WO2023020808A1 - Elektrochemische vorrichtung - Google Patents

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WO2023020808A1
WO2023020808A1 PCT/EP2022/071329 EP2022071329W WO2023020808A1 WO 2023020808 A1 WO2023020808 A1 WO 2023020808A1 EP 2022071329 W EP2022071329 W EP 2022071329W WO 2023020808 A1 WO2023020808 A1 WO 2023020808A1
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WO
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bipolar plate
cell voltage
voltage tapping
tapping device
contacted
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Application number
PCT/EP2022/071329
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English (en)
French (fr)
Inventor
Lukas Haas
Florian Claß
Wolfgang Fritz
Kathrin KULLEN
Arni Antal
Wadim KAISER
Original Assignee
Ekpo Fuel Cell Technologies Gmbh
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Filing date
Publication date
Application filed by Ekpo Fuel Cell Technologies Gmbh filed Critical Ekpo Fuel Cell Technologies Gmbh
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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
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    • 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
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    • 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

Definitions

  • the present invention relates to an electrochemical device comprising a stack of a plurality of electrochemical units which follow one another along a stacking direction and each comprise 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 an electrochemical device of the type mentioned at the outset, whose stack of electrochemical units 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.
  • the electrochemical device has at least one cell voltage tapping device includes, by means of which electrical potentials can be tapped at a plurality of bipolar plates of the stack during operation of the electrochemical device.
  • the electrochemical device can comprise a plurality of such voltage tapping devices, which each contact a subgroup of the bipolar plates of the electrochemical device to be contacted, so that all bipolar plates of the stack can be electrically contacted using the plurality of cell voltage tapping devices.
  • connection element is provided on each bipolar plate from which the electrical potential can be tapped by means of the cell voltage tapping device.
  • connection element can be designed in one piece with a single-layer bipolar plate or in one piece with one layer of a multi-layer bipolar plate.
  • connection element is formed separately from the bipolar plate and is then fixed to the bipolar plate.
  • connection element which is produced separately from the bipolar plate, is fixed to the respectively assigned bipolar plate preferably by means of a material-to-material joining method.
  • connection element is welded to the bipolar plate.
  • connection element which is produced separately from the bipolar plate, can be specially adapted in terms of its shape in order to be optimally contacted by a socket contact element.
  • connection element is provided with a chamfer on its free edge facing the cell voltage tapping device in the assembled state.
  • the cell voltage tapping device comprises at least one spring-elastic electrically conductive contact element for each bipolar plate to be contacted.
  • Such a contact element is preferably formed from a metallic material.
  • such a contact element contains a spring steel material, aluminum or copper as the main component.
  • Such a contact element preferably bears against a connection element of the bipolar plate, which projects in a contacting direction relative to the connection element at the edges of the bipolar plate that are laterally adjacent.
  • a particularly reliable electrically conductive connection between the bipolar plate and the cell voltage tapping device is achieved when one or more contact elements of the cell voltage tapping device are in contact with two opposite sides of the bipolar plate, in particular a connection element of the bipolar plate.
  • a contact element of the cell voltage tapping device rests against only one side of the bipolar plate, in particular a connection element of the bipolar plate.
  • the contact element of the cell voltage tapping device can be designed, for example, as a fork spring contact which, when the cell voltage tapping device is installed, rests on two opposite sides of the bipolar plate to be contacted, in particular a connection element of the bipolar plate.
  • the contact element is designed as a spring-elastic pin that tapers, preferably wedge-shaped, towards its end region that faces the stack of electrochemical units when the cell voltage tapping device is installed.
  • the cell voltage tapping device preferably comprises an electrically insulating housing.
  • the contact elements which contact the bipolar plates to be contacted in an electrically conductive manner, are preferably arranged in each case in a contact element receptacle of the housing.
  • the contact elements of the cell voltage tapping device can be latched in the contact element receptacles of the housing or can already be connected to the housing during manufacture of the housing.
  • the contact elements can be placed in the injection mold, for example, and overmoulded with the material from which the housing is formed during the injection molding process.
  • the cell voltage tapping device includes an electrically insulating housing, which includes at least one entry slope for easier entry of at least one section of a bipolar plate into a contact element receptacle of the housing.
  • each contact element receptacle which are designed and arranged in such a way that the outlet opening of the contact element receptacle, which faces the stack of electrochemical units when the cell voltage tapping device is in the installed state, increases in distance from tapered to the stack.
  • the electrically insulating housing of the cell voltage tapping device ensures that bipolar plates of the stack of electrochemical units that follow one another in the stacking direction are reliably electrically insulated from one another.
  • the cell voltage tapping device comprises an electrically insulating housing and at least one latching device, by means of which the housing is attached to at least one latching contour of a bipolar plate or a carrier element of an elastomeric sealing element of the stack of electrochemical Units can be locked.
  • Such a latching device can in particular comprise at least one latching lug which, when the cell voltage tapping device is in the installed state, engages behind a latching projection provided on a bipolar plate or on a carrier element of an elastomeric sealing element of the stack.
  • the latching device can comprise one or more elastically deformable latching hooks.
  • the cell voltage tapping device comprises at least two rows of contact elements which, in the assembled state of the cell voltage tapping device, each extend along the stacking direction and in a direction perpendicular to the stacking direction (Z direction) and perpendicular to the contacting direction (Y -direction) aligned offset direction (X-direction) are offset from each other. Provision can be made for 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 cell voltage tapping device is in the assembled state, with n being equal to or greater than two.
  • Each row of contact elements can be arranged in a single-row connector strip, for example.
  • Each plug strip of this type can be provided for contacting two or more bipolar plates, for example five bipolar plates, of the stack.
  • the connector strips can include positioning elements, for example guide webs and/or guide rails, which facilitate correct positioning of the connector strips during assembly and prevent incorrect assembly of multiple connector strips.
  • These positioning elements can be arranged, for example, in such a way that a connector strip and another connector strip that is identical in design but rotated by 180° about the contacting direction can be mounted on one another.
  • a cell voltage tapping device can then be assembled from the identical connector strips, some of which have been rotated by 180°, by means of which all bipolar plates of the stack of electrochemical units can be contacted.
  • the cell voltage tapping device has an electrically conductive contact element for each bipolar plate to be contacted and that each bipolar plate to be contacted is designed in multiple layers and each has a pocket for receiving a contact element, which is located between a first bipolar plate layer and a second Bipolar plate layer is formed, wherein the contact element respectively associated with the pocket engages in the pocket of the bipolar plate in the assembled state of the cell voltage tapping device.
  • an insertion bevel can be formed on the first bipolar plate layer and/or on the second bipolar plate, which makes it easier to insert the contact element into the pocket.
  • the contact element can be designed in particular as a flat contact.
  • the flat contact can taper at its end region facing the stack of electrochemical units when the cell voltage tapping device is in the installed state, which also makes it easier to insert the contact element into the pocket of the bipolar plate.
  • the contact elements assigned to the bipolar plates to be contacted are each designed as a gripping fork spring contact.
  • a fork spring contact grips the bipolar plate to be contacted, in particular a connection element of the bipolar plate, on two opposite sides.
  • each bipolar plate to be contacted can comprise a flexible spring contact which accommodates an end face of the bipolar plate, in particular a connection element of the bipolar plate. Furthermore, it can be provided that each bipolar plate to be contacted comprises a spring element.
  • Such a spring element can be designed, for example, as a spring-elastic bead, which is designed in one of several layers of the bipolar plate.
  • each bipolar plate to be contacted is designed in multiple layers, with a first bipolar plate layer of the bipolar plate being folded around a second bipolar plate layer of the bipolar plate.
  • the fold can be arranged in particular in the area of a connection element of the bipolar plate.
  • a material thickness is achieved in the area of the fold for the connecting element which corresponds to three times the material thickness of a single bipolar plate layer, which when the bipolar plate interacts with a spring-elastic contact element leads to an increase in the spring force, by means of which the contact element is pressed against the bipolar plate becomes. This improves the reliability, stability and vibration resistance of the electrical connection between the bipolar plate and the contact element.
  • the folding ensures that the edge of the bipolar plate facing the contact element, in particular of the connection element of the bipolar plate, is rounded, so that damage to a contact coating of the contact element and/or the material, for example a plastic material, of a housing of the cell voltage tap device, in which the relevant edge of the bipolar plate is introduced during assembly of the cell voltage tapping device is avoided.
  • the cell voltage tapping device comprises at least one electrically conductive elastomer element for each bipolar plate to be contacted, which is electrically conductively in contact with the associated bipolar plate when the cell voltage tapping device is installed.
  • the electrically conductive elastomer element can comprise an elastic, non-metallic base material, for example a silicone material or a rubber material, and electrically conductive particles, for example made of metal, noble metal, carbon, graphite and/or graphene.
  • a conductive rubber element for example, can be used as the electrically conductive elastomer element.
  • the electrically conductive elastomer element can be in contact with a—preferably rounded—free edge of the bipolar plate to be contacted, in particular a connection element of the bipolar plate.
  • a section of the bipolar plate to be contacted in particular a connection element of the bipolar plate, is clamped between an electrically conductive elastomer element and an electrically insulating housing of the cell voltage tapping device when the cell voltage tapping device is installed.
  • a section of the bipolar plate, in particular a connection element of the bipolar plate is embedded in an electrically conductive elastomer element of the cell voltage tapping device.
  • Such embedding of the bipolar plate in the electrically conductive elastomeric element can be achieved, for example, by mounting the cell voltage pickup device on the bipolar plates of the stack of electrochemical units while the base material of the elastomeric element is still uncrosslinked or not fully crosslinked. During this assembly process, the relevant section of the bipolar plate, in particular the connection element of the bipolar plate, then penetrates into the base material of the elastomer element. By subsequently supplying energy (e.g.
  • the elastomer element can then be crosslinked after the cell voltage tapping device has been installed or when the electrochemical device is put into operation for the first time and thus have a viscous consistency be converted into a rubber-elastic consistency.
  • the cell voltage tapping device preferably also comprises, for each electrically conductive elastomer element, a preferably metallic connection element, which makes electrically conductive contact with the electrically conductive elastomer element and is connected to a connecting line, via which the electrical potential tapped by means of the electrically conductive elastomer element can be transmitted to an evaluation device.
  • the evaluation device evaluates the electrical potentials of the contacted bipolar plates during operation of the electrochemical device and uses this information to control the electrochemical device.
  • the connection line can be materially connected to the connection element, for example by soldering or welding.
  • each bipolar plate to be contacted is provided with at least one electrically conductive elastomer element.
  • Such an electrically conductive elastomeric element can be formed, for example, as an electrically conductive elastomeric coating on the bipolar plate, in particular on a connection element of the bipolar plate.
  • Such an electrically conductive elastomeric coating can be provided on only one side of the bipolar plate, in particular a connection element of the bipolar plate, or on two opposite sides of the bipolar plate, in particular a connection element of the bipolar plate.
  • the cell voltage tapping device comprises a rubber band which comprises electrically conductive and electrically insulating sections which follow one another in alternation (for example a zebra connector).
  • the electrically conductive sections of the rubber band serve as contact elements against which the bipolar plates to be contacted rest when the cell voltage tapping device is in the assembled state.
  • the rubber band can be pressed by means of additional elements that snap into latching contours of a bipolar plate or a carrier element of an elastomeric sealing element in order to apply the required contacting force.
  • the cell voltage tapping device comprises at least one contacting plate, which comprises a through-opening for each bipolar plate to be contacted, with the assembled state of the Cell voltage tapping device, a section of the respectively assigned bipolar plate extends through the through-opening and a section of the bipolar plate lying behind the through-opening is folded onto a contacting point of the contacting plate.
  • the cell voltage tapping device comprises a counterplate in addition to at least one contacting plate, which comprises a contacting point for each bipolar plate to be contacted. which is held at a predetermined distance from the contacting plate by at least one spacer.
  • a pressure transmission element can then be arranged between the contacting plate and the counterplate.
  • the pressure transmission element can be designed as a foam element, for example.
  • the spacer is preferably latched to the contacting plate and/or to the counterplate.
  • the spacer may, for example, comprise a threaded insert, a press nut, a spacer sleeve, an element made of an elastically deformable plastic material (e.g. a polychlorinated biphenyl (PCB)), a threaded element (e.g. a screw) and/or a threaded nut.
  • an elastically deformable plastic material e.g. a polychlorinated biphenyl (PCB)
  • PCB polychlorinated biphenyl
  • the contacting plate can be designed as a printed circuit board, which includes conductor tracks, through which the contact points of the contacting plate are connected to a plug-in connection of the contacting plate.
  • the contact point on the contacting plate can be designed, for example, as a contact surface, a contact pin, a contact spring and/or a contact pad.
  • the cell voltage tapping device comprises at least one ribbon cable.
  • the cell voltage tapping device comprises an electrically insulating housing, and for each bipolar plate to be contacted, one strand of a ribbon cable is accommodated in at least one strand receptacle of the housing.
  • each bipolar plate to be contacted is multi-layered and when the cell voltage tapping device is installed, one strand of a ribbon cable is arranged in a pocket formed between a first bipolar plate layer and a second bipolar plate layer of the bipolar plate.
  • a protuberance is provided on the first bipolar plate layer and/or on the second bipolar plate layer, which allows the stranded wire to be moved out of the pocket lengthwise the contacting direction is prevented.
  • Such a protuberance can be designed as a projection and/or as a bead on the relevant bipolar plate layer.
  • Such a protuberance can be produced on the respective bipolar plate layer by a forming process, for example by an embossing process or a deep-drawing process.
  • the cell voltage tapping device comprises at least one electrically conductive contact element and an elastomeric sealing element for each bipolar plate to be contacted, which generates an elastic prestress under which the contact element rests on the bipolar plate or on a bipolar plate layer of the bipolar plate.
  • the electrically conductive contact element can comprise, for example, a strand of a ribbon cable.
  • the elastomeric sealing element can press a bipolar plate layer of the bipolar plate against the electrically conductive contact element.
  • the elastomeric sealing element can be connected, for example, to a gas diffusion layer of the respective electrochemical unit.
  • connection can be an integral connection that is produced, for example, by injection molding the elastomeric sealing element onto the gas diffusion layer.
  • the cell voltage tapping device has an electrically insulating housing in which at least one electrically conductive contact element is arranged for each bipolar plate to be contacted, and a locking element which can be moved into the housing transversely to the contacting direction and in assembled state of the cell voltage tapping device, the housing is locked to the bipolar plates to be contacted.
  • the locking element can preferably be pushed into the housing.
  • the locking element is arranged in the housing relative to the contact elements in such a way that the locking element presses at least one of the contact elements against the respective associated bipolar plate of the stack of electrochemical units, so that the contacting force with which the contact element electrically conductively applied to the respective associated bipolar plate is increased.
  • Such a protuberance can be formed, for example, as a bead and/or as a projection.
  • the protuberance can be produced on at least one bipolar plate layer of the bipolar plate by a forming process, for example by an embossing process or a deep-drawing process.
  • the contact elements of the cell voltage tapping device can be designed as fork spring contacts, for example.
  • the cell voltage tapping device comprises an evaluation device, in particular evaluation electronics, for evaluating the electrical potentials tapped from the contacted bipolar plates.
  • the cell voltage tapping device is a flexible ribbon cable, a rigid-flex printed circuit board, a rigid-flex module and/or an SMD ("Surface-Mounted Device") -Includes assemblyable ribbon cable.
  • a rigid-flex printed circuit board of the cell voltage tapping device makes contact with the bipolar plates of the stack of electrochemical units that are to be contacted when the cell voltage tapping device is in the installed state.
  • An SMD mountable ribbon cable of the cell voltage tapping device can be electrically conductively connected, for example by soldering, to respectively assigned contacting points of a connector plug of the cell voltage tapping device and/or to respectively assigned contacting points of an evaluation device.
  • bipolar plates to be contacted in a stack composed of a plurality of electrochemical units which follow one another along a stacking direction and each comprise such a bipolar plate;
  • Fig. 2 shows a cross-section of a detail through a cell voltage tapping device, by means of which electrical potentials on a plurality of bipolar plates of the stack from Fig. 1 can be tapped during the operation of an electrochemical device, of which the stack of electrochemical units forms a part,
  • the cell voltage tapping device having an electrically insulating Housing with insertion bevels for the bipolar plates and for each bipolar plate to be contacted comprises at least one spring-elastic contact element, wherein the contact element rests with a bending area on the respective associated bipolar plate;
  • FIG. 3 shows a variant of the cell voltage tapping device shown in FIG. 2, in which the contact elements each rest with a free edge on the respectively associated bipolar plate;
  • Fig. 4 shows a section perpendicular to the stacking direction through a stack of several electrochemical units, which follow one another along the stacking direction and each comprise a bipolar plate, with at least one of the bipolar plates having at least one latching contour, and through a housing of a cell voltage tapping device, with the housing at least has a latching hook, which can be latched to the latching contour of the bipolar plate, in a state before the housing is latched to the bipolar plate;
  • 5 shows an illustration of the stack and the housing of the cell voltage tapping device corresponding to FIG. 4 in an assembled state of the cell voltage tapping device, in which the at least one latching hook of the housing of the cell voltage tapping device is latched with the latching contour of the bipolar plate;
  • Fig. 6 shows a partial cross section through a cell voltage tapping device, which has a contact element for each bipolar plate to be contacted, and through a bipolar plate to be contacted, which is designed in multiple layers and has a pocket for receiving the respectively assigned contact element, which is located between a first bipolar plate layer and a second bipolar plate layer is formed, wherein the associated contact element, which is formed for example as a flat contact, engages in the assembled state of the cell voltage tapping device in the pocket of the bipolar plate;
  • FIG. 7 shows a partial cross section through a cell voltage tapping device which has an electrically insulating housing and contact elements arranged therein, at least one contact element being designed as a fork spring contact which rests on two opposite sides of the bipolar plate to be contacted;
  • FIG. 8 shows a partial cross section through a cell voltage tapping device, which comprises an electrically insulating housing and contact elements arranged in the housing, wherein the bipolar plate to be contacted in each case comprises an elastic contact section which comprises an elastic bead formed in one of the bipolar plate layers of the bipolar plate;
  • FIG. 9 shows a cross-section of a detail through a cell voltage tapping device, which comprises an electrically conductive elastomer element for each bipolar plate to be contacted, the electrically conductive elastomer element being in electrically conductive contact with the associated bipolar plate when the cell voltage tapping device is in the installed state;
  • FIG. 10 shows a representation of a variant of a cell voltage tapping device corresponding to FIG. 9, which comprises electrically conductive elastomer elements, with a section of the bipolar plate associated with the electrically conductive elastomer element being located between the electrically conductive elastomer element and a section of the electrically insulating housing of the cell voltage tapping device in the assembled state of the cell voltage tapping device is pinched;
  • FIG. 11 shows a representation of a variant of a cell voltage tapping device corresponding to FIGS. 9 and 10, which comprises electrically conductive elastomer elements, with a section of the bipolar plate to be contacted being embedded in an electrically conductive elastomer element of the cell voltage tapping device in the assembled state of the cell voltage tapping device;
  • FIG. 12 shows a schematic section through a contact element of a cell voltage tapping device and in the assembled state of the cell voltage tapping device from the contact element Contacted bipolar plate, wherein the bipolar plate is provided on two opposite sides with an electrically conductive elastomer element on which the contact element of the cell voltage tapping device rests;
  • Fig. 13 is a perspective view of a section of a stack of electrochemical units, each comprising a bipolar plate, and a cell voltage tapping device, by means of which several bipolar plates of the stack can be contacted in an electrically conductive manner, the cell voltage tapping device comprising a contacting plate, which is one for each bipolar plate to be contacted Has passage opening, wherein in the assembled state of the cell voltage tapping device a section of the respectively associated bipolar plate extends through the passage opening and a section of the bipolar plate lying behind the passage opening is folded onto a contacting point of the contacting plate of the cell voltage tapping device;
  • FIG. 14 shows a plan view of a rear side of the cell voltage tapping device from FIG. 13, wherein a counterplate of the cell voltage tapping device, shown in FIG. 13 at a distance from the contacting plate of the cell voltage tapping device, is held at a predetermined distance from the contacting plate by means of spacers;
  • FIG. 15 is a plan view from above of the cell voltage pickup device of FIG. 14, looking in the direction of the arrow in FIG. 14; 16 shows a schematic cross section through the cell voltage tapping device from FIGS. 13 to 15, which shows sections of the bipolar plates to be contacted which are folded onto contacting points of the contacting plate and a spacer holding the counterplate at a predetermined distance from the contacting plate;
  • Fig. 17 shows a fragmentary longitudinal section through a cell voltage tapping device, which comprises a contacting plate, a counterplate and a spacer holding the counterplate at a predetermined distance from the contacting plate, the spacer being made of a plastic material, for example a PCB (polychlorinated biphenyl) material ;
  • a PCB polychlorinated biphenyl
  • FIG. 18 shows an illustration of a cell voltage tapping device corresponding to FIG. 17, which comprises a contacting plate, a counterplate and a spacer holding the counterplate at a predetermined distance from the contacting plate, the spacer comprising a screw, a threaded insert and a spacer sleeve;
  • FIGS. 17 and 18 shows a representation of a cell voltage tapping device corresponding to FIGS. 17 and 18, which comprises a contacting plate, a counterplate and a spacer holding the counterplate at a predetermined distance from the contacting plate, the spacer comprising a screw, a threaded nut and a spacer sleeve;
  • FIGS. 17 to 19 shows a representation of a cell voltage tapping device corresponding to FIGS. 17 to 19, which has a contacting plate, a counterplate and a counterplate in a predetermined spacer holding distance from the contacting plate, wherein the spacer comprises a screw and a spacer sleeve with an internal thread;
  • Fig. 21 shows a fragmentary perspective view of a stack of electrochemical units, each of which includes a bipolar plate, and a cell voltage tapping device, which includes a ribbon cable and an electrically insulating housing, with a stripped strand of the ribbon cable in a strand receptacle of the housing for each bipolar plate to be contacted is included;
  • FIG. 22 shows a schematic exploded view of the stack of electrochemical units, the electrically insulating housing of the cell voltage tapping device and the ribbon cable with stripped strands from FIG. 21, in a plan view from above;
  • FIG. 23 shows a partial cross-section through a stack of electrochemical units, each of which comprises a multi-layer bipolar plate, with a stripped strand of a ribbon cable being arranged in a pocket formed between a first bipolar plate layer and a second bipolar plate layer of a bipolar plate to be contacted;
  • Fig. 24 shows a perspective view of a detail of a stack of electrochemical units, each of which includes a multi-layer bipolar plate, and a ribbon cable of a cell voltage tapping device, stripped strands of the ribbon cable each being connected by a layer between a first bipolar plate layer and a second bipolar plate layer to contacting bipolar plate extending through formed pocket and each one extending out of the pocket end portion of each stranded wire is caulked to prevent the stranded wire from moving out of the pocket along its longitudinal direction;
  • FIG. 25 shows an enlarged view of a pocket formed between a first bipolar plate layer and a second bipolar plate layer of a bipolar plate for receiving a stranded wire, with a stranded wire of the ribbon cable of the cell voltage tap device extending through the pocket;
  • Fig. 26 shows a partial cross section through the stack of electrochemical units from Figs. 24 and 25, which comprises a plurality of electrochemical units, each comprising a multilayer bipolar plate, with a pocket between a first bipolar plate layer and a second bipolar plate layer of a bipolar plate to be contacted is designed to accommodate a stranded wire and a protuberance is provided on one of the bipolar plate layers, which protuberance prevents the stranded wire accommodated in the pocket from moving out along the contacting direction;
  • FIG. 27 shows a perspective view of a cell voltage tapping device, which has an electrically insulating housing in which at least one electrically conductive contact element is arranged for each bipolar plate to be contacted, and a locking element which can be pushed into the housing transversely to the contacting direction and, in the assembled state, Cell voltage tapping device that locks the housing to the bipolar plates to be contacted comprises;
  • FIG. 28 shows a plan view of the cell voltage tapping device from FIG. 27 from above;
  • FIG. 29 shows a side view of the locking element of the cell voltage tapping device from FIGS. 27 and 28, looking in the direction of arrow 29 in FIG. 28;
  • Figure 30 is a top plan view of the locking member of Figure 29 looking in the direction of arrow 30 in Figure 29;
  • FIG. 31 shows a plan view from above of a contact element of the cell voltage tapping device from FIGS. 27 to 30, looking in the direction of arrow 31 in FIG. 28;
  • FIG. 32 shows a plan view from above of the electrically insulating housing of the cell voltage tapping device from FIGS. 27 to 31;
  • FIG. 33 shows a schematic cross section through the cell voltage tapping device from FIGS. 27 to 32, the locking element having been pushed into the housing and prestressing resilient contact sections of contact elements against one another;
  • Fig. 34 shows a schematic representation of a cell voltage tapping device, which has a connector plug that contacts the bipolar plates to be contacted in the stack of electrochemical units, an evaluation device for evaluating the electrical potentials tapped off on the bipolar plates, a flexible ribbon connector that is connected to the evaluation device, and a flexible ribbon cable that connects the connector plug to the flexible ribbon connector includes; 35 shows a schematic representation of a cell voltage tapping device, which comprises a rigid-flex circuit board that contacts the bipolar plates of the stack of electrochemical units that are to be contacted, an evaluation device for evaluating the electrical potentials tapped on the bipolar plates, and a plug that connects the rigid-flex circuit board to the evaluation device ;
  • FIG. 36 shows a schematic representation of a cell voltage tapping device which comprises a rigid-flex module which contacts the bipolar plates of the stack of electrochemical units to be contacted and on which an evaluation device for evaluating the electrical potentials tapped off at the bipolar plates is arranged;
  • Fig. 37 shows a schematic representation of a cell voltage tapping device, which includes a connector plug for contacting the bipolar plates to be contacted in the stack of electrochemical units and a rigid flexible module, with an evaluation device on the rigid flexible module for evaluating the electrical data tapped off on the bipolar plates potentials is arranged; and
  • Fig. 38 shows a schematic representation of a cell voltage tapping device, which has a connection plug for contacting the bipolar plates of the stack of electrochemical units to be contacted, an evaluation device for evaluating the electrical potentials tapped on the bipolar plates and an SMD ("Surface Mounted Device") ribbon cable for connecting the Includes connector with the evaluation device, wherein the Strands of the SMD ribbon cable are each soldered to a connection point on the connector plug and with a connection point on the evaluation device.
  • SMD Surface Mounted Device
  • An electrochemical device shown in detail in FIGS. 1 and 2 and denoted as a whole by 100 comprises a stack 102 of electrochemical units 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 comprises a bipolar plate 108 and other components, which are only partially shown in the drawings.
  • These additional components can in particular include an electrochemically active unit, for example a membrane electrode arrangement, gas diffusion layers and seals, for example elastomer seals.
