead 141b fits snugly.
  • the effective height of the first contacting bead 136a and the first latching bead 141a is increased compared to the second embodiment of an electrochemical device 100 described above.
  • a second depression 206b is formed in the second bipolar plate layer 129, which is arranged between the second contacting bead 136b and the second latching bead 141b and the main body 140 of the bipolar plate 108.
  • the second indentation 206b extends beyond the center plane 190 of the bipolar plate 108 into the stop bead 192a, which is formed in the first bipolar plate layer 127.
  • the second depression 206b is preferably designed to be essentially complementary to the stop bead 192a.
  • the depression 206b nestles against the first flank 194, the crest 198 and the second flank 196 of the stop bead 192a.
  • the bead structure of the connection element 118 of the bipolar plate 108 is reinforced in this embodiment.
  • the upper latching arm 152a engages in the first depression 206b of the first bipolar plate layer 127, while the lower latching arm 152b engages in the second depression 206b of the second bipolar plate layer 129.
  • the positions of the latching lugs 204 of the upper latching arm 152a and the lower latching arm 152b are offset from one another along the contacting direction 120 or along the Y-direction.
  • the latching arms 152a and 152b While in the second embodiment shown in FIGS. 37 to 43 the upper latching arm 152a and the lower latching arm 152b are essentially of the same length, the latching arms 152a and 152b have different lengths in this third embodiment.
  • the lower latching arm 152b has a greater length than the upper latching arm 152a.
  • the angle a by which the first contact flank 142a of the first contacting bead 136a and first latching bead 141a is inclined relative to the stacking direction 106, and the angle a' by which the second contacting flank 142b of the second contacting bead 136b and second latching bead 141b is inclined of the stacking direction 106 may be substantially equal or different from each other.
  • the angle a is smaller than the angle a′, preferably by at least 5°.
  • the third embodiment of an electrochemical device shown in FIG. 44 corresponds to the second embodiment shown in FIGS. 37 to 43 in terms of structure, function and production method, to the above description of which reference is made in this regard.
  • a fourth embodiment of an electrochemical device 100 shown in Figs. 45 and 46 differs from the second embodiment shown in Figs and the function of latching the connector plug 112 to the bipolar plate 108 on the other hand are separate from each other.
  • each contact element 116 of the connector plug 112 has only contacting arms 160 and no latching arms 152 .
  • the stop bead 192 on the connecting element 118 can therefore be omitted in this embodiment.
  • the latching function is performed by a latching element 208, for example in the form of a latching hook 210, which engages behind a latching projection 212 of the connecting element 118 when the connector plug 112 is in the installed state.
  • the latching projection 212 of the connection element 118 protrudes from a lateral edge 218 of the connection element 118 in a protrusion direction 216 running parallel to a front edge 214 of the connection element 118 .
  • the protrusion direction 216 is preferably substantially parallel to the offset direction 124 or X-direction of the stack 102 of electrochemical devices 104.
  • the latching element 208 is preferably formed from an electrically insulating material.
  • the latching element 208 can be formed from a plastic material, for example from a polyamide material.
  • the latching element 208 can be formed in one piece with the housing of the connector plug 112 .
  • the latching element 208 can be formed, for example, in an injection molding process.
  • each row 122 of connecting elements 118 carries the latching projections 212 on a side facing away from the respective other row 122 of connecting elements 118, so that the connecting elements 118 of different rows 122 of connecting elements 118 from opposite sides of one latching element each 208 of the connector plug 112 can be reached from behind when the connector plug 112 is mounted on the stack 102 of electrochemical units 104 .
  • a relative movement between the connection elements 118 on the one hand and the connection plug 112 on the other hand is prevented along the offset direction 124 or X-direction of the stack 102 of electrochemical units 104, although each individual connection element 118 is only fitted on one of its lateral edges 218 with a latching element 208 in intervention.
  • the contacting beads 136a, 136b of the connecting element 118 are clamped between the two upper contacting arms 160a and the two lower contacting arms 160b of the contact element 116 when the connecting plug 112 is attached to the stack 102 of electrochemical units 104 is mounted.
  • the fourth embodiment of an electrochemical device 100 shown in FIGS. 45 and 46 corresponds to the second embodiment shown in FIGS. 37 to 43 with regard to construction, function and manufacturing method, to whose above description reference is made in this respect.
  • a fifth embodiment of an electrochemical device 100 shown in FIGS. 47 and 48 differs from the fourth embodiment shown in FIGS. 45 and 46 in that the latching between the connector plug 112 and the connecting elements 118 of the bipolar plates 108 is by means of one or more latching elements 220 takes place, which are locked in the assembled state of the connector plug 112 in each case a latching recess 222 of the respective connection element 118.
  • each such snap-in recess 222 can be designed as a snap-through opening 224, which extends through the bipolar plate 108 in the area of the connecting element 118.
  • a snap-through opening 224 extends completely through both the first bipolar plate layer 127 and the second bipolar plate layer 129 .
  • Such a locking recess 222 can in particular be designed as a substantially circular hole.
  • the diameter of such a latching recess 222 can be more than 1 mm and/or less than 3 mm, for example, and can be approximately 2 mm, for example.
  • the latching recesses 222 are preferably arranged on the connecting element 118 in such a way that the contacting beads 136a, 136b of the connecting element 118 lie between the latching recesses 222.
  • Each of the latching elements 220 can be designed as a latching arm 226 which is fixed to the housing 114 of the connector plug 112 or is designed in one piece with the housing 114 of the connector plug 112 .
  • Such a latching arm includes a latching lug 228, which engages in the respectively associated latching recess 222 when the connector plug 112 is in the installed state, and a latching web 230, via which the latching lug 228 is connected to the housing 114 of the connector plug 112.
  • FIGS. 47 and 48 corresponds to the fourth embodiment shown in FIGS. 45 and 46 with regard to structure, function and manufacturing method, to whose above description reference is made in this respect.
  • a sixth embodiment of an electrochemical device 100 shown in FIGS. 49 to 52 differs from the fourth embodiment shown in FIGS Bipolar plates 108 of the stack 102 of electrochemical units 104 is locked.
  • each of the terminals 118 includes a locking tab 230 that projects from a lateral edge 218 of the respective terminal 118 in the offset direction 124 or X-direction of the stack 102 of electrochemical devices 104 .
  • the locking protrusions 230 of each row 122 of terminals 118 are stacked in the stacking direction 106 or Z-direction of the stack 102 of electrochemical devices 104 (see Figure 50).
  • the locking projections 230 of each connector element 118 are arranged between two locking areas 232 of the housing 114 of the connector plug 112, with a first locking area 232a viewed in the stacking direction 106 below the locking projection 230 is arranged and a second locking area 232b is arranged above the locking projection 230 as viewed in the stacking direction 106 .
  • connection plug 112 comprises for each connection element 118 a locking element 238 assigned to the same, which can be designed, for example, as a substantially cylindrical locking bolt 240 .
  • the locking elements 238 are each pushed along the offset direction 124 or X-direction of the stack 102 of electrochemical units 104 between one of the locking areas 232, for example the second locking area 232b, of the housing 114 of the connecting plug 112 on the one hand and a locking projection 230 of a connecting element 118 of a bipolar plate 108 on the other are pushed in, as a result of which a region 242 of the relevant connecting element 118 is pushed into the alternative recess 234 of the respective other locking region 232, for example the first locking region 232a, of the housing 114 of the connecting plug 112 is displaced into it.
  • FIG. 51 This locked state is shown in FIGS. 51 and 52.
  • FIGS. 49 to 52 corresponds to the fourth embodiment shown in FIGS. 45 and 46 in terms of structure, function and manufacturing method, to the above description of which reference is made in this respect.
  • a seventh embodiment of an electrochemical device 100 shown in FIGS. 53 to 55 differs from the fourth embodiment shown in FIGS. 45 and 46 in that the latching element 208 of the connecting plug 112 does not engage a rear edge of a latching projection 212 of a connecting element 118 , but in the assembled state of the connector plug 112 engages behind a locking bead 244 formed on the connector element 118 .
  • a first latching bead 244a is preferably formed in the first bipolar plate layer 127 and a second latching bead 244b is formed in the second bipolar plate layer 129.
  • Each locking bead 244 is preferably produced by reshaping the respective bipolar plate layer 127, 129, for example by an embossing process or a deep-drawing process.
  • Each latching bead 244 preferably extends along a longitudinal direction, which is oriented essentially perpendicular to the longitudinal direction of the contacting beads 136 of the connecting element 118 and/or perpendicular to the stacking direction 106 of the stack 102 of electrochemical units.
  • Each latching bead 244 thus preferably extends along the contacting direction 120 or the Y-direction of the stack 102 of electrochemical units 104.
  • the first latching bead 244a and the second latching bead 244b can be configured to be substantially mirror-symmetrical to one another with respect to the center plane 190 of the bipolar plate 108 .
  • the seventh embodiment of an electrochemical device 100 shown in FIGS. 53 to 55 corresponds to the fourth embodiment shown in FIGS. 45 and 46 with regard to construction, function and manufacturing method, to the above description of which reference is made in this respect.
  • An eighth embodiment of an electrochemical device 100 shown in Figs. 56 to 58 differs from the seventh embodiment shown in Figs. 53 to 55 in that the latching element 208 of the connector plug 112 when the connector plug 112 is in the assembled state formed latching bead 244 engages behind, but instead a latching notch 246 formed on the connection element 118.
  • a first latching notch 246a is preferably formed in the first bipolar plate layer 127 and a second latching notch 246b is formed in the second bipolar plate layer 129 .
  • Each latching notch 246 is produced by the latching notch 246 being separated from the respective bipolar plate layer 127 or 129 at a plurality of, for example three, free edges 250, for example by a stamping process or a cutting process, preferably a laser cutting process, and then along a bending line 252 from the Level of the affected bipolar plate layer 127 or 129 is bent or folded out.
  • Each latching notch 246 is thus integrally connected to the respective bipolar plate layer 127 or 129 at the respective bending line 252 .
  • the bend line 252 preferably runs parallel to the offset direction 124 (X-direction).
  • a free edge 250c connecting the two free edges 250a and 250b to one another preferably runs essentially parallel to the bending line 252 of the latching notch 246 and/or essentially parallel to the offset direction 124 (X-direction).
  • the latching element 208 of the connector plug 112 rests against the free edges 250c of the latching notches 246a and 246b of the connector element 118 (see FIG. 58).
  • the eighth embodiment of an electrochemical device 100 shown in FIGS. 56 to 58 corresponds to the seventh embodiment shown in FIGS. 53 to 55 in terms of structure, function and manufacturing method, to the above description of which reference is made in this respect.
  • a ninth embodiment of an electrochemical device 100 shown in FIG. 59 differs from the first embodiment shown in FIGS.
  • the latching element 139 is only formed in one of the bipolar plate layers 127 and 129 , for example in the second bipolar plate layer 129 .
  • the structure and method of manufacture of such a latching notch 246 have been described above in connection with the eighth embodiment of an electrochemical device 100 illustrated in FIGS. 56 to 58.
  • the latching arm 152 of the contact element 116 which is associated with the connection element 118 of the bipolar plate 108 of the stack 102 of electrochemical units 104, engages behind the latching notch 246 in such a way that the latching tongue 154 of the latching arm 152 rests against the free edge 250c of the latching notch 246.
  • the ninth embodiment of an electrochemical device 100 shown in FIG. 59 corresponds to the first embodiment shown in FIGS. 1 to 36 in terms of structure, function and production method, to the above description of which reference is made in this respect.

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Abstract

Um einen Stapel aus elektrochemischen Einheiten, die längs einer Stapelrichtung aufeinander folgen, wobei jede elektrochemische Einheit eine Bipolarplatte umfasst, zu schaffen, welcher für eine kontinuierliche Messung der elektrischen Potentiale der Bipolarplatten des Stapels in sicherer, zuverlässiger und robuster Weise elektrisch kontaktierbar ist, wird vorgeschlagen, dass mehrere der Bipolarplatten jeweils ein Anschlusselement umfassen, welches über dem Anschlusselement benachbarte seitliche Ränder der jeweiligen Bipolarplatte in einer Kontaktierungsrichtung vorsteht, wobei das Anschlusselement mindestens ein Verrastungselement, mit welchem ein Anschlussstecker verrastbar ist, und/oder mindestens eine Kontaktierungssicke aufweist, mit welcher ein Kontaktelement eines Anschlusssteckers in Eingriff bringbar ist, um einen elektrisch leitenden Kontakt zwischen der Bipolarplatte und dem jeweils zugeordneten Kontaktelement des Anschlusssteckers herzustellen.

Description

Stapel aus elektrochemischen Einheiten
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Stapel aus elektrochemischen Einheiten, die längs einer Stapelrichtung aufeinander folgen, wobei jede elektrochemische Einheit eine Bipolarplatte umfasst.
Die elektrochemischen Einheiten können insbesondere als Brennstoffzelleneinheiten ausgebildet sein, beispielsweise als PEM(Polymer-Elektrolyt-Membran)- Brennstoffzelleneinheiten.
Für die Überwachung und Steuerung des Betriebs einer elektrochemischen Vorrichtung, welche einen solchen Stapel aus elektrochemischen Einheiten umfasst, ist es erforderlich, die elektrischen Potentiale oder Zellspannungen, auf denen die Bipolarplatten des Stapels im Betrieb der elektrochemischen Vorrichtung liegen, kontinuierlich messen zu können.
Dabei besteht eine Herausforderung darin, sowohl die Fertigungstoleranzen bei der Herstellung des Stapels aus elektrochemischen Einheiten als auch Relativbewegungen der Bipolarplatten des Stapels während des Betriebs der elektrochemischen Vorrichtung auszugleichen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Stapel aus elektrochemischen Einheiten der eingangs genannten Art zu schaffen, welcher für eine kontinuierliche Messung der elektrischen Potentiale der Bipolarplatten des Stapels in sicherer, zuverlässiger und robuster Weise elektrisch kontaktierbar ist.
Diese Aufgabe wird bei einem Stapel aus elektrochemischen Einheiten gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass mehrere der Bipolarplatten jeweils ein Anschlusselement umfassen, welches über dem Anschlusselement benachbarte seitliche Ränder der jeweiligen Bipolarplatte in einer Kontaktierungsvorrichtung vorsteht, wobei das Anschlusselement mindestens ein Verrastungselement, mit welchem ein Anschlussstecker verrastbar ist, und/oder mindestens eine Kontaktierungssicke aufweist, mit welcher ein Kontaktelement eines Anschlusssteckers in Eingriff bringbar ist, um einen elektrisch leitenden Kontakt zwischen der Bipolarplatte und dem jeweils zugeordneten Kontaktelement des Anschlusssteckers herzustellen.
Die Kontaktelemente des Anschlusssteckers sind dabei vorzugsweise federelastisch verformbar ausgebildet, um Fertigungstoleranzen des Stapels aus elektrochemischen Einheiten dadurch ausgleichen zu können, dass jedes Kontaktelement elastisch gegen ein Verrastungselement oder gegen eine Kontaktierungssicke eines dem jeweiligen Kontaktelement zugeordneten Anschlusselements einer Bipolarplatte des Stapels vorgespannt wird.
Ferner werden durch die Federelastizität der Kontaktelemente auch Relativbe- wegungen der Bipolarplatten des Stapels während des Betriebs der elektrochemischen Vorrichtung, welche den Stapel aus elektrochemischen Einheiten enthält, ausgeglichen.
Das Anschlusselement kann als ein Abgriffsfähnchen ausgebildet sein.
Das mindestens eine Verrastungselement kann beispielsweise als eine Verrastungssicke ausgebildet sein.
