EP4430689A2 - Zellkontaktierungseinheit - Google Patents
ZellkontaktierungseinheitInfo
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- EP4430689A2 EP4430689A2 EP22765417.5A EP22765417A EP4430689A2 EP 4430689 A2 EP4430689 A2 EP 4430689A2 EP 22765417 A EP22765417 A EP 22765417A EP 4430689 A2 EP4430689 A2 EP 4430689A2
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Definitions
- the invention relates to a cell contacting unit CVP, also called Cell Voltage Pickup.
- a cell contacting unit CVP Cell Voltage Pickup
- CVP Cell Voltage Pickup
- This unit is for measuring a cell voltage capable of simultaneously and easily measuring the voltages of all cells of a fuel cell stack.
- this includes a a plurality of voltage measurement probes and needle-type voltage measurement terminals having a tip side protruding from the unit, and a spring stored in the unit that biases the needle-type voltage measurement terminals against the side faces of the separators of the fuel cell stack by an elastic force.
- the invention is therefore based on the object of overcoming the aforementioned disadvantages and developing a solution for a fuel cell stack in order to safely and reliably contact a large number of parallel bi-polar plates in order to tap off the cell voltage and then connect this to a measurement and evaluation electronics. Furthermore, it must be ensured that the corresponding contact also makes contact with the correct contact opening in the bipolar plate without being damaged and that a good contact force is achieved there.
- a basic idea of the invention is that a specifically shaped, resilient contact part, which has the shape of a "loop", springs in laterally when it is inserted into the corresponding contact pockets in the loop section.
- the width of the wire loop in the loop section is larger than the opening width on the side of the mating contact, in order to achieve reliable contact. Due to the loop design, a deflection on both sides is achieved.
- the wire loop can also be inserted transversely to the direction of insertion by means of a connecting link. be deflected elastically. In this way, the connection can be made overall with a low but defined insertion force and a high contact force can be generated in the fully inserted state.
- pre-centering can be achieved for better fixation via the housing, which provides a guide leg or guide ribs for this purpose.
- a cell contacting unit is therefore provided, specifically for electrically contacting a contact device, which has a housing, of a fuel cell stack with electrical contact sockets arranged in one or more rows and/or columns, the cell contacting unit having spring contact elements at corresponding positions, which extend in the plugging direction (S). extend away from the cell contacting unit, with the spring contact elements forming a wire loop in the shape of the eye of a needle at their plug-side end, which is resiliently compressed when the spring contact elements are inserted into the contact sockets, so that two wire loop sections of the wire loop of the spring contact elements are pressed transversely to the plug-in direction (S) against the contact sockets under the action of spring force.
- the main component of the spring force which presses the wire loop of the spring contact elements against a side wall of the contact sockets in the plugged-in state, acts transversely to the plug-in direction.
- the cell contacting unit is designed so that when the spring contact elements of the cell contacting unit are plugged together with the contact sockets of the fuel cell stack, the wire loop of the spring contact elements increasingly closes together during the plugging process due to the shape of the wire loop. be pressed. As a result, the insertion force can be specifically controlled via the insertion path.
- a further advantageous embodiment of the invention provides that the wire loop is formed as a closed wire loop from at least two curved wire loop sections running next to one another and a bent section connecting these two wire loop sections and formed at the end on the plug side.
- Another advantage is a design in which the spring contact elements initially penetrate at least their front end into the contact openings of the contact sockets, preferably approximately centrally into the contact openings, before the two wire loop sections come into contact with wall sections of the contact sockets during further connection.
- Another advantage is a design in which the contact sockets have a contact cavity which, viewed in the direction of insertion, initially has an area with a smaller cross section and then an area with a larger cross section, which clamps the wire loop when it is fully inserted.
- U-shaped contacts each of which forms two essentially parallel spring contact elements (arranged in pairs), of which each spring contact element is intended to be plugged into a corresponding socket on the contact device of the fuel cell stack.
- the spring contact elements have a latching geometry at or near their plug-side end, which engages in a counter-latching geometry formed in or on the contact sockets. In this way, the contact arrangement can be held securely.
- a further aspect of the present invention relates to such a contact arrangement consisting of a fuel cell stack with socket contacts and a cell contacting unit as described above, which is designed to be plugged together with the fuel cell stack in an electrically contacting manner.
- a likewise further aspect of the present invention relates to a fuel cell comprising a fuel cell stack with a plug-in device formed with socket contacts and a cell contacting unit as described above, which is or can be plugged together with the fuel cell stack in an electrically contacting manner.
