本發(fā)明涉及根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池堆，并且特別地涉及燃料電池堆。

背景技術(shù)：

1、通常，電池堆包括多個堆疊的電板，電板通過絕緣層彼此分隔。

2、在燃料電池堆的特殊情況下，電板是雙極板，絕緣層是多層膜電極組件。雙極板本身是彼此固定的陽極板和陰極板的組合，其中雙極板被膜電極組件分開，或者換句話說，雙極板被膜電極組件夾在中間。形成雙極板的陰極板和陽極板通常是導(dǎo)電的金屬或石墨板，即所謂的流場板，該流場板在一側(cè)具有用于反應(yīng)劑的流場，在另一側(cè)具有用于冷卻流體的流場。膜電極組件在組裝狀態(tài)下，流場板彼此疊置的方式為使得冷卻流體流場彼此面對并且反應(yīng)劑流場面對夾在中間的膜電極組件。在燃料電池堆的操作期間，由膜電極組件產(chǎn)生的電流導(dǎo)致雙極板組件之間的電勢差。

3、在電池堆的運行過程中，需要監(jiān)測由堆疊的電池產(chǎn)生的電壓，以確定電池堆是否在其預(yù)期的操作參數(shù)內(nèi)操作。為此，每個電板通常配備有固定到電板的電壓監(jiān)測元件，并且設(shè)置有用于將電壓監(jiān)測元件連接到外部的電壓監(jiān)測控制器的導(dǎo)線，該外部的電壓監(jiān)測控制器監(jiān)測和控制電池堆的操作。

4、因此，已知通過將導(dǎo)線直接焊接或熔接到電板上而將導(dǎo)線用作電壓監(jiān)測元件。在燃料電池堆領(lǐng)域，還已知使用插針連接，其中插針插入雙極板的板之間，通過摩擦力或壓配合來固定。

5、然而，將導(dǎo)線放置和固定到電池堆中是麻煩且耗時的，這使得堆疊過程低效且緩慢。另外，已知的固定方法也容易失效，因為導(dǎo)線和插針可能從板上松脫，或者導(dǎo)線和插針被放置錯誤，從而導(dǎo)致堆疊失效。

6、此外，由于電板和相關(guān)聯(lián)的絕緣層通常緊密堆疊，電池堆缺少用于安裝電壓監(jiān)測元件的空間，而這些電壓監(jiān)測元件可能是更容易安裝的。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、因此，本發(fā)明的目的是提供一種電壓監(jiān)測元件，其可以以更有效和可靠的方式實施到電池堆中，并且特別是實施到燃料電池堆中。

2、該目的通過根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池堆來解決。

3、在下文中，提供了一種燃料電池堆，其包括夾有絕緣層的多個電板，其中，多個電板中的至少一個電板布置有電壓監(jiān)測元件，其用于監(jiān)測電板的電壓。更特別地，電壓監(jiān)測連接器可以是模制的，優(yōu)選地是注塑成型的。

4、為了更有效地實現(xiàn)電壓監(jiān)測元件，在布置有電壓監(jiān)測元件的至少一個電板具有至少一個通孔，其中電壓監(jiān)測元件被布置在通孔處和/或通孔中。由此，通孔提供了允許容納電壓監(jiān)測元件的額外空間。

5、應(yīng)注意，一般來說，在本技術(shù)中，術(shù)語“電板”未必指代剛性電板。此外，在本技術(shù)中，柔性的層狀電氣元件(陽極或陰極)可以被稱為電板。

6、另外，電池堆可以是燃料電池堆，其中電板是由彼此固定的陽極板和陰極板組成的雙極板。此外，在這種情況下，絕緣層是多層膜電極組件。雙極板通常是剛性金屬或石墨板，其設(shè)有流場結(jié)構(gòu)，該流場結(jié)構(gòu)用于將反應(yīng)劑和/或冷卻劑提供和分配到雙極板和/或相鄰的膜電極組件。