  • an electrochemically active unit for example a membrane electrode arrangement
  • gas diffusion layers and seals for example elastomer seals.
  • 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 cell voltage tapping device 111, a detail of which is shown in FIG.
  • the cell voltage tap device 111 includes a connector plug 112, which includes an electrically insulating housing 114 and a plurality of electrically conductive contact elements 116 arranged in the housing.
  • 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 several, 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 comprises two rows 122a and 122b of connection elements 118a and connection elements 118b, respectively.
  • each of n rows 122 of connection elements 118 is associated with every nth connection element 118 of the bipolar plates 108 that follow one another in the stacking direction 106, with n being equal to or greater than two.
  • 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 several, 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 (for example by welding) 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.
  • connection element part 131 and the second connection element part 135 are essentially flat.
  • Each of the contact elements 116 is designed as a contact pin 140 which is arranged in a respective contact element receptacle 142 of the electrically insulating housing 114 of the connector plug 112 .
  • the contact element receptacle 142 is on the stack 102 of electrochemical units when the cell voltage tapping device 111 is in the installed state facing end area provided with entry bevels 144, which are inclined relative to the stacking direction 106 at an angle a.
  • the angle a is preferably greater than 45°, in particular greater than 50°, particularly preferably greater than 60°.
  • angle a is preferably less than 80°, in particular less than 75°, particularly preferably less than 70°.
  • the contact elements 116 are preferably designed to be resilient.
  • the contact elements 116 are formed from a material having spring elasticity, for example from spring steel sheet.
  • the contact elements 116 can be formed from a starting material in the form of sheet metal by a stamping process and a subsequent forming process.
  • the contact elements 116 have good electrical conductivity.
  • the contact elements are preferably formed from a metallic material.
  • Each contact element 116 has an anchoring area 146 , a front end area 148 , a spring leg 150 , a contacting area 152 and a free end area 154 .
  • the contact element 116 can be fixed to the housing 112 of the cell voltage tap device 111 with the anchoring area 146 .
  • the contact element 116 can be latched to a passage opening (not shown) provided on the housing 114 .
  • Housing 114 is preferably made of an electrically insulating plastic material, such as a polyamide material.
  • the housing 114 can be produced, for example, by an injection molding process.
  • the contact elements 116 can be overmoulded with the injection molding material during the injection molding process in order to be fixed to the housing 114 in this way.
  • the front end area 148 of the contact element 116 is curved and connects the anchoring area 146 of the contact element 116 to the spring leg 150.
  • the spring leg 150 is inclined at an acute angle relative to the anchoring area 146 of the contact element 116, so that the contact element 116 tapers along the contacting direction 120 towards its front end area 148. This creates a further insertion bevel following the entry bevel 144 of the housing 114 for easier insertion of the connection element 118 into the contact element receptacle 142 when mounting the cell voltage tap device 111 on the stack 102 of electrochemical units.
  • connection element 118 in the contact element receptacle 142 of the housing 114 .
  • the contact element 116 In the relaxed state of rest, the contact element 116 is slightly higher at its highest point than the distance D between the connection element 118 and the boundary wall 156 of the contact element receptacle 142, which is opposite the same on the other side of the contact element 116.
  • the connection elements 118 are moved from in the stacking direction 106 in the stack 102 on top of each other following bipolar plates 108 spread apart, and an elastic restoring force is generated in the contact element 116, through which a secure electrical contact between the contact element 116 on the one hand and the connection element 118 of the bipolar plate 108 on the other hand is guaranteed.
  • This electrical contacting between the contact element 116 and the connection element 118 has in particular a high vibration resistance.
  • each connection element 118 of a bipolar plate 108 to be contacted is electrically conductively contacted by a contact element 116 assigned to the connection element 118 .
  • connection element 118 of the bipolar plate 108 is only contacted from one side by a contact element 116 .
  • connection element 118 is electrically conductively contacted by the contact element 116 can be a cathode side or an anode side of the connection element 118 .
  • the housing walls of the housing 114 which separate the various contact element receptacles 142 of the electrically insulating housing 114 from one another, ensure reliable electrical insulation between the connection elements 118 of bipolar plates 108 that follow one another along the stacking direction 106 of the stack 102 of electrochemical units.
  • the contact elements 116 are arranged in a plurality, for example two, rows of contact elements 116 which, when the cell voltage tapping device 111 is in the installed state, each extend along the stacking direction 106 or Z-direction and in the direction perpendicular to the stacking direction 106 running offset direction 124 or X-direction are offset from each other.
  • each row of contact elements 116 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.
  • each of n rows 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 or greater than two.
  • the housing 114 of the connector plug 112 also includes electrical connection lines (not shown), which connect the contact elements 116 to a respective contact pin of a plug connector, which can be formed on a rear side of the housing 114, for example.
  • a complementary plug-in connection of a connection cable (not shown) can be connected to the plug-in connection of the connection plug 112, by means of which an electrically conductive connection is established between the contact elements 116 of the connection plug 112 and the inputs of an evaluation device or monitoring device (not shown) of the electrochemical device 100 is producible.
  • This evaluation device or 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 voltages of the bipolar plates 108 in the stack 102 of electrochemical units.
  • the extent of the contact element receptacles 142 in the longitudinal direction 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 preferably greater than the extent of the connector elements 118 of the bipolar plates 108 of the electrochemical Device 100 along the offset direction 124, in order to be able to compensate for manufacturing tolerances and positioning tolerances of the connection elements 118 of the bipolar plates 108 in the stack 102 of electrochemical units 104 and also in the presence of such manufacturing and positioning tolerances, the connection plug 112 in a simple manner onto the connection elements 118 of the bipolar plates 108 to be able to attach.
  • a second embodiment of an electrochemical device 100 shown in detail in FIG. 3 differs from the first embodiment shown in FIGS of the respective bipolar plate 108 to be contacted; Rather, in this embodiment the contact elements 116 are in electrically conductive contact with one edge 158 of a free end 160 of the spring leg 150 of the contact element 116 on one of the bipolar plate layers of the bipolar plate 108 , for example on the second bipolar plate layer 129 .
  • the second embodiment of an electrochemical device 100 shown in FIG. 3 corresponds to the first embodiment shown in FIGS. 1 and 2 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 FIGS. 4 and 5 comprises a cell voltage tapping device 111, the connector plug 112 of which comprises a latching device 162, by means of which the housing 114 of the connector plug 112 is fastened to latching contours 162 of at least one bipolar plate 108 of the stack 102 of electrochemical units - can be locked.
  • the latching device 162 can comprise, for example, one or more latching hooks 166 arranged on the housing 114 .
  • the latching hooks 166 can be formed in one piece with a base body 168 of the housing 114 of the connector plug 112 .
  • the contact element receptacles 142 are arranged in the base body 168 of the housing 114, in which the contact elements 116 (not shown in FIGS. 4 and 5) of the connector plug 112 are arranged.
  • the latching hooks 166 of the latching device 162 are arranged in a resilient manner on the housing 114 of the connector plug 112 .
  • the latching lugs 170 of the latching hooks 166 move in each case a latching projection 172 of the latching contours 164 of at least one of the bipolar plates 108 of the stack 102 over until the latching hooks 166 in the assembled state of the cell voltage tapping device 111, which is shown in FIG. 5, the locking projections 172 engage behind, so that the locking device 162 of the connector plug 112 is locked with the locking contours 164 of at least one of the bipolar plates 108 of the stack 102 of electrochemical units.
  • the contact elements 116 in the housing 114 of the connection plug 112 of the cell voltage tapping device 111 can be designed, for example, as in the first embodiment shown in FIGS. 1 and 2 or as in the second embodiment shown in FIG.
  • the third embodiment of an electrochemical device 100 shown in FIGS. 4 and 5 corresponds to the first embodiment shown in FIGS. 1 and 2 in terms of structure, function and manufacturing method, to the above description of which reference is made in this respect.
  • a fourth embodiment of an electrochemical device 100 shown in detail in Fig. 6 differs from the first embodiment shown in Figs. 1 and 2 in that each of the contact elements 116 in the housing 114 of the connector plug 112 of the cell voltage tapping device 111 is designed as a flat contact 174.
  • the flat contact 174 preferably protrudes beyond the contact element receptacle 142 of the housing 114, in which the flat contact 174 is accommodated, in the direction of the stack 102 of electrochemical units along the contacting direction 120 when the cell voltage tapping device 111 is mounted on the stack 102.
  • each flat contact 174 is inserted into a respectively assigned pocket 176, which is formed on the respectively assigned connection element 118 of a bipolar plate 108.
  • the pocket 176 is formed on the connecting element 118 in that the first bipolar plate layer 127 and the second bipolar plate layer 129 are spaced apart from one another in this region along the stacking direction 106 (Z-direction).
  • the distance between the first bipolar plate layer 127 and the second bipolar plate layer 129 preferably essentially corresponds to the material thickness d of the flat contact 174 in the area which engages in the pocket 176 when the cell voltage tapping device 111 is in the installed state.
  • the distance between the first bipolar plate layer 127 and the second bipolar plate layer 129 can be produced, for example, in that a half bead 178 is formed in at least one of the bipolar plate layers 127, 129.
  • the half bead 178 can be formed on the respective bipolar plate layer 127, 129, for example, by a forming process, in particular by an embossing process or a deep-drawing process.
  • the pocket 176 ends at an insertion funnel 179 of the connection element 118, which is delimited by an insertion bevel section 180a of the first bipolar plate layer 127 and an insertion bevel section 180b of the second bipolar plate layer 129.
  • the bevelled-in sections 180a, 180b are inclined relative to the stacking direction 106 at an angle ⁇ which is less than 90°.
  • the angle ⁇ can be essentially the same size for both chamfered insertion sections 180a, 180b or can deviate from that of the chamfered introduction section 180a for the chamfered introduction section 180b.
  • the angle ⁇ is preferably greater than 30°, in particular greater than 45°, particularly preferably greater than 60°.
  • angle ⁇ is preferably less than 85°, in particular less than 80°, particularly preferably less than 75°.
  • the insertion funnel 179 facilitates the insertion of the flat contact 174 of the connector plug 112 into the pocket 176 of the bipolar plate 108 when assembling the cell voltage tap device 111 on the stack 102 of electrochemical units.
  • the fourth embodiment of an electrochemical device 100 shown in FIG. 6 corresponds to the first embodiment shown in FIGS. 1 and 2 in terms of structure, function and manufacturing method, to the above description of which reference is made in this respect.
  • a fifth embodiment of an electrochemical device 100 shown in detail in Fig. 7 differs from the first embodiment shown in Figs. 1 and 2 in that each of the contact elements 116, which are arranged in the housing 114 of the connector plug 112 of the cell voltage tapping device 111, each as a cross fork spring contact 182 is formed.
  • Each fork spring contact 182 has a contacting section 184a, which in the assembled state of the cell voltage tapping device 111 rests against a first side of the connection element 118 of the respectively associated bipolar plate 108, and a second contacting section 184b. which in the installed state of the cell voltage tapping device 111 rests against a second side of the connection element 118 facing away from the first side of the connection element 118 .
  • the two contacting sections 184a, 184b are elastically prestressed against one another and against the connection element 118 of the bipolar plate 108 to be contacted in each case, so that the connection element 118 assigned to the contact element 116 is clamped between the two contacting sections 184 and held by friction.
  • each contacting section 184a, 184b with which the respective contacting section 184a, 184b bears against the connection element 118 of the bipolar plate 108 to be contacted in each case can be designed as a curved contacting area 186.
  • Such a curved contacting region 186 is preferably of convexly curved design—seen from the contacted connection element 118 in each case.
  • the connecting element 118 can be formed from only one bipolar plate layer of the bipolar plate 108 to be contacted, for example from the first bipolar plate layer 127 or from the second bipolar plate layer 129.
  • the contact element receptacle 142 in which the cable spring contact 182 is arranged in each case, can be provided with entry bevels 144 to prevent the entry of the connection element 118 of the bipolar plate 108 to be contacted in the respective contact element receptacle 142 of the housing 114 when the cell voltage tapping device 111 is mounted on the stack 102 from electrochemical units to facilitate.
  • the connection element 118 can be formed in two layers and can thus be partially formed from the first bipolar plate layer 127 and the second bipolar plate layer 129 .
  • connection element 118 In order to increase the thickness of the connection element 118 and to avoid a sharp edge at the free end of the connection element 118, which could damage the contacting areas 186 of the contact element 116, it can be provided that one of the bipolar plate layers is folded around the respective other bipolar plate layer.
  • first bipolar plate layer 127 could be folded around the second bipolar plate layer 129 .
  • the second bipolar plate layer 129 can also be made for the second bipolar plate layer 129 to be folded around the first bipolar plate layer 127 .
  • the fifth embodiment of an electrochemical device 100 shown in FIG. 7 corresponds to the first embodiment shown in FIGS. 1 and 2 in terms of structure, function and manufacturing method, to the above description of which reference is made in this respect.
  • a sixth embodiment of an electrochemical device 100 shown in detail in FIG. 8 differs from the first embodiment shown in FIGS
  • Connection elements 118 of the bipolar plates 108 to be contacted of the stack 102 of electrochemical units each comprise a spring element 188 .
  • the elastic spring element 188 of the connection element 118 can, for example, comprise at least one elastic bead 190, which is formed in the first bipolar plate layer 127 and/or in the second bipolar plate layer 128.
  • the elastic bead 190 can be formed on the connection element 118 of the bipolar plate 108 by a forming process, for example an embossing process or a deep-drawing process.
  • one of the bipolar plate layers of the bipolar plate 108 for example the second bipolar plate layer 129, in the region of the connection element 118 can have an insertion bevel section 180b, which is inclined at an angle ⁇ relative to the contacting direction 120.
  • the angle y is preferably greater than 5°, in particular greater than 10°, particularly preferably greater than 15°.
  • angle y is preferably less than 60°, in particular less than 45°, particularly preferably less than 35°.
  • the chamfered insertion section 180b can preferably interact with an entry chamfer 144 on the contact element receptacle 142 of the housing 114, in which the associated contact element 116 is arranged, in order to prevent the connection element 118, which comprises the elastic spring element 188, from entering the contact element receptacle 142 of the housing 114 in assembling the cell voltage pickup device 111 to the stack 102 of electrochemical devices.
  • the contact element 116 assigned to the connection element 118 is designed, for example, as a substantially rigid contact pin 192 .
  • the contact pin 192 can be designed in multiple parts, in particular in two parts.
  • the contact pin 192 includes a first layer 194 and a second layer 196, wherein the first layer 194 and the second layer 196 can abut one another along a contact plane 198 aligned perpendicular to the stacking direction 106 of the stack 102 of electrochemical units.
  • the contact pin 192 can be provided with a tapering region 200 which tapers towards the free end of the contact pin 192, preferably conically.
  • the spring element 188 of the connection element 118 bears against the contact pin 192 of the connection plug 112 under elastic pretension.
  • the elastic prestressing force of the spring element 188 is generated by an elastic deformation of the spring element 188, for example the elastic bead 190 of the spring element 188.
  • a free end area of the bipolar plate layer 127, in which the elastic bead 190 is formed, is preferably fixed, for example by welding, to the respective other bipolar plate layer 129 in order to ensure an elastic minimum restoring force of the spring element 188.
  • the sixth embodiment of an electrochemical device shown in FIG. 8 corresponds to the first embodiment shown in FIGS. 1 and 2 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 differs from the embodiments described above in that the contact elements 116 of the cell voltage tapping device 111 are not designed as elastic metallic contact elements, but as volume-elastic, electrically conductive elastomer elements 202.
  • Such electrically conductive elastomer elements 202 can be designed in particular as a conductive rubber.
  • Such an electrically conductive elastomeric material can contain silicone or rubber, for example, as the base material.
  • the electrically conductive elastomer element 202 can also comprise electrically conductive particles, for example particles made of a metallic material, particles made of a noble metal, particles made of carbon, particles made of graphite and/or particles made of graphene.
  • such an electrically conductive elastomer element 202 can be arranged in each contact element receptacle 142 of the housing 114 of the connector plug 112 of the cell voltage tapping device 111 .
  • An electrically conductive connection element 204 be arranged, which is connected via a connection line 206 to a respective connection pin of the plug connection of the housing 114 of the cell voltage tapping device 111 in order to transmit the electrical potential tapped off from the bipolar plate 108 to be contacted to the plug connection.
  • the end face of the electrically conductive elastomer element 202 that faces the stack 102 of electrochemical units when the cell voltage tapping device 111 is in the installed state forms a front-side contact surface 208, on which the connection element 118 of the respectively assigned bipolar plate 108 rests when the cell voltage tapping device 111 is in the installed state.
  • connection element 118 can be provided, for example, with a curved contacting region 210 via which the connection element 118 bears against the contact surface 208 of the electrically conductive elastomer element 202 .
  • connection element 118 of the bipolar plate 108 can be formed from only one of the bipolar plate layers 127 or 129 .
  • the connecting element 118 is also possible for the connecting element 118 to be formed from the first bipolar plate layer 127 and the second bipolar plate layer 129 .
  • connection element 118 of the bipolar plate 108 is not rubbed off, and permanent, safe and good electrical contact with a low contact resistance between the connection element 118 of the bipolar plate 108 and the elastomer element 202 is ensured.
  • the connecting element 204 can be embodied as a flat metallic contact.
  • connection between the connection line 206 and the connection element 204 can be produced by a suitable joining method, for example by soldering or welding.
  • the material of the elastomer element 202 can either remain permanently uncrosslinked and thus viscous or by supplying energy (e.g. by UV irradiation or by supplying heat) or by supplying moisture after the assembly of the cell voltage tapping device 111 on the stack 102 of electrochemical units or on the first Commissioning of the electrochemical device 100 are networked and so assume a rubber-elastic consistency.
  • the contact element receptacle 142 can be provided with entry bevels 144 in its entry area.
  • an electrically conductive dispensing material made of silicone elastomer can be used as the material for the elastomer elements 202 .
  • Electrically conductive silicone elastomer dispensing materials allow conductive sealants to be applied to a wide range of different materials while providing a good bond to the substrate.
  • the elastomer elements produced in this way also represent reliable EMC seals and good environmental seals.
  • the starting material is applied in liquid form to the surface on which the elastomeric element 202 is to be formed, adheres to the substrate and, after curing, represents the finished elastomeric element 202.
  • Particularly suitable electrically conductive dispensing materials made of silicone elastomer are available from germania elektronik Deutschen für Anlagentechnik und Elektronik mbH under the material designations G-FIP S03 (fillers: nickel and graphite), G-FIP S06 (fillers: silver and aluminum), G-FIP S16 (fillers: silver and aluminium), G-FIP S07 (fillers: silver and copper), G-FIP S17 (fillers: silver and copper), G-FIP S05 (fillers: silver and nickel) and G-FIP S15 ( Fillers: silver and nickel).
  • the elastomeric base material of these electrically conductive dispensing materials is silicone.
  • the volume resistance of the elastomer elements 202 is preferably less than 0.1 ⁇ cm -1 , particularly preferably less than 0.01 ⁇ cm -1 .
  • the surface resistance of the elastomer elements 202 is preferably less than 0.5 ⁇ cm -1 , particularly preferably less than 0.2 ⁇ cm -1 .
  • the seventh embodiment of an electrochemical device 100 shown in FIG. 9 corresponds to the first embodiment shown in FIGS. 1 and 2 in terms of structure, function and manufacturing method, to the above description of which reference is made in this respect.
  • An eighth embodiment of an electrochemical device 100 differs from the seventh embodiment shown in FIG. 10 a front contact surface 208 aligned transversely, preferably perpendicularly, to contacting direction 120, but on a lateral contact surface 212 aligned essentially parallel to contacting direction 120.
  • connection element 118 of the bipolar plate 108 and the elastomer element 202 is thereby increased compared to the embodiment shown in FIG. 9 .
  • the eighth embodiment of an electrochemical device 100 shown in FIG. 10 corresponds to the seventh embodiment shown in FIG.
  • a ninth embodiment of an electrochemical device 100 shown in detail in FIG. 11 differs from the eighth embodiment shown in FIG. 10 in that the connection element 118 of the bipolar plate 108 to be contacted is not lateral when the cell voltage tapping device 111 is mounted on the stack 102 of electrochemical units is applied to a contact surface 212 of the respectively associated elastomer element 202, but rather the connecting element 118 penetrates into the still uncrosslinked elastomer element 202 during the assembly of the cell voltage tapping device 111 on the stack 102 of electrochemical units, while the material of the elastomer element 202 is still soft-viscous and light is displaceable.
  • the material of elastomer element 202 encloses the surface of connecting element 118 permanently and without relative movement during operation of electrochemical device 100.
  • connection element 118 of the bipolar plate 108 brings about a particularly reliable electrical contacting of the connection element 118 of the bipolar plate 108 by the elastomer element 202 .
  • the base material of the elastomer element 202 can either remain permanently non-crosslinked and thus viscous or by supplying energy (e.g. in the form of UV radiation or in the form of heat supply) or by supplying moisture after the assembly of the cell voltage tapping device 111 on the stack 102 are crosslinked from electrochemical units or when the electrochemical device 100 is put into operation for the first time and then assume a rubber-elastic consistency.
  • energy e.g. in the form of UV radiation or in the form of heat supply
  • the connection element 118 of the bipolar plate 108 By embedding the connection element 118 of the bipolar plate 108 in the material of the elastomer element 202, the penetration of moisture into the contact area between the bipolar plate 108 and the elastomer element 202 is additionally avoided in this embodiment, which prevents contact corrosion.
  • the initially viscous-elastic material of the elastomer element 202 is additionally crosslinked in this embodiment after the cell voltage tapping device 111 has been mounted on the stack 102 of electrochemical units, this crosslinking results in a material connection between the connection element 118 of the bipolar plate 108 on the one hand and the elastomer element 202 on the other produced, whereby the elastomer element 202 is prevented from slipping off the connecting element 118 of the bipolar plate 108 during operation of the electrochemical device 100 .
  • connection element 204 via which the elastomer element 202 is electrically conductively connected to the associated connection line 206, can have a substantially C-shaped cross section in this embodiment.
  • the ninth embodiment of an electrochemical device 100 shown in FIG. 11 matches the seventh embodiment shown in FIG. 9 and the eighth embodiment shown in FIG .
  • a tenth embodiment of an electrochemical device 100 shown in detail in FIG. 12 differs from the fifth embodiment shown in FIG in each case an electrically conductive elastomer element 214 which is arranged on a first side of the bipolar plate 108 or on a second side of the bipolar plate 108 opposite the first side of the bipolar plate 108 .
  • connection element 118 of the bipolar plate 108 is formed in two layers, it can be provided in particular that a first electrically conductive elastomer element 214a is arranged on the first bipolar plate layer 127 and a second electrically conductive elastomer element 214b on the second bipolar plate layer 129.
  • Each of the electrically conductive elastomer elements 214 can be formed, for example, as a coating made of an electrically conductive elastomer material on the bipolar plate 108 or on the respective associated bipolar plate layer 127 or 129 .
  • the same materials can be used as the material for the electrically conductive elastomer elements 214 which have been mentioned above in connection with the production of the electrically conductive elastomer elements 202 in the seventh embodiment illustrated in FIG. 9 .
  • An eleventh embodiment of an electrochemical device 100 shown in detail in Figs. 13 to 17 comprises, instead of a connector plug 112, a contacting plate 216, which comprises a passage opening 218 for each bipolar plate 108 to be contacted, wherein in the assembled state the cell voltage tapping device 111 a section 220 of the respectively assigned bipolar plate 108 extends through the passage opening 218 and a section 222 of the bipolar plate 108 lying behind the passage opening 218, i.e. on the side of the contacting plate 216 facing away from the stack 102 of electrochemical units, onto a contacting point 224 of the contacting plate 216 (See the schematic sectional view in Fig. 16) is folded.
  • Each contacting point 224 of the contacting plate 216 is connected in an electrically conductive manner to a respective assigned connection pin of a plug connection 226 (see FIGS. 13 and 14) of the cell voltage tapping device 111 via a connecting line (not shown).
  • a multi-wire connection cable (not shown) can be connected to the plug-in connection 226, which connects the plug-in connection 226 to an evaluation device (not shown), in which the electrical potentials of the contacted bipolar plates 108 detected by means of the cell voltage pickup device 111 are evaluated and used to control the electrochemical device 100 be used.
  • contacting plate 216 is embodied as a printed circuit board 228, which includes a conductor track (not shown) for each contact point 224, through which the relevant contact point 224 of contacting plate 216 is electrically conductively connected to a respective terminal pin of plug-in connection 226 .
  • the plug connection 226 can be arranged as an on-board plug connector on the printed circuit board 228 .
  • the cell voltage tapping device 111 also includes a counterplate 230 which is held at a predetermined distance from the contacting plate 216 by a plurality of, for example four, spacers 232 .
  • the cell voltage tapping device 111 also includes a pressure transmission element 234, by means of which a contact pressure can be transmitted from the counterplate 230 to the folded sections 222 of the connection elements 118 of the bipolar plates 108 to be contacted.
  • the pressure transmission element 234 can be embodied as a foam element 236, for example.
  • the pressure transmission element 234 preferably has a shape elasticity.
  • the spacers 232 which hold the counter-plate 230 in the desired position relative to the contacting plate 216 and at the desired distance from the contacting plate 216, can be designed as self-locking circuit board spacers 238, for example.
  • Each spacer 232 can include a latching hook 240 on the contacting plate side, which extends through a passage opening 242 in the contacting plate 216 and includes a latching lug 244, which engages behind the contacting plate 216 and on a stack-side facing the stack 102 of electrochemical units when the cell voltage tapping device 111 is in the installed state Main surface 246 of the contacting plate 216 is present.
  • the spacer 232 preferably comprises a latching hook 248 on the counterplate side, which extends through a passage opening 250 in the counterplate 230 and comprises a latching lug 252 which engages behind the counterplate 230 and on a main surface 254 facing away from the stack 102 when the cell voltage tapping device 111 is in the installed state the counter plate 230 rests.
  • a base body 254 of spacer 232 which is arranged between latching hook 240 on the contacting plate and latching hook 248 on the counterplate, has a diameter that is larger than the diameter of through-openings 242 and 250, so that base body 256 keeps contacting plate 216 and counterplate 230 at the desired distance keeps from each other.
  • the bipolar plates 208 in the stack 102 of electrochemical units are separated by additional components 258 which are each arranged between two consecutive bipolar plates 108 in the stacking direction 106 and electrically insulate these consecutive bipolar plates 108 from one another separated.
  • These components 258 can include, for example, a membrane electrode arrangement, gas diffusion layers and/or sealing elements, in particular elastomer sealing elements.