- FIG. 1 shows a schematic sectional view of a detail of a first embodiment of a cell contacting unit according to the invention
- FIG. 2 shows a schematic sectional view of a detail of an alternative embodiment of the cell contacting unit according to the invention, specifically in a plugged-in position and
- FIG. 3 shows a perspective sectional view of a cell contacting unit according to the invention, which shows a multiplicity of contacts shaped according to the invention.
- the figures are schematic by way of example.
- the same reference numbers in the figures indicate the same functional and/or structural features.
- FIG. 3 shows a perspective sectional view of a cell contacting unit 100 according to the invention.
- the cell contacting unit 100 is designed for making electrical contact with electrical contact sockets 21 arranged in a plurality of rows or columns in a housing 22 of a fuel cell stack 20, the cell contacting unit 100 having the spring contact elements 11 shown at corresponding positions for this purpose.
- the spring contact elements 11 extend in the plug-in direction S out of the cell contacting unit 100 (downward in FIG. 3), with guide ribs 27 being arranged on the housing 22 of the mating plug-in device of the fuel cell stack 20, viewed in the plug-in direction S, in order to ensure pre-centering prior to the actual plug-in process guarantee.
- FIG. 1 shows a schematic exemplary embodiment of the invention, specifically in the form of a partial detail of a schematic sectional view of a cell contacting unit 100, which is connected to a contact device of a fuel cell stack 20, specifically in a mounting position at the end of the plugging process in the fully plugged-in state.
- the loop-like spring contact elements 11 are first inserted at least with their front end 11a (front-side bent portion 11a of the wire loop 12) into the contact openings of the contact sockets 21 approximately centrally in the respective contact opening when they are plugged together. After that, the respective lower loop section of the two wire loop sections 12a, 12b of the spring contact elements 11 hits the edge of the opening areas of the contact cavities of the contact sockets 21 as they are further plugged together.
- front end 11a front-side bent portion 11a of the wire loop 12
- the contact cavity of the contact socket 21 shows a lower, widened contact-receiving area, in which the wire loop can relax again in a spring-elastic manner to a certain extent, in that the two wire loop sections (or loop sections 12a, 12b) spring back transversely to the insertion direction S towards the wall of the contact sockets 21.
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Zellkontaktierungseinheit (100) zur elektrischen Kontaktierung von einer ein Gehäuse (22) aufweisenden Kontakteinrichtung eines Brennstoffzellenstapels (20) mit in einer oder mehreren Reihen und/oder Spalten angeordneten elektrischen Kontaktbuchsen (21), wobei die Zellkontaktierungseinheit (100) an korrespondierenden Positionen Federkontaktelemente (11) aufweist, die sich in Steckrichtung (S) aus der Zellkontaktierungseinheit (100) weg erstrecken, wobei die Federkontaktelemente (11) an ihrem steckseitigen Ende eine nadelöhrförmige Drahtschlinge (12) ausbilden, welche beim Einstecken der Federkontaktelemente (11) in die Kontaktbuchsen (21) federelastisch zusammengedrückt werden, so dass zwei Drahtschlingenabschnitte der Drahtschlinge (12) der Federkontaktelemente (11) quer zur Steckrichtung (S) gegen die Kontaktbuchsen (21) federkraftbeaufschlagt gedrückt werden.
Description
Marquardt GmbH
M 831 PCT
Zellkontaktierungseinheit
Beschreibung:
Die Erfindung betrifft eine Zellkontaktierungseinheit CVP auch Cell Voltage Pickup genannt.
Eine Zellkontaktierungseinheit CVP (Cell Voltage Pickup) ist ein multikanali- ger Potenzialabgriff zur Erfassung von Zellspannungen an Batterie- oder Brennstoffzellenstapeln. Je nach verwendetem Stack kommen unterschiedliche Konstruktionsprinzipien zum Einsatz.
Aus dem Stand der Technik ist eine solche Vorrichtung zum Beispiel aus der JP 002002313398 A bekannt. Diese Einheit dient dem Messen einer Zellenspannung, die in der Lage ist, gleichzeitig und einfach die Spannungen aller Zellen eines Brennstoffzellenstapels zu messen. Hierzu umfasst diese eine
Vielzahl von Sonden zur Spannungsmessung und nadelartige Spannungsmessanschlüsse mit einer aus der Einheit herausragenden Spitzenseite, sowie eine in der Einheit gelagerten Feder, die die nadelartigen Spannungsmessanschlüsse durch eine elastische Kraft gegen die Seitenflächen der Separatoren des Brennstoffzellenstapels vorspannt.