7、根據(jù)優(yōu)選實施例，電壓監(jiān)測元件由電絕緣材料制成，并且配備有由導(dǎo)電材料制成的電接觸元件，該電接觸元件被布置在電壓監(jiān)測元件的表面處，并且適于與電板接觸。已知的插針或?qū)Ь€非常小，因此將電壓監(jiān)測元件固定到板上是非常精細(xì)的工作。此外，將插針錯放的風(fēng)險很高，這可能導(dǎo)致堆疊元件的損壞并且最終導(dǎo)致整個堆疊的故障。通過提供主要由電絕緣材料制成并且僅在特定位置處配備有導(dǎo)電元件的電壓監(jiān)測元件，允許更簡單和簡化地操作和安裝電壓監(jiān)測元件。應(yīng)當(dāng)注意，電接觸元件通常配備有集成導(dǎo)線，用于與外部的電壓監(jiān)測控制器進(jìn)行已知的連接。

8、根據(jù)進(jìn)一步的優(yōu)選實施例，電壓監(jiān)測連接器具有基板和突起部，其中突起部從基板凹進(jìn)，使得在基板和突起部之間形成臺階。由此，提供了易于操作的元件，其可以及時有效地布置在電板處和通孔中。

9、因此，有利的是，電壓監(jiān)測元件的高度h設(shè)計成小于電板(2)的厚度dep：h＜dep。尤其在電壓監(jiān)測元件設(shè)有基板和突起部的上述情況下，進(jìn)一步優(yōu)選的是，電壓監(jiān)測元件的突起部的高度hp設(shè)計成小于電板(2)的厚度dep：hp＜dep。這允許電壓監(jiān)測元件在至少一側(cè)上與電板齊平。這種電壓監(jiān)測元件不需要任何額外的空間，因為其至少部分地完全容納在電板中。

10、根據(jù)另一有利實施例，電壓監(jiān)測元件在突起部的相對側(cè)在基板處具有凹部，該凹部的尺寸設(shè)計為容納相鄰電壓監(jiān)測元件的突起部，使得一個電壓監(jiān)測元件適于堆疊在另一電壓監(jiān)測元件上。因此，即使電壓監(jiān)測元件在電板上延伸，例如在電池堆壓縮之后，超出部分也不會對電池堆的整體尺寸產(chǎn)生負(fù)面的干擾。

11、相反，在提供這樣的凹部的情況下，也可以提供電壓監(jiān)測元件，其中電壓監(jiān)測元件的突起部的高度hp設(shè)計成大于電板的厚度dep：hp＞dep，并且其中，凹部的深度hr適于容納電壓監(jiān)測元件的突起部的在電板上延伸的部分。由此，電壓監(jiān)測元件還可以用作用于堆的部件的對準(zhǔn)特征，因為堆疊的電壓監(jiān)測元件還限定電池堆部件相對于彼此的特定取向。

12、根據(jù)另一優(yōu)選實施例，基板的直徑設(shè)計成大于通孔的直徑，使得臺階的表面至少部分地與電板的表面鄰接，并且突起部延伸穿過電板的通孔。這允許將電壓監(jiān)測元件牢固地安裝在電板的通孔處和通孔中。

13、進(jìn)一步優(yōu)選的是，電壓監(jiān)測元件進(jìn)一步包括蓋部，其中蓋部的直徑大于通孔的直徑，使得電壓監(jiān)測元件固定到電板。這允許蓋元件在板的兩側(cè)上的連接和固定。蓋元件例如可以實現(xiàn)為卡扣元件，其在已經(jīng)插入通過通孔之后在電板的邊緣上延伸，使得電壓監(jiān)測元件固定到電板。

14、可替代地或附加地，蓋部可以是單獨的元件，其適于與電壓監(jiān)測元件的突起部相互作用以將電壓監(jiān)測元件固定到電板。因此，特別優(yōu)選的是，蓋元件具有凹部，該凹部設(shè)計成以這樣的方式容納突起部，即，使得通過形狀配合或力配合提供蓋元件之間的連接。例如，蓋元件可以被按壓和/或卡合到突起部上。

