CN112789753A - 隔板和电化学*** - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于电化学***(1)的隔板(10)，其包括第一板(11)和第二板(12)，第一板和第二板基本上一致地布置在彼此顶部。第一和/或第二板(11、12)还包括至少一个细长的突出部(11a、12a)，该突出部(12)从隔板(10)的板平面(10a)的相对侧突起并沿板平面(10a)从外部边缘(10b)延伸到隔板(10)内，使得第一板(11)的突出部(11a)和/或第二板(11)的突出部(12a)必要时一起形成用于连接器销(14)的承座(13)。第一板(11)的突出部(11a)或第二板(12)的突出部(12a)包括凹陷(11b、11c)，该凹陷(11b、11c)朝向相应的相对板(12、11)定向，用于将连接器销(14)以力配合和/或形状锁定的方式固定在承座(13)中。

Description

隔板和电化学***
技术领域
本发明涉及一种用于电化学***的隔板，并且涉及一种包括多个平行布置的隔板的电化学***。
背景技术
该隔板能用于燃料电池***，例如其中由氢和氧产生电力的燃料电池***。隔板也可用于电解器，其中通过施加电势从水中产生氢和氧。隔板同样能用于电化学压缩机，其中分子氢通过施加电势借助氧化/还原通过膜传输，同时被压缩。因此，根据本发明的电化学***能包括上述电化学***之一。
用于电化学***的隔板通常包括一对板，该对板包括两个单独的金属板，其中两个隔板各自界定电化学电池单体，即例如燃料电池单体。从狭义上讲，单个板属于一个电池单体，而隔板的另一单个板已属于下一单元。在电化学***中，通常将例如多达400个的多个电化学电池单体串联堆叠以形成序列或堆叠。电池单体本身通常不仅包括两个半隔板，而且还包括布置在隔板之间的膜电极组件(也称为MEA)，以及例如在MEA的两侧由非织造的导电碳制成的气体扩散层(GDL)。整个堆叠通过夹紧***在两个端板之间保持在一起，并受到预定的挤压。
除了界定电化学电池单体之外，隔板在电化学***中还执行一些附加功能，在一方面，它们与不同电化学电池单体的电极电接触并将电流传递到各自相邻的电池单体上，另一方面向电池单体提供反应介质并配置反应产物、进一步冷却电化学电池单体并传导废热、以及相对于彼此和相对于外部来密封两种不同的反应介质的和冷却剂的隔室。
因此，用于反应介质以及用于冷却剂的通孔由此形成在隔板的两个单个金属板中，用于提供电化学电池，该反应介质通常一方面特别是氢气或甲醇，另一方面特别是空气或氧气，该冷却剂典型地是软化水和防冻剂的混合物。此外，在两个单独的金属板的每个中一体地形成分配结构，由此在两个单个板的两个表面上形成通道。反应介质在隔板的每个定向朝外的表面上被引导，并且在两个单个的金属板之间的空间中引导冷却剂。在与MEA的共享平面中的正交突出部，与实际膜重合而不与其边缘区域或其密封结构重合的区域也被称为隔板的电化学活性区域。在隔板的面向MEA的表面上，反应介质在隔板的该电化学活性区域中以通道结构传导。同样包括通道状分配结构的分配区域通常在电化学活性区域的两侧邻接。每个分配结构与至少两个通孔连通，即用于特定流体的至少一个入口和至少一个出口。为了相对于外部密封，在每个单个金属板中布置了相应的密封结构，该密封结构围绕隔板的电化学活性区域至少连续地沿周向延伸，并且如果需要，至少围绕至少一部分通孔延伸，该密封结构布置成与电化学活性区域或通孔的特定边缘相距一定距离。此外，单个通孔也能通过一种密封结构密封，该密封结构围绕特定的通孔连续地沿周向延伸，从而相对于彼此密封。