  • the contacting plate 216 When assembling the cell voltage tapping device 111 on the stack 102 of electrochemical units, the contacting plate 216 is plugged onto the connecting elements 118 of the bipolar plates 108 to be contacted in such a way that a section 220 of the respective connecting element 118 of the bipolar plate 108 protrudes through the respectively assigned passage opening 218, which, for example, can be formed as a slot or as a bore in the contacting plate 216, so that the connecting element 118 initially protrudes beyond the contacting plate 216 on the side of the contacting plate 216 facing away from the stack 102.
  • the section 222 of the connecting element 118 that protrudes beyond the contacting plate 216 is rolled over onto the associated contacting point 224 of the contacting plate 216 in a subsequent work step.
  • an electrically conductive connection is established from the respectively contacted bipolar plate 108 to the plug connection 226 of the cell voltage tap device 111 .
  • the pressure transmission element 234 is then placed on the sections 222 of the connection elements 118 and fixed in this position by means of the counter plate 230 .
  • the counterplate 230 is positioned and held at the desired distance from the contacting plate 216 by means of the spacers 232 .
  • each spacer 232 The latching lugs 244 and 252 of each spacer 232 are elastically deformable, so that the latching lugs 244 and 252 can be moved through the associated through-opening 242 in the contacting plate 216 or 250 in the counter-plate 230 and then expand again in such a way that they are at least in in a direction radial to the longitudinal axis of through-openings 242, 250, have a greater extent than the respectively adjacent through-opening 242 or 250.
  • a form-fitting connection is thus produced between each of the spacers 232 on the one hand and the contacting plate 216 and the counter-plate 230 on the other.
  • connection elements 118 of the bipolar plates 108 of the stack 102 also in this eleventh embodiment form a plurality, for example two, rows 122 of connection elements 118, which extend along the stacking direction 106 or Z-direction and are offset relative to one another in an offset direction 124 (X-direction) aligned perpendicularly to the stacking direction 106 and perpendicularly to the contacting direction 120 (Y-direction).
  • the stack 102 of electrochemical units comprises two rows 122a and 122b of connection elements 118a and connection elements 118b, respectively.
  • Each of the two rows 122a, 122b of connection elements 118a or 118b is assigned every second connection element 118a or 118b of the bipolar plates 108 that follow one another in the stacking direction 106 .
  • the eleventh embodiment of an electrochemical device 100 shown in FIGS. 13 to 16 corresponds to the first embodiment shown in FIGS. 1 and 2 in terms of structure, function and manufacturing method, to the above description of which reference is made in this respect.
  • a twelfth embodiment of an electrochemical device 100 shown in detail in Fig. 17 differs from the eleventh embodiment shown in Figs. 13 to 16 in that the spacers 232 are each formed as a one-piece body from a PCB (polychlorinated biphenylj material.
  • Each of the spacers 232 is positively connected to the contacting plate 216 via a first latch and to the counter-plate 230 via a second latch.
  • the twelfth embodiment shown in FIG. 17 corresponds to the eleventh embodiment shown in FIGS. 13 to 16 in terms of structure, function and production method, to the above description of which reference is made in this respect.
  • a thirteenth embodiment of an electrochemical device 100 shown in detail in FIG. 18 differs from the eleventh embodiment shown in FIGS. 13 to 16 in that the spacers 232 are constructed in several parts and, for example, a screw 260, one at the passage opening 242 in the contacting plate 216 arranged nut 262 and a hollow cylindrical spacer sleeve 264 include.
  • the nut 262 can, for example, be in the form of a press-in nut 266 which is held in the passage opening 242 of the contacting plate 216 by a press fit.
  • Each spacer 232 includes a spacer sleeve 264, which produces the desired distance between the contacting plate 216 and the counter-plate 230.
  • the screw 260 is generated, the shaft of which extends through the passage opening 250 in the counter-plate 230 and which penetrates into the internal thread of the nut 262 intervenes.
  • the arrangement of screw 260 and nut 262 could also be reversed in this embodiment, so that the nut 262 is designed as a press-in nut 266, which is arranged with a press fit in the passage opening 250 of the counter-plate 230, while the screw 260 with its shank extends through the passage opening 242 in the contacting plate 216 and engages in the internal thread of the nut 262, which is arranged on the counter-plate 230.
  • the thirteenth embodiment shown in FIG. 18 corresponds to the eleventh embodiment shown in FIGS. 13 to 16 with regard to structure, function and production method, to the above description of which reference is made in this respect.
  • a fourteenth embodiment of an electrochemical device 100 shown in detail in Fig. 19 differs from the thirteenth embodiment shown in Fig. 18 in that the spacers 232 each have a conventional threaded nut 268 instead of the press-in nut 266 which is not pressed into the passage opening 242 of the contacting plate 216, but rather rests against the stack-side main surface 246 of the contacting plate 216 in the assembled state of the cell voltage tapping device 111 and is pulled against the contacting plate 216 by the screw 260 engaging in the internal thread of the threaded nut 268.
  • the arrangement of the screw 260 and the nut 262 with respect to the contacting plate 216 and the counter-plate 230 can be interchanged.
  • the threaded nut 268 rests against the main surface 254 of the counter-plate 230 facing away from the stack and is pulled against the counter-plate 230 by the screw 260, which engages in the internal thread of the threaded nut 268.
  • the fourteenth embodiment of an electrochemical device 100 shown in FIG. 19 corresponds to the eleventh embodiment shown in FIGS. 13 to 16 in terms of structure, function and production method, to the above description of which reference is made in this respect.
  • a fifteenth embodiment of an electrochemical device 100 shown in detail in FIG. 20 differs from the thirteenth embodiment shown in FIG.
  • the axial direction of the press-in nut 266 corresponds to the distance at which the contacting plates 216 and the counter-plate 230 are to be held relative to one another. In this way, the press-in nut 266 simultaneously fulfills the function of the spacer sleeve 264 in the spacer 232 of the thirteenth embodiment illustrated in FIG.
  • Such a spacer sleeve 264 can therefore be omitted in the fifteenth embodiment shown in FIG.
  • the orientation of the screw 260 and the press-in nut 266 in relation to the contacting plate 216 and the counter-plate 230 can also be reversed in the fifteenth embodiment shown in FIG. 20 .
  • the press-fit nut 266 is then seated with a press fit in the passage opening 250 of the counter-plate 230, while the head of the screw 260 bears against the main surface 246 of the contacting plate 216 on the stack side.
  • the fifteenth embodiment of an electrochemical device 100 shown in FIG. 20 corresponds to the thirteenth embodiment shown in FIG.
  • a sixteenth embodiment of an electrochemical device 100 shown in detail in FIGS. 21 to 23 differs from the first embodiment shown in FIGS. 1 and 2 in that the contact elements 116 in the housing 114 of the connector plug 112 are not designed as elastically resilient elements. but as stripped strands 272 of a ribbon cable 274.
  • Each strand 272 extends in a longitudinal direction 276, which is preferably aligned parallel to the X-direction of the electrochemical device 100.
  • the longitudinal direction 276 is also preferably oriented perpendicular to the stacking direction 106 (Z-direction) of the stack 102 of electrochemical devices and preferably perpendicular to the contacting direction 120 (Y-direction).
  • Each stranded wire 272 is arranged in a contact element receptacle 142 of the housing 114 of the connector plug 112 of the cell voltage tapping device 111 and held on at least one boundary wall of the contact element receptacle 142, preferably on two opposite boundary walls of the contact element receptacle 142, by friction, form fit and/or material bonding.
  • An opening gap 280 of each strand receptacle 278 is narrower than the diameter of the strand 272 received in each case, so that the strand is secured against moving out of the strand receptacles 278 along the contacting direction 120 (Y-direction).
  • the flex 272 may be assembled to the housing 114 by sliding it into the flex receptacles 278 along the X-direction.
  • An end region 282 of the stranded wire 272 that protrudes beyond the housing 114 can be angled and/or, as shown in Figs. 21 and 22, caulked in order to prevent the stranded wire 272 from coming out of the associated contact element receptacle 142 in the X direction slips out.
  • An end of the ribbon cable 274 facing away from the stripped strands 272 can be connected to a plug connection (not shown) of an evaluation device, in which the electrical potentials tapped off in each case contacted bipolar plates 108 are evaluated and used to control the electrochemical device 100 .
  • the connecting element 118 of the bipolar plate 108 assigned to a strand 272 comprises a pocket 284 for receiving the respective strand 272, the pocket 284 being defined in particular by an insertion bevel section 286a of the first bipolar plate layer 127 and an insertion bevel section 286b of the second bipolar plate layer 129 is limited.
  • the pocket 284 thus includes an insertion funnel, which facilitates the movement of the stranded wires 272 of the cell voltage tapping device 111 into the respective associated pockets 284 of the connection elements 118 of the bipolar plates 108 to be contacted. Furthermore, the insertion bevel sections 286a, 286b can compensate for manufacturing tolerances of the stack 102 of electrochemical units and/or of the housing 114 of the connector plug 112.
  • each connection element 118 has a protuberance 288 which is molded into one of the bipolar plate layers 127, 129 and bulges towards the respective other bipolar plate layer 129 or 127.
  • Such a protuberance 288 can have the shape of a dome, for example.
  • each strand 272 pushes the protuberance 288 of the respective associated connection element 118 away from the opposite bipolar plate layer 129 in order to get into the part of the pocket 284 of the connection element 118 which is on the housing 114 lies on the side of the protuberance 288 facing away from the cell voltage tap device 111 .
  • the protuberance 288 moves back into its starting position, in which it bears against the respective other bipolar plate layer 129. In this way, the stranded wire 272 is locked to its associated terminal 118 so that it cannot inadvertently slip out of the pocket 284 (in the direction away from the stack 102 of electrochemical devices).
  • FIGS. 21 and 22 corresponds to the first embodiment shown in FIGS. 1 and 2 in terms of structure, function and manufacturing method, to the above description of which reference is made in this respect.
  • a seventeenth embodiment of an electrochemical device 100 shown in detail in Fig. 23 differs from the sixteenth embodiment shown in Figs. 21 and 22 in that the stripped strands 272 of the ribbon cable 274 serving as contact elements 116 of the cell voltage tapping device 111 are not in strand receptacles 278 of a housing 114 are included, but directly in between the first bipolar plate layer 127 and the second bipolar plate layer 129 in the pocket 284 of the bipolar plate 108 to be contacted, which is formed in the connection element 118 assigned to the stranded wire 272 in each case, are inserted.
  • one of the bipolar plate layers for example the first bipolar plate layer 127, has a protuberance 288 which allows the stranded wire 272 to be moved out of that part of the pocket 284 which is arranged on the side of the protuberance 288 facing away from the outside of the stack 102 of electrochemical units is prevented.
  • each of the electrochemical units of the stack 102 comprises, in addition to the bipolar plate 108, an elastomeric sealing element 290 which electrically insulates two successive bipolar plates 108 of the stack 102 along the stacking direction 106 (Z-direction) from one another.
  • the elastomeric sealing element 290 can, for example, be connected to a gas diffusion layer (not shown) of the respective electrochemical unit.
  • This connection can be an integral connection that is produced, for example, by injection molding the elastomeric sealing element 290 onto the gas diffusion layer.
  • the elastomeric sealing elements 290 in the completely assembled stack 102 are under elastic pretension, which is generated by means of a mechanical clamping device (not shown) of the electrochemical device 100, so that the elastomeric sealing elements 290 of the electrochemical units of the stack 102 hold the two bipolar plate layers 127 and 127 129 against the stranded wire 272 to be contacted, thereby ensuring a non-positive connection between the bipolar plate 108 and the associated stranded wire 272 and thus a reliable electrically conductive connection between the bipolar plate 108 to be contacted and the stranded wire 272 associated with the same.
  • the elastomeric sealing elements 290 adjacent to a bipolar plate 108 also press the protuberance 288 of one bipolar plate layer 127 against the other bipolar plate layer 129, so that stranded wire 272 can be moved out of the part of pocket 284 that is on the outside of stack 102 of electrochemical Units opposite side of the protuberance 288 is arranged, is reliably prevented.
  • the seventeenth embodiment of an electrochemical device 100 shown in FIG. 23 corresponds to the sixteenth embodiment shown in FIGS. 21 and 22 in terms of structure, function and manufacturing method, to the above description of which reference is made in this regard.
  • FIGS. 1-10 An eighteenth embodiment of an electrochemical device 100, which is similar to the seventeenth embodiment shown in FIG. 23, is shown in detail in FIGS.
  • the cell voltage tapping device 111 comprises a ribbon cable 274 whose stripped strands 272 are inserted in a pocket 284 formed between a first bipolar plate layer 127 and a second bipolar plate layer 129 of a bipolar plate 108 to be contacted.
  • one of the bipolar plate layers for example the first bipolar plate layer 127, has a dome-shaped protuberance 288 which, when the cell voltage tapping device 111 is in the installed state, rests against the respective other bipolar plate layer 129 and thus prevents the Stranded wire 272 is moved out of the pocket 284 along the contacting direction 120 .
  • each electrochemical unit of the stack 102 includes, in addition to a bipolar plate 108, an elastomeric sealing element 290 with one or preferably more sealing lips 292, which press one of the bipolar plate layers 127, 129 against the stranded wire 272 to be contacted in order to create a non-positive connection between the strand 272 and the bipolar plate layers 127 and 129, and which press the protuberance 288 of one bipolar plate layer 127 against the respective other bipolar plate layer 129 in order to prevent the strand 272 from moving out of the pocket 284.
  • each strand 272 is caulked in order to prevent the respective strand 272 from moving out of the pocket 284 in the longitudinal direction 276 of the respective strand 272 .
  • the stranded wires 272 serving as contact elements 160 are arranged in a plurality of rows 292 of stranded wires 272 extending in the stacking direction 106 of the stack 102 of electrochemical units, only one row of which is shown in FIG.
  • Every second bipolar plate 108 of the stack 102 is assigned to the strands 272 of each row 292 for contacting.
  • the respective intermediate bipolar plates 108 are arranged in a further row 292 of strands 272, which is not shown in FIG.
  • the strands 272 of this second row form part of a further ribbon cable 274 (not shown). Both ribbon cables 274 are connected to a plug-in connection (not shown) of an evaluation device, in which the electrical potentials tapped from the bipolar plates 108 are evaluated and used to control the electrochemical device 100 .
  • the eighteenth embodiment of an electrochemical device 100 shown in FIGS. 24 to 26 corresponds to the seventeenth embodiment shown in FIG. 23 in terms of structure, function and manufacturing method, to the above description of which reference is made in this respect.
  • a nineteenth embodiment of an electrochemical device 100 shown in detail in FIGS. 27 to 33 differs from the fifth embodiment shown in FIG an electrically conductive contact element 116 is arranged, comprises at least one locking element 294, which can be inserted into the housing 114 transversely to the contacting direction 120 or the Y direction, preferably along the offset direction 124 or the X direction, and the housing when the cell voltage tapping device 111 is in the installed state 114 locked to the bipolar plates 108 to be contacted of the stack 102 of electrochemical devices.
  • FIGS. 27 and 28 the housing 114 is shown together with the locking element 294 pushed into the housing 114 .
  • 29 and 30 show the locking member 294 of this embodiment separate from the housing 114.
  • 31 shows a contact element 116 of the cell voltage tap device 111 separately.
  • 32 shows the housing 114 of the cell voltage tapping device 111 separately.
  • Fig. 33 shows a longitudinal section taken along the contacting direction 120 and the stacking direction 106 through the housing 114 with contact elements 116 received in contact element receptacles 142 of the housing 114 and the locking element 294 pushed into the housing 114.
  • the contact elements 116 are designed as fork spring contacts 182, each of which has a first contacting section 184a and a second contacting section 184b, between which the connecting element 118 of the bipolar plate 108 to be contacted is clamped when the cell voltage tapping device 111 is on the stack 102 of electrochemical units is mounted, as shown in Fig. 7 in connection with the fifth embodiment of an electrochemical device.
  • the connecting element 118 of the bipolar plate 108 to be contacted is provided with a bulge, for example in the form of a bead or a projection, which in the assembled state of the cell voltage tapping device 111 faces away from the stack 102 of electrochemical units side of the curved contacting areas 186 of the contact elements 116, so that the bulge in question of the connection element 118 engages behind the curved contacting area 186 of at least one of the contacting sections 184a, 184b of the respectively associated contact element 116, so that the connection element 118 of the bipolar plate 108 to be contacted is connected to the respective associated contact element 116 is locked in a form-fitting manner, as a result of which the housing 114 of the cell voltage tapping device 11 is secured to the stack 102 of electrochemical units by means of a form-fitting connection.
  • the locking element 294 comprises a locking strip 298 which preferably extends in the assembled state of the cell voltage tapping device 111 along the stacking direction 106 or Z-direction.
  • the locking pins 296 are arranged on this locking strip 298 and extend away from the locking strip 298 in the offset direction 124 or X-direction.
  • the locking element 294 is preferably formed in one piece.
  • the locking element 294 is preferably formed from an electrically insulating material.
  • the locking element 294 is preferably formed from a plastic material, for example a polyamide material.
  • the housing 114 of the connector plug 112 of the cell voltage tapping device 111 preferably has a lateral slot 300, which extends through a side wall 302 of the housing 114 and, when the cell voltage tapping device 111 is in the assembled state, is preferably aligned parallel to the stacking direction 106 or Z-direction and extends into the partition walls 304, by which the contact element receptacles 142 of the housing 114 are separated from one another, so that the locking pins 296 of the locking element 294 can extend from one contact element receptacle 142 into a respective adjacent contact element receptacle 142.
  • a twentieth embodiment of an electrochemical device 100 shown in detail in Fig. 34 comprises a stack 102 of electrochemical units, each of which comprises a bipolar plate 108 to be contacted, an evaluation device 306, which in particular can comprise an electronic circuit, and a cell voltage tapping device 111, which has a the connector 112 that is in contact with the bipolar plates 108 to be contacted, a standard flexible ribbon connector 308 that is in electrically conductive contact with the evaluation device 306, and a flexible ribbon cable 310 that electrically conductively connects the standard flexible ribbon connector 308 to the connector plug 112.
  • the evaluation device 306 is used to detect the electrical potentials of the contacted bipolar plates 108 tapped by means of the cell voltage tapping device 111 , to evaluate them and to use them to control the electrochemical device 100 .
  • the twentieth embodiment of an electrochemical device 100 shown in FIG. 34 corresponds to the first embodiment shown in FIGS. 1 and 2 in terms of structure, function and manufacturing method, to the above description of which reference is made in this respect.
  • a twenty-first embodiment of an electrochemical device 100 shown in detail in FIG. 35 differs from the twentieth embodiment shown in FIG Cell voltage tapping device 111 includes a rigid-flex circuit board 312 and an evaluation device connector plug 314 arranged on the rigid-flex circuit board 312 instead of a connector plug 112 and a flexible ribbon cable and a standard flexible ribbon connector.
  • the rigid-flex circuit board 312 includes a contacting unit 318 which is provided with contact elements which, when the cell voltage tapping device 111 is in the assembled state, make electrically conductive contact with the bipolar plates 108 of the stack 102 of electrochemical units that are to be contacted.
  • the evaluation device connection plug 314 can be embodied as a standard flexible ribbon plug 308, for example.
  • the twenty-first embodiment of an electrochemical device 100 shown in FIG. 35 corresponds to the twentieth embodiment shown in FIG.
  • a twenty-second embodiment of an electrochemical device 100 shown in detail in FIG. 36 differs from the twenty-first embodiment shown in FIG.
  • the entire assembly which includes the contacting elements 116, the evaluation device 306 and the electrically conductive connections between the contact elements and the evaluation device 306, is designed as a single component in the form of a rigid-flex circuit board. Otherwise, the twenty-second embodiment of an electrochemical device 100 shown in FIG. 36 corresponds to the twenty-first embodiment shown in FIG.
  • a twenty-third embodiment of an electrochemical device 100 shown in detail in FIG. 37 differs from the twenty-second embodiment shown in FIG.
  • the twenty-third embodiment of an electrochemical device 100 shown in FIG. 37 corresponds to the twenty-second embodiment shown in FIG.
  • a twenty-fourth embodiment of an electrochemical device 100 shown in detail in FIG. 38 differs from the twentieth embodiment shown in FIG. -be Published-bare ribbon cable 320, which serves as an electrically conductive connecting element between the connector plug 112 and the evaluation device 306.
  • the electrical lines of the flat ribbon cable 320 that can be equipped with SMDs are electrically conductively connected, for example by soldering at soldering points 322 , to respectively assigned contacting points of the connector plug 112 or the evaluation device 306 .
  • soldering points 322 are electrically conductively connected, for example by soldering at soldering points 322 , to respectively assigned contacting points of the connector plug 112 or the evaluation device 306 .
  • the twenty-fourth embodiment of an electrochemical device 100 shown in FIG. 38 corresponds to the twentieth embodiment shown in FIG.

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Abstract

Um eine elektrochemische Vorrichtung, umfassend einen Stapel aus mehreren elektrochemischen Einheiten, welche längs einer Stapelrichtung aufeinander folgen und jeweils eine Bipolarplatte umfassen, zu schaffen, deren Stapel aus elektrochemischen Einheiten für eine kontinuierliche Messung der elektrischen Potentiale der Bipolarplatten des Stapels in sicherer, zuverlässiger und robuster Weise elektrisch kontaktierbar ist, wird vorgeschlagen, dass die elektrochemische Vorrichtung mindestens eine Zellspannungsabgriffsvorrichtung umfasst, mittels welcher elektrische Potentiale an mehreren Bipolarplatten des Stapels während des Betriebs der elektrochemischen Vorrichtung abgreifbar sind.

Description

Elektrochemische Vorrichtung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrochemische Vorrichtung, die einen Stapel aus mehreren elektrochemischen Einheiten umfasst, welche längs einer Stapelrichtung aufeinander folgen und jeweils eine Bipolarplatte umfassen.
Die elektrochemischen Einheiten können insbesondere als Brennstoffzelleneinheiten ausgebildet sein, beispielsweise als PEM(Polymer-Elektrolyt-Membran)- Brennstoffzelleneinheiten.
Für die Überwachung und Steuerung des Betriebs einer solchen elektrochemischen Vorrichtung 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, eine elektrochemische Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, deren Stapel aus elektrochemischen Einheiten für eine kontinuierliche Messung der elektrischen Potentiale der Bipolarplatten des Stapels in sicherer, zuverlässiger und robuster Weise elektrisch kontaktierbar ist.
Diese Aufgabe wird bei einer elektrochemischen Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die elektrochemische Vorrichtung mindestens eine Zellspannungsabgriffsvorrichtung umfasst, mittels welcher elektrische Potentiale an mehreren Bipolarplatten des Stapels während des Betriebs der elektrochemischen Vorrichtung abgreifbar sind.
Die elektrochemische Vorrichtung kann mehrere solcher Spannungsabgriffsvorrichtungen umfassen, welche jeweils eine Untergruppe der zu kontaktierenden Bipolarplatten der elektrochemischen Vorrichtung kontaktieren, so dass unter Verwendung der Mehrzahl von Zellspannungsabgriffsvorrichtungen alle Biopolarplatten des Stapels elektrisch kontaktierbar sind.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass an jeder Bipolarplatte, von welcher das elektrische Potential mittels der Zellspannungsabgriffsvorrichtung abgreifbar ist, ein Anschlusselement vorgesehen ist, welches gegenüber dem Anschlusselement seitlich benachbarten Rändern der jeweiligen Bipolarplatte in einer Kontaktierungsrichtung vorspringt.
Mindestens ein Teil eines solchen Anschlusselements kann einstückig mit einer einlagig ausgebildeten Bipolarplatte oder einstückig mit einer Lage einer mehrlagigen Bipolarplatte ausgebildet sein.
Alternativ hierzu kann aber auch vorgesehen sein, dass das Anschlusselement separat von der Bipolarplatte ausgebildet und danach an der Bipolarplatte festgelegt ist.
Die Festlegung des separat von der Bipolarplatte hergestellten Anschlusselements an der jeweils zugeordneten Bipolarplatte erfolgt vorzugsweise durch ein stoffschlüssiges Fügeverfahren.
Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass das Anschlusselement an die Bipolarplatte angeschweißt wird. Ein solches separat von der Bipolarplatte hergestelltes Anschlusselement kann hinsichtlich seiner Form speziell angepasst werden, um optimal von einem Buchsenkontaktelement kontaktiert zu werden.
Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass das Anschlusselement an seinem im montierten Zustand der Zellspannungsabgriffsvorrichtung der Zellspannungsabgriffsvorrichtung zugewandten freien Rand mit einer Anfasung versehen ist.
Bei einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Zellspannungsabgriffsvorrichtung für jede zu kontaktierende Bipolarplatte jeweils mindestens ein federelastisches elektrisch leitendes Kontaktelement umfasst, welches im montierten Zustand der Zellspannungsabgriffsvorrichtung unter einer elastischen Vorspannung an der Bipolarplatte anliegt.
Ein solches Kontaktelement ist vorzugsweise aus einem metallischen Material gebildet.
Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass ein solches Kontaktelement als Hauptbestandteil ein Federstahlmaterial, Aluminium oder Kupfer enthält.
Vorzugsweise liegt ein solches Kontaktelement an einem Anschlusselement der Bipolarplatte an, welches gegenüber dem Anschlusselement seitlich benachbarten Rändern der Bipolarplatte in einer Kontaktierungsrichtung vorspringt.
Eine besonders zuverlässige elektrisch leitende Verbindung zwischen der Bipolarplatte und der Zellspannungsabgriffsvorrichtung wird erzielt, wenn jeweils eines oder mehrere Kontaktelemente der Zellspannungsabgriffsvorrichtung an zwei einander abgewandten Seiten der Bipolarplatte, insbesondere eines Anschlusselements der Bipolarplatte, anliegen. Grundsätzlich kann aber auch vorgesehen sein, dass ein Kontaktelement der Zellspannungsabgriffsvorrichtung nur an einer Seite der Bipolarplatte, insbesondere eines Anschlusselements der Bipolarplatte, anliegt.
Das Kontaktelement der Zellspannungsabgriffsvorrichtung kann beispielsweise als Gabelfederkontakt ausgebildet sein, welcher im montierten Zustand der Zellspannungsabgriffsvorrichtung an zwei einander abgewandten Seiten der zu kontaktierenden Bipolarplatte, insbesondere eines Anschlusselements der Bipolarplatte, anliegt.
Alternativ oder ergänzend hierzu kann vorgesehen sein, dass das Kontaktelement als ein federelastischer Pin ausgebildet ist, der sich zu seinem Endbereich, der im montierten Zustand der Zellspannungsabgriffsvorrichtung dem Stapel aus elektrochemischen Einheiten zugewandt ist, hin verjüngt, vorzugsweise keilförmig verjüngt.
Hierdurch wird eine Einführschräge geschaffen, welche die zu kontaktierende Bipolarplatte, insbesondere ein Anschlusselement der Bipolarplatte, bei der Montage der Zellspannungsabgriffsvorrichtung an dem Stapel aus elektrochemischen Einheiten führt und möglichst genau in die gewünschte Endposition leitet.