Unter einer Sicke wird in dieser Beschreibung und in den beigefügten Ansprüchen eine an einem lagenförmigen Ausgangsmaterial durch einen Umformvorgang erzeugte Struktur verstanden, welche auf einer Seite der umgeformten Lage eine Erhebung, beispielsweise in Form einer Rippe, bildet und auf der gegenüberliegenden Seite der umgeformten Lage eine zu der Erhebung komplementär ausgebildete Vertiefung, beispielsweise in Form einer Nut, bildet. Beim erfindungsgemäßen Stapel kann ein als Verrastungssicke ausgebildetes Verrastungselement zugleich die Funktion einer Kontaktierungssicke übernehmen.
Umgekehrt kann eine an dem Anschlusselement ausgebildete Kontaktierungssicke zugleich die Funktion eines als eine Verrastungssicke ausgebildeten Verrastungselements übernehmen.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Bipolarplatte mehrlagig ausgebildet ist.
Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass die Bipolarplatte mindestens eine erste Bipolarplattenlage und eine zweite Bipolarplattenlage umfasst.
Dabei kann ein Verrastungselement und/oder eine Kontaktierungssicke nur in der ersten Bipolarplattenlage oder nur in der zweiten Bipolarplattenlage ausgebildet sein.
Die jeweils andere Bipolarplattenlage, in welcher kein Verrastungselement beziehungsweise keine Kontaktierungssicke ausgebildet ist, kann in ihrem dem Verrastungselement beziehungsweise der Kontaktsicke der jeweils anderen Bipolarplattenlage gegenüberliegenden Bereich im Wesentlichen eben ausgebildet sein.
Alternativ hierzu kann vorgesehen sein, dass ein erstes Verrastungselement und/oder eine erste Kontaktierungssicke in der ersten Bipolarplattenlage und ein zweites Verrastungselement und/oder eine zweite Kontaktierungssicke in der zweiten Bipolarplattenlage ausgebildet ist. Das erste Verrastungselement und das zweite Verrastungselement können bezüglich einer senkrecht zur der Stapelrichtung verlaufenden Mittelebene der Bipolarplatte im Wesentlichen spiegelsymmetrisch zueinander ausgebildet sein.
Alternativ hierzu kann vorgesehen sein, dass das erste Verrastungselement und das zweite Verrastungselement bezüglich einer Spiegelung an einer senkrecht zur der Stapelrichtung verlaufenden Mittelebene der Bipolarplatte unsymmetrisch zueinander ausgebildet sind.
Wenn das erste Verrastungselement als eine erste Verrastungssicke ausgebildet ist und das zweite Verrastungselement als eine zweite Verrastungssicke ausgebildet ist, kann die Verrastungssicke eine einem Hauptkörper der Bipolarplatte abgewandte erste Anlaufflanke und die zweite Verrastungssicke eine dem Hauptkörper der Bipolarplatte abgewandte zweite Anlaufflanke aufweisen, wobei die erste Anlaufflanke gegenüber der Stapelrichtung um einen Winkel a geneigt ist, welcher kleiner ist als ein Winkel a', um welchen die zweite Anlaufflanke gegenüber der Stapelrichtung geneigt ist.
Ferner kann vorgesehen sein, dass mindestens eine Verrastungssicke eine einem Hauptkörper der Bipolarplatte abgewandte Anlaufflanke und eine dem Hauptkörper der Bipolarplatte zugewandte Abstiegsflanke aufweist, wobei die Anlaufflanke gegenüber der Stapelrichtung um einen Winkel a geneigt ist, welcher größer ist als ein Winkel ß, um welchen die Abstiegsflanke gegenüber der Stapelrichtung geneigt ist.
Hierdurch ist die Abstiegsflanke der Verrastungssicke steiler ausgebildet als die Anlaufflanke, wodurch erreicht wird, dass das der Bipolarplatte zugeordnete Kontaktelement in einfacher Weise über die sanft ansteigende Anlaufflanke auf die Verrastungssicke aufgeschoben werden kann. Durch die größere Steilheit der Abstiegsflanke wird erreicht, dass der für die Ausbildung der Verrastungssicke erforderliche Platzbedarf an dem Anschlusselement der Bipolarplatte gering gehalten wird.
Ferner ist eine steile Abstiegsflanke an der Verrastungssicke von Vorteil, wenn das Kontaktelement ein kontaktelementseitiges Verrastungselement aufweist, welches die Verrastungssicke hintergreift, da auf diese Weise eine ungewollte Entrastung eines solchen kontaktelementseitigen Verrastungselements von der Verrastungssicke erschwert wird.
Die erste Kontaktierungssicke und die zweite Kontaktierungssicke können bezüglich einer senkrecht zu der Stapelrichtung verlaufenden Mittelebene der Bipolarplatte im Wesentlichen spiegelsymmetrisch zueinander ausgebildet sein.
Alternativ hierzu kann vorgesehen sein, dass die erste Kontaktierungssicke und die zweite Kontaktierungssicke bezüglich einer Spiegelung an einer senkrecht zu der Stapelrichtung verlaufenden Mittelebene der Bipolarplatte unsymmetrisch zueinander ausgebildet sind.
Dadurch kann die erste Kontaktierungssicke eine einem Hauptkörper der Bipolarplatte abgewandte erste Anlaufflanke und die zweite Kontaktierungssicke eine dem Hauptkörper der Bipolarplatte abgewandte zweite Anlaufflanke aufweisen, wobei die erste Anlaufflanke gegenüber der Stapelrichtung um einen Winkel a geneigt ist, welcher kleiner ist als ein Winkel a', um welchen die zweite Anlaufflanke gegenüber der Stapelrichtung geneigt ist.
Ferner kann vorgesehen sein, dass mindestens eine Kontaktierungssicke eine einem Hauptkörper der Bipolarplatte abgewandte Anlaufflanke und eine dem Hauptkörper der Bipolarplatte zugewandte Abstiegsflanke aufweist, wobei die Anlaufflanke gegenüber der Stapelrichtung um einen Winkel a geneigt ist, welcher größer ist als ein Winkel ß, um welchen die Abstiegsflanke gegenüber der Stapelrichtung geneigt ist.
Hierdurch ist die Abstiegsflanke der Kontaktierungssicke steiler ausgebildet als die Anlaufflanke, wodurch erreicht wird, dass das der Bipolarplatte zugeordnete Kontaktelement in einfacher Weise über die sanft ansteigende Anlaufflanke auf die Kontaktierungssicke aufgeschoben werden kann.
Durch die größere Steilheit der Abstiegsflanke wird erreicht, dass der für die Ausbildung der Kontaktierungssicke erforderliche Platzbedarf an dem Anschlusselement der Bipolarplatte gering gehalten wird.
Ferner ist eine steile Abstiegsflanke an der Kontaktierungssicke von Vorteil, wenn das Kontaktelement ein kontaktelementseitiges Verrastungselement aufweist, welches die Kontaktierungssicke hintergreift, da auf diese Weise eine ungewollte Entrastung eines solchen kontaktelementseitigen Verrastungselements erschwert wird.
Bei einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Anschlusselement mindestens eine Anschlagsicke aufweist, welche auf der einem Hauptkörper der Bipolarplatte zugewandten Seite eines Verrastungselements oder einer Kontaktierungssicke des Anschlusselements angeordnet ist.
Eine solche Anschlagsicke kann den Weg begrenzen, um welchen ein an dem Kontaktelement angeordnetes kontaktelementseitiges Verrastungselement auf das Anschlusselement der Bipolarplatte aufgeschoben werden kann. Hierdurch wird eine möglichst genaue Positionierung des Anschlusssteckers relativ zu dem Anschlusselement der Bipolarplatte längs der Kontaktierungsrichtung im montierten Zustand des Anschlusssteckers gewährleistet.
Wenn die Bipolarplatte mindestens eine erste Bipolarplattenlage und eine zweite Bipolarplattenlage umfasst, kann vorgesehen sein, dass eine erste Anschlagsicke in der ersten Bipolarplattenlage und eine zweite Anschlagsicke in der zweiten Bipolarplattenlage ausgebildet ist.
Alternativ hierzu kann vorgesehen sein, dass die Bipolarplatte eine erste Bipolarplattenlage und eine zweite Bipolarplattenlage umfasst, wobei eine erste Anschlagsicke in der ersten Bipolarplattenlage ausgebildet ist und eine Vertiefung an der zweiten Bipolarplattenlage ausgebildet ist, wobei die Vertiefung der zweiten Bipolarplattenlage in die erste Anschlagsicke der ersten Bipolarplattenlage eingreift.
Hierdurch wird eine mechanische Versteifung der aus der ersten Anschlagsicke und der Vertiefung gebildeten Profilierung des Anschlusselements der Bipolarplatte erzielt. Außerdem kann die Verrastungstiefe bauraumneutral erhöht werden.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Vertiefung der zweiten Bipolarplattenlage im Wesentlichen komplementär zu der ersten Anschlagsicke der ersten Bipolarplattenlage ausgebildet ist.
Um den Anschlussstecker sicher in seiner an dem Stapel aus elektrochemischen Einheiten montierten Stellung zu halten, kann ein Verrastungsmechanis- mus vorgesehen sein, mittels welchem der Anschlussstecker mit mindestens einem Anschlusselement einer Bipolarplatte des Stapels aus elektrochemischen Einheiten verrastbar ist. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass das Anschlusselement mindestens eine Verrastungssicke und/oder mindestens eine Verrastungsausklinkung aufweist, welche gegenüber der mindestens einen Kontaktierungssicke längs einer parallel zu einem vorderen Rand des Anschlusselements verlaufenden Versatzrichtung versetzt angeordnet ist und von einem Rastelement des Anschlusssteckers hintergreifbar ist.
Vorzugsweise erstreckt sich eine solche Verrastungssicke längs einer Längsrichtung, welche senkrecht zu einer Längsrichtung, längs welcher sich eine Kontaktierungssicke des Anschlusselements erstreckt, und/oder senkrecht zu der Stapelrichtung des Stapels aus elektrochemischen Einheiten ausgerichtet ist.
Vorzugsweise ist die Verrastungssicke des Anschlusselements mit dem Rastelement des Anschlusssteckers verrastbar.
Alternativ oder ergänzend zu einer Verrastungssicke kann vorgesehen sein, dass das Anschlusselement mindestens eine Verrastungsausklinkung aufweist, welche gegenüber der mindestens einen Kontaktierungssicke längs einer parallel zu einem vorderen Rand des Anschlusselements verlaufenden Versatzrichtung versetzt angeordnet ist und von einem Rastelement des Anschlusssteckers hintergreifbar ist.
Vorzugsweise erstreckt sich eine solche Verrastungsausklinkung längs einer Längsrichtung, welche parallel zu einer Längsrichtung, längs welcher sich eine Kontaktierungssicke des Anschlusselements erstreckt, und/oder senkrecht zu der Stapelrichtung des Stapels aus elektrochemischen Einheiten ausgerichtet ist.
Vorzugsweise ist die Verrastungsausklinkung des Anschlusselements mit dem Rastelement des Anschlusssteckers verrastbar. Ferner kann vorgesehen sein, dass das Anschlusselement eine Verrastungsausklinkung aufweist, welche sich längs einer Längsrichtung erstreckt, die parallel zu einem vorderen Rand des Anschlusselements verläuft, und welche von einem Rastelement des Anschlusssteckers hintergreifbar ist.
Vorzugsweise ist eine solche Verrastungsausklinkung des Anschlusselements mit einem Kontaktelement des Anschlusssteckers verrastbar.
Ferner kann vorgesehen sein, dass das Anschlusselement einen Rastvorsprung umfasst, wobei der Rastvorsprung in einer längs einer parallel zu einem vorderen Rand des Anschlusselements verlaufenden Vorspringrichtung von einem seitlichen Rand des Anschlusselements vorspringt.
Der seitliche Rand kann sich im Wesentlichen parallel zu der Kontaktierungsrichtung des Anschlusselements erstrecken.
Ein solcher Rastvorsprung ist vorzugsweise von einem Rastelement des Anschlusssteckers hintergreifbar.
Ein solches Rastelement kann beispielsweise als ein Rasthaken ausgebildet sein.
Ein solches Rastelement kann an einem Gehäuse des Anschlusssteckers festgelegt oder einstückig mit einem Gehäuseteil des Anschlusssteckers ausgebildet sein.
Ferner kann vorgesehen sein, dass zum Zwecke der Verrastung des Anschlusssteckers mit mindestens einem Anschlusselement einer Bipolarplatte des Stapels aus elektrochemischen Einheiten das Anschlusselement mindestens eine Rastausnehmung aufweist. Eine solche Rastausnehmung kann insbesondere als eine Rast-Durchtrittsöff- nung ausgebildet sein, welche sich vollständig durch die Bipolarplatte im Bereich des Anschlusselements hindurch erstreckt.
An einer solchen Rastausnehmung ist vorzugsweise ein Rastelement des Anschlusssteckers verrastbar.
Bei einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung ist ferner vorgesehen, dass das Anschlusselement einen Bereich aufweist, der zum Arretieren des Anschlusssteckers an dem Anschlusselement von einem Arretierelement des Anschlusssteckers in eine Ausweichausnehmung eines Gehäuses des Anschlusssteckers verdrängbar ist.
Auf diese Weise wird eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Anschlusselement und dem Gehäuse des Anschlusssteckers geschaffen, welche ein Wegbewegen des Anschlusssteckers von dem mindestens einen Anschlusselement einer Bipolarplatte des Stapels aus elektrochemischen Einheiten verhindert.
Das mindestens eine Verrastungselement des Anschlusselements kann als eine Verrastungssicke oder als eine Verrastungsausklinkung ausgebildet sein.
Eine solche Verrastungsausklinkung erstreckt sich vorzugsweise im Wesentlichen parallel zu einem vorderen Rand des Anschlusselements, welcher im montierten Zustand der elektrochemischen Vorrichtung dem Anschlussstecker zugewandt ist.
Die Verrastungsausklinkung umfasst vorzugsweise eine Biegelinie, längs welcher die Verrastungsausklinkung mit einem an die Verrastungsausklinkung angrenzenden Bereich des Anschlusselements einstückig verbunden ist, und mehrere, beispielsweise drei, freie Ränder, längs welcher die Verrastungs- ausklinkung aus dem an die Verrastungsausklinkung angrenzenden Bereich des Anschlusselements herausgetrennt worden ist.
Das Heraustrennen kann beispielsweise durch einen Stanzvorgang oder durch einen Schneidevorgang, beispielsweise durch einen Laserschneidevorgang, erfolgt sein.
Die Biegelinie bildet vorzugsweise eine im montierten Zustand der elektrochemischen Vorrichtung dem Anschlussstecker zugewandte Begrenzung der Verrastungsausklinkung.
Das Anschlusselement ist vorzugsweise mindestens zweilagig ausgebildet und umfasst ein erstes Anschlusselementteil und ein zweites Anschlusselementteil, welche stoffschlüssig miteinander verbunden sind.
Das erste Anschlusselementteil und das zweite Anschlusselementteil können beispielsweise durch Verschweißung, vorzugsweise durch Laserverschweißung, miteinander verbunden sein.
Das erste Anschlusselementteil und das zweite Anschlusselementteil sind vorzugsweise in einem Bereich des Anschlusselements stoffschlüssig miteinander verbunden, welcher im montierten Zustand der elektrochemischen Vorrichtung nicht von einem Kontaktelement des Anschlusssteckers kontaktiert wird.
Ferner kann vorgesehen sein, dass ein vorderer Rand des ersten Anschlusselementteils, welcher im montierten Zustand der elektrochemischen Vorrichtung dem Anschlussstecker zugewandt ist, längs der Kontaktierungsrichtung gegenüber einem vorderen Rand des zweiten Anschlusselementteils versetzt ist. Durch diesen Versatz der vorderen Ränder der Anschlusselementteile an der im montierten Zustand der elektrochemischen Vorrichtung dem Anschlussstecker zugewandten Stirnseite des Anschlusselements wird die Montage des Anschlusssteckers an dem Stapel aus elektrochemischen Einheiten erleichtert.