15、為了同時提供內(nèi)部對準(zhǔn)特征，可能的是，蓋元件還包括在其面向電板的一側(cè)的相對側(cè)上的突起，該突起允許與相鄰的電壓監(jiān)測元件的相互作用，特別是允許與相鄰的電壓監(jiān)測元件的凹部的相互作用。此外可能的是，蓋元件具有環(huán)形的形狀，該環(huán)形的形狀與突起部以摩擦配合的方式共同作用，使得突起部可以延伸穿過環(huán)形的蓋元件并且容納在相鄰的電壓監(jiān)測元件的凹部中。

16、因此，蓋元件確保了即使電板沒有布置在堆疊中，電壓監(jiān)測元件也保持固定到電板。這還允許在堆疊之前將電壓監(jiān)測元件預(yù)安裝在電板處。

17、根據(jù)另一優(yōu)選實施例，電接觸元件布置在電壓監(jiān)測元件的表面處。優(yōu)選地，電接觸元件布置在基板處，優(yōu)選地布置在臺階處，和/或布置在突起部處和/或在蓋部處，使得電接觸元件與電板接觸。

18、如上所述，電壓監(jiān)測元件可以由電絕緣材料制成，優(yōu)選地由塑料材料制成，并且電接觸元件可以由導(dǎo)電材料制成。因此，優(yōu)選的金屬如銅、鋁、銀、金、錫等。當(dāng)確定電接觸元件的特定材料時，應(yīng)該考慮雙極板的材料以避免產(chǎn)生電流問題。對于不銹鋼的雙極板，例如鍍金銅等涂覆銅材料是優(yōu)選的。此外，電接觸元件可以是彈性元件，優(yōu)選地，電接觸元件是彈性成形的。例如，電接觸元件可以成形為彈簧。

19、如上所述，電接觸元件與用于連接外部的電壓監(jiān)測控制器的導(dǎo)線連接。電接觸元件也可以由導(dǎo)線或?qū)Ь€狀材料制成。

20、根據(jù)另一實施例，電壓監(jiān)測元件由與絕緣層相同的材料制成，或甚至可為絕緣層的組成部分。特別地，電壓監(jiān)測元件可以由膜電極組件的子襯墊材料制成，或者可以是膜電極組件的整體部分。這允許分別在電池堆或燃料電池堆中節(jié)省空間地容納電壓監(jiān)測連接器。

21、根據(jù)進(jìn)一步優(yōu)選的實施例，電板進(jìn)一步包括用于在電板上分配反應(yīng)劑的流場。因此，流場可設(shè)計成從板的基底突出的突出結(jié)構(gòu)?？商娲?，板也可以具有其它突出結(jié)構(gòu)，例如，也從電板的基底突出的壓條密封部(bead?seal)。這些突出結(jié)構(gòu)對于燃料電池是常見的，其中雙極板設(shè)計成將反應(yīng)劑分配到膜電極組件。

22、在電板具有至少一個突出結(jié)構(gòu)(例如壓條密封部或流場)的情況下，該突出結(jié)構(gòu)向著相鄰絕緣層的方向從電板的基底突出，進(jìn)一步優(yōu)選的是，電壓監(jiān)測元件的基板的高度hb設(shè)計成近似于、優(yōu)選地小于突出結(jié)構(gòu)在電板的基底上的突出高度dps：hb≈dps，優(yōu)選地hb＜dps。這確保了電壓監(jiān)測元件可以放置在電池堆內(nèi)而不需要進(jìn)一步的空間。這進(jìn)一步允許在不增加電池堆的尺寸的情況下在電池堆內(nèi)施用電壓監(jiān)測元件。