Nachteilig ist bei dieser Lösung der komplexe Aufbau, sowie das Problem, dass einerseits die Kontakte beim Zusammenstecken beschädigt werden können und eine hohe Steckkraft, insbesondere bei einer hohen Anzahl von Brennstoffzellenverbindungen gegeben ist.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, die vorgenannten Nachteile zu überwinden und eine Lösung für einen Brennstoffzellen-Stack zu entwickeln, um eine Vielzahl von parallel aufeinanderliegenden Bi-Polarplatten sicher und zuverlässig zu kontaktieren, um die Zellspannung abzugreifen, und diese dann an eine Mess-und Auswerteelektronik weiterzuleiten. Weiterhin muss sichergestellt sein, dass der entsprechende Kontakt auch unbeschädigt in die richtige Kontaktöffnung in der Bipolarplatte trifft und dort eine gute Kontaktkraft erzielt wird.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmalskombination gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
Ein Grundgedanke der Erfindung besteht darin, dass ein spezifisch geformtes, federndes Kontaktteil, welches die Form einer „Schlaufe“ hat, beim Einstecken in die korrespondierenden Kontakttaschen im Schlaufenabschnitt seitlich einfedert. Hierzu wird die Breite der Drahtschlaufe im Schlaufenabschnitt größer, als die Öffnungsbreite auf der Seite des Gegenkontaktes, um so eine sichere Kontaktierung zu erzielen. Aufgrund des Schlaufendesigns wird eine beidseitige Auslenkung erzielt. Optional kann die Drahtschlaufe vor Erreichen der Endlage durch eine Kulisse zusätzlich quer zur Einsteckrich-
tung elastisch ausgelenkt werden. Auf diese Weise kann insgesamt mit niedriger aber definierte Steckkraft die Verbindung hergestellt werden und im vollständig eingesteckten Zustand eine hohe Kontaktkraft erzeugt werden.
Optional kann zur besseren Fixierung über das Gehäuse, welches hierzu einen Führungsschenkel oder Führungsrippen bereitstellt, eine Vorzentrierung erreicht werden.
Erfindungsgemäß wird daher eine Zellkontaktierungseinheit bereitgestellt und zwar zur elektrischen Kontaktierung von einer ein Gehäuse aufweisenden Kontakteinrichtung eines Brennstoffzellenstapels mit in einer oder mehreren Reihen und/oder Spalten angeordneten elektrischen Kontaktbuchsen, wobei die Zellkontaktierungseinheit an korrespondierenden Positionen Federkontaktelemente aufweist, die sich in Steckrichtung (S) aus der Zellkontaktierungseinheit weg erstrecken, wobei die Federkontaktelemente an ihrem steckseitigen Ende eine nadelöhrförmige Drahtschlinge ausbilden, welche beim Einstecken der Federkontaktelemente in die Kontaktbuchsen federelastisch zusammengedrückt wird, so dass zwei Drahtschlingenabschnitte der Drahtschlinge der Federkontaktelemente quer zur Steckrichtung (S) gegen die Kontaktbuchsen federkraftbeaufschlagt gedrückt werden.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Hauptkomponente der Federkraft, welche die Drahtschlinge der Federkontaktelemente im eingesteckten Zustand gegen eine Seitenwand der Kontaktbuchsen drückt, quer zur Steckrichtung wirkt.
Weiter vorteilhaft ist es, wenn die Zellkontaktierungseinheit ausgebildet ist, dass beim Zusammenstecken der Federkontaktelemente der Zellkontaktierungseinheit mit den Kontaktbuchsen des Brennstoffzellenstapels die Drahtschlinge der Federkontaktelemente während dem Steckvorgang in zunehmendem Maß aufgrund der Form der Drahtschlinge zusammenge-
drückt werden. Hierdurch kann die Steckkraft über den Steckweg gezielt gesteuert werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Drahtschleife jeweils als geschlossene Drahtschleife aus zumindest zwei nebeneinander verlaufenden, gebogenen Drahtschleifenabschnitten und einem diese beiden Drahtschleifenabschnitte verbindenden, steckseitig am Ende ausgebildeten Umbiegeabschnitt geformt ist.
Weiter von Vorteil ist ein Design bei dem die Federkontaktelemente beim Zusammenstecken zunächst zumindest mit ihrem stirnseitigen Ende in die Kontaktöffnungen der Kontaktbuchsen, vorzugsweise etwa mittig in die Kontaktöffnungen eindringen bevor die beiden Drahtschleifenabschnitte beim weiteren Zusammenstecken auf Wandabschnitte der Kontaktbuchsen treffen.
