DE102007038153A1 - Fuel cell, has conductive rubber layer extending from one end of stack to other end of stack and comprising conductive layers that contact bipolar plates for measuring voltage at respective bipolar plate - Google Patents
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Abstract
Description
Stand der TechnikState of the art
BrennstoffzellentechnikFuel cell technology
Brennstoffzellen setzten chemische Energie direkt, in Verbindung mit einem hohen Wirkungsgrad, in elektrische Energie um. Sie bestehen oft aus Stapeln von Zellen den so genannten Stacks. Die Zellen bestehen aus mit je einer Bipolarplatte (f) links und rechts und einer Membran (g). Die durch die chemische Reaktion erzeugte Spannung fällt dabei über die Membrane ab. Diese Spannung ist an den Bipolarpatten zu messen und ist eine maßgebliche Größe beim Betreiben der Brennstoffzelle.fuel cells put chemical energy directly, in conjunction with a high Efficiency, into electrical energy. They often consist of stacks of cells called stacks. The cells are made up with one bipolar plate (f) left and right and one membrane (g). The voltage generated by the chemical reaction falls over the Membrane off. This voltage can be measured on the bipolar plates and is a relevant one Size at Operating the fuel cell.
EinzelzellspannungsabgriffEinzelzellspannungsabgriff
Um die Zellenspannungen zu messen werden häufig Federkontakte eingesetzt die oft auf einer Halterung angebracht werden. Diese Kontakte werden auf jeder einzelnen Zelle Positioniert und mittels einer Leiterplatte fixiert. Diese Leiterplatte verfügt über Leiterbahnen die die Spannung der einzelnen Zellen an eine Messstelle weitergibt.Around To measure the cell voltages are often used spring contacts which are often mounted on a bracket. These contacts will be Positioned on each individual cell and by means of a printed circuit board fixed. This circuit board has traces which passes the voltage of the individual cells to a measuring point.
Diese Technik hat folgende Nachteile:
- • Hoher Aufbau des Abgriffs aufgrund relativ langer Federkontakte
- • Messspitzen verletzen die Oberfläche der Bipolarplatten
- • Rüttelempfindlich
- • Aufwendige Justierung
- • Temperaturempfindlichkeit
- • Anfällig gegenüber mechanischer Belastungen
- • High construction of the tap due to relatively long spring contacts
- • Measuring tips injure the surface of the bipolar plates
- • sensitive to vibration
- • Extensive adjustment
- • Temperature sensitivity
- • Susceptible to mechanical loads
Erklärung des Patentesstatement of the patent
Aufgabenstellungtask
Es soll ein Messabgriff entwickelt werden der folgende Eigenschaften aufweißt:
- • Flach im Aufbau
- • Brennstoffzellenoberflächen sollen nicht beschädigt werden
- • Rüttelunempfindlichkeit
- • Wiederkehrende Montagefähigkeit
- • Temperaturbeständigkeit > 160°C
- • Flat in construction
- • Fuel cell surfaces should not be damaged
- • Rüttelunempfindlichkeit
- • Recurring assembly capability
- • Temperature resistance> 160 ° C
Lösung der Aufgabe mit erreichten Vorteilensolution the task with achieved advantages
Zur Kontaktierung der Bipolarplatten (f) wird ein Leitgummi (b) in Kombination mit einer Leiterplatte (e) verwendet.to Contacting the bipolar plates (f) becomes a conductive rubber (b) in combination used with a printed circuit board (s).
Vorteile:Advantages:
- • Flach im Aufbau.• flat under construction.
- • Brennstoffzellen werden nicht beschädigt.• fuel cells will not be damaged.
- • Rüttelunempfindlich.• Rüttelunempfindlich.