23、在電板具有至少一個突出結(jié)構(gòu)(例如壓條密封部或流場)的情況下，該突出結(jié)構(gòu)向著相鄰絕緣層的方向從電板的基底突出，進(jìn)一步優(yōu)選的是，電壓監(jiān)測元件的蓋部的高度hc也設(shè)計成近似于、優(yōu)選地小于突出結(jié)構(gòu)在電板的基底上的突出高度dps：hc≈dps，優(yōu)選地hc＜dps。這還確保了電壓監(jiān)測元件可以放置在電池堆內(nèi)而無需進(jìn)一步的空間要求，并且不增加電池堆的尺寸。

24、根據(jù)另一優(yōu)選實施例，電壓監(jiān)測元件的突起部可以具有第一部分和第二部分，其中第二部分凹進(jìn)第一部分，從而在突起部的第一部分和第二部分之間形成另一臺階，并且其中另一臺階設(shè)置有適于接觸電板的電接觸元件。因此，進(jìn)一步優(yōu)選的是，兩個臺階，即基板和第一部分之間的臺階以及第一部分和第二部分之間的臺階都配備有電接觸元件。這允許不僅電連接單個電板，而且電連接彼此相鄰布置的兩個電板，這進(jìn)一步減少了堆疊期間的時間需求，并且簡化了堆疊過程，因為僅需每三個板配備單獨的電壓監(jiān)測元件。

25、因此，進(jìn)一步優(yōu)選的是，電板具有第一通孔和第二通孔，電壓監(jiān)測元件容納在第一通孔和第二通孔處和/或容納在第一通孔和第二通孔中，其中第一通孔和第二通孔的尺寸和/或形狀彼此不同。這尤其允許在臺階狀的電壓監(jiān)測元件和兩個相鄰的電板之間的有利的相互作用。

26、因此，如果突起部的第一部分的尺寸適于第一通孔的尺寸和/或形狀，并且突起部的第二部分的尺寸適于第二通孔的尺寸和/或形狀，則是進(jìn)一步有利的。這允許電壓監(jiān)測元件和通孔/電板的故障安全布置(fail-safe?arrangement)。

27、進(jìn)一步優(yōu)選的是，相鄰的電板和相應(yīng)的第一通孔和第二通孔布置成使得一個電板的第一通孔與相鄰電板的第二通孔對準(zhǔn)。因此，如果電板圍繞電板的表面法線旋轉(zhuǎn)180°時具有對稱性，則是進(jìn)一步優(yōu)選的。在電板是雙極板的情況下，優(yōu)選的是，雙極板圍繞陰極側(cè)或陽極側(cè)的表面法線旋轉(zhuǎn)180°時具有對稱性。由此，堆疊中的每個第二電板旋轉(zhuǎn)180°會自動形成第一通孔和第二通孔的交替布置。除了簡化的制造、堆疊和對準(zhǔn)之外，由于只需要生產(chǎn)一組電板，所以這還允許補(bǔ)償可能導(dǎo)致堆疊的不均勻尺寸的制造公差。

28、根據(jù)另一優(yōu)選實施例，電池堆具有至少兩個堆疊的電板、優(yōu)選三個堆疊的電板，其中第一部分的高度hp1和第二部分的高度hp2設(shè)計為使得布置在第一臺階處的電接觸元件與第一電板接觸，并且布置在第一部分和第二部分之間的另一臺階處的電接觸元件與第二電板接觸。此外，第二部分可以突出到第二電板中的開口中，但是不超過第二電板。可替代地，第二部分超過第二電板，并且可以適于容納在布置在第三雙極板處的相鄰的電壓監(jiān)測連接器的凹部中。這允許在不增加電池堆的尺寸的情況下在電池堆內(nèi)施用電壓監(jiān)測元件。

29、不言而喻的是，電壓監(jiān)測元件可以具有多個額外的臺階，其中每個臺階配備有與相應(yīng)的電板接觸的電連接器。

30、在從屬權(quán)利要求以及說明書和附圖中限定了進(jìn)一步優(yōu)選的實施例。因此，在不脫離保護(hù)范圍的情況下，與其它元件結(jié)合描述或示出的元件可以單獨存在或與其它元件結(jié)合存在。