Dadurch, dass die Anschlusselementteile des Anschlusselements stoffschlüssig miteinander verbunden sind, wird die mechanische Stabilität des Anschlusselements, insbesondere gegenüber einer Verbiegung, erhöht. Dies ist besonders wichtig, wenn die Bipolarplattenlagen eine geringe Dicke aufweisen und aus einem vergleichsweise weichen Werkstoff gebildet sind, zumal das Anschlusselement in der Kontaktierungsrichtung eine relativ große Ausdehnung aufweisen muss, um Fertigungstoleranzen des Stapels auszugleichen und die erforderliche Überdeckung des Anschlusselements mit dem jeweils zugeordneten Kontaktelement des Anschlusssteckers zu gewährleisten.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung beträgt die Mate rial stärke der Bipolarplattenlagen jeweils höchstens 200 pm, insbesondere höchstens 100 pm.
Durch die Stabilisierung des Anschlusselements mittels der stoffschlüssigen Verbindung zwischen den Anschlusselementeilen wird erreicht, dass der elektrisch leitende Kontakt zwischen dem Anschlussstecker und den Anschlusselementen des Stapels auch bei Einwirkung von Schockkräften und Vibrationen nicht verlorengeht.
Ferner wird eine Deformation der Anschlusselemente durch hohe Kräfte, die bei der Montage des Anschlusssteckers an dem Stapel aus elektrochemischen Einheiten auftreten können, verhindert. Der erfindungsgemäße Stapel aus elektrochemischen Einheiten eignet sich insbesondere zur Verwendung als Bestandteil einer elektrochemischen Vorrichtung, welche den Stapel und einen Anschlussstecker umfasst, der ein elektrisch isolierendes Gehäuse und mehrere elektrisch leitende Kontaktelemente umfasst.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung einer solchen elektrochemischen Vorrichtung ist vorgesehen, dass mindestens ein Kontaktelement mindestens zwei Kontaktierungsarme aufweist, welche im montierten Zustand des Anschlusssteckers an einer Kontaktierungssicke eines Anschlusselements des Stapels aus elektrochemischen Einheiten anliegen.
Dabei kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die zwei Kontaktierungsarme im montierten Zustand des Anschlusssteckers an zwei einander abgewandten Seiten des Anschlusselements anliegen.
Alternativ hierzu kann auch vorgesehen sein, dass die zwei Kontaktierungsarme im montierten Zustand des Anschlusssteckers an derselben Seite des Anschlusselements anliegen.
Um den Anschlussstecker sicher in seiner an dem Stapel aus elektrochemischen Einheiten montierten Stellung zu halten, kann ein Verrastungsmechanis- mus vorgesehen sein, mittels welchem der Anschlussstecker mit mindestens einem Anschlusselement einer Bipolarplatte des Stapels aus elektrochemischen Einheiten verrastbar ist.
Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass das mindestens eine Kontaktelement mindestens einen Verrastungsarm aufweist, welcher im montierten Zustand des Anschlusssteckers eine Kontaktierungssicke des Anschlusselements hintergreift. Bei einer besonderen Ausgestaltung der elektrochemischen Vorrichtung ist vorgesehen, dass das mindestens eine Kontaktelement mindestens zwei Verrastungsarme aufweist, welche im montierten Zustand des Anschlusssteckers an zwei einander abgewandten Seiten des Anschlusselements anliegen.
Dabei kann vorgesehen sein, dass einer der Verrastungsarme eine größere Länge aufweist als der andere Verrastungsarm.
Grundsätzlich könnte aber auch vorgesehen sein, dass beide Verrastungsarme im Wesentlichen dieselbe Länge aufweisen.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der elektrochemischen Vorrichtung ist vorgesehen, dass die mindestens zwei Kontaktierungsarme an einer ersten Seite des Anschlusselements anliegen und der mindestens eine Verrastungsarm an einer zweiten Seite des Anschlusselements anliegt, welche der ersten Seite des Anschlusselements abgewandt ist.
Dabei kann vorgesehen sein, dass der mindestens eine Verrastungsarm des Kontaktelements, bei Betrachtung in einer parallel zur Stapelrichtung verlaufenden Richtung, zwischen zwei Kontaktierungsarmen des Kontaktelements angeordnet ist.
Besonders günstig ist es, wenn der mindestens eine Verrastungsarm, bei Betrachtung in der parallel zur Stapelrichtung verlaufenden Richtung, mittig zwischen zwei Kontaktierungsarmen des Kontaktelements angeordnet ist.
Jedes Kontaktelement kann einen Basisteil umfassen, von welchem ausgehend mindestens ein Kontaktierungsarm und/oder mindestens ein Verrastungsarm des Kontaktelements vorstehen. Der mindestens eine Kontaktierungsarm und/oder der mindestens eine Ver- rastungsarm können einstückig mit dem Basisteil des Kontaktelements ausgebildet sein.
Das ganze Kontaktelement kann einstückig ausgebildet sein oder aus mehreren, beispielsweise zwei oder mehr, separaten Teilen gebildet sein.
Bei einer besonderen Ausgestaltung der elektrochemischen Vorrichtung ist vorgesehen, dass das Kontaktelement mindestens zwei Verrastungsarme aufweist, wobei im montierten Zustand des Anschlusssteckers jeweils ein Verrastungsarm und ein Kontaktierungsarm paarweise längs der Stapelrichtung übereinander angeordnet sind.
Ferner kann vorgesehen sein, dass der Anschlussstecker mindestens ein Rastelement umfasst, welches im montierten Zustand des Anschlusssteckers einen Rastvorsprung des Anschlusselements hintergreift.
Dabei springt der Rastvorsprung vorzugsweise in einer längs einer parallel zu einem vorderen Rand des Anschlusselements verlaufenden Vorspringrichtung von einem seitlichen Rand des Anschlusselements vor.
Der seitliche Rand des Anschlusselements kann sich im Wesentlichen parallel zu der Kontaktierungsrichtung des Anschlusselements erstrecken.
Ein solches Rastelement kann beispielsweise als ein Rasthaken ausgebildet sein.
Ein solches Rastelement kann an einem Gehäuse des Anschlusssteckers festgelegt oder einstückig mit einem Gehäuseteil des Anschlusssteckers ausgebildet sein. Ferner kann vorgesehen sein, dass zum Zwecke der Verrastung des Anschlusssteckers mit mindestens einem Anschlusselement einer Bipolarplatte des Stapels aus elektrochemischen Einheiten der Anschlussstecker mindestens ein Rastelement umfasst, welches im montierten Zustand des Anschlusssteckers an einer Rastausnehmung des Anschlusselements verrastet ist.
Eine solche Rastausnehmung kann insbesondere als eine Rast-Durchtrittsöff- nung ausgebildet sein, welche sich vollständig durch die Bipolarplatte im Bereich des Anschlusselements hindurch erstreckt.
Auch in diesem Fall kann das Rastelement beispielsweise als ein Rasthaken ausgebildet sein.
Bei einer besonderen Ausgestaltung ist ferner vorgesehen, dass der Anschlussstecker mindestens eine Ausweichausnehmung und mindestens ein Arretierelement umfasst, mittels welchem ein Bereich des Anschlusselements im montierten Zustand des Anschlusssteckers in die dem Arretierelement zugeordnete Ausweichausnehmung verdrängbar ist.
Auf diese Weise wird eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Anschlusselement und dem Gehäuse des Anschlusssteckers geschaffen, welche ein Wegbewegen des Anschlusssteckers von dem mindestens einen Anschlusselement einer Bipolarplatte des Stapels aus elektrochemischen Einheiten verhindert.
Das mindestens eine Arretierelement kann in einer zu einer Längserstreckung der Kontaktierungssicke des Arretierelements im Wesentlichen parallelen Richtung in das Gehäuse des Anschlusssteckers einschiebbar sein. Bei einer besonderen Ausgestaltung der elektrochemischen Vorrichtung ist vorgesehen, dass der Anschlussstecker mindestens ein Rastelement umfasst, welches im montierten Zustand des Anschlusssteckers eine an dem Anschlusselement ausgebildete Verrastungssicke hintergreift.
Eine solche Verrastungssicke kann gegenüber der mindestens einen Kontaktierungssicke des Anschlusselements längs einer parallel zu einem vorderen Rand des Anschlusselements verlaufenden Versatzrichtung versetzt angeordnet sein.
Vorzugsweise erstreckt sich eine solche Verrastungssicke längs einer Längsrichtung, welche senkrecht zu einer Längsrichtung, längs welcher sich eine Kontaktierungssicke des Anschlusselements erstreckt, und/oder senkrecht zu der Stapelrichtung des Stapels aus elektrochemischen Einheiten ausgerichtet ist.
Vorzugsweise ist die Verrastungssicke des Anschlusselements mit dem Rastelement des Anschlusssteckers verrastbar.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der elektrochemischen Vorrichtung ist vorgesehen, dass der Anschlussstecker mindestens zwei Reihen von Kontaktelementen umfasst, welche im montierten Zustand des Anschlusssteckers sich jeweils längs der Stapelrichtung erstrecken und senkrecht zu der Stapelrichtung gegeneinander versetzt sind.
Dabei kann vorgesehen sein, dass jede Reihe von Kontaktelementen im montierten Zustand des Anschlusssteckers jede n-te der in der Stapelrichtung aufeinander folgenden Bipolarplatten elektrisch leitend kontaktiert, wobei n gleich 2 oder größer als 2 ist. Bei einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Stapels von elektrochemischen Einheiten ist vorgesehen, dass der Stapel mindestens zwei Reihen von Anschlusselementen der Bipolarplatten umfasst, welche sich jeweils längs der Stapelrichtung erstrecken und senkrecht zu der Stapelrichtung gegeneinander versetzt sind, wobei die Anschlusselemente von in der Stapelrichtung unmittelbar aufeinander folgenden Bipolarplatten verschiedenen Reihen von Anschlusselementen zugeordnet sind, um so den Abstand zwischen jeweils zwei in einer solchen Reihe längs der Stapelrichtung aufeinander folgenden Anschlusselementen zu vergrößern.
Ein solcher Versatz der Anschlusselemente von in der Stapelrichtung unmittelbar aufeinander folgenden Bipolarplatten kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass die in der Stapelrichtung unmittelbar aufeinanderfolgenden Bipolarplatten im Wesentlichen identisch miteinander ausgebildet sind, aber um eine zur Stapelrichtung parallele Drehachse um einen Winkel von 180° gegeneinander verdreht sind.
Auf diese Weise können die Höhentoleranzen im Stapel aus elektrochemischen Einheiten und das Setzverhalten des Stapels über dessen Lebensdauer hinweg auch dann ausgeglichen werden, wenn der Zellpitch, das heißt der Versatz von in der Stapelrichtung unmittelbar aufeinanderfolgenden Bipolarplatten längs der Stapelrichtung, sehr klein ist, beispielsweise weniger als 1,5 mm.
Der Anschlussstecker ist vorzugsweise unter Überwindung einer Entrastungs- kraft von dem mindestens einen Verrastungselement des Anschlusselements entrastbar, um beispielsweise eine Wartung oder eine Reparatur durchführen zu können.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung und der zeichnerischen Darstellung von Ausführungsbeispielen. In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Darstellung einer elektrochemischen Vorrichtung, welche einen (stark schematisiert dargestellten) Stapel aus elektrochemischen Einheiten, die längs einer Stapelrichtung aufeinander folgen und jeweils eine Bipolarplatte umfassen, und einen Anschlussstecker, der ein elektrisch isolierendes Gehäuse und mehrere elektrisch leitende Kontaktelemente umfasst, umfasst, wobei jede der Bipolarplatten jeweils ein als eine Anschlusslasche ausgebildetes Anschlusselement umfasst, welches über dem jeweiligen Anschlusselement benachbarte seitliche Ränder der jeweiligen Bipolarplatte in einer Kontaktierungsrichtung vorsteht, und wobei das jeweilige Anschlusselement mindestens eine Sicke aufweist, welche als Verrastungssicke dient, mit welcher ein jeweils zugeordnetes Kontaktelement des Anschlusssteckers verrastbar ist, und als Kontaktierungssicke dient, mit welcher das jeweils zugeordnete Kontaktelement des Anschlusssteckers in einem montierten Zustand des Anschlusssteckers in Eingriff bringbar ist, um einen elektrisch leitenden Kontakt zwischen der jeweiligen Bipolarplatte und dem jeweils zugeordneten Kontaktelement des Anschlusssteckers herzustellen, mit der Blickrichtung auf eine dem Stapel aus elektrochemischen Einheiten abgewandte Rückseite des Anschlusssteckers;
Fig. 2 eine weitere perspektivische Darstellung der elektrochemischen Vorrichtung aus Fig. 1, mit der Blickrichtung auf eine Unterseite des Anschlusssteckers, welche Kontaktierungsarme von Kontaktelementen des Anschlusssteckers erkennen lässt;
Fig. 3 eine Draufsicht von oben auf die elektrochemische Vorrichtung aus den Fig. 1 und 2, mit der Blickrichtung auf eine Oberseite des Anschlusssteckers, welche Verrastungsarme von Kontaktelementen des Anschlusssteckers erkennen lässt; Fig. 4 einen ausschnittsweisen Querschnitt durch die elektrochemische Vorrichtung aus den Fig. 1 bis 3, längs der Linie 4 - 4 in Fig. 3;
Fig. 5 einen ausschnittsweisen Querschnitt durch die elektrochemische Vorrichtung aus den Fig. 1 bis 4, längs der Linie 5 - 5 in Fig. 3;
Fig. 6 eine Draufsicht von unten auf die elektrochemische Vorrichtung aus den Fig. 1 bis 5, mit der Blickrichtung auf eine Unterseite des Anschlusssteckers, welche Kontaktierungsarme von Kontaktelementen des Anschlusssteckers erkennen lässt;
Fig. 7 eine Seitenansicht der elektrochemischen Vorrichtung aus den Fig. 1 bis 6, mit der Blickrichtung auf eine rechte Seite des Anschlusssteckers, längs der Richtung des Pfeiles 7 in Fig. 3;
Fig. 8 eine Seitenansicht der elektrochemischen Vorrichtung aus den Fig. 1 bis 7, mit der Blickrichtung auf eine linke Seite des Anschlusssteckers, längs der Richtung des Pfeiles 8 in Fig. 3;
Fig. 9 eine Seitenansicht der elektrochemischen Vorrichtung aus den Fig. 1 bis 8, mit der Blickrichtung auf eine Rückseite des Anschlusssteckers, längs der Richtung des Pfeiles 9 in Fig. 3;
Fig. 10 eine (stark schematisierte) perspektivische Darstellung des Stapels aus elektrochemischen Einheiten der elektrochemischen Vorrichtung aus den Fig. 1 bis 9, in welcher die Anschlusselemente der Bipolarplatten zu sehen sind, welche in zwei Reihen angeordnet sind, die sich jeweils längs der Stapelrichtung des Stapels aus elektrochemischen Einheiten erstrecken und in einer senkrecht zur Stapelrichtung gerichteten Versatzrichtung gegeneinander versetzt sind, wobei die Anschlusselemente von in der Stapelrichtung unmittelbar aufeinander folgenden Bipolarplatten verschiedenen Reihen von Anschlusselementen zugeordnet sind, um den Abstand zwischen jeweils zwei in einer solchen Reihe längs der Stapelrichtung aufeinander folgenden Anschlusselementen zu vergrößern;