为了检查电化学电池是否提供足够的电池单体电压(电池单体电压测量，CVM)，单个电池单体在隔板的边缘处电接触。这种接触必须是机械稳定的并且抗振动的，以便在正在进行的操作期间，例如在车辆中使用期间，也能够检查电池单体电压。过去，为此目的例如以圆柱形销的形式的连接器被夹紧在隔板的单个板之间，或者借助附加的钩元件接合在隔板或壳体上。钩元件在隔板上或在壳体处具有增加的空间要求，但是对于防止连接器由于振动或动态负载而脱离是必要的。夹紧在阳极和阴极之间的销仅在测试台上很常见，而在车辆中长期使用期间是不可靠的。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种隔板和相应的电化学***，其能够牢固且节省空间地接触隔板。
在第一变型中，根据本发明的用于电化学***的隔板包括第一板和第二板，其中第一板和第二板基本上一致地布置在彼此的顶部上，其中第一板和第二板各包括至少一个细长的突出部，其中第一板的突出部和第二板的突出部从隔板的相对侧的板平面突起，并沿着在彼此顶部上平行的板平面从外部边缘延伸到隔板内，使得第一板的突出部和第二板的突出部一起形成用于连接器销的承座(receptacle)。根据本发明的隔板的特征在于，第一板的突出部或第二板的突出部包括朝向相应相对的板定向的凹陷，用于以力配合和/或形状锁定的方式将连接器销固定在承座中。
在第二变型中，根据本发明的用于电化学***的隔板包括第一板和第二板，其中第一板和第二板基本上一致地布置在彼此的顶部上，其中第一板或第二板包括至少一个细长的突出部，其中第一板的突出部或第二板的突出部从隔板的板平面朝向背向另一板定向的一侧突出，并且沿着板平面从外部边缘延伸至隔板的内部，使得第一板的突出部或第二板的突出部形成用于连接器销的承座。根据本发明的隔板的特征在于，第一板的突出部或第二板的突出部、或第二板中的与第一板的突出部相对的区域或第一板中的与第二板的突出部相对的区域，包括朝向相应相对的板定向的凹陷，用于以力配合和/或形状锁定的方式将连接器销固定在承座中。
此处隔板的板平面特别地应理解为指当第一板和第二板布置在彼此的顶部上以形成隔板时，第一板和第二板在其中接触的、突出部附近的第一板和第二板之间的接触平面。隔板的板平面通常也能理解为是指第一和第二板的平坦、未变形的区域之间的接触平面。
用于以力配合和/或形状锁合的方式将连接器销固定在承座中的凹陷使得连接器销到隔板间能有机械稳定且抗振动的力配合和/或形状锁合连接。此外，本发明能够在没有附加的锁定元件的情况下牢固地接触，并且因此具有低空间需求。
突出部尤其能被压印到第一和/或第二板中。如果用于形成承座的突出部一体地形成在第一板和第二板中，则特定的突出部在垂直于板平面的方向上的深度在两个板中可不同。该凹陷能设计为切口突片。例如，能通过冲压第一板或第二板来制造该突片。凹陷也能设计成穹形的压印。如果需要，第一板和/或第二板能各自在板平面的相对侧上包括多个突出部，这些突出部从隔板的板平面突出，并且如果需要的话，成对地在彼此的顶部上平行地从外部边缘到隔板内延伸，使得第一和/或第二板的多个突出部形成用于连接器销的多个承座。在用于连接器销的多个承座的情况下，这些承座能布置在堆叠的隔板中，优选地在平行于隔板平面的方向上，从隔板到隔板彼此偏移，以便于***，并且如果必要能移除连接器销。这特别是在连接器销朝着外部或相关联的连接线***的情况下是有利的。在这种方式下许多承座会维持未分派状态，因此在一个工作步骤中能各使用相同的工具加工隔板的所有第一板或第二板，以形成突出部。特别是，在一个压印步骤中能各自使用相同的压印工具加工第一和第二板，以形成突出部。
当隔板包括两个、三个或四个用于连接器销的承座时，特别优选的是所述承座彼此相邻地布置。
第一和第二板可基本上具有矩形、正方形或梯形形状，特别是具有圆角。突出部能优选地设置在第一和/或第二板的角部区域中。此外，突出部能优选地相对于外部边缘成一定角度延伸，该角度>0°且<180°，优选地>45°且≤90°，或优选地≥90°且<135°，特别优选地≥80°和/或≤100°，或者特别优选90°。该角度定义为从隔板的外部边缘朝向隔板内打开的角度。