Ebenfalls von Vorteil ist eine Konzeption bei der die Kontaktbuchsen eine Kontaktkavität aufweisen, die in Steckrichtung betrachtet zunächst einen Bereich mit geringerem Querschnitt und daran anschließend einen Bereich mit größerem Querschnitt besitzt, der die Drahtschliefe im vollständig eingesteckten Zustand klemmend aufnimmt.
So ist es auch als eine mögliche Variante denkbar, U-förmige Kontakte auszubilden, die jeweils zwei im Wesentlichen parallel verlaufende (paarweise angeordnete) Federkontaktelemente ausbilden, von denen jedes Federkontaktelement vorgesehen ist, in eine korrespondierende Steckbuchse an der Kontakteinrichtung des Brennstoffzellenstapels eingesteckt zu werden.
Als weitere Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die Federkontaktelemente an oder nahe an ihrem steckseitigen Ende eine Rastgeometrie aufweisen, welche in eine, in oder an den Kontaktbuchsen ausgebildete Gegenrastgeometrie eingreift. Auf diese Weise kann ein sicheres Halten der Kontaktanordnung bewirkt werden.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine solche Kontaktanordnung bestehend aus einem Brennstoffzellenstapel mit Buchsenkontakten und einer wie zuvor beschriebenen Zellkontaktierungseinheit, die ausgebildet ist mit dem Brennstoffzellenstapel elektrisch kontaktierend zusammengesteckt zu werden.
Ein ebenfalls weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Brennstoffzelle umfassend einen Brennstoffzellenstapel mit einer Steckeinrichtung ausgebildet mit Buchsenkontakten und einer wie zuvor beschriebenen Zellkontaktierungseinheit, die mit dem Brennstoffzellenstapel elektrisch kontaktierend zusammengesteckt oder zusammensteckbar ist.
Die vorstehend offenbarten Merkmale sind beliebig kombinierbar, soweit dies technisch möglich ist und diese nicht im Widerspruch zueinanderstehen.
Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet bzw. werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt.
Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Schnittansicht eines Details einer ersten Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Zellkontaktierungseinheit,
Fig. 2 eine schematische Schnittansicht eines Details einer alternativen Ausgestaltung erfindungsgemäßen Zellkontaktierungseinheit und zwar in einer Steckposition und
Fig. 3 eine perspektivische Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Zellkontaktierungseinheit, welche eine Vielzahl an erfindungsgemäß geformten Kontakten zeigt.
Die Figuren sind beispielhaft schematisch. Gleiche Bezugszeichen in den Figuren weisen auf gleiche funktionale und/oder strukturelle Merkmale hin.
In der Figur 3 ist eine perspektivische Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Zellkontaktierungseinheit 100 gezeigt. Die Zellkontaktierungseinheit 100 ist ausgebildet zur elektrischen Kontaktierung von in einem Gehäuse 22 eines Brennstoffzellenstapels 20 in mehreren Reihen bzw. Spalten angeordneten elektrischen Kontaktbuchsen 21 , wobei die Zellkontaktierungseinheit 100 hierzu an korrespondierenden Positionen die gezeigten Federkontaktelemente 11 aufweist. Die Federkontaktelemente 11 erstrecken sich in Steckrichtung S aus der Zellkontaktierungseinheit 100 (in der Fig. 3 nach unten) weg, wobei am Gehäuse 22 der Gegensteckeinrichtung des Brennstoffzellenstapels 20 in Steckrichtung S betrachtet, Führungsrippen 27 angeordnet sind, um eine Vorzentrierung vor dem eigentlichen Steckvorgang zu gewährleisten.
In den Figuren 1 ist ein schematisches Ausführungsbeispiel der Erfindung und zwar in Form eines Teilausschnittes einer schematischen Schnittansicht einer Zellkontaktierungseinheit 100 gezeigt, die mit einer Kontakteinrichtung eines Brennstoffzellenstapels 20 verbunden wird und zwar in einer Montageposition am Ende des Steckvorgangs im vollständig gesteckten Zustand.