Fig. 11 eine perspektivische Darstellung einer Bipolarplatte des Stapels aus elektrochemischen Einheiten aus Fig. 10, mit der Blickrichtung auf eine Oberseite der Bipolarplatte;
Fig. 12 eine weitere perspektivische Darstellung der Bipolarplatte aus Fig. 11, mit der Blickrichtung auf eine Unterseite der Bipolarplatte;
Fig. 13 eine Draufsicht von oben auf die Bipolarplatte aus den Fig. 11 und 12;
Fig. 14 eine vergrößerte Darstellung des Bereichs I aus Fig. 13;
Fig. 15 einen ausschnittsweisen Querschnitt durch die Bipolarplatte aus den Fig. 11 bis 14 im Bereich einer Verrastungs- und Kontaktierungssicke des Anschlusselements, längs der Linie 15 - 15 in Fig. 14;
Fig. 16 eine ausschnittsweise Seitenansicht der Bipolarplatte aus den Fig. 11 bis 15, mit der Blickrichtung in Richtung des Pfeiles 16 in Fig. 14;
Fig. 17 eine ausschnittsweise Vorderansicht der Bipolarplatte aus den Fig. 11 bis 16, mit der Blickrichtung in Richtung der Kontaktierungsrichtung, längs der Richtung des Pfeiles 17 in Fig. 14; Fig. 18 eine ausschnittsweise Draufsicht von unten auf die Bipolarplatte aus den Fig. 11 bis 17, mit der Blickrichtung in Richtung des Pfeiles 18 in Fig. 16;
Fig. 19 eine perspektivische Darstellung des Anschlusssteckers der elektrochemischen Vorrichtung aus den Fig. 1 bis 9, mit der Blickrichtung auf eine Vorderseite des Anschlusssteckers, an welcher Kontaktelementaufnahmen des Anschlusssteckers münden;
Fig. 20 eine weitere perspektivische Darstellung des Anschlusssteckers aus Fig. 19, mit der Blickrichtung auf eine Unterseite des Anschlusssteckers, welche Kontaktierungsarme von Kontaktelementen des Anschlusssteckers erkennen lässt;
Fig. 21 eine weitere perspektivische Darstellung des Anschlusssteckers der elektrochemischen Vorrichtung aus den Fig. 19 und 20, mit der Blickrichtung auf eine Rückseite des Anschlusssteckers;
Fig. 22 eine Draufsicht von oben auf den Anschlussstecker aus den Fig. 19 bis 21, mit der Blickrichtung auf eine Oberseite des Anschlusssteckers, welche Verrastungsarme von Kontaktelementen des Anschlusssteckers erkennen lässt;
Fig. 23 eine Draufsicht von unten auf den Anschlussstecker aus den Fig. 19 bis 22, mit der Blickrichtung auf eine Unterseite des Anschlusssteckers, welche Kontaktierungsarme von Kontaktelementen des Anschlusssteckers erkennen lässt;
Fig. 24 eine Seitenansicht des Anschlusssteckers aus den Fig. 19 bis 23, mit der Blickrichtung auf eine linke Seite des Anschlusssteckers, längs der Richtung des Pfeiles 24 in Fig. 22; Fig. 25 eine Seitenansicht des Anschlusssteckers aus den Fig. 19 bis 24, mit der Blickrichtung auf eine rechte Seite des Anschlusssteckers, längs der Richtung des Pfeiles 25 in Fig. 22;
Fig. 26 eine Vorderansicht des Anschlusssteckers aus den Fig. 19 bis 25, mit der Blickrichtung in Richtung des Pfeiles 26 in Fig. 22;
Fig. 27 einen Querschnitt durch den Anschlussstecker aus den Fig. 19 bis
26 im Bereich von Verrastungsarmen von Kontaktelementen des Anschlusssteckers, längs der Linie 27 - 27 in Fig. 26;
Fig. 28 einen Querschnitt durch den Anschlussstecker aus den Fig. 19 bis
27 im Bereich von Kontaktierungsarmen von Kontaktelementen des Anschlusssteckers, längs der Linie 28 - 28 in Fig. 26;
Fig. 29 eine Ansicht des Anschlusssteckers aus den Fig. 19 bis 28 von hinten, mit der Blickrichtung auf eine Rückseite des Anschlusssteckers, längs der Richtung des Pfeiles 29 in Fig. 22;
Fig. 30 eine perspektivische Darstellung eines Rückteils des Anschlusssteckers aus den Fig. 19 bis 29, mit den an diesem Rückteil angeordneten Kontaktelementen des Anschlusssteckers;
Fig. 31 eine perspektivische Darstellung eines der Kontaktelemente des Anschlusssteckers aus den Fig. 19 bis 30, mit der Blickrichtung auf eine Unterseite eines Verrastungsarms und eine Unterseite von zwei Kontaktierungsarmen des Kontaktelements;
Fig. 32 eine weitere perspektivische Darstellung des Kontaktelements aus Fig. 31, mit der Blickrichtung auf eine Oberseite des Verrastungsarms und auf eine Oberseite der Kontaktierungsarme des Kontaktelements; Fig. 33 eine Draufsicht auf das Kontaktelement aus den Fig. 31 und 32 von unten;
Fig. 34 eine Seitenansicht des Kontaktelements aus den Fig. 31 bis 33, mit der Blickrichtung in Richtung des Pfeiles 34 in Fig. 33;
Fig. 35 eine Vorderansicht des Kontaktelements aus den Fig. 31 bis 34, mit der Blickrichtung in Richtung des Pfeiles 35 in Fig. 33;
Fig. 36 eine Rückansicht des Kontaktelements aus den Fig. 31 bis 35, mit der Blickrichtung in Richtung des Pfeiles 36 in Fig. 33;
Fig. 37 eine schematische Draufsicht von oben auf eine Bipolarplatte mit einem Anschlusselement;
Fig. 38 eine vergrößerte Darstellung des Bereichs II aus Fig. 37;
Fig. 39 eine Vorderansicht des Anschlusselements der Bipolarplatte aus Fig. 38, mit der Blickrichtung in Richtung des Pfeiles 39 in Fig. 38;
Fig. 40 eine Draufsicht von oben auf ein Oberteil eines Kontaktelements, das einen langen Verrastungsarm und einen kurzen Kontaktierungsarm aufweist;
Fig. 41 eine Draufsicht von oben auf ein Unterteil eines Kontaktelements, das einen kurzen Kontaktierungsarm und einen langen Verrastungsarm aufweist;
Fig. 42 eine Draufsicht auf das Anschlusselement einer Bipolarplatte, die mit einem Kontaktelement der in den Fig. 40 und 41 dargestellten Art in Eingriff steht; Fig. 43 einen ausschnittsweisen Querschnitt durch das Anschlusselement der Bipolarplatte und das Kontaktelement des Anschlusssteckers aus Fig. 42, längs der Linie 43 - 43 in Fig. 42, wobei das Anschlusselement der Bipolarplatte symmetrisch bezüglich einer senkrecht zur Stapelrichtung des Stapels aus elektrochemischen Einheiten ausgerichteten Mittelebene der Bipolarplatte ausgebildet ist;
Fig. 44 einen der Fig. 43 entsprechenden ausschnittsweisen Querschnitt durch das Anschlusselement der Bipolarplatte und das Kontaktelement des Anschlusssteckers, wobei das Anschlusselement in Bezug auf eine senkrecht zur Stapelrichtung des Stapels aus elektrochemischen Einheiten ausgerichtete Mittelebene der Bipolarplatte nicht spiegelsymmetrisch ausgebildet ist;
Fig. 45 eine schematische Draufsicht auf ein Anschlusselement einer Bipolarplatte, welche eine Kontaktierungssicke aufweist, die mit einem Kontaktelement eines Anschlusssteckers in Eingriff steht, wobei der Anschlussstecker ein Rastelement umfasst, welches im montierten Zustand des Anschlusssteckers einen Rastvorsprung des Anschlusselements der Bipolarplatte hintergreift;
Fig. 46 einen schematischen Längsschnitt durch das Anschlusselement der Bipolarplatte sowie durch das Kontaktelement und das Rastelement des Anschlusssteckers in Fig. 45, längs der Linie 46 - 46 in Fig. 45;
Fig. 47 eine schematische Draufsicht auf das Anschlusselement einer Bipolarplatte, welche eine Kontaktierungssicke aufweist, die mit einem Kontaktelement des Anschlusssteckers in Eingriff steht, und ferner Rastausnehmungen aufweist, an denen jeweils ein Rastelement des Anschlusssteckers verrastet ist;
Fig. 48 einen schematischen Längsschnitt durch das Anschlusselement, welches die Kontaktierungssicke und die Rastausnehmungen aufweist, und das Kontaktelement des Anschlusssteckers sowie die Rastelemente des Anschlusssteckers aus Fig. 47, längs der Linie 48 - 48 in Fig. 47;
Fig. 49 eine schematische Draufsicht auf das Anschlusselement einer Bipolarplatte, welche eine Kontaktierungssicke aufweist, die mit einem Kontaktelement eines Anschlusssteckers in Eingriff steht, wobei ein Gehäuse des Anschlusssteckers ferner mehrere Ausweichausnehmungen und eine entsprechende Anzahl von Arretierelementen umfasst, mittels welchen jeweils ein Bereich eines Anschlusselements im montierten Zustand des Anschlusssteckers in die dem jeweiligen Arretierelement jeweils zugeordnete Ausweichausnehmung verdrängbar ist, in einem Zustand vor der Arretierung des Anschlusssteckers an den Anschlusselementen der Bipolarplatten;
Fig. 50 eine Seitenansicht mehrerer Anschlusselemente von Bipolarplatten, die in der Stapelrichtung des Stapels aus elektrochemischen Einheiten aufeinander folgen, und von Bereichen des Gehäuses des Anschlusssteckers, in welchen Ausweichausnehmungen angeordnet sind, mit der Blickrichtung in Richtung des Pfeiles 50 in Fig. 49, in einem Zustand vor der Arretierung des Anschlusssteckers an den Anschlusselementen der Bipolarplatten;
Fig. 51 eine der Fig. 49 entsprechende schematische Draufsicht auf das Anschlusselement einer Bipolarplatte, ein Kontaktelement des Anschlusssteckers und ein Arretierelement des Anschlusssteckers, in einem Zustand nach dem Arretieren des Anschlusssteckers an den Anschlusselementen der Bipolarplatten, wobei das Arretierelement in einer zu einer Längserstreckung der Kontaktierungssicke des Anschlusselements parallelen Richtung in das Gehäuse des Anschlusssteckers eingeschoben worden ist, wodurch ein Bereich des Anschlusselements in eine dem betreffenden Arretierelement zugeordnete Ausweichausnehmung des Anschlusssteckers verdrängt worden ist;
Fig. 52 eine der Fig. 50 entsprechende schematische Seitenansicht der Anschlusselemente von zwei längs der Stapelrichtung des Stapels aus elektrochemischen Einheiten aufeinander folgenden Bipolarplatten und der Bereiche des Gehäuses des Anschlusssteckers, in welchen die Ausweichausnehmungen angeordnet sind, in dem Zustand, in dem der Anschlussstecker an den Anschlusselementen der Bipolarplatten arretiert ist, nachdem die Arretierelemente in der zu der Längserstreckung der Kontaktierungssicken parallelen Richtung in das Gehäuse des Anschlusssteckers eingeschoben worden sind, wodurch Bereiche der Anschlusselemente in denselben jeweils benachbarte Ausweichausnehmungen verdrängt worden sind;
Fig. 53 eine schematische Draufsicht auf ein Anschlusselement einer Bipolarplatte, welche eine Kontaktierungssicke aufweist, die mit einem Kontaktelement des Anschlusssteckers in Eingriff steht, wobei der Anschlussstecker ferner ein Rastelement umfasst, welches im montierten Zustand des Anschlusssteckers eine an dem Anschlusselement ausgebildete Verrastungssicke hintergreift; Fig. 54 einen schematischen Längsschnitt durch die Kontaktierungssicke und die Verrastungssicke des Anschlusselements der Bipolarplatte, durch das Kontaktelement des Anschlusssteckers und durch das Rastelement des Anschlusssteckers aus Fig. 53, längs der Linie 54 - 54 in Fig. 53;
Fig. 55 einen schematischen Längsschnitt durch die Verrastungssicke des Anschlusselements der Bipolarplatte und durch das Rastelement des Anschlusssteckers aus Fig. 53, längs der Linie 55 - 55 in Fig. 53;
Fig. 56 eine schematische Draufsicht auf ein Anschlusselement einer Bipolarplatte, welche eine Kontaktierungssicke aufweist, die mit einem Kontaktelement des Anschlusssteckers in Eingriff steht, wobei der Anschlussstecker ferner ein Rastelement umfasst, welches im montierten Zustand des Anschlusssteckers eine an dem Anschlusselement ausgebildete Verrastungsausklinkung hintergreift;
Fig. 57 einen schematischen Längsschnitt durch die Kontaktierungssicke und die Verrastungsausklinkung des Anschlusselements der Bipolarplatte, durch das Kontaktelement des Anschlusssteckers und durch das Rastelement des Anschlusssteckers aus Fig. 56, längs der Linie 57 - 57 in Fig. 56;
Fig. 58 einen schematischen Querschnitt durch die Verrastungsausklinkung des Anschlusselements der Bipolarplatte und durch das Rastelement des Anschlusssteckers aus Fig. 56, längs der Linie 58 - 58 in Fig. 56; und Fig. 59 eine perspektivische Darstellung eines Verrastungselements eines Anschlusselements einer Bipolarplatte, welches als eine Verrastungsausklinkung ausgebildet ist, wobei die Verrastungsausklinkung sich im Wesentlichen parallel zu einem vorderen Rand des Anschlusselements erstreckt, der im montierten Zustand des Anschlusssteckers dem Anschlussstecker zugewandt ist.
Gleiche oder funktional äquivalente Elemente sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.
Eine in den Fig. 1 bis 36 dargestellte, als Ganzes mit 100 bezeichnete elektrochemische Vorrichtung umfasst einen Stapel 102 aus elektrochemischen Einheiten 104, die längs einer Stapelrichtung 106 aufeinander folgen.
Die Stapelrichtung 106 wird im Folgenden auch als die Z-Richtung der elektrochemischen Vorrichtung 100 bezeichnet.
Der Stapel 102 kann beispielsweise als ein Brennstoffzellenstapel, insbesondere als ein PEM(Polymer-Elektrolyt-Membran)-Brennstoffzellenstapel, ausgebildet sein.
Jede der elektrochemischen Einheiten 104 umfasst jeweils eine Bipolarplatte 108 und weitere Komponenten 110, welche in den Zeichnungen nur schematisch als Einheit dargestellt sind.
Diese weiteren Komponenten 110 können insbesondere eine elektrochemisch aktive Einheit, beispielsweise eine Membran-Elektroden-Anordnung, Gasdiffusionslagen und Dichtungen, beispielsweise Elastomerdichtungen, umfassen. Durch die weiteren Komponenten 110 werden jeweils zwei in dem Stapel 102 längs der Stapelrichtung 106 unmittelbar aufeinander folgende Bipolarplatten 108 elektrisch voneinander isoliert.
Im Betrieb der elektrochemischen Vorrichtung 100 liegt jede der elektrisch leitenden Bipolarplatten 108 auf einem elektrischen Potential, das vom elektrischen Potential der benachbarten Bipolarplatten 108 verschieden ist.
Diese elektrischen Potentiale oder Zellspannungen, auf denen die verschiedenen Bipolarplatten 108 des Stapels 102 liegen, werden während des Betriebs der elektrochemischen Vorrichtung 100 fortlaufend überwacht, um eine möglichst leistungseffiziente Steuerung der elektrochemischen Vorrichtung 100 durchzuführen und Störungen des Betriebs der elektrochemischen Vorrichtung 100 so bald wie möglich zu erkennen.
Um die elektrischen Potentiale oder Zellspannungen der Bipolarplatten 108 während des Betriebs der elektrochemischen Vorrichtung 100 in einfacher und zuverlässiger Weise abgreifen zu können, umfasst die elektrochemische Vorrichtung 100 einen Anschlussstecker 112, der ein elektrisch isolierendes Gehäuse 114 und mehrere in dem Gehäuse angeordnete elektrisch leitende Kontaktelemente 116 umfasst.
Wie am besten aus den Fig. 10 bis 18 zu ersehen ist, umfasst jede der Bipolarplatten 108 des Stapels 102 jeweils ein Anschlusselement 118, welches über dem jeweiligen Anschlusselement 118 benachbarte seitliche Ränder 119, 119' der Bipolarplatte 108 in einer Kontaktierungsrichtung 120 vorsteht.