Die Zellspannungsabgriffsvorrichtung umfasst vorzugsweise ein elektrisch isolierendes Gehäuse.
Die Kontaktelemente, welche die zu kontaktierenden Bipolarplatten elektrisch leitend kontaktieren, sind vorzugsweise in jeweils einer Kontaktelementaufnahme des Gehäuses angeordnet. Die Dicke eines Kontaktelements und gegebenenfalls die Dicke einer zwei Kontaktelementaufnahmen des Gehäuses voneinander trennenden Trennwand des Gehäuses, das heißt deren Ausdehnungen längs der Stapelrichtung, sind vorzugsweise im entspannten Ruhezustand des Kontaktelements zusammengenommen größer als der Abstand zwischen zwei in der Stapelrichtung aufeinander folgenden Bipolarplatten längs der Stapelrichtung, wodurch bei der Montage der Zellspannungsabgriffsvorrichtung an dem Stapel aus elektrochemischen Einheiten die Bipolarplatten auseinandergespreizt werden und eine Federkraft entsteht, welche eine stabile und rüttelfeste Kontaktierung zwischen dem Kontaktelement und der jeweils zugeordneten Bipolarplatte bewirkt.
Die Kontaktelemente der Zellspannungsabgriffsvorrichtung können in den Kontaktelementaufnahmen des Gehäuses verrastet sein oder bereits bei der Herstellung des Gehäuses mit dem Gehäuse verbunden werden.
Wenn das Gehäuse in einem Spritzgießverfahren hergestellt wird, können die Kontaktelemente beispielsweise in die Spritzgießform eingelegt und während des Spritzgießvorgangs mit dem Material, aus welchem das Gehäuse gebildet wird, umspritzt werden.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Zellspannungsabgriffsvorrichtung ein elektrisch isolierendes Gehäuse umfasst, welches mindestens eine Eintrittsschräge für einen leichteren Eintritt mindestens eines Abschnitts einer Bipolarplatte in eine Kontaktelementaufnahme des Gehäuses umfasst.
Besonders günstig ist es, wenn an dem Gehäuse für jede Kontaktelementaufnahme jeweils zwei Eintrittsschrägen vorgesehen sind, welche so ausgebildet und angeordnet sind, dass sich die Mündungsöffnung der Kontaktelementaufnahme, welche im montierten Zustand der Zellspannungsabgriffsvorrichtung dem Stapel aus elektrochemischen Einheiten zugewandt ist, mit wachsendem Abstand von dem Stapel verjüngt. Durch das elektrisch isolierende Gehäuse der Zellspannungsabgriffsvorrichtung wird gewährleistet, dass in der Stapelrichtung aufeinander folgende Bipolarplatten des Stapels aus elektrochemischen Einheiten zuverlässig elektrisch voneinander isoliert sind.
Ein sicherer Halt der Zellspannungsabgriffsvorrichtung im montierten Zustand an dem Stapel aus elektrochemischen Einheiten wird erzielt, wenn die Zellspannungsabgriffsvorrichtung ein elektrisch isolierendes Gehäuse und mindestens eine Rastvorrichtung umfasst, mittels welcher das Gehäuse an mindestens einer Rastkontur einer Bipolarplatte oder eines Trägerelements eines elastomeren Dichtelements des Stapels aus elektrochemischen Einheiten ver- rastbar ist.
Eine solche Rastvorrichtung kann insbesondere mindestens eine Rastnase umfassen, welche im montierten Zustand der Zellspannungsabgriffsvorrichtung einen an einer Bipolarplatte oder an einem Trägerelement eines elastomeren Dichtelements des Stapels vorgesehenen Rastvorsprung hintergreift.
Die Rastvorrichtung kann einen oder mehrere formelastisch verformbare Rasthaken umfassen.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Zellspannungsabgriffsvorrichtung mindestens zwei Reihen von Kontaktelementen umfasst, welche im montierten Zustand der Zellspannungsabgriffsvorrichtung sich jeweils längs der Stapelrichtung erstrecken und in einer senkrecht zu der Stapelrichtung (Z-Richtung) und senkrecht zu der Kontaktierungsrichtung (Y-Richtung) ausgerichteten Versatzrichtung (X-Richtung) gegeneinander versetzt sind. Dabei kann vorgesehen sein, dass jede Reihe von Kontaktelementen im montierten Zustand der Zellspannungsabgriffsvorrichtung jede n-te der in der Stapelrichtung aufeinander folgenden Bipolarplatten elektrisch leitend kontaktiert, wobei n gleich zwei oder größer als zwei ist.
Jede Reihe von Kontaktelementen kann dabei beispielsweise in einer einreihigen Steckerleiste angeordnet sein.
Um alle Bipolarplatten des Stapels zu kontaktieren, sind mehrere Steckerleisten vorgesehen, die in der Stapelrichtung (Z-Richtung) und/oder in der Versatzrichtung (X-Richtung) versetzt zueinander angeordnet sind.
Jede solche Steckerleiste kann zur Kontaktierung von zwei oder mehr Bipolarplatten, beispielsweise von fünf Bipolarplatten, des Stapels vorgesehen sein.
Durch die Aufteilung der Kontaktelemente auf mehrere Steckerleisten ist ferner ein einfacher Ausgleich von Fertigungstoleranzen möglich.
Die Steckerleisten können Positionierelemente umfassen, beispielsweise Führungsstege und/oder Führungsschienen, welche die richtige Positionierung der Steckerleisten bei der Montage aneinander erleichtern und einen falschen Zusammenbau mehrerer Steckerleisten verhindern.
Diese Positionierelemente können beispielsweise so angeordnet sein, dass eine Steckerleiste und eine identisch ausgebildete, aber um die Kontaktierungsrichtung um 180° gedrehte weitere Steckerleiste aneinander montierbar sind. In diesem Fall muss nur ein einziger Typ von Steckerleiste gefertigt werden, und aus den identischen und teilweise um 180° verdrehten Steckerleisten ist dann eine Zellspannungsabgriffsvorrichtung zusammensetzbar, mittels welcher alle Bipolarplatten des Stapels aus elektrochemischen Einheiten kontaktierbar sind. Bei einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Zellspannungsabgriffsvorrichtung für jede zu kontaktierende Bipolarplatte jeweils ein elektrisch leitendes Kontaktelement aufweist und dass jede zu kontaktierende Bipolarplatte mehrlagig ausgebildet ist und jeweils eine Tasche zur Aufnahme eines Kontaktelements aufweist, welche zwischen einer ersten Bipolarplattenlage und einer zweiten Bipolarplattenlage ausgebildet ist, wobei das der Tasche jeweils zugeordnete Kontaktelement im montierten Zustand der Zellspannungsabgriffsvorrichtung in die Tasche der Bipolarplatte eingreift.
Dabei kann an der ersten Bipolarplattenlage und/oder an der zweiten Bipolarplatte jeweils eine Einfuhrschräge ausgebildet sein, welche das Einführen des Kontaktelements in die Tasche erleichtert.
Das Kontaktelement kann insbesondere als ein Flachkontakt ausgebildet sein.
Der Flachkontakt kann sich an seinem im montierten Zustand der Zellspannungsabgriffsvorrichtung dem Stapel aus elektrochemischen Einheiten zugewandten Endbereich verjüngen, wodurch ebenfalls das Einführen des Kontaktelements in die Tasche der Bipolarplatte erleichtert wird.
Alternativ oder ergänzend hierzu kann vorgesehen sein, dass die den zu kontaktierenden Bipolarplatten zugeordneten Kontaktelemente als jeweils ein greifender Gabelfederkontakt ausgebildet sind. Ein solcher Gabelfederkontakt greift die zu kontaktierende Bipolarplatte, insbesondere ein Anschlusselement der Bipolarplatte, an zwei einander abgewandten Seiten.
Ferner können die den zu kontaktierenden Bipolarplatten zugeordneten Kontaktelemente einen flexiblen Federkontakt umfassen, welcher eine Stirnseite der Bipolarplatte, insbesondere eines Anschlusselements der Bipolarplatte, aufnimmt. Ferner kann vorgesehen sein, dass jede zu kontaktierende Bipolarplatte ein Federelement umfasst.
Ein solches Federelement kann beispielsweise als eine federelastische Sicke ausgebildet sein, die in einer von mehreren Lagen der Bipolarplatte ausgebildet ist.
Es kann auch vorgesehen sein, dass federelastische Sicken in zwei der Bipolarplattenlagen einer Bipolarplatte ausgebildet sind.
Unabhängig von der Gestaltung der Kontaktelemente kann vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass jede zu kontaktierende Bipolarplatte mehrlagig ausgebildet ist, wobei eine erste Bipolarplattenlage der Bipolarplatte um eine zweite Bipolarplattenlage der Bipolarplatte gefalzt ist.
Die Falzung kann insbesondere im Bereich eines Anschlusselements der Bipolarplatte angeordnet sein.
Durch die Falzung wird im Bereich der Falzung für das Anschlusselement eine Mate rial stärke erreicht, welche der dreifachen Materialstärke einer einzelnen Bipolarplattenlage entspricht, was beim Zusammenwirken der Bipolarplatte mit einem federelastischen Kontaktelement zu einer Erhöhung der Federkraft führt, mittels welcher das Kontaktelement gegen die Bipolarplatte gedrückt wird. Hierdurch wird die Zuverlässigkeit, Stabilität und Rüttelfestigkeit der elektrischen Verbindung zwischen der Bipolarplatte und dem Kontaktelement verbessert. Außerdem wird durch das Umfalzen erreicht, dass der dem Kontaktelement zugewandte Rand der Bipolarplatte, insbesondere des Anschlusselements der Bipolarplatte, abgerundet ist, so dass eine Verletzung einer Kontaktbeschichtung des Kontaktelements und/oder des Materials, beispielsweise eines Kunststoffmaterials, eines Gehäuses der Zellspannungsabgriffsvorrichtung, in welches der betreffende Rand der Bipolarplatte bei der Montage der Zellspannungsabgriffsvorrichtung eingeführt wird, vermieden wird.
Bei einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Zellspannungsabgriffsvorrichtung für jede zu kontaktierende Bipolarplatte jeweils mindestens ein elektrisch leitendes Elastomerelement umfasst, welches im montierten Zustand der Zellspannungsabgriffsvorrichtung elektrisch leitend mit der jeweils zugeordneten Bipolarplatte in Kontakt steht.
Dabei kann das elektrisch leitende Elastomerelement ein elastisches, nichtmetallisches Grundmaterial, beispielsweise ein Silikonmaterial oder ein Kautschukmaterial, und elektrisch leitende Partikel, beispielsweise aus Metall, Edelmetall, Kohlenstoff, Graphit und/oder Graphen, umfassen.
Als elektrisch leitendes Elastomerelement kann beispielsweise ein Leitgummielement verwendet werden.
Im montierten Zustand der Zellspannungsabgriffsvorrichtung kann das elektrisch leitende Elastomerelement in Kontakt mit einem - vorzugsweise gerundeten - freien Rand der zu kontaktierenden Bipolarplatte, insbesondere eines Anschlusselements der Bipolarplatte, stehen.
Alternativ oder ergänzend hierzu kann vorgesehen sein, dass ein Abschnitt der zu kontaktierenden Bipolarplatte, insbesondere eines Anschlusselements der Bipolarplatte, im montierten Zustand der Zellspannungsabgriffsvorrichtung zwischen einem elektrisch leitenden Elastomerelement und einem elektrisch isolierenden Gehäuse der Zellspannungsabgriffsvorrichtung eingeklemmt ist. Alternativ oder ergänzend hierzu kann ferner vorgesehen sein, dass ein Abschnitt der Bipolarplatte, insbesondere eines Anschlusselements der Bipolarplatte, in ein elektrisch leitendes Elastomerelement der Zellspannungsabgriffsvorrichtung eingebettet ist.
Eine solche Einbettung der Bipolarplatte in das elektrisch leitende Elastomerelement kann beispielsweise dadurch erzielt werden, dass die Zellspannungsabgriffsvorrichtung an den Bipolarplatten des Stapels aus elektrochemischen Einheiten montiert wird, während das Grundmaterial des Elastomerelements noch unvernetzt oder nicht vollständig vernetzt ist. Bei diesem Montagevorgang dringt dann der betreffende Abschnitt der Bipolarplatte, insbesondere des Anschlusselements der Bipolarplatte, in das Grundmaterial des Elastomerelements ein. Durch anschließende Zufuhr von Energie (beispielsweise durch Zufuhr von UV-Strahlung und/oder Wärme) und/oder durch Zuführung von Feuchtigkeit kann dann das Elastomerelement nach dem Montieren der Zellspannungsabgriffsvorrichtung oder bei der ersten Inbetriebnahme der elektrochemischen Vorrichtung vernetzt werden und so von einer zähviskosen Konsistenz in eine gummielastische Konsistenz überführt werden.
Die Zellspannungsabgriffsvorrichtung umfasst ferner vorzugsweise für jedes elektrisch leitende Elastomerelement ein, vorzugsweise metallisches, Anschlusselement, welches das elektrisch leitende Elastomerelement elektrisch leitend kontaktiert und an eine Anschlussleitung angeschlossen ist, über welche das mittels des elektrisch leitenden Elastomerelements abgegriffene elektrische Potential zu einer Auswertungsvorrichtung übertragbar ist.
Die Auswertungsvorrichtung wertet die elektrischen Potentiale der kontaktierten Bipolarplatten im Betrieb der elektrochemischen Vorrichtung aus und verwendet diese Informationen zur Steuerung der elektrochemischen Vorrichtung. Die Anschlussleitung kann mit dem Anschlusselement stoffschlüssig verbunden sein, beispielsweise durch Verlötung oder Verschweißung.
Alternativ oder ergänzend zur Anordnung eines elektrisch leitenden Elastomerelements an der Zellspannungsabgriffsvorrichtung kann vorgesehen sein, dass jede zu kontaktierende Bipolarplatte mit mindestens einem elektrisch leitfähigen Elastomerelement versehen ist.
Ein solches elektrisch leitfähiges Elastomerelement kann beispielsweise als eine elektrisch leitfähige elastomere Beschichtung an der Bipolarplatte, insbesondere an einem Anschlusselement der Bipolarplatte, ausgebildet sein.
Eine solche elektrisch leitfähige elastomere Beschichtung kann auf nur einer Seite der Bipolarplatte, insbesondere eines Anschlusselements der Bipolarplatte, oder auf zwei einander abgewandten Seiten der Bipolarplatte, insbesondere eines Anschlusselements der Bipolarplatte, vorgesehen sein.
Bei einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Zellspannungsabgriffsvorrichtung ein Gummiband umfasst, das elektrisch leitende und elektrisch isolierende Abschnitte umfasst, welche alternierend aufeinander folgen (beispielsweise ein Zebraconnector). Die elektrisch leitenden Abschnitte des Gummibands dienen als Kontaktelemente, an denen die zu kontaktierenden Bipolarplatten im montierten Zustand der Zellspannungsabgriffsvorrichtung anliegen. Das Gummiband kann mittels Zusatzelementen, die in Rastkonturen einer Bipolarplatte oder eines Trägerelements eines elastome- ren Dichtungselements einrasten, verpresst werden, um die erforderliche Kontaktierungskraft aufzubringen.
Bei einer anderen besonderen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Zellspannungsabgriffsvorrichtung mindestens eine Kontaktierungsplatte umfasst, welche für jede zu kontaktierende Bipolarplatte jeweils eine Durchtrittsöffnung umfasst, wobei sich im montierten Zustand der Zellspannungsabgriffsvorrichtung ein Abschnitt der jeweils zugeordneten Bipolarplatte durch die Durchtrittsöffnung hindurch erstreckt und ein hinter der Durchtrittsöffnung liegender Abschnitt der Bipolarplatte auf eine Kontaktierungsstelle der Kontaktierungsplatte gefalzt ist.
Um eine zuverlässige elektrisch leitende Verbindung zwischen dem gefalzten Abschnitt der Bipolarplatte einerseits und der Kontaktierungsstelle der Kontaktierungsplatte andererseits zu gewährleisten, ist es günstig, wenn die Zellspannungsabgriffsvorrichtung zusätzlich zu mindestens einer Kontaktierungsplatte, welche für jede zu kontaktierende Bipolarplatte jeweils eine Kontaktierungsstelle umfasst, eine Gegenplatte umfasst, welche durch mindestens einen Distanzhalter in einem vorgegebenen Abstand von der Kontaktierungsplatte gehalten wird.
Zwischen der Kontaktierungsplatte und der Gegenplatte kann dann ein Druckübertragungselement angeordnet sein.
Das Druckübertragungselement kann beispielsweise als ein Schaumstoffelement ausgebildet sein.
Der Distanzhalter ist vorzugsweise mit der Kontaktierungsplatte und/oder mit der Gegenplatte verrastet.
Der Distanzhalter kann beispielsweise einen Gewindeeinsatz, eine Einpressmutter, eine Distanzhülse, ein Element aus einem elastisch verformbaren Kunststoffmaterial (beispielsweise aus einem polychlorierten Biphenyl (PCB)), ein Gewindeelement (beispielsweise eine Schraube) und/oder eine Gewindemutter umfassen.
Die Kontaktierungsplatte kann als eine Leiterplatte ausgebildet sein, welche Leiterbahnen umfasst, durch welche die Kontaktstellen der Kontaktierungsplatte mit einem Steckanschluss der Kontaktierungsplatte verbunden sind. Die Kontaktstelle an der Kontaktierungsplatte kann beispielsweise als eine Kontaktfläche, ein Kontaktpin, eine Kontaktfeder und/oder ein Kontaktpad ausgebildet sein.
Bei einer anderen besonderen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Zellspannungsabgriffsvorrichtung mindestens ein Flachbandkabel umfasst.
Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass die Zellspannungsabgriffsvorrichtung ein elektrisch isolierendes Gehäuse umfasst und für jede zu kontaktierende Bipolarplatte jeweils eine Litze eines Flachbandkabels in mindestens einer Litzenaufnahme des Gehäuses aufgenommen ist.
Vorzugsweise ist dabei vorgesehen, dass jede Litze in mindestens zwei Litzenaufnahmen des Gehäuses aufgenommen ist.
Alternativ oder ergänzend hierzu kann vorgesehen sein, dass jede zu kontaktierende Bipolarplatte mehrlagig ist und im montierten Zustand der Zellspannungsabgriffsvorrichtung jeweils eine Litze eines Flachbandkabels in einer zwischen einer ersten Bipolarplattenlage und einer zweiten Bipolarplattenlage der Bipolarplatte ausgebildeten Tasche angeordnet ist.
Um eine stabile und rüttelfeste Verbindung zwischen der Zellspannungsabgriffsvorrichtung einerseits und dem Stapel aus elektrochemischen Einheiten andererseits zu gewährleisten, kann vorgesehen sein, dass an der ersten Bipolarplattenlage und/oder an der zweiten Bipolarplattenlage eine Ausstülpung vorgesehen ist, welche ein Herausbewegen der Litze aus der Tasche längs der Kontaktierungsrichtung verhindert.
Eine solche Ausstülpung kann als ein Vorsprung und/oder als eine Sicke an der betreffenden Bipolarplattenlage ausgebildet sein. Eine solche Ausstülpung kann durch einen Umformvorgang, beispielsweise durch einen Prägevorgang oder einen Tiefziehvorgang, an der jeweiligen Bipolarplattenlage hergestellt sein.
Bei einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Zellspannungsabgriffsvorrichtung für jede zu kontaktierende Bipolarplatte jeweils mindestens ein elektrisch leitendes Kontaktelement und ein elastomeres Dichtelement umfasst, welches eine elastische Vorspannung erzeugt, unter welcher das Kontaktelement an der Bipolarplatte oder an einer Bipolarplattenlage der Bipolarplatte anliegt.
Dabei kann das elektrisch leitende Kontaktelement beispielsweise eine Litze eines Flachbandkabels umfassen.
Das elastomere Dichtelement kann eine Bipolarplattenlage der Bipolarplatte gegen das elektrisch leitende Kontaktelement pressen.
Das elastomere Dichtelement kann beispielsweise mit einer Gasdiffusionslage der jeweiligen elektrochemischen Einheit verbunden sein.
Diese Verbindung kann eine stoffschlüssige Verbindung sein, die beispielsweise durch Anspritzen des elastomeren Dichtelements an die Gasdiffusionslage hergestellt wird.
Bei einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Zellspannungsabgriffsvorrichtung ein elektrisch isolierendes Gehäuse, in welchem für jede zu kontaktierende Bipolarplatte jeweils mindestens ein elektrisch leitendes Kontaktelement angeordnet ist, und ein Verriegelungselement, welches quer zu der Kontaktierungsrichtung in das Gehäuse hinein bewegbar ist und im montierten Zustand der Zellspannungsabgriffsvorrichtung das Gehäuse an den zu kontaktierenden Bipolarplatten verriegelt, umfasst. Dabei ist vorzugsweise das Verriegelungselement in das Gehäuse einschiebbar.
Ferner ist vorzugsweise vorgesehen, dass das Verriegelungselement so in dem Gehäuse relativ zu den Kontaktelementen angeordnet ist, dass das Verriegelungselement mindestens eines der Kontaktelemente gegen die jeweils zugeordnete Bipolarplatte des Stapels aus elektrochemischen Einheiten drückt, so dass durch das Verriegelungselement die Kontaktierungskraft, mit welcher das Kontaktelement elektrisch leitend an der jeweils zugeordneten Bipolarplatte anliegt, erhöht wird.
Um ein unerwünschtes Herausbewegen der zu kontaktierenden Bipolarplatten aus dem Gehäuse der Zellspannungsabgriffsvorrichtung zu verhindern, kann ferner vorgesehen sein, dass an den zu kontaktierenden Bipolarplatten jeweils mindestens eine Ausstülpung vorgesehen ist, welche von dem Verriegelungselement im montierten Zustand der Zellspannungsabgriffsvorrichtung so hintergriffen wird, dass die betreffende Ausstülpung auf der dem Stapel aus elektrochemischen Einheiten abgewandten Seite des Verriegelungselements angeordnet ist.
Eine solche Ausstülpung kann beispielsweise als eine Sicke und/oder als ein Vorsprung ausgebildet sein.
Die Ausstülpung kann durch einen Umformvorgang, beispielsweise durch einen Prägevorgang oder einen Tiefziehvorgang, an mindestens einer Bipolarplattenlage der Bipolarplatte hergestellt sein.
Die Kontaktelemente der Zellspannungsabgriffsvorrichtung können beispielsweise als Gabelfederkontakte ausgebildet sein. Bei einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Zellspannungsabgriffsvorrichtung eine Auswertungsvorrichtung, insbesondere eine Auswertungselektronik, zur Auswertung der von den kontaktierten Bipolarplatten abgegriffenen elektrischen Potentiale umfasst.
Zur Herstellung einer elektrisch leitenden Verbindung zwischen den Kontaktelementen der Zellspannungsabgriffsvorrichtung einerseits und einer Auswertungsvorrichtung andererseits kann vorgesehen sein, dass die Zellspannungsabgriffsvorrichtung eine Flexbandleitung, eine Starrflex- Leiterplatte, ein Starrfl ex- Mod ul und/oder ein SMD("Surface-Mounted Device")-bestückbares Flachbandkabel umfasst.
Dabei kann insbesondere vorgesehen sein, dass eine Starrflex-Leiterplatte der Zellspannungsabgriffsvorrichtung im montierten Zustand der Zellspannungsabgriffsvorrichtung die zu kontaktierenden Bipolarplatten des Stapels aus elektrochemischen Einheiten kontaktiert.
Ferner kann vorgesehen sein, dass an einer Starrflex-Leiterplatte der Zellspannungsabgriffsvorrichtung eine Auswertungsvorrichtung, mittels welcher die von den kontaktierten Bipolarplatten abgegriffenen elektrischen Potentiale erfasst und ausgewertet werden, angeordnet ist.