Sogenannte Leitgummis bestehen üblicherweise aus einander abwechselnden Schichten aus leitfähigen und nicht leitfähigen Materialen, bspw. Carbon-Gummi und Silikon-Gummi. Andere Gummimateriale oder allgemein Materiale mit elastischen Eigenschaften (nicht nur Gummi-Materiale) und mit den genannten elektrischen Eigenschaften sind selbstverständlich auch denkbar. D. h. dass im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung unter dem Begriff „Leitgummi" allgemein Materialen bzw. Mittel verstanden werden sollen, die einerseits flexibel bzw. elastisch sind und andererseits leitfähige und nicht leitfähige Bereiche aufweisen, wobei sich die Bereiche abwechseln.So-called Conductive rubbers usually exist alternating layers of conductive and non-conductive materials, For example, carbon rubber and silicone rubber. Other rubber materials or general materials with elastic properties (not only rubber materials) and with the mentioned electrical properties are of course also conceivable. Ie. that in the context of the present invention under the term "conductive rubber" in general materials or means should be understood, on the one hand flexible or elastic and conductive and non-conductive areas have, with the areas alternate.
In
den
Bezugnehmend
auf die
Zur Kontaktierung der Bipolarplatten (f) wird ein Leitgummi (b) in Kombination mit einer Leiterplatte (e) verwendet.to Contacting the bipolar plates (f) becomes a conductive rubber (b) in combination used with a printed circuit board (s).
Das Leitgummi besteht aus abwechselnd leitender und nicht leitender Schichten. Die leitenden Schichten sind dünner als die Membran (g) bzw. die Zwischenräume zweier Bipolarplatten (f) der Brennstoffzelle. Dadurch wird sichergestellt, dass unter keinen Umständen ein Kurzschluss zwischen zwei Zellen hervorgerufen wird. Ein genaues positionieren ist nicht notwendig, da einerseits immer ein Kontakt die Bipolarplatten (f) berührt und auf der anderen Seite kein Kurzschluss verursacht werden kann. Das Leitgummi muss permanent einem gewissen Druck ausgesetzt sein, damit die Kontaktierung zwischen Leitgummi (b) und Brennstoffzelle einwandfrei ist. Das Leitgummi (b) kann bis zu 100000 mal be- und entlastet werden und ist somit für einen dauerhaften Betrieb und häufige Demontagen geeignet.The Conductive rubber consists of alternating conductive and non-conductive Layers. The conductive layers are thinner than the membrane (g) or the gaps two bipolar plates (f) of the fuel cell. This will ensure that under no circumstances a short circuit between two cells is caused. An exact one Positioning is not necessary, because on the one hand always a contact the bipolar plates (f) touched and on the other hand no short circuit can be caused. The conductive rubber must be permanently exposed to a certain pressure, so that the contact between conductive rubber (b) and fuel cell is perfect. The conductive rubber (b) can be used up to 100,000 times be relieved and is therefore for a permanent operation and frequent Dismantling suitable.
Um die einzelnen Spannungen von den Zellen, die über die Leitgummis (b) geleitet werden, zu kontaktieren und an Stecker o. a. weiterzuleiten wird eine Leiterplatte (e) mit dem Leitgummi (b) kontaktiert. Auf der Leiterplatte (e) sind Leiterbahnen (c) positioniert, die von der leitenden Schicht des Leitgummis (b) berührt werden. Pro Bipolarplatte (f) werden ein oder mehrere Leiterbahnen (c) auf der Leiterplatte (e) positioniert. Eine Längenänderung des Stacks durch thermische Ausdehnung kann somit auch kompensiert werden. Das Leitgummi kann sich regelrecht auf der Leiterbahn und auf der Brennstoffzelle verschieben und stellt mit einer anderen leitenden Schicht des Gummis wieder einen Kontakt mit der Leiterbahn auf der Leiterplatte und der Brennstoffzelle her.To the individual voltages of the Zel To contact and pass on plugs or the like, which are conducted via the conductive rubbers (b), a printed circuit board (e) is contacted with the conductive rubber (b). On the circuit board (e) conductor tracks (c) are positioned, which are touched by the conductive layer of the conductive rubber (b). One or more tracks (c) are positioned on the circuit board (e) for each bipolar plate (f). A change in length of the stack due to thermal expansion can thus also be compensated. The conductive rubber can literally shift on the track and on the fuel cell and re-establishes contact with the track on the board and fuel cell with another conductive layer of the rubber.