Diese Kontaktierungsrichtung 120 der Bipolarplatten 108 wird im Folgenden auch als die Y-Richtung bezeichnet. Wie am besten aus Fig. 10 zu ersehen ist, bilden die Anschlusselemente 118 der Bipolarplatten 108 des Stapels 102 mehrere, beispielsweise zwei, Reihen 122 von Anschlusselementen 118, welche sich längs der Stapelrichtung 106 oder Z-Richtung erstrecken und in einer senkrecht zu der Stapelrichtung 106 und senkrecht zu der Kontaktierungsrichtung 120 ausgerichteten Versatzrichtung 124 gegeneinander versetzt sind.
Die Versatzrichtung 124 wird im Folgenden auch als die X-Richtung bezeichnet.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst der Stapel 102 aus elektrochemischen Einheiten 104 zwei Reihen 122a und 122b von Anschlusselementen 118a beziehungsweise Anschlusselementen 118b.
Die Anschlusselemente 118 der längs der Stapelrichtung 106 aufeinander folgenden Bipolarplatten 108 sind abwechselnd der linken Reihe 122a von Anschlusselementen 118a beziehungsweise der rechten Reihe 122b von Anschlusselementen 118b zugeordnet.
Allgemein gesprochen ist jeder von n Reihen 122 von Anschlusselementen 118 jedes n-te Anschlusselement 118 der in der Stapelrichtung 106 aufeinander folgenden Bipolarplatten 108 zugeordnet, wobei n gleich 2 oder größer als 2 ist.
Auf diese Weise wird der Abstand zwischen zwei in der Stapelrichtung 106 unmittelbar übereinander angeordneten Anschlusselementen 118 auf das n-Fache des Abstands vergrößert, welchen diese Anschlusselemente 118 ohne die Verteilung der Anschlusselemente 118 auf mehrere Reihen 122 von Anschlusselementen 118 aufweisen würden. Hierdurch wird zwischen den direkt übereinander liegenden Anschlusselementen 118 mehr Raum zur Aufnahme von Kontaktelementen 116 und Gehäusebestandteilen des Anschlusssteckers 112 geschaffen.
Wie am besten aus den Fig. 11 bis 18 zu ersehen ist, umfasst jede Bipolarplatte 108 mehrere, beispielsweise zwei, Bipolarplattenlagen, beispielsweise eine erste Bipolarplattenlage 127 und eine zweite Bipolarplattenlage 129.
Die erste Bipolarplattenlage 127 und die zweite Bipolarplattenlage 129 sind an (nicht dargestellten) Fügelinien fluiddicht miteinander verbunden, um zwischen sich Mediumkammern und Mediumkanäle auszubilden.
Das Anschlusselement 118 der Bipolarplatte 108 ist vorzugsweise zweilagig ausgebildet, wobei ein erstes Anschlusselementteil 131 einstückig mit einem Hauptkörper 133 der ersten Bipolarplattenlage 127 und ein zweites Anschlusselementteil 135 einstückig mit einem Hauptkörper 137 der zweiten Bipolarplattenlage 129 ausgebildet ist.
Wie am besten aus Fig. 18 zu ersehen ist, ist ein vorderer Rand 132 des ersten Anschlusselementteils 131, welcher sich parallel zu der Versatzrichtung 124 (X-Richtung) erstreckt, gegenüber einem vorderen Rand 134 des zweiten Anschlusselementteils 135, welcher sich ebenfalls im Wesentlichen parallel zu der Versatzrichtung 124 (X-Richtung) erstreckt, längs der Kontaktierungsrichtung 120 (Y-Richtung) versetzt, was die Montage des Anschlusssteckers 112 an dem Stapel 102 aus elektrochemischen Einheiten 104 erleichtert.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der vordere Rand 132 des ersten Anschlusselementteils 131 gegenüber dem vorderen Rand 134 des zweiten Anschlusselementteils 135 zu dem Anschlussstecker 112 hin versetzt; grundsätzlich könnte aber auch vorgesehen sein, dass der vordere Rand 132 des ersten Anschlusselementteils 131 gegenüber dem vorderen Rand 134 des zweiten Anschlusselementteils 135 von dem Anschlussstecker 112 weg und zu dem Hauptkörper 133 der ersten Bipolarplattenlage 127 hin versetzt ist.
Um die mechanische Stabilität des Anschlusselements 118 zu erhöhen, ist vorzugsweise vorgesehen, dass das erste Anschlusselementteil 131 und das zweite Anschlusselementteil 135 stoffschlüssig, beispielsweise durch Verschweißung längs einer Schweißlinie 143, miteinander verbunden sind.
Die Schweißlinie 143 verläuft vorzugsweise außerhalb der Kontaktzone, an weicher ein Kontaktelement 116 des Anschlusssteckers 112 im montierten Zustand der elektrochemischen Vorrichtung 100 das Anschlusselement 118 kontaktiert.
Die Schweißlinie 143 kann beispielsweise eine im Wesentlichen U-förmige Gestalt aufweisen.
Dabei können zwei seitliche Schenkel 143a, 143b der Schweißlinie 143 beispielsweise im Wesentlichen parallel zu der Kontaktierungsrichtung 120 (Y-Richtung) und ein die beiden Schenkel 143a, 143b miteinander verbindender Steg 143c der Schweißlinie 143 im Wesentlichen parallel zu der Versatzrichtung 124 (X-Richtung) verlaufen.
Der Steg 143c der Schweißlinie 143 verläuft dabei vorzugsweise durch einen Bereich des Anschlusselements 118, welcher dem Hauptkörper 133 der ersten Bipolarplattenlage 127 und dem Hauptkörper 137 der zweiten Bipolarplattenlage 129 zugewandt ist.
Die U-förmige Schweißlinie 143 ist somit (im montierten Zustand der elektrochemischen Vorrichtung 100) zu dem Anschlussstecker 112 hin geöffnet. Das Anschlusselement 118 der Bipolarplatte 108 weist eine Kontaktierungssicke 136 auf, mit welcher jeweils ein derselben zugeordnetes Kontaktelement 116 des Anschlusssteckers 112 in Eingriff bringbar ist, um einen elektrisch leitenden Kontakt zwischen der Bipolarplatte 108 und dem jeweils zugeordneten Kontaktelement 116 des Anschlusssteckers 112 herzustellen, was später noch näher erläutert werden wird.
Die Kontaktierungssicke 136 dient zugleich als ein Verrastungselement 139 des Anschlusselements 118 in Form einer Verrastungssicke 141, die mit einem zugeordneten Kontaktelement 116 des Anschlusssteckers 112 verrastbar ist.
Wie beispielsweise aus der Draufsicht der Fig. 14 zu ersehen ist, erstreckt sich die Kontaktierungssicke 136 und Verrastungssicke 141 längs der Versatzrichtung 124 oder X-Richtung der Bipolarplatte 108.
Wie am besten aus der Schnittdarstellung der Fig. 15 zu ersehen ist, ist bei dieser Ausführungsform eines Anschlusselements 118 die Kontaktierungssicke
136 und Verrastungssicke 141 nur in einer der Bipolarplattenlagen 127 und 129, beispielsweise in der ersten Bipolarplattenlage 127, ausgebildet.
Die jeweils andere Bipolarplattenlage, im zeichnerisch dargestellten Fall die zweite Bipolarplattenlage 129, kann hingegen in ihrem der Kontaktierungssicke 136 und Verrastungssicke 141 gegenüberliegenden Bereich 138 im Wesentlichen eben ausgebildet sein.
Der Hauptkörper 133 der ersten Bipolarplattenlage 127 und der Hauptkörper
137 der zweiten Bipolarplattenlage 129 bilden zusammen einen Hauptkörper 140 der Bipolarplatte 108. Wie am besten aus Fig. 15 zu ersehen ist, weist die Kontaktierungssicke 136 und Verrastungssicke 141 eine dem Hauptkörper 140 der Bipolarplatte 108 abgewandte Anlaufflanke 142 und eine dem Hauptkörper 140 der Bipolarplatte 108 zugewandte Abstiegsflanke 144 auf.
Zwischen der Anlaufflanke 142 und der Abstiegsflanke 144 der Kontaktierungssicke 136 ist eine Kuppe 146 der Kontaktierungssicke 136 und Verrastungssicke 141 angeordnet.
Um das Ineingriffbringen des Kontaktelements 116 mit der Kontaktierungssicke 136 und Verrastungssicke 141 zu erleichtern, ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Anlaufflanke 142 gegenüber der Stapelrichtung 106 um einen Winkel a geneigt ist, welcher größer ist als ein Winkel ß, um welchen die Abstiegsflanke 144 gegenüber der Stapelrichtung 106 geneigt ist.
Der Winkel a beträgt vorzugsweise mehr als 45°, insbesondere mehr als 50°, besonders bevorzugt mehr als 60°.
Ferner beträgt der Winkel a vorzugsweise weniger als 85°, insbesondere weniger als 80°, besonders bevorzugt weniger als 70°.
Der Winkel ß beträgt vorzugsweise mehr als 5°, insbesondere mehr als 10°, besonders bevorzugt mehr als 20°.
Ferner beträgt der Winkel ß vorzugsweise weniger als 45°, insbesondere weniger als 40°, besonders bevorzugt weniger als 30°.
Wie insbesondere aus den Fig. 12, 16 und 18 zu ersehen ist, kann vorgesehen sein, dass die erste Bipolarplattenlage 127 in einem Randbereich des Anschlusselements 118 über die zweite Bipolarplattenlage 129 übersteht. Die erste Bipolarplattenlage 127 kann eine anodenseitige Bipolarplattenlage sein, welche ein (nicht dargestelltes) Strömungsfeld für das Anodengas der elektrochemischen Vorrichtung 100 begrenzt.
In diesem Fall ist die zweite Bipolarplattenlage 129 dann eine kathodenseitige Bipolarplattenlage, welche ein (nicht dargestelltes) Strömungsfeld für das Kathodengas der elektrochemischen Vorrichtung 100 begrenzt.
Grundsätzlich kann aber auch vorgesehen sein, dass die erste Bipolarplattenlage 127 eine kathodenseitige Bipolarplattenlage ist, welche ein Strömungsfeld für ein Kathodengas der elektrochemischen Vorrichtung 100 begrenzt, und die zweite Bipolarplattenlage 129 eine anodenseitige Bipolarplattenlage ist, welche ein Strömungsfeld für ein Anodengas der elektrochemischen Vorrichtung 100 begrenzt.
Eines der Kontaktelemente 116 des Anschlusssteckers 112, welche im montierten Zustand des Anschlusssteckers 112 in Eingriff mit dem Anschlusselement 118 einer jeweils zugeordneten Bipolarplatte 108 kommen, ist in den Fig. 31 bis 36 einzeln dargestellt.
Jedes Kontaktelement 116 umfasst ein Basisteil 148, von welchem aus mehrere Arme 150 in der Kontaktierungsrichtung 120 vorstehen.
Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst das Kontaktelement 116 einen vorzugsweise mittig an dem Basisteil 148 angeordneten Ver- rastungsarm 152, welcher im montierten Zustand des Anschlusssteckers 112 die Verrastungssicke 141 eines dem Kontaktelement 116 zugeordneten Anschlusselements 118 einer Bipolarplatte 108 des Stapels 102 aus elektrochemischen Einheiten 104 hintergreift, wie dies beispielsweise in der Schnittdarstellung von Fig. 4 zu ersehen ist. Dabei ist ein im montierten Zustand des Anschlusssteckers 112 die Verrastungssicke 141 hintergreifender Teil des Verrastungsarms 152 als eine Rastzunge 154 ausgebildet.
Die Rastzunge 154 ist beispielsweise im Querschnitt bogenförmig gekrümmt, wobei eine konvex gekrümmte Außenseite 156 der Rastzunge 154 im montierten Zustand des Anschlusssteckers 112 an einem zwischen dem Hauptkörper
140 der Bipolarplatte 108 und der Verrastungssicke 141 der Bipolarplatte 108 liegenden Bereich des Anschlusselements 118 anliegt.
Dabei können der Verrastungsarm 152 des Kontaktelements 116 und die Verrastungssicke 141 so ausgebildet und relativ zueinander angeordnet sein, dass ein die Rastzunge 154 mit dem Basisteil 148 des Kontaktelements 116 verbindender Stegbereich 158 des Verrastungsarms 152 im montierten Zustand des Anschlusssteckers 112 an der Kuppe 146 der Verrastungssicke
141 anliegt.
Ferner umfasst das Kontaktelement 116 zwei Kontaktierungsarme 160, welche ebenfalls von dem Basisteil 148 des Kontaktelements 116 in der Kontaktierungsrichtung 120 vorstehen und bei dieser Ausführungsform eines Kontaktelements 116 im Wesentlichen dieselbe Erstreckung längs der Kontaktierungsrichtung 120 aufweisen wie der Verrastungsarm 152.
Der Verrastungsarm 152 ist zwischen den beiden Kontaktierungsarmen 160 angeordnet, vorzugsweise mittig zwischen den Kontaktierungsarmen 160.
Die Kontaktierungsarme 160 enden an einem Kontaktierungsbereich 162, welcher im montierten Zustand des Anschlusssteckers 112 an der zweiten Bipolarplattenlage 129 im Bereich des Anschlusselements 118 anliegt, was besonders deutlich aus der Schnittdarstellung von Fig. 5 zu ersehen ist. Der Kontaktierungsbereich 162 kann bogenförmig gekrümmt ausgebildet sein, wobei vorzugsweise eine konvex gekrümmte Außenseite 164 des Kontaktierungsbereichs 162 im montierten Zustand des Anschlusssteckers 112 an dem Anschlusselement 118 elektrisch leitend anliegt.
Die beiden Kontaktierungsarme 160 des Kontaktelements 116 liegen somit im montierten Zustand des Anschlusssteckers 112 an einer ersten Seite des Anschlusselements 118 der jeweils zugeordneten Bipolarplatte 108 an, während der Verrastungsarm 152 im montierten Zustand des Anschlusssteckers 112 an einer zweiten Seite des Anschlusselements 118 anliegt, welche der ersten Seite des Anschlusselements 118 abgewandt ist.
Das Anschlusselement 118 der Bipolarplatte 108 ist zwischen den Kontaktierungsarmen 160 und dem Verrastungsarm 152 des Kontaktelements 116 andererseits eingeklemmt, wenn das Kontaktelement 116 in Eingriff mit dem Anschlusselement 118 der Bipolarplatte 108 steht.
Der Verrastungsarm 152 und die Kontaktierungsarme 160 des Kontaktelements 116 weisen vorzugsweise eine Elastizität auf, welche den Verrastungsarm 152 beziehungsweise die Kontaktierungsarme 160 im montierten Zustand des Anschlusssteckers 112 gegen das Anschlusselement 118 der jeweils zugeordneten Bipolarplatte 108 elastisch vorspannt.
Zu diesem Zweck ist das Kontaktelement 116 vorzugsweise aus einem Federelastizität aufweisenden Material gebildet.
Insbesondere kann das Kontaktelement 116 aus einem federelastischen metallischen Material gebildet sein.
Das Kontaktelement 116 weist ferner einen oder mehrere, beispielsweise zwei, Anschlusspins 166 auf, mittels welchen das Kontaktelement 116 an dem Gehäuse 114 des Anschlusssteckers 112 festlegbar ist. Wie beispielsweise aus Fig. 30 zu ersehen ist, erstrecken sich die Anschlusspins 166 durch jeweils eine Anschlusshülse 168 des Gehäuses 114 hindurch, mit welchen sie vorzugsweise elektrisch leitend verbunden sind.
Die Anschlusspins 166 springen vorzugsweise von dem Basisteil 148 des Kontaktelements 116 aus in einer zu dem Verrastungsarm 152 und den Kontaktierungsarmen 160 entgegengesetzten Richtung längs der Kontaktierungsrichtung 120 vor.