Ein SMD-bestückbares Flachbandkabel der Zellspannungsabgriffsvorrichtung kann beispielsweise durch Verlötung mit jeweils zugeordneten Kontaktierungsstellen eines Anschlusssteckers der Zellspannungsabgriffsvorrichtung und/oder mit jeweils zugeordneten Kontaktierungsstellen einer Auswertungsvorrichtung elektrisch leitend verbunden sein.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung und der zeichnerischen Darstellung von Ausführungsbeispielen. In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 zu kontaktierende Bipolarplatten eines Stapels aus mehreren elektrochemischen Einheiten, welche längs einer Stapelrichtung aufeinander folgen und jeweils eine solche Bipolarplatte umfassen;
Fig. 2 ein ausschnittsweiser Querschnitt durch eine Zellspannungsabgriffsvorrichtung, mittels welcher elektrische Potentiale an mehreren Bipolarplatten des Stapels aus Fig. 1 während des Betriebs einer elektrochemischen Vorrichtung, von welcher der Stapel aus elektrochemischen Einheiten einen Bestandteil bildet, abgreifbar sind, wobei die Zellspannungsabgriffsvorrichtung ein elektrisch isolierendes Gehäuse mit Einführschrägen für die Bipolarplatten und für jede zu kontaktierende Bipolarplatte jeweils mindestens ein federelastisches Kontaktelement umfasst, wobei das Kontaktelement mit einem Biegebereich an der jeweils zugeordneten Bipolarplatte anliegt;
Fig. 3 eine Variante der in Fig. 2 dargestellten Zellspannungsabgriffsvorrichtung, bei welcher die Kontaktelemente jeweils mit einem freien Rand an der jeweils zugeordneten Bipolarplatte anliegen;
Fig. 4 einen senkrecht zur Stapelrichtung genommenen Schnitt durch einen Stapel aus mehreren elektrochemischen Einheiten, welche längs der Stapelrichtung aufeinander folgen und jeweils eine Bipolarplatte umfassen, wobei mindestens eine der Bipolarplatten mindestens eine Rastkontur aufweist, und durch ein Gehäuse einer Zellspannungsabgriffsvorrichtung, wobei das Gehäuse mindestens einen Rasthaken aufweist, welcher mit der Rastkontur der Bipolarplatte verrastbar ist, in einem Zustand vor der Verrastung des Gehäuses an der Bipolarplatte; Fig. 5 eine der Fig. 4 entsprechende Darstellung des Stapels und des Gehäuses der Zellspannungsabgriffsvorrichtung in einem montierten Zustand der Zellspannungsabgriffsvorrichtung, in welchem der mindestens eine Rasthaken des Gehäuses der Zellspannungsabgriffsvorrichtung mit der Rastkontur der Bipolarplatte verrastet ist;
Fig. 6 einen ausschnittsweisen Querschnitt durch eine Zellspannungsabgriffsvorrichtung, die für jede zu kontaktierende Bipolarplatte jeweils ein Kontaktelement aufweist, und durch eine zu kontaktierende Bipolarplatte, die mehrlagig ausgebildet ist und eine Tasche zur Aufnahme des jeweils zugeordneten Kontaktelements aufweist, welche zwischen einer ersten Bipolarplattenlage und einer zweiten Bipolarplattenlage ausgebildet ist, wobei das jeweils zugeordnete Kontaktelement, das beispielsweise als ein Flachkontakt ausgebildet ist, im montierten Zustand der Zellspannungsabgriffsvorrichtung in die Tasche der Bipolarplatte eingreift;
Fig. 7 einen ausschnittsweisen Querschnitt durch eine Zellspannungsabgriffsvorrichtung, welche ein elektrisch isolierendes Gehäuse und darin angeordnete Kontaktelemente aufweist, wobei mindestens ein Kontaktelement als ein Gabelfederkontakt ausgebildet ist, welcher an zwei einander abgewandten Seiten der jeweils zu kontaktierenden Bipolarplatte anliegt;
Fig. 8 einen ausschnittsweisen Querschnitt durch eine Zellspannungsabgriffsvorrichtung, welche ein elektrisch isolierendes Gehäuse und in dem Gehäuse angeordnete Kontaktelemente umfasst, wobei die jeweils zu kontaktierende Bipolarplatte einen federelastischen Kontaktabschnitt umfasst, welcher eine in einer der Bipolarplattenlagen der Bipolarplatte ausgebildete federelastische Sicke umfasst;
Fig. 9 einen ausschnittsweisen Querschnitt durch eine Zellspannungsabgriffsvorrichtung, die für jede zu kontaktierende Bipolarplatte jeweils ein elektrisch leitendes Elastomerelement umfasst, wobei das elektrisch leitende Elastomerelement im montierten Zustand der Zellspannungsabgriffsvorrichtung elektrisch leitend mit der jeweils zugeordneten Bipolarplatte in Kontakt steht;
Fig. 10 eine der Fig. 9 entsprechende Darstellung einer Variante einer Zellspannungsabgriffsvorrichtung, welche elektrisch leitende Elastomerelemente umfasst, wobei im montierten Zustand der Zellspannungsabgriffsvorrichtung ein Abschnitt der dem elektrisch leitenden Elastomerelement zugeordneten Bipolarplatte zwischen dem elektrisch leitenden Elastomerelement und einem Abschnitt des elektrisch isolierenden Gehäuses der Zellspannungsabgriffsvorrichtung eingeklemmt ist;
Fig.11 eine den Fig. 9 und 10 entsprechende Darstellung einer Variante einer Zellspannungsabgriffsvorrichtung, die elektrisch leitende Elastomerelemente umfasst, wobei im montierten Zustand der Zellspannungsabgriffsvorrichtung ein Abschnitt der jeweils zu kontaktierenden Bipolarplatte in ein elektrisch leitendes Elastomerelement der Zellspannungsabgriffsvorrichtung eingebettet ist;
Fig. 12 einen schematischen Schnitt durch ein Kontaktelement einer Zellspannungsabgriffsvorrichtung und eine im montierten Zustand der Zellspannungsabgriffsvorrichtung von dem Kontaktelement kontaktierte Bipolarplatte, wobei die Bipolarplatte auf zwei einander abgewandten Seiten mit jeweils einem elektrisch leitfähigen Elastomerelement versehen ist, an welchem das Kontaktelement der Zellspannungsabgriffsvorrichtung anliegt;
Fig. 13 eine perspektivische Darstellung eines Abschnitts eines Stapels aus elektrochemischen Einheiten, welche jeweils eine Bipolarplatte umfassen, und einer Zellspannungsabgriffsvorrichtung, mittels welcher mehrere Bipolarplatten des Stapels elektrisch leitend kontaktierbar sind, wobei die Zellspannungsabgriffsvorrichtung eine Kontaktierungsplatte umfasst, welche für jede zu kontaktierende Bipolarplatte jeweils eine Durchtrittsöffnung aufweist, wobei sich im montierten Zustand der Zellspannungsabgriffsvorrichtung ein Abschnitt der jeweils zugeordneten Bipolarplatte durch die Durchtrittsöffnung hindurch erstreckt und ein hinter der Durchtrittsöffnung liegender Abschnitt der Bipolarplatte auf eine Kontaktierungsstelle der Kontaktierungsplatte der Zellspannungsabgriffsvorrichtung gefalzt ist;
Fig. 14 eine Draufsicht auf eine Rückseite der Zellspannungsabgriffsvorrichtung aus Fig. 13, wobei eine in Fig. 13 im Abstand von der Kontaktierungsplatte der Zellspannungsabgriffsvorrichtung dargestellte Gegenplatte der Zellspannungsabgriffsvorrichtung mittels Distanzhaltern in einem vorgegebenen Abstand von der Kontaktierungsplatte gehalten wird;
Fig. 15 eine Draufsicht von oben auf die Zellspannungsabgriffsvorrichtung aus Fig. 14, mit der Blickrichtung in Richtung des Pfeiles in Fig. 14; Fig. 16 einen schematischen Querschnitt durch die Zellspannungsabgriffsvorrichtung aus den Fig. 13 bis 15, welcher auf Kontaktierungsstellen der Kontaktierungsplatte gefalzte Abschnitte der zu kontaktierenden Bipolarplatten sowie einen die Gegenplatte in einem vorgegebenen Abstand von der Kontaktierungsplatte haltenden Distanzhalter darstellt;
Fig. 17 einen ausschnittsweisen Längsschnitt durch eine Zellspannungsabgriffsvorrichtung, welche eine Kontaktierungsplatte, eine Gegenplatte und einen die Gegenplatte in einem vorgegebenen Abstand von der Kontaktierungsplatte haltenden Distanzhalter umfasst, wobei der Distanzhalter aus einem Kunststoffmaterial, beispielsweise aus einem PCB(polychloriertes Biphenyl)-Material gebildet ist;
Fig. 18 eine der Fig. 17 entsprechende Darstellung einer Zellspannungsabgriffsvorrichtung, welche eine Kontaktierungsplatte, eine Gegenplatte und einen die Gegenplatte in einem vorgegebenen Abstand von der Kontaktierungsplatte haltenden Distanzhalter umfasst, wobei der Distanzhalter eine Schraube, einen Gewindeeinsatz und eine Distanzhülse umfasst;
Fig. 19 eine den Fig. 17 und 18 entsprechende Darstellung einer Zellspannungsabgriffsvorrichtung, welche eine Kontaktierungsplatte, eine Gegenplatte und einen die Gegenplatte in einem vorgegebenen Abstand von der Kontaktierungsplatte haltenden Distanzhalter umfasst, wobei der Distanzhalter eine Schraube, eine Gewindemutter und eine Distanzhülse umfasst;
Fig. 20 eine den Fig. 17 bis 19 entsprechende Darstellung einer Zellspannungsabgriffsvorrichtung, welche eine Kontaktierungsplatte, eine Gegenplatte und einen die Gegenplatte in einem vorgegebenen Abstand von der Kontaktierungsplatte haltenden Distanzhalter umfasst, wobei der Distanzhalter eine Schraube und eine Distanzhülse mit einem Innengewinde umfasst;
Fig. 21 eine ausschnittsweise perspektivische Darstellung eines Stapels aus elektrochemischen Einheiten, die jeweils eine Bipolarplatte umfassen, und einer Zellspannungsabgriffsvorrichtung, welche ein Flachbandkabel und ein elektrisch isolierendes Gehäuse umfasst, wobei für jede zu kontaktierende Bipolarplatte jeweils eine abisolierte Litze des Flachbandkabels in einer Litzenaufnahme des Gehäuses aufgenommen ist;
Fig. 22 eine schematische Explosionsdarstellung des Stapels aus elektrochemischen Einheiten, des elektrisch isolierenden Gehäuses der Zellspannungsabgriffsvorrichtung und des Flachbandkabels mit abisolierten Litzen aus Fig. 21, in einer Draufsicht von oben;
Fig. 23 einen ausschnittsweisen Querschnitt durch einen Stapel aus elektrochemischen Einheiten, welche jeweils eine mehrlagige Bipolarplatte umfassen, wobei jeweils eine abisolierte Litze eines Flachbandkabels in einer zwischen einer ersten Bipolarplattenlage und einer zweiten Bipolarplattenlage einer zu kontaktierenden Bipolarplatte ausgebildeten Tasche angeordnet ist;
Fig. 24 eine ausschnittsweise perspektivische Darstellung eines Stapels aus elektrochemischen Einheiten, welche jeweils eine mehrlagige Bipolarplatte umfassen, und eines Flachbandkabels einer Zellspannungsabgriffsvorrichtung, wobei abisolierte Litzen des Flachbandkabels sich jeweils durch eine zwischen einer ersten Bipolarplattenlage und einer zweiten Bipolarplattenlage einer zu kontaktierenden Bipolarplatte ausgebildete Tasche hindurch erstrecken und jeweils ein sich aus der Tasche heraus erstreckender Endbereich jeder Litze verstemmt ist, um ein Herausbewegen der Litze längs ihrer Längsrichtung aus der Tasche zu verhindern;
Fig. 25 eine vergrößerte Darstellung einer der zwischen jeweils einer ersten Bipolarplattenlage und einer zweiten Bipolarplattenlage einer Bipolarplatte ausgebildeten Tasche zur Aufnahme einer Litze, mit einer sich durch die Tasche hindurch erstreckenden Litze des Flachbandkabels der Zellspannungsabgriffsvorrichtung;
Fig. 26 einen ausschnittsweisen Querschnitt durch den Stapel aus elektrochemischen Einheiten aus den Fig. 24 und 25, welcher mehrere elektrochemischen Einheiten umfasst, die jeweils eine mehrlagige Bipolarplatte umfassen, wobei jeweils zwischen einer ersten Bipolarplattenlage und einer zweiten Bipolarplattenlage einer zu kontaktierenden Bipolarplatte eine Tasche zur Aufnahme einer Litze ausgebildet ist und an einer der Bipolarplattenlagen eine Ausstülpung vorgesehen ist, welche ein Herausbewegen der in der Tasche aufgenommenen Litze längs der Kontaktierungsrichtung verhindert;
Fig. 27 eine perspektivische Darstellung einer Zellspannungsabgriffsvorrichtung, die ein elektrisch isolierendes Gehäuse, in welchem für jede zu kontaktierende Bipolarplatte jeweils mindestens ein elektrisch leitendes Kontaktelement angeordnet ist, und ein Verriegelungselement, welches quer zu der Kontaktierungsrichtung in das Gehäuse einschiebbar ist und im montierten Zustand der Zellspannungsabgriffsvorrichtung das Gehäuse an den zu kontaktierenden Bipolarplatten verriegelt, umfasst; Fig. 28 eine Draufsicht auf die Zellspannungsabgriffsvorrichtung aus Fig. 27 von oben;
Fig. 29 eine Seitenansicht des Verriegelungselements der Zellspannungsabgriffsvorrichtung aus den Fig. 27 und 28, mit der Blickrichtung in Richtung des Pfeiles 29 in Fig. 28;
Fig. 30 eine Draufsicht von oben auf das Verriegelungselement aus Fig. 29, mit der Blickrichtung in Richtung des Pfeiles 30 in Fig. 29;
Fig. 31 eine Draufsicht von oben auf ein Kontaktelement der Zellspannungsabgriffsvorrichtung aus den Fig. 27 bis 30, mit der Blickrichtung in Richtung des Pfeiles 31 in Fig. 28;
Fig. 32 eine Draufsicht von oben auf das elektrisch isolierende Gehäuse der Zellspannungsabgriffsvorrichtung aus den Fig. 27 bis 31;
Fig. 33 einen schematischen Querschnitt durch die Zellspannungsabgriffsvorrichtung aus den Fig. 27 bis 32, wobei das Verriegelungselement in das Gehäuse eingeschoben worden ist und federnde Kontaktabschnitte von Kontaktelementen gegeneinander vorspannt;
Fig. 34 eine schematische Darstellung einer Zellspannungsabgriffsvorrichtung, welche einen die zu kontaktierenden Bipolarplatten des Stapels aus elektrochemischen Einheiten kontaktierenden Anschlussstecker, eine Auswertevorrichtung zur Auswertung der an den Bipolarplatten abgegriffenen elektrischen Potentiale, einen an die Auswertevorrichtung angeschlossenen Flexbandstecker und eine den Anschlussstecker mit dem Flexbandstecker verbindende Flexbandleitung umfasst; Fig. 35 eine schematische Darstellung einer Zellspannungsabgriffsvorrichtung, welche eine die zu kontaktierenden Bipolarplatten des Stapels aus elektrochemischen Einheiten kontaktierende Starr- flex- Leiterplatte, eine Auswertevorrichtung zur Auswertung der an den Bipolarplatten abgegriffenen elektrischen Potentiale und einen die Starrflex- Leiterplatte mit der Auswertevorrichtung verbindenden Stecker umfasst;
Fig. 36 eine schematische Darstellung einer Zellspannungsabgriffsvorrichtung, welche ein die zu kontaktierenden Bipolarplatten des Stapels aus elektrochemischen Einheiten kontaktierendes Starr- flex-Modul umfasst, an welchem eine Auswertevorrichtung zur Auswertung der an den Bipolarplatten abgegriffenen elektrischen Potentiale angeordnet ist;
Fig. 37 eine schematische Darstellung einer Zellspannungsabgriffsvorrichtung, welche einen Anschlussstecker zum Kontaktieren der zu kontaktierenden Bipolarplatten des Stapels aus elektrochemischen Einheiten und ein Starrfl ex- Mod ul umfasst, wobei an dem Starrfl ex- Mod ul eine Auswertevorrichtung zum Auswerten der an den Bipolarplatten abgegriffenen elektrischen Potentiale angeordnet ist; und
Fig. 38 eine schematische Darstellung einer Zellspannungsabgriffsvorrichtung, welche einen Anshlussstecker zum Kontaktieren der zu kontaktierenden Bipolarplatten des Stapels aus elektrochemischen Einheiten, eine Auswertevorrichtung zum Auswerten der an den Bipolarplatten abgegriffenen elektrischen Potentiale und ein SMD("Surface Mounted Device")-Flachbandkabel zum Verbinden des Steckers mit der Auswertevorrichtung umfasst, wobei die Litzen des SMD-Flachbandkabels jeweils mit einer Anschlussstelle an dem Anschlussstecker und mit einer Anschlussstelle an der Auswertevorrichtung verlötet sind.
Gleiche oder funktional äquivalente Elemente sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.
Eine in den Fig. 1 und 2 ausschnittsweise dargestellte, als Ganzes mit 100 bezeichnete elektrochemische Vorrichtung umfasst einen Stapel 102 aus elektrochemischen Einheiten, 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 umfasst jeweils eine Bipolarplatte 108 und weitere Komponenten, welche in den Zeichnungen nur teilweise dargestellt sind.
Diese weiteren Komponenten können insbesondere eine elektrochemisch aktive Einheit, beispielsweise eine Membran-Elektroden-Anordnung, Gasdiffusionslagen und Dichtungen, beispielsweise Elastomerdichtungen, umfassen.
Durch diese weiteren Komponenten werden jeweils zwei in dem Stapel 102 längs der Stapelrichtung 106 unmittelbar aufeinander folgende Bipolarplatten 108 elektrisch voneinander isoliert.
Fig. 1 zeigt eine Draufsicht auf die oberste Bipolarplatte 108 des Stapels 102. 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 eine Zellspannungsabgriffsvorrichtung 111, welche ausschnittsweise in Fig. 2 dargestellt ist.
Die Zellspannungsabgriffsvorrichtung 111 umfasst einen Anschlussstecker 112, der ein elektrisch isolierendes Gehäuse 114 und mehrere in dem Gehäuse angeordnete elektrisch leitende Kontaktelemente 116 umfasst.
Wie aus Fig. 1 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 aus Fig. 1 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-Rich- tung 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 zwei Reihen 122a und 122b von Anschlusselementen 118a bzw. Anschlusselementen 118b.
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 zwei oder größer als zwei 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 Fig. 2 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 (beispielsweise durch Verschweißung), 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.
Das erste Anschlusselementteil 131 und das zweite Anschlusselementteil 135 sind bei der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsform einer elektrochemischen Vorrichtung 100 im Wesentlichen eben ausgebildet.
Der Hauptkörper 133 der ersten Bipolarplattenlage 127 und der Hauptkörper 137 der zweiten Bipolarplattenlage 129 bilden zusammen einen Hauptkörper 139 der Bipolarplatte 108.
Jedes der Kontaktelemente 116 ist als ein Kontaktpin 140 ausgebildet, der in jeweils einer Kontaktelementaufnahme 142 des elektrisch isolierenden Gehäuses 114 des Anschlusssteckers 112 angeordnet ist.
Um das Einbringen des jeweils zugeordneten Anschlusselements 118 in eine der Kontaktelementaufnahmen 142 des Gehäuses 114 während des Ansteckens des Anschlusssteckers 112 an den Stapel 102 aus elektrochemischen Einheiten zu erleichtern, ist die Kontaktelementaufnahme 142 an ihrem im montierten Zustand der Zellspannungsabgriffsvorrichtung 111 dem Stapel 102 aus elektrochemischen Einheiten zugewandten Endbereich mit Eintrittsschrägen 144 versehen, welche gegenüber der Stapelrichtung 106 um einen Winkel a geneigt sind. Dabei ist der Winkel a vorzugsweise größer als 45°, insbesondere größer als 50°, besonders bevorzugt größer als 60°.
Ferner ist der Winkel a vorzugsweise kleiner als 80°, insbesondere kleiner als 75°, besonders bevorzugt kleiner als 70°.
Die Kontaktelemente 116 sind vorzugsweise federelastisch ausgebildet.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Kontaktelemente 116 aus einem Federelastizität aufweisenden Material, beispielsweise aus einem Federstahlblech, gebildet sind.
Die Kontaktelemente 116 können durch einen Ausstanzvorgang und einen anschließenden Umformvorgang aus einem blechförmigen Ausgangsmaterial gebildet sein.
Die Kontaktelemente 116 weisen eine gute elektrische Leitfähigkeit auf.
Die Kontaktelemente sind vorzugsweise aus einem metallischen Material gebildet.
Jeder Kontaktelement 116 weist einen Verankerungsbereich 146, einen vorderen Endbereich 148, einen Federschenkel 150, einen Kontaktierungsbereich 152 und einen freien Endbereich 154 auf.
Mit dem Verankerungsbereich 146 kann das Kontaktelement 116 an dem Gehäuse 112 der Zellspannungsabgriffsvorrichtung 111 festgelegt sein.
Beispielsweise kann das Kontaktelement 116 an einer am Gehäuse 114 vorgesehenen (nicht dargestellten) Durchtrittsöffnung verrastet sein. Das Gehäuse 114 ist vorzugsweise aus einem elektrisch isolierenden Kunststoffmaterial, beispielsweise aus einem Polyamid-Material, hergestellt.
Das Gehäuse 114 kann beispielsweise durch einen Spritzgießvorgang hergestellt sein.
In diesem Fall können die Kontaktelemente 116 während des Spritzgießvorgangs mit dem Spritzgießmaterial umspritzt werden, um so an dem Gehäuse 114 festgelegt zu werden.
Der vordere Endbereich 148 des Kontaktelements 116 ist gekrümmt ausgebildet und verbindet den Verankerungsbereich 146 des Kontaktelements 116 mit dem Federschenkel 150.
Der Federschenkel 150 ist unter einem spitzen Winkel gegenüber dem Verankerungsbereich 146 des Kontaktelements 116 geneigt, so dass das Kontaktelement 116 sich längs der Kontaktierungsrichtung 120 zu seinem vorderen Endbereich 148 hin verjüngt. Hierdurch wird eine auf die Eintrittsschräge 144 des Gehäuses 114 folgende weitere Einführschräge für ein leichteres Einbringen des Anschlusselements 118 in die Kontaktelementaufnahme 142 bei der Montage der Zellspannungsabgriffsvorrichtung 111 an dem Stapel 102 aus elektrochemischen Einheiten geschaffen.
Hierdurch wird eine hohe Positioniergenauigkeit des Anschlusselements 118 in der Kontaktelementaufnahme 142 des Gehäuses 114 erreicht.
Das Kontaktelement 116 ist im entspannten Ruhezustand an seiner höchsten Stelle etwas höher als der Abstand D zwischen dem Anschlusselement 118 und der demselben auf der anderen Seite des Kontaktelements 116 gegenüberliegenden Begrenzungswand 156 der Kontaktelementaufnahme 142. Hierdurch werden bei der Montage der Zellspannungsabgriffsvorrichtung die Anschlusselemente 118 von in der Stapelrichtung 106 im Stapel 102 aufeinander folgenden Bipolarplatten 108 auseinandergespreizt, und es wird eine elastische Rückstellkraft in dem Kontaktelement 116 erzeugt, durch welche eine sichere elektrische Kontaktierung zwischen dem Kontaktelement 116 einerseits und dem Anschlusselement 118 der Bipolarplatte 108 andererseits gewährleistet ist.
Diese elektrische Kontaktierung zwischen dem Kontaktelement 116 und dem Anschlusselement 118 weist insbesondere eine hohe Rüttelfestigkeit auf.
Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel einer Zellspannungsabgriffsvorrichtung 111 wird jedes Anschlusselement 118 einer zu kontaktierenden Bipolarplatte 108 von jeweils einem dem Anschlusselement 118 zugeordneten Kontaktelement 116 elektrisch leitend kontaktiert.
Das Anschlusselement 118 der Bipolarplatte 108 wird bei dieser Ausführungsform nur von einer Seite her durch ein Kontaktelement 116 kontaktiert.
Dabei kann die Seite, auf welcher das Anschlusselement 118 von dem Kontaktelement 116 elektrisch leitend kontaktiert wird, eine Kathodenseite oder eine Anodenseite des Anschlusselements 118 sein.
Durch die Gehäusewände des Gehäuses 114, welche die verschiedenen Kontaktelementaufnahmen 142 des elektrisch isolierenden Gehäuses 114 voneinander trennen, ist eine zuverlässige elektrische Isolierung zwischen den Anschlusselementen 118 von längs der Stapelrichtung 106 des Stapels 102 aus elektrochemischen Einheiten aufeinander folgenden Bipolarplatten 108 gewährleistet. Die Kontaktelemente 116 sind, den Reihen 122 von Anschlusselementen 118 entsprechend, in mehreren, beispielsweise zwei, Reihen von Kontaktelementen 116 angeordnet, welche sich im montierten Zustand der Zellspannungsabgriffsvorrichtung 111 jeweils längs der Stapelrichtung 106 oder Z-Richtung erstrecken und in der senkrecht zur Stapelrichtung 106 verlaufenden Versatzrichtung 124 oder X-Richtung gegeneinander versetzt sind.
Dabei kontaktiert jede Reihe von Kontaktelementen 116 im montierten Zustand des Anschlusssteckers 112 der Zellspannungsabgriffsvorrichtung 111 jede zweite der in der Stapelrichtung 106 des Stapels 102 aus elektrochemischen Einheiten aufeinander folgenden Bipolarplatten 108 elektrisch leitend.
Generell ist vorgesehen ist, dass jede von n Reihen 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 zwei oder größer als zwei ist.
Das Gehäuse 114 des Anschlusssteckers 112 umfasst ferner (nicht dargestellte) elektrische Anschlussleitungen, welche die Kontaktelemente 116 mit jeweils einem Kontaktpin eines Steckanschlusses, der beispielsweise an einer Rückseite des Gehäuses 114 ausgebildet sein kann, verbinden.
An den Steckanschluss 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) Auswertungsvorrichtung oder Überwachungsvor- richtung der elektrochemischen Vorrichtung 100 herstellbar ist. Diese Auswertungsvorrichtung oder 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 Zellspannungen der Bipolarplatten 108 in dem Stapel 102 aus elektrochemischen Einheiten steuert.
Die Erstreckung der Kontaktelementaufnahmen 142 in der Längsrichtung des Gehäuses 114 des Anschlusssteckers 112, welche im montierten Zustand des Anschlusssteckers 112 parallel zu der Versatzrichtung 124 (oder X-Richtung) ausgerichtet ist, ist vorzugsweise 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 ausschnittsweise in Fig. 3 dargestellte zweite Ausführungsform einer elektrochemischen Vorrichtung 100 unterscheidet sich von der in den Fig. 1 und 2 dargestellten ersten Ausführungsform dadurch, dass die Kontaktelemente 116 des Anschlusssteckers 112 der Zellspannungsabgriffsvorrichtung 111 keinen gekrümmten Kontaktierungsbereich 152 umfassen, mit welchem diese Kontaktelemente an der jeweils zu kontaktierenden Bipolarplatte 108 anliegen; vielmehr liegen die Kontaktelemente 116 bei dieser Ausführungsform mit einer Kante 158 eines freien Endes 160 des Federschenkels 150 des Kontaktelements 116 elektrisch leitend an einer der Bipolarplattenlagen der Bipolarplatte 108, beispielsweise an der zweiten Bipolarplattenlage 129, an. Im Übrigen stimmt die in Fig. 3 dargestellte zweite Ausführungsform einer elektrochemischen Vorrichtung 100 hinsichtlich Aufbau, Funktion und Herstellungsweise mit der in den Fig. 1 und 2 dargestellten ersten Ausführungsform überein, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
Eine in den Fig. 4 und 5 dargestellte dritte Ausführungsform einer elektrochemischen Vorrichtung 100 umfasst eine Zellspannungsabgriffsvorrichtung 111, deren Anschlussstecker 112 eine Rastvorrichtung 162 umfasst, mittels welcher das Gehäuse 114 des Anschlusssteckers 112 an Rastkonturen 162 mindestens einer Bipolarplatte 108 des Stapels 102 aus elektrochemischen Einheiten ver- rastbar ist.
Die Rastvorrichtung 162 kann beispielsweise einen oder mehrere an dem Gehäuse 114 angeordnete Rasthaken 166 umfassen.
Die Rasthaken 166 können einstückig mit einem Grundkörper 168 des Gehäuses 114 des Anschlusssteckers 112 ausgebildet sein.
In dem Grundkörper 168 des Gehäuses 114 sind die Kontaktelementaufnahmen 142 angeordnet, in welchen die (in den Fig. 4 und 5 nicht dargestellten) Kontaktelemente 116 des Anschlusssteckers 112 angeordnet sind.
Die Rasthaken 166 der Rastvorrichtung 162 sind federelastisch an dem Gehäuse 114 des Anschlusssteckers 112 angeordnet.