Mit der Leiterplatte (e) kann auch der oben beschriebene Druck auf das Gummi hergestellt werden. Die Leiterplatte (e) kann an oder zwischen den Endplatten (a) der Brennstoffzelle befestigt werden, wodurch ein hoher Aufbau vermieden wird.With the printed circuit board (e) can also be the pressure on the above described Rubber can be made. The circuit board (s) can be on or between attached to the end plates (a) of the fuel cell, thereby a high structure is avoided.
Um die einzelnen Messwerte auszuwerten, kann auf der Leiterplatte u. a. ein Stecker montiert werden, der die Schnittstelle der einzelnen Zellen zu den Analysegeräten (z. B. Cell Voltage Monitoring) darstellt.Around the individual measured values can be evaluated on the printed circuit board u. a. a connector can be mounted, which is the interface of each Cells to the analyzers (eg Cell Voltage Monitoring).
Weitere technische Details ergeben sich aus den Figuren und der Anlage, in der stichwortartig die Erfindung nochmals dargestellt ist.Further technical details emerge from the figures and the annex, in the keywords the invention is shown again.
Wenn im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung von leitfähig bzw. Leitfähigkeit gesprochen wird, ist immer die elektrische Leitfähigkeit gemeint.If in the context of the present invention of conductive or conductivity is always meant, the electrical conductivity is meant.
Stichwortartige Darstellung der ErfindungCursive representation the invention
- • Haupteinsatzgebiet bisher ist die Kontaktierung von LC-Displays.• Main application area So far, the contacting of LC displays.
- • Der Aufbau des Leitgummis besteht aus leitenden und nicht leitenden Schichten.• Of the Structure of the conductive rubber consists of conductive and non-conductive Layers.
- • Temperaturbeständigkeit je nach Materialkombination bis 250°C• temperature resistance depending on the material combination up to 250 ° C
- • Die leitende Schicht ist dünner als die isolierende Schicht, wodurch Kurzschlüsse durch die Kontaktierung vermieden werden.• The conductive layer is thinner as the insulating layer, causing short circuits through the contact be avoided.
- • Das Leitgummi stellt den elektrischen Kontakt zwischen Bipolarplatte und den Leiterbahnen der Leiterplatte her. Die Leiterbahn leitet das Messsignal zur Auswertung weiter.• The Conductive rubber provides the electrical contact between the bipolar plate and the tracks of the circuit board ago. The conductor leads the measuring signal for evaluation on.
Vorteile der Leitgummis:Advantages of conductive rubbers:
- • Hohe Temperaturfestigkeit• Height temperature resistance
- • Flach im Aufbau• flat under construction
- • Bipolarplatten werden nicht beschädigt• bipolar plates will not be damaged
- • Erschütterungsunempfinglichkeit• vibration insensitivity
- • Variables Rastermaß: 0,1 mm bis 0,25 mm• Variables Pitch: 0.1 mm to 0.25 mm
- • (Summe aus leitender und nicht leitender Schicht)• (Total from senior and non-executive level)
Benötigte Informationen zur RealisierungRequired information for realization
- • Ausdehnungskoeffizient des Stacks• Expansion coefficient of the stack
- • Genaue Abmaße (Dicke) der Bipolarplatten und Membranen• Exact dimensions (Thickness) of the bipolar plates and membranes
- • Abmaße der Endplatte (Befestigungsmöglichkeit der Leiterplatte)• Dimensions of the end plate (Fastening possibility of PCB)
- • Zellspannungsabgriff ist für den Einsatz von Leitgummis eine Pilotanwendung• Cell voltage tap is for the use of conductive rubbers a pilot application
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2007
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