Die Endbereiche des Basisteils 158 des Kontaktelements 116 sind als Abstützelemente 170 ausgebildet, mit welchen das Kontaktelement 116 sich seitlich abstützt, wenn es in einer Kontaktelementaufnahme 170 des Anschlusssteckers 112 angeordnet ist.
Wie beispielsweise aus der Draufsicht auf die Vorderseite des Anschlusssteckers 112 in Fig. 26 zu ersehen ist, umfasst der Anschlussstecker 112 mehrere, im dargestellten Ausführungsbeispiel zwei, Reihen 172 von Kontaktelementaufnahmen 170, welche sich im montierten Zustand des Anschlusssteckers 112 längs der Stapelrichtung 106 erstrecken und in der senkrecht zur der Stapelrichtung 106 verlaufenden Versatzrichtung 124 gegeneinander versetzt sind.
Folglich umfasst der Anschlussstecker 112 auch mehrere, im dargestellten Ausführungsbeispiel zwei, Reihen 174 von Kontaktelementen 116, welche im montierten Zustand des Anschlusssteckers 112 sich jeweils längs der Stapelrichtung 106 erstrecken und in der senkrecht zur Stapelrichtung 106 verlaufenden Versatzrichtung 124 gegeneinander versetzt sind. Dabei kontaktiert jede Reihe 174a oder 174b von Kontaktelementen 116 im montierten Zustand des Anschlusssteckers 112 jede zweite der in der Stapelrichtung 106 des Stapels 102 aus elektrochemischen Einheiten 104 aufeinander folgenden Bipolarplatten 108 elektrisch leitend.
Generell ist vorgesehen, dass jede von n Reihen 174 von Kontaktelementen 116 im montierten Zustand des Anschlusssteckers 112 jede n-te der in der Stapelrichtung 106 aufeinander folgenden Bipolarplatten 108 elektrisch leitend kontaktiert, wobei n gleich 2 oder größer als 2 ist.
Wie am besten aus Fig. 30 zu ersehen ist, sind die Kontaktelemente 116 an einem Rückteil 176 des Gehäuses 114 des Anschlusssteckers 112 festgelegt.
Dieses Rückteil 176 des Gehäuses 114 umfasst elektrische Leitungen, welche die Anschlusspins 166 jedes Kontaktelements 116 mit jeweils einem Kontaktpin 178 eines Steckanschluss 180, der an dem Rückteil 176 des Gehäuses 114 ausgebildet ist, verbinden.
An den Steckanschluss 180 des Anschlusssteckers 112 ist ein hierzu komplementär ausgebildeter Steckanschluss eines (nicht dargestellten) Verbindungskabels anschließbar, mittels welchem eine elektrisch leitende Verbindung zwischen den Kontaktelementen 116 des Anschlusssteckers 112 und den Eingängen einer (nicht dargestellten) Überwachungsvorrichtung der elektrochemischen Vorrichtung 100 herstellbar ist.
Diese Überwachungsvorrichtung kann einen Teil einer Steuerungsvorrichtung der elektrochemischen Vorrichtung 100 bilden, welche den Betrieb der elektrochemischen Vorrichtung in Abhängigkeit von den jeweils ermittelten elektrischen Potentialen oder Zellpotentialen der Bipolarplatten 108 in dem Stapel 102 aus elektrochemischen Einheiten 104 steuert. Wie beispielsweise aus Fig. 20 zu ersehen ist, ist das Rückteil 176 des Gehäuses 114 des Anschlusssteckers 112 mittels einer Rastvorrichtung 182, welche beispielsweise eine oder mehrere Rasthaken 184 umfassen kann, mit einem Vorderteil 186 des Gehäuses 114 verrastet.
Die Kontaktelementaufnahmen 170, in welchen die Kontaktelemente 116 des Anschlusssteckers 112 aufgenommen sind, sind als Durchtrittsöffnungen in dem Vorderteil 186 des Gehäuses 114 ausgebildet.
Die Erstreckung der Kontaktelementaufnahmen 170 in der Längsrichtung 188 des Gehäuses 114 des Anschlusssteckers 112, welche im montierten Zustand des Anschlusssteckers 112 parallel zu der Versatzrichtung 124 (oder X-Rich- tung) ausgerichtet ist, ist größer als die Ausdehnung der Anschlusselemente 118 der Bipolarplatten 108 der elektrochemischen Vorrichtung 100 längs der Versatzrichtung 124, um Fertigungstoleranzen und Positionierungstoleranzen der Anschlusselemente 118 der Bipolarplatten 108 in dem Stapel 102 aus elektrochemischen Einheiten 104 ausgleichen zu können und auch bei Vorhandensein solcher Fertigungs- und Positionierungstoleranzen den Anschlussstecker 112 in einfacher Weise auf die Anschlusselemente 118 der Bipolarplatten 108 aufstecken zu können.
Eine Kontaktelementaufnahme 170' des Gehäuses 114 des Anschlusssteckers 112 weist jedoch eine kleinere Ausdehnung längs der Längsrichtung 188 des Anschlusssteckers 112 auf als die anderen Kontaktelementaufnahmen 170, so dass das Anschlusselement 118, welches dem Kontaktelement 116 dieser Kontaktelementaufnahme 170' zugeordnet ist, mit nur geringem Spiel in die Kontaktelementaufnahme 170' eingeführt wird.
Der Eingriff zwischen dem Anschlusselement 118 und dieser Kontaktelementaufnahme 170' verhindert dann eine unerwünschte Verschiebung des Anschlusssteckers 112 relativ zu den Bipolarplatten 108 des Stapels 102 aus elektrochemischen Einheiten 104 im montierten Zustand des Anschlusssteckers 112 und insbesondere im Betrieb der elektrochemischen Vorrichtung 100.
Die Kontaktelementaufnahmen 170, 170' münden an der Vorderseite des Gehäuses 114 des Anschlusssteckers 112 an jeweils einem Einführtrichter 177, welcher sich zu dem Innenraum der jeweiligen Kontaktelementaufnahme 170, 170' hin verjüngt und gegenüber der Kontaktierungsrichtung 120 geneigte Begrenzungsflächen aufweist, um das Eintreten der Anschlusselemente 118 der Bipolarplatten 108 in die jeweils zugeordneten Kontaktelementaufnahmen 170, 170' zu erleichtern.
Das Rückteil 176 und das Vorderteil 186 des Gehäuses 114 des Anschlusssteckers 112 sind vorzugsweise aus einem elektrisch isolierenden Kunststoffmaterial gebildet.
Beispielsweise können das Rückteil 176 und/oder das Vorderteil 186 des Gehäuses 114 aus einem Polyamid-Material gebildet sein.
Das Rückteil 176 und/oder das Vorderteil 186 des Gehäuses 114 des Anschlusssteckers 112 sind vorzugsweise durch ein Spritzgießverfahren hergestellt.
Eine in den Fig. 37 bis 43 dargestellte zweite Ausführungsform einer elektrochemischen Vorrichtung 100 umfasst ebenfalls einen Stapel 102 aus elektrochemischen Einheiten 104, die längs einer Stapelrichtung 106 aufeinander folgen.
Dabei umfasst jede elektrochemische Einheit 104 eine Bipolarplatte 108, wie sie in Fig. 37 dargestellt ist. Jede Bipolarplatte 108 umfasst ein Anschlusselement 118, welches über dem Anschlusselement 118 benachbarte seitliche Ränder 119, 119' der Bipolarplatte 108 in einer Kontaktierungsrichtung 120 vorsteht.
Wie aus Fig. 38 zu ersehen ist, umfasst das Anschlusselement 118 eine erste Kontaktierungssicke 136a, welche sich in einer Versatzrichtung 124 oder X- Richtung erstreckt.
Die erste Kontaktierungssicke 136a dient zugleich als ein erstes Verrastungs- element 139a des Anschlusselements 118 in Form einer ersten Verrastungs- sicke 141a, die mit einem zugeordneten Kontaktelement 116 des Anschlusssteckers 112 verrastbar ist.
Die erste Kontaktierungssicke 136a und erste Verrastungssicke 141a ist in einer der Bipolarplattenlagen der Bipolarplatte 108, beispielsweise in der ersten Bipolarplattenlage 127, ausgebildet.
Die erste Kontaktierungssicke 136a und erste Verrastungssicke 141a wird beispielsweise durch einen Umformvorgang, beispielsweise einen Prägevorgang oder einen Tiefziehvorgang, an der betreffenden Bipolarplattenlage 127 oder 129 erzeugt.
In den Fig. 38 und 39 ist nur die erste Bipolarplattenlage 127 dargestellt, welche mit der ersten Kontaktierungssicke 136a und ersten Verrastungssicke 141a versehen ist.
Die zweite Bipolarplattenlage 129 kann mit einer zweiten Kontaktierungssicke 136b versehen sein, welche in Bezug auf eine senkrecht zur Stapelrichtung 106 verlaufende Mittelebene 190 der Bipolarplatte 108 spiegelsymmetrisch zu der ersten Kontaktierungssicke 136a ausgebildet ist (siehe Fig. 43). Die zweite Kontaktierungssicke 136b dient zugleich als ein zweites Verrastungselement 139b des Anschlusselements 118 in Form einer zweiten Verrastungssicke 141b, die mit einem zugeordneten Kontaktelement 116 des Anschlusssteckers 112 verrastbar ist.
Jede der Kontaktierungssicken 136a, 136b und Verrastungssicken 141a, 141b weist eine dem Hauptkörper 140 der Bipolarplatte 108 abgewandte Anlaufflanke 142 und eine dem Hauptkörper 140 der Bipolarplatte 108 zugewandte Abstiegsflanke 144 auf.
Zwischen der Anlaufflanke 142 und der Abstiegsflanke 144 jeder Kontaktierungssicke 136 und Verrastungssicke 141 ist eine Kuppe 146 der Kontaktierungssicke 136 und Verrastungssicke 141 angeordnet.
Um das Ineingriffbringen des Kontaktelements 116 des Anschlusssteckers 112 der elektrochemischen Vorrichtung 100, welches in den Fig. 40 bis 43 dargestellt ist, mit den Kontaktierungssicken 136a, 136b und Verrastungssicken 141a, 141b zu erleichtern, ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Anlaufflanke 142 der jeweiligen Kontaktierungssicke 136a, 136b und Verrastungssicke 141a, 141b gegenüber der Stapelrichtung 106 um einen Winkel a geneigt ist, welcher größer ist als ein Winkel ß, um welchen die Abstiegsflanke 144 gegenüber der Stapelrichtung 106 geneigt ist.
Der Winkel a beträgt vorzugsweise mehr als 45°, insbesondere mehr als 50°, besonders bevorzugt mehr als 60°.
Ferner beträgt der Winkel a vorzugsweise weniger als 85°, insbesondere weniger als 80°, besonders bevorzugt weniger als 70°.
Der Winkel ß beträgt vorzugsweise mehr als 5°, insbesondere mehr als 10°, besonders bevorzugt mehr als 20°. Ferner beträgt der Winkel ß vorzugsweise weniger als 45°, insbesondere weniger als 40°, besonders bevorzugt weniger als 30°.
Außerdem ist bei dieser Ausführungsform der elektrochemischen Vorrichtung 100 vorgesehen, dass das Anschlusselement 118 der Bipolarplatte 108 zusätzlich zu den Kontaktierungssicken 136 und Verrastungssicken 141 zwei Anschlagsicken 192 umfasst (siehe insbesondere die Fig. 38, 42 und 43).
Dabei ist eine erste Anschlagsicke 192a in der ersten Bipolarplattenlage 127 und eine zweite Anschlagsicke 192b in der zweiten Bipolarplattenlage 129 ausgebildet.
Jede der Anschlagsicken 192 kann beispielsweise durch einen Umformvorgang an der jeweiligen Bipolarplattenlage 127, 129 ausgebildet sein, beispielsweise durch einen Prägevorgang oder einen Tiefziehvorgang.
Die erste Anschlagsicke 192a und die zweite Anschlagsicke 192b können bezüglich der Mittelebene 190 der Bipolarplatte 108 im Wesentlichen spiegelsymmetrisch zueinander ausgebildet sein.
Jede der Anschlagsicken 192 erstreckt sich längs der Versatzrichtung 124 oder X-Richtung des Stapels 102 aus elektrochemischen Einheiten 104.
Jede der Anschlagsicken 192 weist eine der jeweils zugeordneten Kontaktierungssicke 136a, 136b und Verrastungssicke 141a, 141b zugewandte erste Flanke 194 und eine der jeweils zugeordneten Kontaktierungssicke 136a, 136b und Verrastungssicke 141a, 141b abgewandte zweite Flanke 196 auf.
Zwischen der ersten Flanke 194 und der zweiten Flanke 196 der Anschlagsicke 192 ist eine Kuppe 198 der Anschlagsicke 192 angeordnet. Die erste Flanke 194 der Anschlagsicke 192 ist gegenüber der Stapelrichtung 106 um einen Winkel y geneigt, und die zweite Flanke 196 der Anschlagsicke 192 ist gegenüber der Stapelrichtung 106 um einen Winkel ö geneigt.
Bei der zeichnerisch dargestellten Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Winkel y im Wesentlichen gleich groß ist wie der Winkel ö.
Die Winkel y und ö sind vorzugsweise im Wesentlichen gleich groß wie oder größer als der Winkel ß, um welchen die Abstiegsflanken 144 der Kontaktierungssicken 136a, 136b und Verrastungssicken 141a, 141b gegenüber der Stapelrichtung 106 geneigt sind, und/oder im Wesentlichen gleich groß wie oder kleiner als der Winkel a, um welchen die Anlaufflanken 142 der Kontaktierungssicken 136a, 136b und Verrastungssicken 141a, 141b gegenüber der Stapelrichtung 106 geneigt sind.
Der Winkel y und/oder der Winkel ö beträgt vorzugsweise mehr als 5°, insbesondere mehr als 10°, besonders bevorzugt mehr als 20°.
Ferner beträgt der Winkel y und/oder der Winkel ö vorzugsweise weniger als 45°, insbesondere weniger als 40°, besonders bevorzugt weniger als 30°.
Jedes Kontaktelement 116 des Anschlusssteckers 112 der elektrochemischen Vorrichtung 100 umfasst bei dieser Ausführungsform zwei Teile, nämlich ein in Fig. 40 dargestelltes Oberteil 200 und ein in Fig. 41 dargestelltes Unterteil 202.
Das in Fig. 40 dargestellte Oberteil 200 des Kontaktelements 116 umfasst einen Basisteil 148, von welchem ein oberer Verrastungsarm 152a und ein oberer Kontaktierungsarm 160a in der Kontaktierungsrichtung 120 vorstehen. Ferner umfasst das Oberteil 200 des Kontaktelements 116 einen oder mehrere, im dargestellten Ausführungsbeispiel zwei, Anschlusspins 166, mittels welchen das Oberteil 200 des Kontaktelements 116 an einem (nicht dargestellten) Gehäuse des Anschlusssteckers 112 der elektrochemischen Vorrichtung 100 festlegbar ist.
Wie bei der in den Fig. 1 bis 36 dargestellten ersten Ausführungsform einer elektrochemischen Vorrichtung 100 umfasst das Gehäuse des Anschlusssteckers 112 auch bei dieser Ausführungsform elektrische Leitungen, welche die Anschlusspins 166 mit jeweils einem Steckanschluss des Gehäuses verbinden.
Das in Fig. 41 dargestellte Unterteil 202 des Kontaktelements 116 umfasst einen unteren Kontaktierungsarm 160b und einen unteren Verrastungsarm 152b, welche längs der Kontaktierungsvorrichtung 120 von einem Basisteil 148 des Unterteils 202 des Kontaktelements 116 vorspringen.
Ferner umfasst das Unterteil 202 des Kontaktelements 116 einen oder mehrere, im dargestellten Ausführungsbeispiel zwei, Anschlusspins 166, mittels welchen das Unterteil 202 des Kontaktelements 116 an dem Gehäuse des Anschlusssteckers 112 festlegbar ist.