Wenn der Anschlussstecker 112 längs der Kontaktrichtung 120 an den Stapel 102 aus elektrochemischen Einheiten herangeführt wird und die Anschlusselemente 118 der zu kontaktierenden Bipolarplatten 108 in die jeweils zugeordneten Kontaktelementaufnahmen 142 des Gehäuses 114 des Anschlusssteckers 112 eintreten, bewegen sich die Rastnasen 170 der Rasthaken 166 an jeweils einem Rastvorsprung 172 der Rastkonturen 164 mindestens einer der Bipolarplatten 108 des Stapels 102 vorbei, bis die Rasthaken 166 in dem montierten Zustand der Zellspannungsabgriffsvorrichtung 111, welcher in Fig. 5 dargestellt ist, die Rastvorsprünge 172 hintergreifen, so dass die Rastvorrichtung 162 des Anschlusssteckers 112 mit den Rastkonturen 164 mindestens einer der Bipolarplatten 108 des Stapels 102 aus elektrochemischen Einheiten verrastet ist.
Die Kontaktelemente 116 im Gehäuse 114 des Anschlusssteckers 112 der Zellspannungsabgriffsvorrichtung 111 können bei dieser Ausführungsform beispielsweise so ausgebildet sein wie bei der in den Fig. 1 und 2 dargestellten ersten Ausführungsform oder wie bei der in Fig. 3 dargestellten zweiten Ausführungsform.
Im Übrigen stimmt die in den Fig. 4 und 5 dargestellte dritte Ausführungsform einer elektrochemischen Vorrichtung 100 hinsichtlich Aufbau, Funktion und Herstellungsweise mit der in den Fig. 1 und 2 dargestellten ersten Ausführungsform überein, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
Eine in Fig. 6 ausschnittsweise dargestellte vierte Ausführungsform einer elektrochemischen Vorrichtung 100 unterscheidet sich von der in den Fig. 1 und 2 dargestellten ersten Ausführungsform dadurch, dass jedes der Kontaktelemente 116 im Gehäuse 114 des Anschlusssteckers 112 der Zellspannungsabgriffsvorrichtung 111 als ein Flachkontakt 174 ausgebildet ist.
Der Flachkontakt 174 steht vorzugsweise über die Kontaktelementaufnahme 142 des Gehäuses 114, in welcher der Flachkontakt 174 aufgenommen ist, in Richtung auf den Stapel 102 aus elektrochemischen Einheiten längs der Kontaktierungsrichtung 120 vor, wenn die Zellspannungsabgriffsvorrichtung 111 an dem Stapel 102 montiert ist. Bei der Montage der Zellspannungsabgriffsvorrichtung 111 an dem Stapel 102 wird jeder Flachkontakt 174 in eine jeweils zugeordnete Tasche 176 eingesteckt, welche an dem jeweils zugeordneten Anschlusselement 118 einer Bipolarplatte 108 ausgebildet ist.
Die Tasche 176 ist an dem Anschlusselement 118 dadurch gebildet, dass die erste Bipolarplattenlage 127 und die zweite Bipolarplattenlage 129 in diesem Bereich längs der Stapelrichtung 106 (Z-Richtung) voneinander beabstandet sind.
Der Abstand zwischen der ersten Bipolarplattenlage 127 und der zweiten Bipolarplattenlage 129 entspricht dabei vorzugsweise im Wesentlichen der Materialstärke d des Flachkontakts 174 in dem Bereich, welcher im montierten Zustand der Zellspannungsabgriffsvorrichtung 111 in die Tasche 176 eingreift.
Der Abstand zwischen der ersten Bipolarplattenlage 127 und der zweiten Bipolarplattenlage 129 kann beispielsweise dadurch erzeugt werden, dass eine Halbsicke 178 in mindestens einer der Bipolarplattenlagen 127, 129 ausgebildet ist.
Die Halbsicke 178 kann beispielsweise durch einen Umformvorgang, insbesondere durch einen Prägevorgang oder einen Tiefziehvorgang, an der jeweiligen Bipolarplattenlage 127, 129 gebildet sein.
Die Tasche 176 mündet an einem Einführtrichter 179 des Anschlusselements 118, welcher durch einen Einführschrägenabschnitt 180a der ersten Bipolarplattenlage 127 und einen Einführschrägenabschnitt 180b der zweiten Bipolarplattenlage 129 begrenzt ist.
Die Einführschrägenabschnitte 180a, 180b sind gegenüber der Stapelrichtung 106 um einen Winkel ß geneigt, welcher kleiner ist als 90°. Der Winkel ß kann für beide Einführschrägenabschnitte 180a, 180b im Wesentlichen gleich groß sein oder für den Einführschrägenabschnitt 180b von dem des Einführschrägenabschnitts 180a abweichen.
Der Winkel ß ist vorzugsweise größer als 30°, insbesondere größer als 45°, besonders bevorzugt größer als 60°.
Ferner ist der Winkel ß vorzugsweise kleiner als 85°, insbesondere kleiner als 80°, besonders bevorzugt kleiner als 75°.
Der Einführtrichter 179 erleichtert das Einführen des Flachkontakts 174 des Anschlusssteckers 112 in die Tasche 176 der Bipolarplatte 108 bei der Montage der Zellspannungsabgriffsvorrichtung 111 an dem Stapel 102 aus elektrochemischen Einheiten.
Im Übrigen stimmt die in Fig. 6 dargestellte vierte Ausführungsform einer elektrochemischen Vorrichtung 100 hinsichtlich Aufbau, Funktion und Herstellungsweise mit der in den Fig. 1 und 2 dargestellten ersten Ausführungsform überein, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
Eine in Fig. 7 ausschnittsweise dargestellte fünfte Ausführungsform einer elektrochemischen Vorrichtung 100 unterscheidet sich von der in Fig. 1 und 2 dargestellten ersten Ausführungsform dadurch, dass jedes der Kontaktelemente 116, welche im Gehäuse 114 des Anschlusssteckers 112 der Zellspannungsabgriffsvorrichtung 111 angeordnet sind, jeweils als ein greifender Gabelfederkontakt 182 ausgebildet ist.
Jeder Gabelfederkontakt 182 weist jeweils einen Kontaktierungsabschnitt 184a auf, welcher im montierten Zustand der Zellspannungsabgriffsvorrichtung 111 an einer ersten Seite des Anschlusselements 118 der jeweils zugeordneten Bipolarplatte 108 anliegt, und einen zweiten Kontaktierungsabschnitt 184b auf, welcher im montierten Zustand der Zellspannungsabgriffsvorrichtung 111 an einer der ersten Seite des Anschlusselements 118 abgewandten zweiten Seite des Anschlusselements 118 anliegt.
Dabei sind die beiden Kontaktierungsabschnitte 184a, 184b elastisch gegeneinander und gegen das Anschlusselement 118 der jeweils zu kontaktierenden Bipolarplatte 108 vorgespannt, so dass das dem Kontaktelement 116 jeweils zugeordnete Anschlusselement 118 zwischen den beiden Kontaktierungsabschnitten 184 eingeklemmt und reibschlüssig gehalten ist.
Der Bereich jedes Kontaktierungsabschnitts 184a, 184b, mit welchem der jeweilige Kontaktierungsabschnitt 184a, 184b an dem Anschlusselement 118 der jeweils zu kontaktierenden Bipolarplatte 108 anliegt, kann als ein gekrümmter Kontaktierungsbereich 186 ausgebildet sein.
Vorzugsweise ist ein solcher gekrümmter Kontaktierungsbereich 186 - von dem jeweils kontaktierten Anschlusselement 118 aus gesehen - konvex gekrümmt ausgebildet.
Das Anschlusselement 118 kann bei dieser Ausführungsform aus nur einer Bipolarplattenlage der jeweils zu kontaktierenden Bipolarplatte 108 gebildet sein, beispielsweise aus der ersten Bipolarplattenlage 127 oder aus der zweiten Bipolarplattenlage 129.
Die Kontaktelementaufnahme 142, in welcher der Kabelfederkontakt 182 jeweils angeordnet ist, kann mit Eintrittsschrägen 144 versehen sein, um das Eintreten des Anschlusselements 118 der jeweils zu kontaktierenden Bipolarplatte 108 in die jeweilige Kontaktelementaufnahme 142 des Gehäuses 114 bei der Montage der Zellspannungsabgriffsvorrichtung 111 an dem Stapel 102 aus elektrochemischen Einheiten zu erleichtern. Das Anschlusselement 118 kann zweilagig ausgebildet sein und somit teilweise aus der ersten Bipolarplattenlage 127 und der zweiten Bipolarplattenlage 129 gebildet sein.
Dabei kann zur Erhöhung der Dicke des Anschlusselements 118 und zur Vermeidung einer scharfen Kante am freien Ende des Anschlusselements 118, welche die Kontaktierungsbereiche 186 des Kontaktelements 116 beschädigen könnte, vorgesehen sein, dass eine der Bipolarplattenlagen um die jeweils andere Bipolarplattenlage gefalzt ist.
Beispielsweise könnte die erste Bipolarplattenlage 127 um die zweite Bipolarplattenlage 129 gefalzt sein.
Alternativ hierzu kann auch vorgesehen sein, dass die zweite Bipolarplattenlage 129 um die erste Bipolarplattenlage 127 gefalzt ist.
Im Übrigen stimmt die in Fig. 7 dargestellte fünfte Ausführungsform einer elektrochemischen Vorrichtung 100 hinsichtlich Aufbau, Funktion und Herstellungsweise mit der in den Fig. 1 und 2 dargestellten ersten Ausführungsform überein, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
Eine in Fig. 8 ausschnittsweise dargestellte sechste Ausführungsform einer elektrochemischen Vorrichtung 100 unterscheidet sich von der in den Fig. 1 und 2 dargestellten ersten Ausführungsform dadurch, dass die Kontaktelemente 116 im Gehäuse 114 des Anschlusssteckers 112 der Zellspannungsabgriffsvorrichtung 111 im Wesentlichen starr ausgebildet sind und dafür die Anschlusselemente 118 der zu kontaktierenden Bipolarplatten 108 des Stapels 102 aus elektrochemischen Einheiten jeweils ein Federelement 188 umfassen. Das elastische Federelement 188 des Anschlusselements 118 kann beispielsweise mindestens eine elastische Sicke 190 umfassen, welche in der ersten Bipolarplattenlage 127 und/oder in der zweiten Bipolarplattenlage 128 ausgebildet ist.
Die elastische Sicke 190 kann durch ein Umformverfahren, beispielsweise ein Prägeverfahren oder ein Tiefziehverfahren, an dem Anschlusselement 118 der Bipolarplatte 108 ausgebildet sein.
Ferner kann eine der Bipolarplattenlagen der Bipolarplatte 108, beispielsweise die zweite Bipolarplattenlage 129, im Bereich des Anschlusselements 118 einen Einführschrägenabschnitt 180b aufweisen, welcher gegenüber der Kontaktierungsrichtung 120 um einen Winkel y geneigt ist.
Der Winkel y ist vorzugsweise größer als 5°, insbesondere größer als 10°, besonders bevorzugt größer als 15°.
Ferner ist der Winkel y vorzugsweise kleiner als 60°, insbesondere kleiner als 45°, besonders bevorzugt kleiner als 35°.
Der Einführschrägenabschnitt 180b kann vorzugsweise mit einer Eintrittsschräge 144 an der Kontaktelementaufnahme 142 des Gehäuses 114, in welcher das jeweils zugeordnete Kontaktelement 116 angeordnet ist, Zusammenwirken, um das Eintreten des Anschlusselements 118, welches das elastische Federelement 188 umfasst, in die Kontaktelementaufnahme 142 des Gehäuses 114 bei der Montage der Zellspannungsabgriffsvorrichtung 111 an dem Stapel 102 aus elektrochemischen Einheiten zu erleichtern.
Das dem Anschlusselement 118 zugeordnete Kontaktelement 116 ist bei dieser Ausführungsform beispielsweise als ein im Wesentlichen starrer Kontaktpin 192 ausgebildet. Der Kontaktpin 192 kann mehrteilig, insbesondere zweiteilig, ausgebildet sein.
Beispielsweise umfasst der Kontaktpin 192 eine erste Lage 194 und eine zweite Lage 196, wobei die erste Lage 194 und die zweite Lage 196 längs einer senkrecht zur Stapelrichtung 106 des Stapels 102 aus elektrochemischen Einheiten ausgerichteten Kontaktebene 198 aneinander anliegen können.
An seinem im montierten Zustand der Zellspannungsabgriffsvorrichtung 111 dem Stapel 102 aus elektrochemischen Einheiten zugewandten Endbereich kann der Kontaktpin 192 mit einem Verjüngungsbereich 200 versehen sein, welcher sich zum freien Ende des Kontaktpins 192 hin, vorzugsweise konisch, verjüngt.
Im montierten Zustand der Zellspannungsabgriffsvorrichtung 111 liegt das Federelement 188 des Anschlusselements 118 unter einer elastischen Vorspannung an dem Kontaktpin 192 des Anschlusssteckers 112 an.
Dabei wird die elastische Vorspannkraft des Federelements 188 durch eine elastische Verformung des Federelements 188, beispielsweise der elastischen Sicke 190 des Federelements 188, erzeugt.
Ein freier Endbereich der Bipolarplattenlage 127, in welcher die elastische Sicke 190 ausgebildet ist, ist vorzugsweise, beispielsweise durch Verschweißung, an der jeweils anderen Bipolarplattenlage 129 festgelegt, um eine elastische Mindest- Rückstellkraft des Federelements 188 zu gewährleisten.
Durch reibschlüssigen Kontakt zwischen dem Federelement 188 des Anschlusselements 118 einerseits und dem Kontaktpin 192 des Anschlusssteckers 112 andererseits wird ein unbeabsichtigtes Abziehen des Anschlusssteckers 112 von dem Stapel 102 aus elektrochemischen Einheiten verhindert. Im Übrigen stimmt die in Fig. 8 dargestellte sechste Ausführungsform einer elektrochemischen Vorrichtung hinsichtlich Aufbau, Funktion und Herstellungsweise mit der in den Fig. 1 und 2 dargestellten ersten Ausführungsform überein, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
Eine in Fig. 9 ausschnittsweise dargestellte siebte Ausführungsform einer elektrochemischen Vorrichtung 100 unterscheidet sich von den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen dadurch, dass die Kontaktelemente 116 der Zellspannungsabgriffsvorrichtung 111 nicht als formelastische metallische Kontaktelemente ausgebildet sind, sondern als volumenelastische, elektrisch leitende Elastomerelemente 202.
Solche elektrisch leitenden Elastomerelemente 202 können insbesondere als ein Leitgummi ausgebildet sein.
Ein solches elektrisch leitendes Elastomermaterial kann als Grundmaterial beispielsweise Silikon oder Kautschuk enthalten.
Um die erforderliche elektrische Leitfähigkeit herzustellen, kann das elektrisch leitfähige Elastomerelement 202 ferner elektrisch leitende Partikel umfassen, beispielsweise Partikel aus einem metallischen Material, Partikel aus einem Edelmetall, Partikel aus Kohlenstoff, Partikel aus Graphit und/oder Partikel aus Graphen.
Wie aus Fig. 9 zu ersehen ist, kann in jeder Kontaktelementaufnahme 142 des Gehäuses 114 des Anschlusssteckers 112 der Zellspannungsabgriffsvorrichtung 111 jeweils ein solches elektrisch leitfähiges Elastomerelement 202 angeordnet sein.
An einem im montierten Zustand der Zellspannungsabgriffsvorrichtung 111 dem Stapel 102 aus elektrochemischen Einheiten abgewandten Endbereich des Elastomerelements 202 kann ein elektrisch leitendes Anschlusselement 204 angeordnet sein, welches über eine Anschlussleitung 206 mit jeweils einem Anschlusspin des Steckeranschlusses des Gehäuses 114 der Zellspannungsabgriffsvorrichtung 111 verbunden ist, um das von der zu kontaktierenden Bipolarplatte 108 abgegriffene elektrische Potential an den Steckeranschluss zu übermitteln.
Die im montierten Zustand der Zellspannungsabgriffsvorrichtung 111 dem Stapel 102 aus elektrochemischen Einheiten zugewandte Stirnseite des elektrisch leitenden Elastomerelements 202 bildet eine stirnseitige Kontaktfläche 208, an welcher im montierten Zustand der Zellspannungsabgriffsvorrichtung 111 das Anschlusselement 118 der jeweils zugeordneten Bipolarplatte 108 anliegt.
Dabei kann das Anschlusselement 118 beispielsweise mit einem gekrümmten Kontaktierungsbereich 210 versehen sein, über weichen das Anschlusselement 118 an der Kontaktfläche 208 des elektrisch leitenden Elastomerelements 202 anliegt.
Das Anschlusselement 118 der Bipolarplatte 108 kann bei dieser Ausführungsform aus nur einer der Bipolarplattenlagen 127 oder 129 gebildet sein.
Alternativ hierzu ist es auch möglich, dass das Anschlusselement 118 aus der ersten Bipolarplattenlage 127 und der zweiten Bipolarplattenlage 129 gebildet ist.
Durch die mechanische Druckspannung, welche von dem Anschlusselement 118 der jeweils kontaktierten Bipolarplatte 108 auf das Elastomerelement 202 ausgeübt wird, berühren sich die elektrisch leitfähigen Partikel im Material des Elastomerelements 202, so dass das Elastomerelement 202 elektrisch leitend wird. Wenn Vibrationen im Betrieb der elektrochemischen Vorrichtung 100 zu Mikrobewegungen des Anschlusselements 118 der Bipolarplatte 108 relativ zu dem Anschlussstecker 112 führen, so verursacht das keine Reibung zwischen dem Elastomerelement 202 und der Bipolarplatte 108, da das flexible Elastomerelement 202 diesen Mikrobewegungen folgt und dieselben dämpft. Hierdurch wird eine an dem Anschlusselement 118 der Bipolarplatte 108 vorhandene Kontaktschicht nicht abgerieben, und eine dauerhafte, sichere und gute elektrische Kontaktierung mit einem niedrigen Übergangswiderstand zwischen dem Anschlusselement 118 der Bipolarplatte 108 und dem Elastomerelement 202 ist sichergestellt.
Das Anschlusselement 204 kann als ein flächiger metallischer Kontakt ausgebildet sein.
Die Verbindung zwischen der Anschlussleitung 206 und dem Anschlusselement 204 kann durch ein geeignetes Fügeverfahren, beispielsweise durch Verlötung oder Verschweißung, hergestellt sein.
Das Material des Elastomerelements 202 kann entweder dauerhaft unvernetzt und damit zähviskos bleiben oder durch Zuführung von Energie (beispielsweise durch UV-Bestrahlung oder durch Wärmezufuhr) oder durch Zuführung von Feuchtigkeit nach der Montage der Zellspannungsabgriffsvorrichtung 111 an dem Stapel 102 aus elektrochemischen Einheiten oder bei der ersten Inbetriebnahme der elektrochemischen Vorrichtung 100 vernetzt werden und so eine gummielastische Konsistenz annehmen.
Um den Eintritt des Anschlusselements 118 der jeweils zu kontaktierenden Bipolarplatte 108 in die jeweilige Kontaktelementaufnahme 142 des Gehäuses 114 zu erleichtern, kann die Kontaktelementaufnahme 142 in ihrem Eintrittsbereich mit Eintrittsschrägen 144 versehen sein. Als Material für die Elastomerelemente 202 kann beispielsweise ein elektrisch leitendes Dispensiermaterial aus Silikon-Elastomer verwendet werden.
Solche Materialien werden beispielsweise unter der Bezeichnung G-FIP von der germania elektronik Gesellschaft für Umwelttechnik und Elektronik mbH, Gutenbergring 41, 22848 Norderstedt, Deutschland, vertrieben.
Elektrisch leitende Dispensiermaterialien aus Silikon-Elastomer ermöglichen es, leitende Dichtungen auf eine große Auswahl an verschiedenen Materialien aufzutragen und dabei eine gute Verbindung zum Untergrund zu schaffen.
Die so hergestellten Elastomerelemente stellen auch zuverlässige EMV-Dich- tungen und gute Umweltdichtungen dar.
Durch die Verwendung dieser Materialien ist es möglich, eine Schutzklasse bis zu IP68 zu erreichen.
Das Ausgangsmaterial wird flüssig auf die Oberfläche aufgetragen, auf welcher das Elastomerelement 202 gebildet werden soll, haftet auf dem Untergrund an und stellt nach dem Aushärten das fertige Elastomerelement 202 dar.
Besonders geeignete elektrische leitende Dispensiermaterialien aus Silikon- Elastomer werden von der germania elektronik Gesellschaft für Umwelttechnik und Elektronik mbH unter den Materialbezeichnungen G-FIP S03 (Füllstoffe: Nickel und Graphit), G-FIP S06 (Füllstoffe: Silber und Aluminium), G-FIP S16 (Füllstoffe: Silber und Aluminium), G-FIP S07 (Füllstoffe: Silber und Kupfer), G-FIP S17 (Füllstoffe: Silber und Kupfer), G-FIP S05 (Füllstoffe: Silber und Nickel) und G-FIP S15 (Füllstoffe: Silber und Nickel) vertrieben. Das elastome- re Grundmaterial dieser elektrisch leitenden Dispensiermaterialien ist Silikon.
Der Volumenwiderstand der Elastomerelemente 202 liegt vorzugsweise bei weniger als 0,1 Qcm -1, besonders bevorzugt bei weniger als 0,01 Qcm -1. Der Oberflächenwiderstand der Elastomerelemente 202 liegt vorzugsweise bei weniger als 0,5 Qcm -1, besonders bevorzugt bei weniger als 0,2 Qcm -1.
Im Übrigen stimmt die in Fig. 9 dargestellte siebte Ausführungsform einer elektrochemischen Vorrichtung 100 hinsichtlich Aufbau, Funktion und Herstellungsweise mit der in den Fig. 1 und 2 dargestellten ersten Ausführungsform überein, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
Eine in Fig. 10 ausschnittsweise dargestellte achte Ausführungsform einer elektrochemischen Vorrichtung 100 unterscheidet sich von der in Fig. 9 dargestellten siebten Ausführungsform dadurch, dass das Anschlusselement 118 der zu kontaktierenden Bipolarplatte 108 das jeweils zugeordnete elektrisch leitende Elastomerelement 202 des Anschlusssteckers 112 der Zellspannungsabgriffsvorrichtung 111 nicht an einer quer, vorzugsweise senkrecht, zur Kontaktierungsrichtung 120 ausgerichteten stirnseitigen Kontaktfläche 208 kontaktiert, sondern an einer im Wesentlichen parallel zu der Kontaktierungsrichtung 120 ausgerichteten seitlichen Kontaktfläche 212.
Die für die elektrische Kontaktierung zwischen dem Anschlusselement 118 der Bipolarplatte 108 und dem Elastomerelement 202 zur Verfügung stehende Fläche wird dadurch gegenüber der in Fig. 9 dargestellten Ausführungsform vergrößert.
Im Übrigen stimmt die in Fig. 10 dargestellte achte Ausführungsform einer elektrochemischen Vorrichtung 100 hinsichtlich Aufbau, Funktion und Herstellungsweise mit der in Fig. 9 dargestellten siebten Ausführungsform überein, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird. Eine in Fig. 11 ausschnittsweise dargestellte neunte Ausführungsform einer elektrochemischen Vorrichtung 100 unterscheidet sich von der in Fig. 10 dargestellten achten Ausführungsform dadurch, dass das Anschlusselement 118 der zu kontaktierenden Bipolarplatte 108 bei der Montage der Zellspannungsabgriffsvorrichtung 111 an dem Stapel 102 aus elektrochemischen Einheiten nicht seitlich an eine Kontaktfläche 212 des jeweils zugeordneten Elastomerelements 202 angelegt wird, sondern vielmehr das Anschlusselement 118 bei der Montage der Zellspannungsabgriffsvorrichtung 111 an dem Stapel 102 aus elektrochemischen Einheiten in das noch unvernetzte Elastomerelement 202 eindringt, während das Material des Elastomerelements 202 noch weich-viskos und leicht verdrängbar ist.
In diesem Fall umschließt das Material des Elastomerelements 202 die Oberfläche des Anschlusselements 118 dauerhaft und ohne Relativbewegung im Betrieb der elektrochemischen Vorrichtung 100.
Hierdurch wird eine besonders zuverlässige elektrische Kontaktierung des Anschlusselements 118 der Bipolarplatte 108 durch das Elastomerelement 202 bewirkt.
Das Grundmaterial des Elastomerelements 202 kann bei dieser Ausführungsform entweder dauerhaft unvernetzt und damit zähviskos bleiben oder mittels Zuführung von Energie (beispielsweise in der Form von UV-Strahlung oder in Form von Wärmezufuhr) oder durch Zufuhr von Feuchtigkeit nach der Montage der Zellspannungsabgriffsvorrichtung 111 an dem Stapel 102 aus elektrochemischen Einheiten oder bei der ersten Inbetriebnahme der elektrochemischen Vorrichtung 100 vernetzt werden und dann eine gummielastische Konsistenz annehmen. Durch die Einbettung des Anschlusselements 118 der Bipolarplatte 108 in das Material des Elastomerelements 202 wird bei dieser Ausführungsform zusätzlich das Eindringen von Feuchtigkeit in den Kontaktbereich zwischen der Bipolarplatte 108 und dem Elastomerelement 202 vermieden, was eine Kontaktkorrosion verhindert.
Wenn das zunächst viskos-elastische Material des Elastomerelements 202 bei dieser Ausführungsform nach der Montage der Zellspannungsabgriffsvorrichtung 111 an dem Stapel 102 aus elektrochemischen Einheiten zusätzlich vernetzt wird, wird durch diese Vernetzung eine stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Anschlusselement 118 der Bipolarplatte 108 einerseits und dem Elastomerelement 202 andererseits hergestellt, wodurch ein Abrutschen des Elastomerelements 202 von dem Anschlusselement 118 der Bipolarplatte 108 im Betrieb der elektrochemischen Vorrichtung 100 verhindert wird.
Das Anschlusselement 204, über welches das Elastomerelement 202 elektrisch leitend mit der jeweils zugeordneten Anschlussleitung 206 verbunden wird, kann bei dieser Ausführungsform einen im Wesentlichen C-förmigen Querschnitt aufweisen.
Im Übrigen stimmt die in Fig. 11 dargestellte neunte Ausführungsform einer elektrochemischen Vorrichtung 100 hinsichtlich Aufbau, Funktion und Herstellungsweise mit der in Fig. 9 dargestellten siebten Ausführungsform und mit der in Fig. 10 dargestellten achten Ausführungsform überein, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
Eine in Fig. 12 ausschnittsweise dargestellte zehnte Ausführungsform einer elektrochemischen Vorrichtung 100 unterscheidet sich von der in Fig. 7 dargestellten fünften Ausführungsform dadurch, dass die als Gabelfederkontakte 182 ausgebildeten Kontaktelemente 116 mit ihren Kontaktierungsabschnitten 184a, 184b nicht unmittelbar an der Bipolarplatte 108 anliegen, sondern an jeweils einem elektrisch leitenden Elastomerelement 214, das an einer ersten Seite der Bipolarplatte 108 beziehungsweise an einer der ersten Seite der Bipolarplatte 108 gegenüberliegenden zweiten Seite der Bipolarplatte 108 angeordnet ist.