Die schlingenartigen Federkontaktelemente 11 werden beim Zusammenstecken zunächst zumindest mit ihrem stirnseitigen Ende 11 a (stirnseitiger Umbiegeabschnitt 11 a der Drahtschleife 12) in die Kontaktöffnungen der Kontaktbuchsen 21 etwa mittig in die jeweilige Kontaktöffnung eingeführt. Danach trifft der jeweils untere Schlingenabschnitt der beiden Drahtschleifenabschnitte 12a, 12b der Federkontaktelemente 11 beim weiteren Zusammenstecken auf den Rand der Öffnungsbereiche der Kontaktkavitäten der Kontaktbuchsen 21 .
ln dem alternativen Ausführungsbeispiel gemäß der Figur 2 ist eine zum ersten Ausführungsbeispiel abweichende Lösung gezeigt, bei der die Kontaktkavität der Kontaktbuchse 21 einen unteren aufgeweiteten Kontaktaufnahmebereich zeigt, in dem sich die Drahtschlaufe zu einem be- stimmten Anteil wieder federleastisch entspannen kann, indem die beiden Drahtschlaufenabschnitte (bzw. Schlingenabschnitte 12a, 12b) quer zur Steckrichtung S zur Wandung der Kontaktbuchsen 21 hin zurückfedern.
Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf die vorstehend angegebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht.
Claims
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Patentansprüche Zellkontaktierungseinheit (100) zur elektrischen Kontaktierung von einer ein Gehäuse (22) aufweisenden Kontakteinrichtung eines Brennstoffzellenstapels (20) mit in einer oder mehreren Reihen und/oder Spalten angeordneten elektrischen Kontaktbuchsen (21 ), wobei die Zellkontaktierungseinheit (100) an korrespondierenden Positionen Federkontaktelemente (11 ) aufweist, die sich in Steckrichtung (S) aus der Zellkontaktierungseinheit (100) weg erstrecken, wobei die Federkontaktelemente (11 ) an ihrem steckseitigen Ende eine nadelöhrförmige Drahtschlinge (12) ausbilden, welche beim Einstecken der Federkontaktelemente (11 ) in die Kontaktbuchsen (21 ) federelastisch zusammengedrückt werden, so dass zwei Drahtschlingenabschnitte (12a, 12b) der Drahtschlinge (12) der Federkontaktelemente (11 ) quer zur Steckrichtung (S) gegen die Kontaktbuchsen (21 ) federkraftbeaufschlagt gedrückt werden. Zellkontaktierungseinheit (100) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptkomponente der Federkraft, welche die Drahtschlinge (12) der Federkontaktelemente (11 ) im eingesteckten Zustand gegen eine Seitenwand der Kontaktbuchsen (21 ) drückt, quer zur Steckrichtung (S) wirkt. Zellkontaktierungseinheit (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass beim Zusammenstecken der Federkontaktelemente (11 ) der Zellkontaktierungseinheit mit den Kontaktbuchsen (21 ) des Brennstoffzellenstapels die Drahtschlinge (12) der Federkontaktelemente (11 ) während dem Steckvorgang in zunehmendem Maß durch die Form der Drahtschlinge (12) zusammengedrückt werden. Zellkontaktierungseinheit (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drahtschleife (12) jeweils
- 9 - als geschlossene Drahtschleife aus zumindest zwei nebeneinander verlaufenden, gebogenen Drahtschleifenabschnitten (12a, 12b) und einem diese verbindenden, steckseitig am Ende ausgebildeten Umbiegeabschnitt (11 a) geformt ist.
5. Zellkontaktierungseinheit (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Federkontaktelemente (11 ) beim Zusammenstecken zunächst zumindest mit ihrem stirnseitigen Ende in die Kontaktöffnungen der Kontaktbuchsen (21 ), vorzugsweise etwa mittig in die Kontaktöffnungen eindringen bevor die beiden Drahtschleifenabschnitte (12a, 12b) beim weiteren Zusammenstecken auf Wandabschnitte der Kontaktbuchsen (21 ) treffen.
6. Zellkontaktierungseinheit (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktbuchsen (21 ) eine Kontaktkavität aufweisen, die sich in Steckrichtung betrachtet zunächst einen Bereich mit geringerem Querschnitt und sich daran anschließend einen Bereich mit größerem Querschnitt besitzt, der die Drahtschliefe im vollständig eingesteckten Zustand aufnimmt.
7. Kontaktanordnung bestehend aus einem Brennstoffzellenstapel mit Buchsenkontakten (22) und einer Zellkontaktierungseinheit (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die ausgebildet ist mit dem Brennstoffzellenstapel elektrisch kontaktierend zusammengesteckt zu werden.
8. Brennstoffzelle umfassend einen Brennstoffzellenstapel ausgebildet mit Buchsenkontakten (22) und einer Zellkontaktierungseinheit (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der mit dem Brennstoffzellenstapel elektrisch kontaktierend zusammengesteckt oder zusammensteckbar ist.
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