In einer (nicht dargestellten) Kontaktelementaufnahme des Anschlusssteckers 112 sind jeweils ein Oberteil 200 und ein Unterteil 202 eines Kontaktelements 116 so angeordnet und festgelegt, dass der obere Verrastungsarm 152a des Oberteils 200 in der Stapelrichtung 106 über dem unteren Kontaktierungsarm 160b des Unterteils 202 angeordnet ist und der obere Kontaktierungsarm 160a des Oberteils 200 in der Stapelrichtung 106 über dem unteren Verrastungsarm 152b des Unterteils 202 des Kontaktelements 116 angeordnet ist. Wie am besten aus Fig. 43 zu ersehen ist, umfasst jeder der Verrastungsarme 152a, 152b an seinem freien Ende eine Rastnase 204, mit welcher der betreffende Verrastungsarm 152a, 152b im montierten Zustand des Anschlusssteckers 112 die erste Verrastungssicke 141a beziehungsweise die zweite Verrastungssicke 141b des dem Kontaktelement 116 zugeordneten Anschlusselements 118 hintergreift (siehe Fig. 43).
Die Aufschiebebewegung der Verrastungsarme 152a, 152b zu dem Hauptkörper 140 der Bipolarplatte 108 hin wird dabei durch die jeweils zugeordnete Anschlagsicke 192 begrenzt.
Die Rastnase 204 jedes Verrastungsarms 152a, 152b ist somit im montierten Zustand des Anschlusssteckers 112 im Bereich zwischen der jeweils zugeordneten Verrastungssicke 141a, 141b und der jeweils zugeordneten Anschlagsicke 192 angeordnet.
Somit ist das Kontaktelement 116 mittels der Verrastungsarme 152a, 152b an dem jeweils zugeordneten Anschlusselement 118 einer Bipolarplatte 108 ver- rastet.
Die Kontaktierungsarme 160a, 160b des Kontaktelements 116 enden jeweils an einem Kontaktierungsbereich 162, welcher im montierten Zustand des Anschlusssteckers 112 an der jeweils zugeordneten Kontaktierungssicke 136a beziehungsweise 136b anliegt.
Vorzugsweise liegen die Kontaktierungsbereiche 162 der Kontaktierungsarme 160a, 160b an der Kuppe 146 der jeweils zugeordneten Kontaktierungssicke 136a, 136b an. Jeder Kontaktierungsbereich 162 kann bogenförmig gekrümmt ausgebildet sein, wobei vorzugsweise eine konvex gekrümmte Außenseite 164 des Kontaktierungsbereichs 162 im montierten Zustand des Anschlusssteckers 112 an der jeweils zugeordneten Kontaktierungssicke 136a, 136b anliegt.
Im montierten Zustand des Anschlusssteckers 112 sind die Kontaktierungssicken 136a, 136b des Anschlusselements 118 zwischen den Kontaktierungsarmen 160a, 160b des jeweils zugeordneten Kontaktelements 116 des Anschlusssteckers 112 eingeklemmt.
Das Oberteil 200 und das Unterteil 202 des Kontaktelements 116 sind vorzugsweise aus einem Federelastizität aufweisenden elektrisch leitenden Material gebildet.
Im Übrigen stimmt die in den Fig. 37 bis 43 dargestellte zweite Ausführungsform einer elektrochemischen Vorrichtung hinsichtlich Aufbau, Funktion und Herstellungsweise mit der in den Fig. 1 bis 36 dargestellten ersten Ausführungsform überein, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
Eine in Fig. 44 dargestellte dritte Ausführungsform einer elektrochemischen Vorrichtung 100 unterscheidet sich von der in den Fig. 37 bis 43 dargestellten zweiten Ausführungsform dadurch, dass die erste Kontaktierungssicke 136a und erste Verrastungssicke 141a und die zweite Kontaktierungssicke 136b und zweite Verrastungssicke 141b bezüglich einer Spiegelung an der senkrecht zu der Stapelrichtung 106 verlaufenden Mittelebene 190 der Bipolarplatte 108 unsymmetrisch zueinander ausgebildet sind.
Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass zwischen der ersten Kontaktierungssicke 136a und ersten Verrastungssicke 141a, welche in der ersten Bipolarplattenlage 127 ausgebildet ist, und der ersten Anschlagsicke 192a, welche ebenfalls in der ersten Bipolarplattenlage 127 ausgebildet ist, eine erste Vertiefung 206a in der ersten Bipolarplattenlage 127 ausgebildet ist, welche sich über die Mittelebene 190 der Bipolarplatte 108 hinaus zu der zweiten Kontaktierungssicke 136b und zweiten Verrastungssicke 141b, die in der zweiten Bipolarplattenlage 129 ausgebildet ist, erstreckt und sich vorzugsweise an die Kuppe 146 und an die Abstiegsflanke 144 der zweiten Kontaktierungssicke 136b und zweiten Verrastungssicke 141b anschmiegt.
Auf diese Weise wird die effektive Höhe der ersten Kontaktierungssicke 136a und ersten Verrastungssicke 141a im Vergleich zu der vorstehend beschriebenen zweiten Ausführungsform einer elektrochemischen Vorrichtung 100 erhöht.
In der zweiten Bipolarplattenlage 129 ist bei dieser dritten Ausführungsform statt einer Anschlagsicke 192 eine zweite Vertiefung 206b ausgebildet, welche zwischen der zweiten Kontaktierungssicke 136b und zweiten Verrastungssicke 141b und dem Hauptkörper 140 der Bipolarplatte 108 angeordnet ist.
Die zweite Vertiefung 206b erstreckt sich über die Mittelebene 190 der Bipolarplatte 108 hinaus in die Anschlagsicke 192a, welche in der ersten Bipolarplattenlage 127 ausgebildet ist, hinein.
Vorzugsweise ist die zweite Vertiefung 206b im Wesentlichen komplementär zu der Anschlagsicke 192a ausgebildet.
In diesem Fall schmiegt sich die Vertiefung 206b an die erste Flanke 194, die Kuppe 198 und die zweite Flanke 196 der Anschlagsicke 192a an.
Da sich bei dieser Ausführungsform die Vertiefung 206a der ersten Bipolarplattenlage 127 an der zweiten Kontaktierungssicke 136b und zweiten Verrastungssicke 141b der zweiten Bipolarplattenlage 129 abstützt und die Vertiefung 206b der zweiten Bipolarplattenlage 129 sich an der Anschlagsicke 192a der ersten Bipolarplattenlage 127 abstützt, wird die Sickenstruktur des Anschlusselements 118 der Bipolarplatte 108 bei dieser Ausführungsform versteift.
Wie aus Fig. 44 zu ersehen ist, greift bei dieser Ausführungsform im montierten Zustand des Anschlusssteckers 112 der obere Verrastungsarm 152a in die erste Vertiefung 206b der ersten Bipolarplattenlage 127 ein, während der untere Verrastungsarm 152b in die zweite Vertiefung 206b der zweiten Bipolarplattenlage 129 eingreift.
Die Positionen der Rastnasen 204 des oberen Verrastungsarm 152a und des unteren Verrastungsarms 152b sind bei dieser Ausführungsform längs der Kontaktierungsrichtung 120 beziehungsweise längs der Y-Richtung gegeneinander versetzt.
Während bei der in den Fig. 37 bis 43 dargestellten zweiten Ausführungsform der obere Verrastungsarm 152a und der untere Verrastungsarm 152b im Wesentlichen gleich lang ausgebildet sind, weisen die Verrastungsarme 152a und 152b bei dieser dritten Ausführungsform unterschiedliche Längen auf.
Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass der untere Verrastungsarm 152b eine größere Länge aufweist als der obere Verrastungsarm 152a.
Bei dieser Ausführungsform können der Winkel a, um welchen die erste Anlaufflanke 142a der ersten Kontaktierungssicke 136a und ersten Verrastungssicke 141a gegenüber der Stapelrichtung 106 geneigt ist, und der Winkel a', um welchen die zweite Anlaufflanke 142b der zweiten Kontaktierungssicke 136b und zweiten Verrastungssicke 141b gegenüber der Stapelrichtung 106 geneigt ist, im Wesentlichen gleich groß oder voneinander verschieden sein. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass der Winkel a kleiner ist als der Winkel a', vorzugsweise um mindestens 5°.
Im Übrigen stimmt die in Fig. 44 dargestellte dritte Ausführungsform einer elektrochemischen Vorrichtung hinsichtlich Aufbau, Funktion und Herstellungsweise mit der in den Fig. 37 bis 43 dargestellten zweiten Ausführungsform überein, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
Eine in den Fig. 45 und 46 dargestellte vierte Ausführungsform einer elektrochemischen Vorrichtung 100 unterscheidet sich von der in den Fig. 37 bis 43 dargestellten zweiten Ausführungsform dadurch, dass die Funktion der elektrischen Kontaktierung des Anschlusselements 118 mittels des jeweils zugeordneten Kontaktelements 116 des Anschlusssteckers 112 einerseits und die Funktion der Verrastung des Anschlusssteckers 112 mit der Bipolarplatte 108 andererseits voneinander getrennt sind.
Bei dieser Ausführungsform weist jedes Kontaktelement 116 des Anschlusssteckers 112 nur Kontaktierungsarme 160 und keine Verrastungsarme 152 auf.
Daher kann bei dieser Ausführungsform die Anschlagsicke 192 an dem Anschlusselement 118 entfallen.
Die Verrastungsfunktion wird bei dieser Ausführungsform von einem Rastelement 208, beispielsweise in Form eines Rasthakens 210, übernommen, welches im montierten Zustand des Anschlusssteckers 112 einen Rastvorsprung 212 des Anschlusselements 118 hintergreift. Dabei springt der Rastvorsprung 212 des Anschlusselements 118 in einer längs einer parallel zu einem vorderen Rand 214 des Anschlusselements 118 verlaufenden Vorspringrichtung 216 von einem seitlichen Rand 218 des Anschlusselements 118 vor.
Die Vorspringrichtung 216 verläuft vorzugsweise im Wesentlichen parallel zu der Versatzrichtung 124 oder X-Richtung des Stapels 102 aus elektrochemischen Einheiten 104.
Das Rastelement 208 ist vorzugsweise aus einem elektrisch isolierenden Material gebildet.
Das Rastelement 208 kann aus einem Kunststoffmaterial, beispielsweise aus einem Polyamid-Material, gebildet sein.
Das Rastelement 208 kann einstückig mit dem Gehäuse des Anschlusssteckers 112 ausgebildet sein.
Das Rastelement 208 kann beispielsweise in einem Spritzgießvorgang gebildet sein.
Bei dieser Ausführungsform ist vorgesehen, dass jede Reihe 122 von Anschlusselementen 118 die Rastvorsprünge 212 an einer der jeweils anderen Reihe 122 von Anschlusselementen 118 abgewandten Seite trägt, so dass die Anschlusselemente 118 verschiedener Reihen 122 von Anschlusselementen 118 von einander gegenüberliegenden Seiten her von jeweils einem Rastelement 208 des Anschlusssteckers 112 hintergriffen werden, wenn der Anschlussstecker 112 an dem Stapel 102 aus elektrochemischen Einheiten 104 montiert ist. Auf diese Weise wird eine Relativbewegung zwischen den Anschlusselementen 118 einerseits und dem Anschlussstecker 112 andererseits längs der Versatzrichtung 124 oder X-Richtung des Stapels 102 aus elektrochemischen Einheiten 104 verhindert, obwohl jedes einzelne Anschlusselement 118 nur an einem seiner seitlichen Ränder 218 mit einem Rastelement 208 in Eingriff steht.
Wie aus Fig. 46 zu ersehen ist, sind bei dieser Ausführungsform die Kontaktierungssicken 136a, 136b des Anschlusselements 118 zwischen den zwei oberen Kontaktierungsarmen 160a und den zwei unteren Kontaktierungsarmen 160b des Kontaktelements 116 eingeklemmt, wenn der Anschlussstecker 112 an dem Stapel 102 aus elektrochemischen Einheiten 104 montiert ist.
Im Übrigen stimmt die in den Fig. 45 und 46 dargestellte vierte Ausführungsform einer elektrochemischen Vorrichtung 100 hinsichtlich Aufbau, Funktion und Herstellungsweise mit der in den Fig. 37 bis 43 dargestellten zweiten Ausführungsform überein, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
Eine in den Fig. 47 und 48 dargestellte fünfte Ausführungsform einer elektrochemischen Vorrichtung 100 unterscheidet sich von der in den Fig. 45 und 46 dargestellten vierten Ausführungsform dadurch, dass die Verrastung zwischen dem Anschlussstecker 112 und den Anschlusselementen 118 der Bipolarplatten 108 mittels eines oder mehrerer Rastelemente 220 erfolgt, welche im montierten Zustand des Anschlusssteckers 112 an jeweils einer Rastausnehmung 222 des jeweiligen Anschlusselements 118 verrastet sind.
Wie am besten aus Fig. 47 zu ersehen ist, kann jede solche Rastausnehmung 222 als eine Rast-Durchtrittsöffnung 224 ausgebildet sein, welche sich durch die Bipolarplatte 108 im Bereich des Anschlusselements 118 hindurch erstreckt. Im Falle einer mehrlagigen Bipolarplatte 108 erstreckt sich eine solche Rast- Durchtrittsöffnung 224 sowohl durch die erste Bipolarplattenlage 127 als auch durch die zweite Bipolarplattenlage 129 vollständig hindurch.
Eine solche Rastausnehmung 222 kann insbesondere als ein im Wesentlichen kreisförmiges Loch ausgebildet sein.
Der Durchmesser einer solchen Rastausnehmung 222 kann beispielsweise mehr als 1 mm und/oder weniger als 3 mm betragen und beispielsweise bei ungefähr 2 mm liegen.
Die Rastausnehmungen 222 sind vorzugsweise so an dem Anschlusselement 118 angeordnet, dass die Kontaktierungssicken 136a, 136b des Anschlusselements 118 zwischen den Rastausnehmungen 222 liegen.
Jedes der Rastelemente 220 kann als ein Rastarm 226 ausgebildet sein, der an dem Gehäuse 114 des Anschlusssteckers 112 festgelegt oder einstückig mit dem Gehäuse 114 des Anschlusssteckers 112 ausgebildet ist.
Ein solcher Rastarm umfasst eine Rastnase 228, welche im montierten Zustand des Anschlusssteckers 112 in die jeweils zugeordnete Rastausnehmung 222 eingreift, und einen Raststeg 230, über weichen die Rastnase 228 mit dem Gehäuse 114 des Anschlusssteckers 112 verbunden ist.
Im Übrigen stimmt die in den Fig. 47 und 48 dargestellte fünfte Ausführungsform einer elektrochemischen Vorrichtung 100 hinsichtlich Aufbau, Funktion und Herstellungsweise mit der in den Fig. 45 und 46 dargestellten vierten Ausführungsform überein, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird. Eine in den Fig. 49 bis 52 dargestellte sechste Ausführungsform einer elektrochemischen Vorrichtung 100 unterscheidet sich von der in den Fig. 45 und 46 dargestellten vierten Ausführungsform durch die Ausgestaltung des Ver- rastungsmechanismus, durch welchen der Anschlussstecker 112 im montierten Zustand an den Anschlusselementen 118 der Bipolarplatten 108 des Stapels 102 aus elektrochemischen Einheiten 104 verrastet ist.
Bei dieser Ausführungsform umfasst jedes der Anschlusselemente 118 einen Arretiervorsprung 230, der von einem seitlichen Rand 218 des jeweiligen Anschlusselements 118 aus in der Versatzrichtung 124 oder X-Richtung des Stapels 102 aus elektrochemischen Einheiten 104 vorspringt.
Die Arretiervorsprünge 230 jeder Reihe 122 von Anschlusselementen 118 sind in der Stapelrichtung 106 oder Z-Richtung des Stapels 102 aus elektrochemischen Einheiten 104 übereinander angeordnet (siehe Fig. 50).