Wenn das Anschlusselement 118 der Bipolarplatte 108 zweilagig ausgebildet ist, so kann insbesondere vorgesehen sein, dass ein erstes elektrisch leitendes Elastomerelement 214a an der ersten Bipolarplattenlage 127 und ein zweites elektrisch leitendes Elastomerelement 214b an der zweiten Bipolarplattenlage 129 angeordnet ist.
Jedes der elektrisch leitenden Elastomerelemente 214 kann beispielsweise als eine Beschichtung aus einem elektrisch leitenden Elastomermaterial an der Bipolarplatte 108 beziehungsweise an der jeweils zugeordneten Bipolarplattenlage 127 oder 129 ausgebildet sein.
Als Material für die elektrisch leitenden Elastomerelemente 214 können insbesondere dieselben Materialien verwendet werden, welche vorstehend im Zusammenhang mit der Herstellung der elektrisch leitenden Elastomerelemente 202 bei der in Fig. 9 dargestellten siebten Ausführungsform genannt worden sind.
Dadurch, dass bei dieser Ausführungsform die Kontaktierungsabschnitte 184a, 184b des Kontaktelements 116 nicht direkt an der Bipolarplatte 108 anliegen, wird verhindert, dass im Betrieb der elektrochemischen Vorrichtung durch Mikrobewegungen des Kontaktelements 116 relativ zu der kontaktierten Bipolarplatte 108 eine an der Bipolarplatte 108 beziehungsweise an den Bipolarplattenlagen 127 und 129 vorhandene Kontaktbeschichtung abgerieben wird. Eine Reibkorrosion wird dadurch verhindert. Im Übrigen stimmt die in Fig. 12 dargestellte zehnte Ausführungsform einer elektrochemischen Vorrichtung 100 hinsichtlich Aufbau, Funktion und Herstellungsweise mit der in Fig. 7 dargestellten fünften Ausführungsform überein, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
Eine in den Fig. 13 bis 17 ausschnittsweise dargestellte elfte Ausführungsform einer elektrochemischen Vorrichtung 100 umfasst statt eines Anschlusssteckers 112 eine Kontaktierungsplatte 216, welche für jede zu kontaktierende Bipolarplatte 108 jeweils eine Durchtrittsöffnung 218 umfasst, wobei sich im montierten Zustand der die Kontaktierungsplatte 216 umfassenden Zellspannungsabgriffsvorrichtung 111 ein Abschnitt 220 der jeweils zugeordneten Bipolarplatte 108 durch die Durchtrittsöffnung 218 hindurch erstreckt und ein hinter der Durchtrittsöffnung 218, das heißt auf der dem Stapel 102 aus elektrochemischen Einheiten abgewandten Seite der Kontaktierungsplatte 216, liegender Abschnitt 222 der Bipolarplatte 108 auf eine Kontaktierungsstelle 224 der Kontaktierungsplatte 216 (siehe die schematische Schnittdarstellung in Fig. 16) gefalzt ist.
Jede Kontaktierungsstelle 224 der Kontaktierungsplatte 216 ist über jeweils eine (nicht dargestellte) Anschlussleitung mit einem jeweils zugeordneten Anschlusspin eines Steckanschlusses 226 (siehe die Fig. 13 und 14) der Zellspannungsabgriffsvorrichtung 111 elektrisch leitend verbunden.
An den Steckanschluss 226 ist ein (nicht dargestelltes) mehradriges Anschlusskabel anschließbar, welches den Steckanschluss 226 mit einer (nicht dargestellten) Auswertungsvorrichtung verbindet, in welcher die mittels der Zellspannungsabgriffsvorrichtung 111 erfassten elektrischen Potentiale der kontaktierten Bipolarplatten 108 ausgewertet und für die Steuerung der elektrochemischen Vorrichtung 100 verwendet werden. Bei einer bevorzugten Ausgestaltung dieser Ausführungsform ist die Kontaktierungsplatte 216 als eine Leiterplatte 228 ausgebildet, welche für jede Kontaktstelle 224 jeweils eine (nicht dargestellte) Leiterbahn umfasst, durch welche die betreffende Kontaktstelle 224 der Kontaktierungsplatte 216 mit jeweils einem Anschlusspin des Steckanschlusses 226 elektrisch leitend verbunden ist.
Der Steckanschluss 226 kann dabei als ein On-Board-Steckverbinder an der Leiterplatte 228 angeordnet sein.
Die Zellspannungsabgriffsvorrichtung 111 umfasst ferner eine Gegenplatte 230, welche durch mehrere, beispielsweise vier, Distanzhalter 232 in einem vorgegebenen Abstand von der Kontaktierungsplatte 216 gehalten wird.
Wie am besten aus der schematischen Schnittdarstellung von Fig. 16 zu ersehen ist, umfasst die Zellspannungsabgriffsvorrichtung 111 ferner ein Druckübertragungselement 234, mittels welchem ein Anpressdruck von der Gegenplatte 230 auf die gefalzten Abschnitte 222 der Anschlusselemente 118 der zu kontaktierenden Bipolarplatten 108 übertragbar ist.
Hierdurch wird im Betrieb der elektrochemischen Vorrichtung 100, auch beim Auftreten von Schockkräften und Vibrationen, gewährleistet, dass eine Gegenkraft oder Haltekraft auf den umgefalzten Abschnitt 222 des Anschlusselements 118 aufgebracht wird, welche ausreicht, um die elektrisch leitende Kontaktierung zwischen dem umgefalzten Abschnitt 222 des Anschlusselements 118 einerseits und der Kontaktierungsstelle 224 der Kontaktierungsplatte 216 andererseits sicherzustellen.
Das Druckübertragungselement 234 kann beispielsweise als ein Schaumstoffelement 236 ausgebildet sein.
Das Druckübertragungselement 234 weist vorzugsweise eine Formelastizität auf. Die Distanzhalter 232, welche die Gegenplatte 230 in der gewünschten Position relativ zu der Kontaktierungsplatte 216 und in dem gewünschten Abstand von der Kontaktierungsplatte 216 halten, können beispielsweise als selbstrastende Leiterplatten-Distanzhalter 238 ausgebildet sein.
Jeder Distanzhalter 232 kann einen kontaktierungsplattenseitigen Rasthaken 240 umfassen, welcher sich durch eine Durchtrittsöffnung 242 in der Kontaktierungsplatte 216 hindurch erstreckt und eine Rastnase 244 umfasst, welche die Kontaktierungsplatte 216 hintergreift und an einer im montierten Zustand der Zellspannungsabgriffsvorrichtung 111 dem Stapel 102 aus elektrochemischen Einheiten zugewandten stapelseitigen Hauptfläche 246 der Kontaktierungsplatte 216 anliegt.
Ferner umfasst der Distanzhalter 232 vorzugsweise einen gegenplattenseitigen Rasthaken 248, welcher sich durch eine Durchtrittsöffnung 250 in der Gegenplatte 230 hindurch erstreckt und eine Rastnase 252 umfasst, welche die Gegenplatte 230 hintergreift und an einer im montierten Zustand der Zellspannungsabgriffsvorrichtung 111 dem Stapel 102 abgewandten stapelabgewandten Hauptfläche 254 der Gegenplatte 230 anliegt.
Ein zwischen dem kontaktierungsplattenseitigen Rasthaken 240 und dem gegenplattenseitigen Rasthaken 248 angeordneter Grundkörper 254 des Distanzhalters 232 weist einen Durchmesser auf, welcher größer ist als der Durchmesser der Durchtrittsöffnungen 242 und 250, so dass der Grundkörper 256 die Kontaktierungsplatte 216 und die Gegenplatte 230 auf dem gewünschten Abstand voneinander hält. Wie aus Fig. 16 zu ersehen ist, sind die Bipolarplatten 208 in dem Stapel 102 aus elektrochemischen Einheiten durch zusätzliche Komponenten 258, welche jeweils zwischen zwei in der Stapelrichtung 106 aufeinander folgenden Bipolarplatten 108 angeordnet sind und diese aufeinander folgenden Bipolarplatten 108 elektrisch voneinander isolieren, voneinander getrennt.
Diese Komponenten 258 können beispielsweise eine Membran-Elektroden- Anordnung, Gasdiffusionslagen und/oder Dichtungselemente, insbesondere Elastomer- Dichtungselemente, umfassen.
Bei der Montage der Zellspannungsabgriffsvorrichtung 111 an dem Stapel 102 aus elektrochemischen Einheiten wird die Kontaktierungsplatte 216 so auf die Anschlusselemente 118 der zu kontaktierenden Bipolarplatten 108 gesteckt, dass ein Abschnitt 220 des jeweiligen Anschlusselements 118 der Bipolarplatte 108 sich durch die jeweils zugeordnete Durchtrittsöffnung 218, die beispielsweise als ein Schlitz oder als eine Bohrung in der Kontaktierungsplatte 216 ausgebildet sein kann, hindurch erstreckt, so dass das Anschlusselement 118 zunächst auf der dem Stapel 102 abgewandten Seite der Kontaktierungsplatte 216 über die Kontaktierungsplatte 216 übersteht.
Der über die Kontaktierungsplatte 216 überstehende Abschnitt 222 des Anschlusselements 118 wird in einem folgenden Arbeitsschritt auf die jeweils zugeordnete Kontaktierungsstelle 224 der Kontaktierungsplatte 216 umgewalzt.
Hierdurch wird eine elektrisch leitende Verbindung von der jeweils kontaktierten Bipolarplatte 108 bis zu dem Steckanschluss 226 der Zellspannungsabgriffsvorrichtung 111 hergestellt. Anschließend wird das Druckübertragungselement 234 auf die Abschnitte 222 der Anschlusselemente 118 aufgelegt und in dieser Position mittels der Gegenplatte 230 fixiert. Die Gegenplatte 230 wird mittels der Distanzhalter 232 im gewünschten Abstand von der Kontaktierungsplatte 216 positioniert und gehalten.
Die Rastnasen 244 und 252 jedes Distanzhalters 232 sind elastisch verformbar, so dass die Rastnasen 244 und 252 durch die jeweils zugeordnete Durchtrittsöffnung 242 in der Kontaktierungsplatte 216 beziehungsweise 250 in der Gegenplatte 230 hindurch bewegt werden können und sich anschließend wieder so ausdehnen, dass sie zumindest in einer zu der Längsachse der Durchtrittsöffnungen 242, 250 radialen Richtung eine größere Ausdehnung aufweisen als die jeweils benachbarte Durchtrittsöffnung 242 beziehungsweise 250.
Somit wird eine formschlüssige Verbindung zwischen jedem der Distanzhalter 232 einerseits und der Kontaktierungsplatte 216 sowie der Gegenplatte 230 andererseits hergestellt.
Ebenso wie bei der in den Fig. 1 und 2 dargestellten ersten Ausführungsform einer elektrochemischen Vorrichtung 100 bilden die Anschlusselemente 118 der Bipolarplatten 108 des Stapels 102 auch bei dieser elften Ausführungsform 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 (Y-Richtung) ausgerichteten Versatzrichtung 124 (X-Richtung) gegeneinander versetzt sind.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst der Stapel 102 aus elektrochemischen Einheiten zwei Reihen 122a und 122b von Anschlusselementen 118a beziehungsweise Anschlusselementen 118b. Dabei ist jeder der beiden Reihen 122a, 122b von Anschlusselementen 118a beziehungsweise 118b jedes zweite Anschlusselement 118a beziehungsweise 118b der in der Stapelrichtung 106 aufeinander folgenden Bipolarplatten 108 zugeordnet.
Im Übrigen stimmt die in den Fig. 13 bis 16 dargestellte elfte Ausführungsform einer elektrochemischen Vorrichtung 100 hinsichtlich Aufbau, Funktion und Herstellungsweise mit der in den Fig. 1 und 2 dargestellten ersten Ausführungsform überein, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
Eine in Fig. 17 ausschnittsweise dargestellte zwölfte Ausführungsform einer elektrochemischen Vorrichtung 100 unterscheidet sich von der in den Fig. 13 bis 16 dargestellten elften Ausführungsform dadurch, dass die Distanzhalter 232 jeweils als ein einstückiger Körper aus einem PCB(Polychloriertes Biphenylj-Material gebildet sind.
Jeder der Distanzhalter 232 ist über eine erste Verrastung mit der Kontaktierungsplatte 216 und über eine zweite Verrastung mit der Gegenplatte 230 jeweils formschlüssig verbunden.
Im Übrigen stimmt die in Fig. 17 dargestellte zwölfte Ausführungsform hinsichtlich Aufbau, Funktion und Herstellungsweise mit der in den Fig. 13 bis 16 dargestellten elften Ausführungsform überein, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
Eine in Fig. 18 ausschnittsweise dargestellte dreizehnte Ausführungsform einer elektrochemischen Vorrichtung 100 unterscheidet sich von der in den Fig. 13 bis 16 dargestellten elften Ausführungsform dadurch, dass die Distanzhalter 232 mehrteilig aufgebaut sind und beispielsweise eine Schraube 260, eine an der Durchtrittsöffnung 242 in der Kontaktierungsplatte 216 angeordnete Mutter 262 und eine hohlzylindrische Distanzhülse 264 umfassen. Die Mutter 262 kann beispielsweise als eine Einpressmutter 266 ausgebildet sein, welche durch Presspassung in der Durchtrittsöffnung 242 der Kontaktierungsplatte 216 gehalten ist.
Jeder Distanzhalter 232 umfasst jeweils eine Distanzhülse 264, welche den gewünschten Abstand zwischen der Kontaktierungsplatte 216 und der Gegenplatte 230 herstellt.
Zur Erzeugung der benötigten Anpresskraft, mit welcher die Distanzhülse 264 über die Gegenplatte 230 gegen die Kontaktierungsplatte 216 gepresst wird, wird mittels der Schraube 260 erzeugt, deren Schaft sich durch die Durchtrittsöffnung 250 in der Gegenplatte 230 hindurch erstreckt und die in das Innengewinde der Mutter 262 eingreift.
Grundsätzlich könnte die Anordnung von Schraube 260 und Mutter 262 bei dieser Ausführungsform auch vertauscht sein, so dass die Mutter 262 als eine Einpressmutter 266 ausgebildet ist, die unter Presspassung in der Durchtrittsöffnung 250 der Gegenplatte 230 angeordnet ist, während die Schraube 260 sich mit ihrem Schaft durch die Durchtrittsöffnung 242 in der Kontaktierungsplatte 216 hindurch erstreckt und in das Innengewinde der Mutter 262, welche an der Gegenplatte 230 angeordnet ist, eingreift.
Im Übrigen stimmt die in Fig. 18 dargestellte dreizehnte Ausführungsform hinsichtlich Aufbau, Funktion und Herstellungsweise mit der in den Fig. 13 bis 16 dargestellten elften Ausführungsform überein, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
Eine in Fig. 19 ausschnittsweise dargestellte vierzehnte Ausführungsform einer elektrochemischen Vorrichtung 100 unterscheidet sich von der in Fig. 18 dargestellten dreizehnten Ausführungsform dadurch, dass die Distanzhalter 232 jeweils statt der Einpressmutter 266 eine gewöhnliche Gewindemutter 268 umfassen, welche nicht in die Durchtrittsöffnung 242 der Kontaktierungsplatte 216 eingepresst ist, sondern im montierten Zustand der Zellspannungsabgriffsvorrichtung 111 an der stapelseitigen Hauptfläche 246 der Kontaktierungsplatte 216 anliegt und von der in das Innengewinde der Gewindemutter 268 eingreifenden Schraube 260 gegen die Kontaktierungsplatte 216 gezogen wird.
Auch bei dieser Ausführungsform kann die Anordnung der Schraube 260 und der Mutter 262 bezüglich der Kontaktierungsplatte 216 und der Gegenplatte 230 vertauscht sein. Bei einer solchen alternativen Ausführungsform liegt dann die Gewindemutter 268 im montierten Zustand der Zellspannungsabgriffsvorrichtung 111 an der stapelabgewandten Hauptfläche 254 der Gegenplatte 230 an und wird von der Schraube 260, welche in das Innengewinde der Gewindemutter 268 eingreift, gegen die Gegenplatte 230 gezogen.
Im Übrigen stimmt die in Fig. 19 dargestellte vierzehnte Ausführungsform einer elektrochemischen Vorrichtung 100 hinsichtlich Aufbau, Funktion und Herstellungsweise mit der in den Fig. 13 bis 16 dargestellten elften Ausführungsform überein, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
Eine in Fig. 20 ausschnittsweise dargestellte fünfzehnte Ausführungsform einer elektrochemischen Vorrichtung 100 unterscheidet sich von der in Fig. 18 dargestellten dreizehnten Ausführungsform dadurch, dass die in Presspassung in die Durchtrittsöffnung 242 der Kontaktierungsplatte 216 eingesetzte Einpressmutter 266 einen Kragen 270 aufweist, dessen Erstreckung L längs der Axialrichtung der Einpressmutter 266 dem Abstand entspricht, auf welchem die Kontaktierungsplatten 216 und die Gegenplatte 230 relativ zueinander gehalten werden sollen. Hierdurch erfüllt die Einpressmutter 266 zugleich die Funktion der Distanzhülse 264 bei dem Distanzhalter 232 der in Fig. 18 dargestellten dreizehnten Ausführungsform.
Eine solche Distanzhülse 264 kann daher bei der in Fig. 20 dargestellten fünfzehnten Ausführungsform entfallen.
Auch bei der in Fig. 20 dargestellten fünfzehnten Ausführungsform kann die Orientierung der Schraube 260 und der Einpressmutter 266 in Bezug auf die Kontaktierungsplatte 216 und die Gegenplatte 230 vertauscht werden. Bei einer solchen Variante sitzt dann die Einpressmutter 266 in Presspassung in der Durchtrittsöffnung 250 der Gegenplatte 230, während der Kopf der Schraube 260 an der stapelseitigen Hauptfläche 246 der Kontaktierungsplatte 216 anliegt.
Im Übrigen stimmt die in Fig. 20 dargestellte fünfzehnte Ausführungsform einer elektrochemischen Vorrichtung 100 hinsichtlich Aufbau, Funktion und Herstellungsweise mit der in Fig. 18 dargestellten dreizehnten Ausführungsform überein, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
Eine in den Fig. 21 bis 23 ausschnittsweise dargestellte sechzehnte Ausführungsform einer elektrochemischen Vorrichtung 100 unterscheidet sich von der in den Fig. 1 und 2 dargestellten ersten Ausführungsform dadurch, dass die Kontaktelemente 116 im Gehäuse 114 des Anschlusssteckers 112 nicht als elastisch federnde Elemente ausgebildet sind, sondern als abisolierte Litzen 272 eines Flachbandkabels 274.
Jede Litze 272 erstreckt sich in einer Längsrichtung 276, welche vorzugsweise parallel zu der X-Richtung der elektrochemischen Vorrichtung 100 ausgerichtet ist. Die Längsrichtung 276 ist ferner vorzugsweise senkrecht zu der Stapelrichtung 106 (Z-Richtung) des Stapels 102 aus elektrochemischen Einheiten und vorzugsweise senkrecht zu der Kontaktierungsrichtung 120 (Y-Richtung) ausgerichtet.
Jede Litze 272 ist in einer Kontaktelementaufnahme 142 des Gehäuses 114 des Anschlusssteckers 112 der Zellspannungsabgriffsvorrichtung 111 angeordnet und an mindestens einer Begrenzungswand der Kontaktelementaufnahme 142, vorzugsweise an zwei einander gegenüberliegenden Begrenzungswänden der Kontaktelementaufnahme 142, reibschlüssig, formschlüssig und/oder stoffschlüssig gehalten.
Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass die abisolierte Litze 272 an jeweils zwei Litzenaufnahmen 278 des Gehäuses 114 gehalten ist.
Ein Mündungsspalt 280 jeder Litzenaufnahme 278 ist dabei schmaler ausgebildet als der Durchmesser der jeweils aufgenommenen Litze 272, so dass die Litze gegen ein Herausbewegen aus den Litzenaufnahmen 278 längs der Kontaktierungsrichtung 120 (Y-Richtung) gesichert ist.
Die Litze 272 kann dadurch an dem Gehäuse 114 montiert werden, dass sie längs der X-Richtung in die Litzenaufnahmen 278 eingeschoben wird.
Ein über das Gehäuse 114 hinaus vorstehender Endbereich 282 der Litze 272 kann abgewinkelt und/oder, wie in den Fig. 21 und 22 dargestellt, verstemmt sein, um zu verhindern, dass die Litze 272 längs der X-Richtung aus der jeweils zugeordneten Kontaktelementaufnahme 142 herausrutscht.
Ein den abisolierten Litzen 272 abgewandtes Ende des Flachbandkabels 274 kann an einen (nicht dargestellten) Steckeranschluss einer Auswertungsvorrichtung angeschlossen sein, in welcher die mittels der Litzen 272 von den jeweils kontaktierten Bipolarplatten 108 abgegriffenen elektrischen Potentiale ausgewertet und zur Steuerung der elektrochemischen Vorrichtung 100 verwendet werden.
Das Anschlusselement 118 der einer Litze 272 jeweils zugeordneten Bipolarplatte 108 umfasst bei dieser Ausführungsform einer elektrochemischen Vorrichtung 100 eine Tasche 284 zur Aufnahme der jeweiligen Litze 272, wobei die Tasche 284 insbesondere durch einen Einführschrägenabschnitt 286a der ersten Bipolarplattenlage 127 und einen Einführschrägenabschnitt 286b der zweiten Bipolarplattenlage 129 begrenzt ist.
Die Tasche 284 umfasst hierdurch einen Einführtrichter, welcher das Hineinbewegen der Litzen 272 der Zellspannungsabgriffsvorrichtung 111 in die jeweils zugeordneten Taschen 284 der Anschlusselemente 118 der zu kontaktierenden Bipolarplatten 108 erleichtert. Ferner können durch die Einführschrägenabschnitte 286a, 286b Fertigungstoleranzen des Stapels 102 aus elektrochemischen Einheiten und/oder des Gehäuses 114 des Anschlusssteckers 112 ausgeglichen werden.
Bei der Montage der Zellspannungsabgriffsvorrichtung 111 an dem Stapel 102 aus elektrochemischen Einheiten werden die Einführschrägenabschnitte 286a, 286b der Anschlusselemente 118 in jeweils eine Kontaktelementaufnahme 142 des Gehäuses 114 eingebracht, wobei diese Einführschrägenabschnitte 286a, 286b elastisch verformt und aufeinander zu bewegt werden, so dass die Litze 272 kraftschlüssig in der Tasche 284 gehalten ist. Ferner weist jedes Anschlusselement 118 bei dieser Ausführungsform eine Ausstülpung 288 auf, die in eine der Bipolarplattenlagen 127, 129 eingeformt ist und sich zu der jeweils anderen Bipolarplattenlage 129 bzw. 127 hin vorwölbt.
Eine solche Ausstülpung 288 kann beispielsweise die Form eines Domes aufweisen. Im Ruhezustand des Anschlusselements 118 liegt die Ausstülpung 288 der einen Bipolarplattenlage 127 an der jeweils anderen Bipolarplattenlage 128 an.
Bei der Montage der Zellspannungsabgriffsvorrichtung 111 an dem Stapel 102 aus elektrochemischen Vorrichtungen drückt jede Litze 272 die Ausstülpung 288 des jeweils zugeordneten Anschlusselements 118 von der gegenüberliegenden Bipolarplattenlage 129 weg, um in den Teil der Tasche 284 des Anschlusselements 118 zu gelangen, welcher auf der dem Gehäuse 114 der Zellspannungsabgriffsvorrichtung 111 abgewandten Seite der Ausstülpung 288 liegt.
Nachdem die Litze 272 die Ausstülpung 288 passiert hat, bewegt sich die Ausstülpung 288 in ihre Ausgangslage zurück, in welcher sie an der jeweils anderen Bipolarplattenlage 129 anliegt. Auf diese Weise ist die Litze 272 mit dem jeweils zugeordneten Anschlusselement 118 verrastet, so dass sie nicht unabsichtlich aus der Tasche 284 (in der Richtung von dem Stapel 102 aus elektrochemischen Einheiten weg) herausrutschen kann.
Im Übrigen stimmt die in den Fig. 21 und 22 dargestellte sechzehnte Ausführungsform einer elektrochemischen Vorrichtung 100 hinsichtlich Aufbau, Funktion und Herstellungsweise mit der in den Fig. 1 und 2 dargestellten ersten Ausführungsform überein, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
Eine in Fig. 23 ausschnittsweise dargestellte siebzehnte Ausführungsform einer elektrochemischen Vorrichtung 100 unterscheidet sich von der in den Fig. 21 und 22 dargestellten sechzehnten Ausführungsform dadurch, dass die als Kontaktelemente 116 der Zellspannungsabgriffsvorrichtung 111 dienenden abisolierten Litzen 272 des Flachbandkabels 274 nicht in Litzenaufnahmen 278 eines Gehäuses 114 aufgenommen sind, sondern direkt in die zwischen der ersten Bipolarplattenlage 127 und der zweiten Bipolarplattenlage 129 des der Litze 272 jeweils zugeordneten Anschlusselements 118 ausgebildete Tasche 284 der zu kontaktierenden Bipolarplatte 108 eingelegt sind.
Auch in diesem Fall weist eine der Bipolarplattenlagen, beispielsweise die erste Bipolarplattenlage 127, eine Ausstülpung 288 auf, welche ein Herausbewegen der Litze 272 aus dem Teil der Tasche 284, welcher auf der der Außenseite des Stapels 102 aus elektrochemischen Einheiten abgewandten Seite der Ausstülpung 288 angeordnet ist, verhindert.
Jede der elektrochemischen Einheiten des Stapels 102 umfasst bei dieser Ausführungsform neben der Bipolarplatte 108 ein elastomeres Dichtelement 290, welches jeweils zwei längs der Stapelrichtung 106 (Z-Richtung) aufeinander folgende Bipolarplatten 108 des Stapels 102 elektrisch voneinander isoliert.
Das elastomere Dichtelement 290 kann beispielsweise mit einer (nicht dargestellten) Gasdiffusionslage der jeweiligen elektrochemischen Einheit verbunden sein. Diese Verbindung kann eine stoffschlüssige Verbindung sein, die beispielsweise durch Anspritzen des elastomeren Dichtelements 290 an die Gasdiffusionslage hergestellt wird.