Wenn die Kontaktelemente 116 des Anschlusssteckers 112 in Eingriff mit den Kontaktierungssicken 136 der Anschlusselemente 118 stehen, sind die Arretiervorsprünge 230 jedes Anschlusselements 118 zwischen zwei Arretierbereichen 232 des Gehäuses 114 des Anschlusssteckers 112 angeordnet, wobei ein erster Arretierbereich 232a in der Stapelrichtung 106 gesehen unterhalb des Arretiervorsprungs 230 angeordnet ist und ein zweiter Arretierbereich 232b in der Stapelrichtung 106 gesehen oberhalb des Arretiervorsprungs 230 angeordnet ist.
Einer der Arretierbereiche 232a, 232b, im dargestellten Ausführungsbeispiel der erste Arretierbereich 232a, weist eine Ausweichausnehmung 234 auf, welche beispielsweise als eine Ausweichnut 236 ausgebildet ist, die sich parallel zur Versatzrichtung 124 oder X-Richtung des Stapels 102 aus elektrochemischen Einheiten 104 erstreckt. Ferner umfasst der Anschlussstecker 112 bei dieser Ausführungsform für jedes Anschlusselement 118 jeweils ein demselben zugeordnetes Arretierelement 238, welches beispielsweise als ein im Wesentlichen zylindrischer Arretierbolzen 240 ausgebildet sein kann.
Um den an den Anschlusselementen 118 der Bipolarplatten 108 angeordneten Anschlussstecker 112 in dieser Position zu arretieren, werden die Arretierelemente 238 längs der Versatzrichtung 124 oder X-Richtung des Stapels 102 aus elektrochemischen Einheiten 104 jeweils zwischen einen der Arretierbereiche 232, beispielsweise den zweiten Arretierbereich 232b, des Gehäuses 114 des Anschlusssteckers 112 einerseits und einen Arretiervorsprung 230 eines Anschlusselements 118 einer Bipolarplatte 108 andererseits eingeschoben, wodurch jeweils ein Bereich 242 des betreffenden Anschlusselements 118 in die Ausweichausnehmung 234 des jeweils anderen Arretierbereichs 232, beispielsweise des ersten Arretierbereichs 232a, des Gehäuses 114 des Anschlusssteckers 112 hinein verdrängt wird.
Hierdurch entsteht eine formschlüssige Verbindung zwischen den Arretiervorsprüngen 230 der Anschlusselemente 118 einerseits und den mit den Ausweichausnehmungen 234 versehenen Arretierbereichen 232a des Gehäuses 114 des Anschlusssteckers 112 andererseits, durch welchen der Anschlussstecker 112 im montierten Zustand an den Bipolarplatten 108 des Stapels 102 aus elektrochemischen Einheiten 104 arretiert ist.
Dieser arretierte Zustand ist in den Fig. 51 und 52 dargestellt.
Im Übrigen stimmt die in den Fig. 49 bis 52 dargestellte sechste Ausführungsform einer elektrochemischen Vorrichtung 100 hinsichtlich Aufbau, Funktion und Herstellungsweise mit der in den Fig. 45 und 46 dargestellten vierten Ausführungsform überein, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird. Eine in den Fig. 53 bis 55 dargestellte siebte Ausführungsform einer elektrochemischen Vorrichtung 100 unterscheidet sich von der in den Fig. 45 und 46 dargestellten vierten Ausführungsform dadurch, dass das Rastelement 208 des Anschlusssteckers 112 nicht an einem hinteren Rand eines Rastvorsprungs 212 eines Anschlusselements 118 angreift, sondern im montierten Zustand des Anschlusssteckers 112 eine an dem Anschlusselement 118 ausgebildete Verrastungssicke 244 hintergreift.
Dabei ist vorzugsweise eine erste Verrastungssicke 244a in der ersten Bipolarplattenlage 127 und eine zweite Verrastungssicke 244b in der zweiten Bipolarplattenlage 129 ausgebildet.
Jede Verrastungssicke 244 wird vorzugsweise durch eine Umformung der jeweiligen Bipolarplattenlage 127, 129 hergestellt, beispielsweise durch einen Prägevorgang oder einen Tiefziehvorgang.
Jede Verrastungssicke 244 erstreckt sich vorzugsweise längs einer Längsrichtung, welche im Wesentlichen senkrecht zu der Längsrichtung der Kontaktierungssicken 136 des Anschlusselements 118 und/oder senkrecht zu der Stapelrichtung 106 des Stapels 102 aus elektrochemischen Einheiten ausgerichtet ist.
Jede Verrastungssicke 244 erstreckt sich somit vorzugsweise längs der Kontaktierungsrichtung 120 oder der Y-Richtung des Stapels 102 aus elektrochemischen Einheiten 104.
Die erste Verrastungssicke 244a und die zweite Verrastungssicke 244b können bezüglich der Mittelebene 190 der Bipolarplatte 108 im Wesentlichen spiegelsymmetrisch zueinander ausgebildet sein. Im Übrigen stimmt die in den Fig. 53 bis 55 dargestellte siebte Ausführungsform einer elektrochemischen Vorrichtung 100 hinsichtlich Aufbau, Funktion und Herstellungsweise mit der in den Fig. 45 und 46 dargestellten vierten Ausführungsform überein, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
Eine in den Fig. 56 bis 58 dargestellte achte Ausführungsform einer elektrochemischen Vorrichtung 100 unterscheidet sich von der in den Fig. 53 bis 55 dargestellten siebten Ausführungsform dadurch, dass das Rastelement 208 des Anschlusssteckers 112 im montierten Zustand des Anschlusssteckers 112 nicht eine an dem Anschlusselement 118 ausgebildete Verrastungssicke 244 hintergreift, sondern stattdessen eine an dem Anschlusselement 118 ausgebildete Verrastungsausklinkung 246.
Dabei ist vorzugsweise eine erste Verrastungsausklinkung 246a in der ersten Bipolarplattenlage 127 und eine zweite Verrastungsausklinkung 246b in der zweiten Bipolarplattenlage 129 ausgebildet.
Jede Verrastungsausklinkung 246 wird dadurch hergestellt, dass die Verrastungsausklinkung 246 an mehreren, beispielsweise drei, freien Rändern 250 aus der jeweiligen Bipolarplattenlage 127 beziehungsweise 129 herausgetrennt wird, beispielsweise durch einen Stanzvorgang oder einen Schneidevorgang, vorzugsweise einen Laserschneidevorgang, und dann längs einer Biegelinie 252 aus der Ebene der betreffenden Bipolarplattenlage 127 beziehungsweise 129 herausgebogen oder herausgeklappt wird.
Jede Verrastungsausklinkung 246 ist somit an der jeweiligen Biegelinie 252 einstückig mit der jeweiligen Bipolarplattenlage 127 beziehungsweise 129 verbunden.
Die Biegelinie 252 verläuft vorzugsweise parallel zu der Versatzrichtung 124 (X-Richtung). Zwei freie Ränder 250a und 250b der Verrastungsausklinkung 246, welche jeweils an der Biegelinie 252 enden, verlaufen vorzugsweise im Wesentlichen parallel zu der Kontaktierungsrichtung 120 (Y-Richtung).
Ein die beiden freien Ränder 250a und 250b miteinander verbindender freier Rand 250c verläuft vorzugsweise im Wesentlichen parallel zu der Biegelinie 252 der Verrastungsausklinkung 246 und/oder im Wesentlichen parallel zu der Versatzrichtung 124 (X-Richtung).
Im montierten Zustand des Anschlusssteckers 112 liegt das Rastelement 208 des Anschlusssteckers 112 an den freien Rändern 250c der Verrastungsausklinkungen 246a und 246b des Anschlusselements 118 an (siehe Fig. 58).
Im Übrigen stimmt die in den Fig. 56 bis 58 dargestellte achte Ausführungsform einer elektrochemischen Vorrichtung 100 hinsichtlich Aufbau, Funktion und Herstellungsweise mit der in den Fig. 53 bis 55 dargestellten siebten Ausführungsform überein, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
Eine in Fig. 59 dargestellte neunte Ausführungsform einer elektrochemischen Vorrichtung 100 unterscheidet sich von der in den Fig. 1 bis 36 dargestellten ersten Ausführungsform dadurch, dass das Verrastungselement 139 des Anschlusselements 118 nicht als eine Verrastungssicke 141, sondern als eine Verrastungsausklinkung 246 ausgebildet ist.
Ferner ist das Verrastungselement 139 bei dieser Ausführungsform nur in einer der Bipolarplattenlagen 127 und 129, beispielsweise in der zweiten Bipolarplattenlagen 129, ausgebildet. Aufbau und Herstellungsweise einer solchen Verrastungsausklinkung 246 sind vorstehend im Zusammenhang mit der in den Fig. 56 bis 58 dargestellten achten Ausführungsform einer elektrochemischen Vorrichtung 100 beschrieben worden.
Bei dieser Ausführungsform hintergreift der Verrastungsarm 152 des Kontaktelements 116, welches dem Anschlusselement 118 der Bipolarplatte 108 des Stapels 102 aus elektrochemischen Einheiten 104 zugeordnet ist, die Verrastungsausklinkung 246 derart, dass die Rastzunge 154 des Verrastungsarms 152 an dem freien Rand 250c der Verrastungsausklinkung 246 anliegt.
Im Übrigen stimmt die in Fig. 59 dargestellte neunte Ausführungsform einer elektrochemischen Vorrichtung 100 hinsichtlich Aufbau, Funktion und Herstellungsweise mit der in den Fig. 1 bis 36 dargestellten ersten Ausführungsform überein, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.

Claims

- 62 -
Patentansprüche Stapel aus elektrochemischen Einheiten (104), die längs einer Stapelrichtung (106) aufeinander folgen, wobei jede elektrochemische Einheit (104) eine Bipolarplatte (108) umfasst, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass mehrere der Bipolarplatten (108) jeweils ein Anschlusselement (118) umfassen, welches über dem Anschlusselement (118) benachbarte seitliche Ränder (119, 119') der jeweiligen Bipolarplatte (108) in einer Kontaktierungsrichtung (120) vorsteht, wobei das Anschlusselement (118) mindestens ein Verrastungselement (139), mit welchem ein Anschlussstecker (112) verrastbar ist, und/oder mindestens eine Kontaktierungssicke (136) aufweist, mit weicher ein Kontaktelement (116) eines Anschlusssteckers (112) in Eingriff bringbar ist, um einen elektrisch leitenden Kontakt zwischen der Bipolarplatte (108) und dem jeweils zugeordneten Kontaktelement (116) des Anschlusssteckers (112) herzustellen. Stapel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bipolarplatte (108) mindestens eine erste Bipolarplattenlage (127) und eine zweite Bipolarplattenlage (129) umfasst. Stapel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verrastungselement (139) und/oder eine Kontaktierungssicke (136) nur in der ersten Bipolarplattenlage (127) oder nur in der zweiten Bipolarplattenlage (129) ausgebildet ist. - 63 - Stapel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Verrastungselement (139a) und/oder eine erste Kontaktierungssicke (136a) in der ersten Bipolarplattenlage (127) und ein zweites Verrastungselement (139b) und/oder eine zweite Kontaktierungssicke (136b) in der zweiten Bipolarplattenlage (129) ausgebildet ist. Stapel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Verrastungselement (139a) und/oder die erste Kontaktierungssicke (136a) und das zweite Verrastungselement (139b) und/oder die zweite Kontaktierungssicke (136b) bezüglich einer senkrecht zu der Stapelrichtung (106) verlaufenden Mittelebene (190) der Bipolarplatte (108) im Wesentlichen spiegelsymmetrisch zueinander ausgebildet sind. Stapel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Verrastungselement (139a) und das zweite Verrastungselement (139b) und/oder die erste Kontaktierungssicke (136a) und die zweite Kontaktierungssicke (136b) bezüglich einer Spiegelung an einer senkrecht zu der Stapelrichtung (106) verlaufenden Mittelebene (190) der Bipolarplatte (108) unsymmetrisch zueinander ausgebildet sind. Stapel nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Verrastungselement (139a) und/oder die erste Kontaktierungssicke (136a) eine einem Hauptkörper (140) der Bipolarplatte (108) abgewandte erste Anlaufflanke (142a) und das zweite Verrastungselement (139b) und/oder die zweite Kontaktierungssicke (136b) eine dem Hauptkörper (140) der Bipolarplatte (108) abgewandte zweite Anlaufflanke (142b) aufweist, wobei die erste Anlaufflanke (142a) gegenüber der Stapelrichtung (106) um einen Winkel (a) geneigt ist, welcher kleiner ist als ein Winkel (a'), um welchen die zweite Anlaufflanke (142b) gegenüber der Stapelrichtung (106) geneigt ist. - 64 - Stapel nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Verrastungselement (139) und/oder mindestens eine Kontaktierungssicke (136) eine einem Hauptkörper (140) der Bipolarplatte (108) abgewandte Anlaufflanke (142) und eine dem Hauptkörper (140) der Bipolarplatte (108) zugewandte Abstiegsflanke (144) aufweist, wobei die Anlaufflanke (142) gegenüber der Stapelrichtung (106) um einen Winkel (a) geneigt ist, welcher größer ist als ein Winkel (ß), um welchen die Abstiegsflanke (144) gegenüber der Stapelrichtung (106) geneigt ist. Stapel nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlusselement (118) mindestens eine Anschlagsicke (192) aufweist, welche auf der einem Hauptkörper (140) der Bipolarplatte (108) zugewandten Seite eines Verrastungselements (139) oder einer Kontaktierungssicke (136) des Anschlusselements (118) angeordnet ist. Stapel nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Bipolarplatte (108) mindestens eine erste Bipolarplattenlage (127) und eine zweite Bipolarplattenlage (129) umfasst, wobei eine erste Anschlagsicke (192a) in der ersten Bipolarplattenlage (127) und eine zweite Anschlagsicke (192b) in der zweiten Bipolarplattenlage (129) ausgebildet ist. Stapel nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Bipolarplatte (108) mindestens eine erste Bipolarplattenlage (127) und eine zweite Bipolarplattenlage (129) umfasst, wobei eine erste Anschlagsicke (192a) in der ersten Bipolarplattenlage (127) ausgebildet ist und eine Vertiefung (206b) an der zweiten Bipolarplattenlage (129) ausgebildet ist, wobei die Vertiefung (206b) der zweiten Bipolarplattenlage (129) in die erste Anschlagsicke (192a) der ersten Bipolarplattenlage (127) eingreift. - 65 - Stapel nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlusselement (118) mindestens eine Verrastungssicke (244) und/oder mindestens eine Verrastungsausklinkung (246) aufweist, welche gegenüber der mindestens einen Kontaktierungssicke (136) längs einer parallel zu einem vorderen Rand (214) des Anschlusselements (118) verlaufenden Versatzrichtung (124) versetzt angeordnet ist und von einem Rastelement (208) des Anschlusssteckers (112) hintergreifbar ist. Stapel nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlusselement (118) einen Rastvorsprung (212) umfasst, wobei der Rastvorsprung (212) in einer längs einer parallel zu einem vorderen Rand (214) des Anschlusselements (118) verlaufenden Vorspringrichtung (216) von einem seitlichen Rand (218) des Anschlusselements (118) vorspringt. Stapel nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlusselement (118) mindestens eine Rastausnehmung (222) aufweist. Stapel nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlusselement (118) einen Bereich (242) aufweist, der zum Arretieren des Anschlusssteckers (112) an dem Anschlusselement (118) von einem Arretierelement (238) des Anschlusssteckers (112) in eine Ausweichausnehmung (234) eines Gehäuses (114) des Anschlusssteckers (112) verdrängbar ist. Stapel nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Verrastungselement (139) als eine Verrastungssicke (141) oder als eine Verrastungsausklinkung (246) ausgebildet ist. - 66 - Stapel nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlusselement (118) mindestens zweilagig ausgebildet ist und ein erstes Anschlusselementteil (131) und ein zweites Anschlusselementteil (135) umfasst, welche stoffschlüssig miteinander verbunden sind.
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