Außerdem stehen die elastomeren Dichtelemente 290 in dem fertig montierten Stapel 102 unter einer elastischen Vorspannung, die mittels einer (nicht dargestellten) mechanischen Spannvorrichtung der elektrochemischen Vorrichtung 100 erzeugt wird, so dass die elastomeren Dichtelemente 290 der elektrochemischen Einheiten des Stapels 102 die beiden Bipolarplattenlagen 127 und 129 gegen die zu kontaktierende Litze 272 drücken, wodurch eine kraftschlüssige Verbindung zwischen der Bipolarplatte 108 und der jeweils zugeordneten Litze 272 und damit eine zuverlässige elektrisch leitende Verbindung zwischen der zu kontaktierenden Bipolarplatte 108 und der derselben zugeordneten Litze 272 gewährleistet ist. Ferner drücken die einer Bipolarplatte 108 jeweils benachbarten elastomeren Dichtelemente 290 auch die Ausstülpung 288 der einen Bipolarplattenlage 127 gegen die jeweils andere Bipolarplattenlage 129, so dass ein Herausbewegen der Litze 272 aus dem Teil der Tasche 284, welcher auf der der Außenseite des Stapels 102 aus elektrochemischen Einheiten abgewandten Seite der Ausstülpung 288 angeordnet ist, zuverlässig verhindert wird.
Im Übrigen stimmt die in Fig. 23 dargestellte siebzehnte Ausführungsform einer elektrochemischen Vorrichtung 100 hinsichtlich Aufbau, Funktion und Herstellungsweise mit der in den Fig. 21 und 22 dargestellten sechzehnten Ausführungsform überein, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
Eine der in Fig. 23 dargestellten siebzehnten Ausführungsform ähnliche achtzehnte Ausführungsform einer elektrochemischen Vorrichtung 100 ist ausschnittsweise in den Fig. 24 bis 26 dargestellt.
Auch bei dieser achtzehnten Ausführungsform umfasst die Zellspannungsabgriffsvorrichtung 111 ein Flachbandkabel 274, dessen abisolierte Litzen 272 in eine zwischen einer ersten Bipolarplattenlage 127 und einer zweiten Bipolarplattenlage 129 einer jeweils zu kontaktierenden Bipolarplatte 108 ausgebildete Tasche 284 eingelegt sind.
Wie aus den Fig. 25 und 26 zu ersehen ist, weist dabei eine der Bipolarplattenlagen, beispielsweise die erste Bipolarplattenlage 127, eine domförmige Ausstülpung 288 auf, welche im montierten Zustand der Zellspannungsabgriffsvorrichtung 111 an der jeweils anderen Bipolarplattenlage 129 anliegt und so verhindert, dass die Litze 272 längs der Kontaktierungsrichtung 120 aus der Tasche 284 heraus bewegt wird. Auch bei dieser Ausführungsform umfasst jede elektrochemische Einheit des Stapels 102 neben jeweils einer Bipolarplatte 108 ein elastomeres Dichtelement 290 mit einer oder vorzugsweise mehreren Dichtlippen 292, welche jeweils eine der Bipolarplattenlagen 127, 129 gegen die zu kontaktierende Litze 272 drücken, um eine kraftschlüssige Verbindung zwischen der Litze 272 und den Bipolarplattenlagen 127 und 129 herzustellen, und welche die Ausstülpung 288 der einen Bipolarplattenlage 127 gegen die jeweils andere Bipolarplattenlage 129 drücken, um ein Herausbewegen der Litze 272 aus der Tasche 284 zu verhindern.
Wie aus Fig. 24 zu ersehen ist, ist ein Endbereich 282 jeder Litze 272 ver- stemmt, um ein Herausbewegen der jeweiligen Litze 272 aus der Tasche 284 in der Längsrichtung 276 der jeweiligen Litze 272 zu verhindern.
Bei dieser Ausführungsform sind die als Kontaktelemente 160 dienenden Litzen 272 in mehreren, sich in der Stapelrichtung 106 des Stapels 102 aus elektrochemischen Einheiten erstreckenden Reihen 292 von Litzen 272 angeordnet, von denen in Fig. 24 nur eine Reihe dargestellt ist.
Den Litzen 272 jeder Reihe 292 ist jede zweite Bipolarplatte 108 des Stapels 102 zur Kontaktierung zugeordnet.
Die jeweils dazwischenliegenden Bipolarplatten 108 sind einer weiteren Reihe 292 von Litzen 272 angeordnet, welche in Fig. 24 nicht dargestellt ist, sondern längs der Versatzrichtung 124 (X-Richtung) gegenüber der ersten Reihe 292 von Litzen 272 versetzt ist.
Die Litzen 272 dieser zweiten Reihe bilden Bestandteile eines (nicht dargestellten) weiteren Flachbandkabels 274. Beide Flachbandkabel 274 sind mit einem (nicht dargestellten) Steckanschluss einer Auswertungsvorrichtung verbunden, in welcher die von den Bipolarplatten 108 abgegriffenen elektrischen Potentiale ausgewertet und zur Steuerung der elektrochemischen Vorrichtung 100 verwendet werden.
Im Übrigen stimmt die in den Fig. 24 bis 26 dargestellte achtzehnte Ausführungsform einer elektrochemischen Vorrichtung 100 hinsichtlich Aufbau, Funktion und Herstellungsweise mit der in Fig. 23 dargestellten siebzehnten Ausführungsform überein, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
Eine in den Fig. 27 bis 33 ausschnittsweise dargestellte neunzehnte Ausführungsform einer elektrochemischen Vorrichtung 100 unterscheidet sich von der in Fig. 7 dargestellten fünften Ausführungsform dadurch, dass die Zellspannungsabgriffsvorrichtung 111 neben dem elektrisch isolierenden Gehäuse 114, in welchem für jede zu kontaktierende Bipolarplatte 108 jeweils mindestens ein elektrisch leitendes Kontaktelement 116 angeordnet ist, mindestens ein Verriegelungselement 294 umfasst, welches quer zu der Kontaktierungsrichtung 120 oder Y-Richtung, vorzugsweise längs der Versatzrichtung 124 oder X-Richtung, in das Gehäuse 114 einschiebbar ist und im montierten Zustand der Zellspannungsabgriffsvorrichtung 111 das Gehäuse 114 an den zu kontaktierenden Bipolarplatten 108 des Stapels 102 aus elektrochemischen Einheiten verriegelt.
In den Fig. 27 und 28 ist das Gehäuse 114 zusammen mit dem in das Gehäuse 114 eingeschobenen Verriegelungselement 294 dargestellt.
Die Fig. 29 und 30 zeigen das Verriegelungselement 294 dieser Ausführungsform separat von dem Gehäuse 114.
Fig. 31 zeigt ein Kontaktelement 116 der Zellspannungsabgriffsvorrichtung 111 separat. Die Fig. 32 zeigt das Gehäuse 114 der Zellspannungsabgriffsvorrichtung 111 separat.
Fig. 33 zeigt einen längs der Kontaktierungsrichtung 120 und der Stapelrichtung 106 genommenen Längsschnitt durch das Gehäuse 114 mit in Kontaktelementaufnahmen 142 des Gehäuses 114 aufgenommenen Kontaktelementen 116 und dem in das Gehäuse 114 eingeschobenen Verriegelungselement 294.
Die Kontaktelemente 116 sind bei dieser Ausführungsform als Gabelfederkontakte 182 ausgebildet, welche jeweils einen ersten Kontaktierungsabschnitt 184a und einen zweiten Kontaktierungsabschnitt 184b aufweisen, zwischen denen das Anschlusselement 118 der jeweils zu kontaktierenden Bipolarplatte 108 eingeklemmt ist, wenn die Zellspannungsabgriffsvorrichtung 111 an dem Stapel 102 aus elektrochemischen Einheiten montiert ist, wie dies in Fig. 7 in Zusammenhang mit der fünften Ausführungsform einer elektrochemischen Vorrichtung dargestellt ist.
Während bei der in Fig. 7 dargestellten fünften Ausführungsform die von den Kontaktelementen 116 auf die Anschlusselemente 118 der Bipolarplatten 108 ausgeübten Klemmkräfte allein von der Formelastizität der Kontaktelemente 116 herrühren, sind bei der in den Fig. 27 bis 33 dargestellten neunzehnten Ausführungsform zwischen jeweils zwei Kontaktelementen 116 Verriegelungszapfen des in das Gehäuse 114 eingeschobenen Verriegelungselements 294 angeordnet, welche die jeweils benachbarten Kontaktierungsabschnitte 184a, 184b der jeweils benachbarten Kontaktelemente 116 auseinanderdrücken und gegen den jeweils anderen Kontaktierungsabschnitt 184b bzw. 184a des betreffenden Kontaktelements 116 vorspannen, so dass die von den Kontaktelementen auf die Anschlusselemente 118 der Bipolarplatten 108 ausgeübten Klemmkräfte oder Kontaktnormalkräfte erhöht werden und eine stabile reibschlüssige Verbindung zwischen den Kontaktelementen 116 und den Anschlusselementen 118 der Bipolarplatten 108 im montierten Zustand der Zellspannungsabgriffsvorrichtung 111 gewährleistet ist.
Bei einer Variante dieser Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass das Anschlusselement 118 der zu kontaktierenden Bipolarplatte 108 mit einer Auswölbung, beispielsweise in Form einer Sicke oder eines Vorsprungs, versehen ist, welche im montierten Zustand der Zellspannungsabgriffsvorrichtung 111 auf der dem Stapel 102 aus elektrochemischen Einheiten abgewandten Seite der gekrümmten Kontaktierungsbereiche 186 der Kontaktelemente 116 angeordnet ist, so dass die betreffende Auswölbung des Anschlusselements 118 den gekrümmten Kontaktierungsbereich 186 mindestens eines der Kontaktierungsabschnitte 184a, 184b des jeweils zugeordneten Kontaktelements 116 hintergreift, so dass das Anschlusselement 118 der zu kontaktierenden Bipolarplatte 108 mit dem jeweils zugeordneten Kontaktelement 116 formschlüssig verrastet ist, wodurch das Gehäuse 114 der Zellspannungsabgriffsvorrichtung 11 durch Formschluss an dem Stapel 102 aus elektrochemischen Einheiten gesichert ist.
Wie am besten aus den Fig. 29 und 30 zu ersehen ist, umfasst das Verriegelungselement 294 eine Verriegelungsleiste 298, welche sich vorzugsweise im montierten Zustand der Zellspannungsabgriffsvorrichtung 111 längs der Stapelrichtung 106 oder Z-Richtung erstreckt.
An dieser Verriegelungsleiste 298 sind die Verriegelungszapfen 296 angeordnet, welche sich in der Versatzrichtung 124 oder X-Richtung von der Verriegelungsleiste 298 weg erstrecken.
Das Verriegelungselement 294 ist vorzugsweise einstückig ausgebildet.
Das Verriegelungselement 294 ist vorzugsweise aus einem elektrisch isolierenden Material gebildet. Das Verriegelungselement 294 ist vorzugsweise aus einem Kunststoffmaterial, beispielsweise aus einem Polyamid-Material, gebildet.
Das Gehäuse 114 des Anschlusssteckers 112 der Zellspannungsabgriffsvorrichtung 111 weist bei dieser Ausführungsform vorzugsweise einen seitlichen Schlitz 300 auf, welcher sich durch eine Seitenwand 302 des Gehäuses 114 hindurch erstreckt und im montierten Zustand der Zellspannungsabgriffsvorrichtung 111 vorzugsweise parallel zu der Stapelrichtung 106 oder Z-Richtung ausgerichtet ist und sich bis in die Trennwände 304, durch welche die Kontaktelementaufnahmen 142 des Gehäuses 114 voneinander getrennt sind, hinein erstreckt, damit die Verriegelungszapfen 296 des Verriegelungselements 294 sich von einer Kontaktelementaufnahme 142 in eine jeweils benachbarte Kontaktelementaufnahme 142 hinein erstrecken können.
Dadurch, dass der größte Teil der Klemmkraft, welche von den Kontaktelementen 116 auf die Anschlusselemente 118 der jeweils zu kontaktierenden Bipolarplatten 108 ausgeübt wird, erst durch das Einführen des Verriegelungselements 294 in das Gehäuse 114 erzeugt wird, nachdem die Anschlusselemente 118 bereits zwischen die Kontaktierungsabschnitte 184a, 184b der Kontaktelemente 116 eingebracht worden sind, sind die für das Aufstecken des Anschlusssteckers 112 auf die Anschlusselemente 118 der Bipolarplatten 108 erforderlichen Steckkräfte sehr niedrig. Deshalb kann eine Abschabung einer Kontaktierungsbeschichtung, welche an dem Anschlusselement 118 einer Bipolarplatte 108 vorgesehen ist, weitgehend verhindert werden. Der Anschlussstecker 112 der Zellspannungsabgriffsvorrichtung 111 kann daher als Null-Einsteckkraft-Stecker ("Zero Insertion Force Connector") bezeichnet werden. Im Übrigen stimmt die in den Fig. 27 bis 33 dargestellte neunzehnte Ausführungsform einer elektrochemischen Vorrichtung 100 hinsichtlich Aufbau, Funktion und Herstellungsweise mit der in Fig. 7 dargestellten fünften Ausführungsform überein, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
Eine in Fig. 34 ausschnittsweise dargestellte zwanzigste Ausführungsform einer elektrochemischen Vorrichtung 100 umfasst einen Stapel 102 aus elektrochemischen Einheiten, welche jeweils eine zu kontaktierende Bipolarplatte 108 umfassen, eine Auswertungsvorrichtung 306, welche insbesondere eine elektronische Schaltung umfassen kann, und eine Zellspannungsabgriffsvorrichtung 111, welche einen mit den zu kontaktierenden Bipolarplatten 108 in Kontakt stehenden Anschlussstecker 112, einen mit der Auswertungsvorrichtung 306 in elektrisch leitendem Kontakt stehenden Standard-Flexband- stecker 308 und eine den Standard-Flexbandstecker 308 elektrisch leitend mit dem Anschlussstecker 112 verbindende Flexbandleitung 310 umfasst.
Die Auswertungsvorrichtung 306 dient dazu, die mittels der Zellspannungsabgriffsvorrichtung 111 abgegriffenen elektrischen Potentiale der kontaktierten Bipolarplatten 108 zu erfassen, auszuwerten und zur Steuerung der elektrochemischen Vorrichtung 100 zu verwenden.
Im Übrigen stimmt die in Fig. 34 dargestellte zwanzigste Ausführungsform einer elektrochemischen Vorrichtung 100 hinsichtlich Aufbau, Funktion und Herstellungsweise mit der in den Fig. 1 und 2 dargestellten ersten Ausführungsform überein, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
Eine in Fig. 35 ausschnittsweise dargestellte einundzwanzigste Ausführungsform einer elektrochemischen Vorrichtung 100 unterscheidet sich von der in Fig. 34 dargestellten zwanzigsten Ausführungsform dadurch, dass die Zellspannungsabgriffsvorrichtung 111 statt eines Anschlusssteckers 112 und einer Flexbandleitung sowie eines Standard-Flexbandsteckers eine Starrflex- Leiterplatte 312 und einen an der Starrflex- Leiterplatte 312 angeordneten Auswertungsvorrichtungs-Anschlussstecker 314 umfasst.
Die Starrflex- Leiterplatte 312 umfasst eine Kontaktierungseinheit 318, die mit Kontaktelementen versehen ist, welche im montierten Zustand der Zellspannungsabgriffsvorrichtung 111 die zu kontaktierenden Bipolarplatten 108 des Stapels 102 aus elektrochemischen Einheiten elektrisch leitend kontaktieren.
Der Auswertungsvorrichtungs-Anschlussstecker 314 kann beispielsweise als ein Standard-Flexbandstecker 308 ausgebildet sein.
Im Übrigen stimmt die in Fig. 35 dargestellte einundzwanzigste Ausführungsform einer elektrochemischen Vorrichtung 100 hinsichtlich Aufbau, Funktion und Herstellungsweise mit der in Fig. 34 dargestellten zwanzigsten Ausführungsform überein, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
Eine in Fig. 36 ausschnittsweise dargestellte zweiundzwanzigste Ausführungsform einer elektrochemischen Vorrichtung 100 unterscheidet sich von der in Fig. 35 dargestellten einundzwanzigsten Ausführungsform dadurch, dass die Zellspannungsabgriffsvorrichtung 111 und die Auswertungsvorrichtung 306 in einem einstückigen Starrfl ex- Mod ul 316 zusammengefasst sind.
Die gesamte Baugruppe, welche die Kontaktierungselemente 116, die Auswertungsvorrichtung 306 und die elektrisch leitenden Verbindungen zwischen den Kontaktelementen und der Auswertungsvorrichtung 306 umfasst, ist als eine einzige Komponente in Form einer Starrflex- Leiterplatte ausgeführt. Im Übrigen stimmt die in Fig. 36 dargestellte zweiundzwanzigste Ausführungsform einer elektrochemischen Vorrichtung 100 hinsichtlich Aufbau, Funktion und Herstellungsweise mit der in Fig. 35 dargestellten einundzwanzigsten Ausführungsform überein, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
Eine in Fig. 37 ausschnittsweise dargestellte dreiundzwanzigste Ausführungsform einer elektrochemischen Vorrichtung 100 unterscheidet sich von der in Fig. 36 dargestellten zweiundzwanzigsten Ausführungsform dadurch, dass die Kontaktierungseinheit 318 des Starrflex- Moduls 316 durch einen separaten Anschlussstecker 112 ersetzt ist.
Im Übrigen stimmt die in Fig. 37 dargestellte dreiundzwanzigste Ausführungsform einer elektrochemischen Vorrichtung 100 hinsichtlich Aufbau, Funktion und Herstellungsweise mit der in Fig. 36 dargestellten zweiundzwanzigsten Ausführungsform überein, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
Eine in Fig. 38 ausschnittsweise dargestellte vierundzwanzigste Ausführungsform einer elektrochemischen Vorrichtung 100 unterscheidet sich von der in Fig. 34 dargestellten zwanzigsten Ausführungsform dadurch, dass die Zellspannungsabgriffsvorrichtung 111 statt einer Flexbandleitung 310 und einem Standard-Flexbandstecker 308 ein SMD("Surface-Mounted Device")-bestück- bares Flachbandkabel 320 umfasst, welches als elektrisch leitendes Verbindungselement zwischen dem Anschlussstecker 112 und der Auswertungsvorrichtung 306 dient.
Die elektrischen Leitungen des SMD-bestückbaren Flachbandkabels 320 sind beispielsweise durch Verlötung an Lötstellen 322 mit jeweils zugeordneten Kontaktierungsstellen des Anschlusssteckers 112 bzw. der Auswertungsvorrichtung 306 elektrisch leitend verbunden. Im Übrigen stimmt die in Fig. 38 dargestellte vierundzwanzigste Ausführungsform einer elektrochemischen Vorrichtung 100 hinsichtlich Aufbau, Funktion und Herstellungsweise mit der in Fig. 34 dargestellten zwanzigsten Ausführungsform überein, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.

Claims

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Patentansprüche Elektrochemische Vorrichtung, umfassend einen Stapel (102) aus mehreren elektrochemischen Einheiten, welche längs einer Stapelrichtung (106) aufeinander folgen und jeweils eine Bipolarplatte (108) umfassen, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die elektrochemische Vorrichtung (100) mindestens eine Zellspannungsabgriffsvorrichtung (111) umfasst, mittels welcher elektrische Potentiale an mehreren Bipolarplatten (108) des Stapels (102) während des Betriebs der elektrochemischen Vorrichtung (100) abgreifbar sind. Elektrochemische Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an jeder Bipolarplatte (108), von welcher das elektrische Potential mittels der Zellspannungsabgriffsvorrichtung (111) abgreifbar ist, ein Anschlusselement (118) vorgesehen ist, welches gegenüber dem Anschlusselement (118) seitlich benachbarten Rändern (119, 119') der Bipolarplatte (108) in einer Kontaktierungsrichtung (120) vorspringt. Elektrochemische Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Teil des Anschlusselements (118) des Anschlusselements separat von einem Hauptkörper (139) der Bipolarplatte (108) ausgebildet und stoffschlüssig an dem Hauptkörper (139) der Bipolarplatte (108) festgelegt ist. Elektrochemische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zellspannungsabgriffsvorrichtung (111) für jede zu kontaktierende Bipolarplatte (108) jeweils mindestens ein federelastisches elektrisch leitendes Kontaktelement (116) umfasst, - 76 - welches im montierten Zustand der Zellspannungsabgriffsvorrichtung (111) unter einer elastischen Vorspannung an der Bipolarplatte (108) anliegt. Elektrochemische Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktelement (116) als ein Gabelfederkontakt (182) ausgebildet ist, welcher im montierten Zustand der Zellspannungsabgriffsvorrichtung (111) an zwei einander abgewandten Seiten der zu kontaktierenden Bipolarplatte (108) anliegt. Elektrochemische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Zellspannungsabgriffsvorrichtung (111) ein elektrisch isolierendes Gehäuse (114) umfasst, welches mindestens eine Eintrittsschräge (144) für einen leichteren Eintritt mindestens eines Abschnitts einer Bipolarplatte (108) in eine Kontaktelementaufnahme (142) des Gehäuses (114) umfasst. Elektrochemische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Zellspannungsabgriffsvorrichtung (111) ein elektrisch isolierendes Gehäuse (114) und mindestens eine Rastvorrichtung (162) umfasst, mittels welcher das Gehäuse (114) an mindestens einer Rastkontur (164) einer Bipolarplatte (108) oder eines Trägerelements eines elastomeren Dichtelements (290) des Stapels (102) aus elektrochemischen Einheiten verrastbar ist. Elektrochemische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Zellspannungsabgriffsvorrichtung (111) für jede zu kontaktierende Bipolarplatte (108) jeweils ein elektrisch leitendes Kontaktelement (116) aufweist und dass jede zu kontaktierende Bipolarplatte (108) mehrlagig ausgebildet ist und jeweils eine Tasche (176) zur Aufnahme eines Kontaktelements (116) aufweist, welche zwischen einer ersten Bipolarplattenlage (127) und einer zweiten Bipolarplattenlage (129) ausgebildet ist, - 77 - wobei das der Tasche (176) jeweils zugeordnete Kontaktelement (116) im montierten Zustand der Zellspannungsabgriffsvorrichtung (111) in die Tasche (176) der Bipolarplatte (108) eingreift. Elektrochemische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass jede zu kontaktierende Bipolarplatte (108) ein Federelement (188) umfasst. Elektrochemische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass jede zu kontaktierende Bipolarplatte (108) mehrlagig ausgebildet ist, wobei eine erste Bipolarplattenlage (127) der Bipolarplatte (108) um eine zweite Bipolarplattenlage (129) der Bipolarplatte (108) gefalzt ist. Elektrochemische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Zellspannungsabgriffsvorrichtung (111) für jede zu kontaktierende Bipolarplatte (108) jeweils mindestens ein elektrisch leitendes Elastomerelement (202) umfasst, welches im montierten Zustand der Zellspannungsabgriffsvorrichtung (111) elektrisch leitend mit der jeweils zugeordneten Bipolarplatte (108) in Kontakt steht. Elektrochemische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass jede zu kontaktierende Bipolarplatte (108) mit mindestens einem elektrisch leitfähigen Elastomerelement (214) versehen ist. Elektrochemische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Zellspannungsabgriffsvorrichtung (111) mindestens eine Kontaktierungsplatte (216) umfasst, welche für jede zu kontaktierende Bipolarplatte (108) jeweils eine Durchtrittsöffnung (218) umfasst, - 78 - wobei sich im montierten Zustand der Zellspannungsabgriffsvorrichtung (111) ein Abschnitt (220) der jeweils zugeordneten Bipolarplatte (108) durch die Durchtrittsöffnung (218) hindurch erstreckt und ein hinter der Durchtrittsöffnung (218) liegender Abschnitt (222) der Bipolarplatte (108) auf eine Kontaktierungsstelle (224) der Kontaktierungsplatte (216) gefalzt ist. Elektrochemische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Zellspannungsabgriffsvorrichtung (111) mindestens eine Kontaktierungsplatte (216), welche für jede zu kontaktierende Bipolarplatte (108) jeweils eine Kontaktierungsstelle (224) umfasst, und eine Gegenplatte (230), welche durch mindestens einen Distanzhalter (232) in einem vorgegebenen Abstand von der Kontaktierungsplatte (216) gehalten wird, umfasst. Elektrochemische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Zellspannungsabgriffsvorrichtung (111) mindestens ein Flachbandkabel (274) umfasst. Elektrochemische Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Zellspannungsabgriffsvorrichtung (111) ein elektrisch isolierendes Gehäuse (114) umfasst und für jede zu kontaktierende Bipolarplatte (108) jeweils eine Litze (272) eines Flachbandkabels (274) in mindestens einer Litzenaufnahme (278) des Gehäuses (114) aufgenommen ist. Elektrochemische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass jede zu kontaktierende Bipolarplatte (108) mehrlagig ausgebildet ist und im montierten Zustand der Zellspannungsabgriffsvorrichtung (111) jeweils eine Litze (272) eines Flachbandkabels - 79 -
(274) in einer zwischen einer ersten Bipolarplattenlage (127) und einer zweiten Bipolarplattenlage (129) der Bipolarplatte (108) ausgebildeten Tasche (284) angeordnet ist. Elektrochemische Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass an der ersten Bipolarplattenlage (127) und/oder an der zweiten Bipolarplattenlage (129) eine Ausstülpung (288) vorgesehen ist, welche ein Herausbewegen der Litze (272) aus der Tasche (284) längs der Kontaktierungsrichtung (120) verhindert. Elektrochemische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Zellspannungsabgriffsvorrichtung (111) für jede zu kontaktierende Bipolarplatte (108) jeweils mindestens ein elektrisch leitendes Kontaktelement (116) und ein elastomeres Dichtelement (290) umfasst, welches eine elastische Vorspannung erzeugt, unter welcher das Kontaktelement (116) an der Bipolarplatte (108) oder an einer Bipolarplattenlage (127, 129) der Bipolarplatte (108) anliegt. Elektrochemische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Zellspannungsabgriffsvorrichtung (111) ein elektrisch isolierendes Gehäuse (114), in welchem für jede zu kontaktierende Bipolarplatte (108) jeweils mindestens ein elektrisch leitendes Kontaktelement (116) angeordnet ist, und ein Verriegelungselement (294), welches quer zu der Kontaktierungsrichtung (120) in das Gehäuse hinein bewegbar ist und im montierten Zustand der Zellspannungsabgriffsvorrichtung (111) das Gehäuse (114) an den zu kontaktierenden Bipolarplatten (108) verriegelt, umfasst. Elektrochemische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Zellspannungsabgriffsvorrichtung (111) eine Flexbandleitung (310), eine Starrflex- Leiterplatte (312), ein Starrfl ex- Mod ul (316) und/oder ein SMD-bestückbares Flachbandkabel (320) umfasst.
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