承座优选具有与连接器销的横截面相对应的横截面，从而允许连接器销稳固地安置在承座中。特别地，承座可具有正方形、矩形、六边形或蜂窝状的横截面，其中这些横截面形状的角部能是逐渐变窄的或倒圆的。承座的横截面和待接纳的连接器销的横截面能优选地相对于彼此定尺寸，使得在承座和待接纳的连接器销之间不会出现过大的空隙，但是与此同时，不用费劲***。连接器销的实际固定通过搁置在承座中的连接器销进行，使得凹陷和连接器销以力配合和/或形状锁定的方式彼此抵靠。
特别有利的是，当隔板的第一板和第二板包括金属材料或金属合金或由其形成时，其中金属材料或金属合金由于其材料特性或形状因素而具有足够的弹性。这些首先是不锈钢、钛、或镍、铬或其他过渡金属的组合。材料的弹性模量有利地在100GPa到250GPa之间，并且特别地在160GPa到220GPa之间，各自都包括或不包括上述限制。
在本发明的有利实施例中，第一板和第二板能各包括至少一个相互对准的第一通孔，用于引导反应介质通过隔板；能各包括至少一个相互对准的第二通孔，用于引导冷却剂通过隔板；在彼此背向的表面上能各包括活性区域，该活性区域包括用于沿着板平面引导反应介质的引导结构，和与第一通孔和活性区域流体连接并包括分配结构的分配区域，该分配区域用于分配从第一通孔引入到活性区域中的反应介质和/或收集从活性区域朝向第一通孔流动的反应介质。
第一板和第二板特别地能分别包括相互对准的两对第一通孔，其中一对第一通孔构造成用于将反应介质供应到活性区域，而另一对第一通孔构造成用于从活性区域排放反应介质。另外，第一板和第二板能各包括彼此对准的两对第二通孔，其用于供应或排放冷却剂。
第一板和第二板能各包括第一密封结构，该第一密封结构围绕第一通孔中的一个周向地延伸，用于沿板平面密封特定的第一通孔，其中第一密封结构包括至少一个第一通路，第一通孔借助该第一通路与分配区域和活性区域流体连接。
此外，第一板和第二板可各包括至少一个第二密封结构，用于沿板平面密封第二通孔。
第一板和第二板能各附加地包括第三密封结构，该第三密封结构围绕活性区域、一个或多个分配区域和第一通孔周向地延伸，并且使这些相对于周围区域沿板平面密封。第二通孔能布置在由第三密封结构包围的区域的内部或外部。第一和第二板的突出部优选地位于由第三密封结构包围的区域的外部。
第一、第二和/或第三密封结构能被压印到第一或第二板中，或者设计为被压印到第一和第二板中的密封突边。第三密封结构如果设计为密封突边，则通常也称为周边突边。
此外有利的是，第一板的第一、第二和第三密封结构以及第二板的第一、第二和第三密封结构在相对侧上从隔板的板平面突出，并且突出部从隔板的板平面突起的突出部的高度小于第一、第二和第三密封结构从隔板的板平面突起的第一、第二和第三密封结构的高度。这样确保了密封结构在突出部附近也能展现足够的密封作用。
此外，本发明包括一种电化学***，其包括多个平行布置的上述隔板。
电化学电池单体的相应膜能布置在两个相邻的隔板之间，用于将化学能转化为电力。膜通常包括电化学活性区域和在膜的外部边缘终止膜的边缘区域。用于接纳连接器销的突出部通常布置成位于隔板的与边缘区域邻接的区域中，而不是与MEA的实际膜区域邻接的区域中。因此，它们优选地位于隔板的被周边突边封闭的区域的外部。
电化学***能进一步包括用于检查隔板的电池单体电压的装置，其中用于连接至多个隔板的该装置包括多个连接器销，每个连接器销可***隔板的用于连接器销的相应承座中。
连接器销能具有基本圆柱形或立方形设计，特别是具有倒圆角部，即圆形、矩形或倒圆多边形的横截面。连接器销还能具有与承座的横截面相对应的横截面，但是必须避免连接器销相比承座的内空间尺寸过大，如果必要的话，可不包括凹陷处的支承点。
特别优选的是连接器销具有与凹陷相对应的凹部，用于以力配合和/或形状锁定的方式将连接器销固定在承座中。
特别是该凹部能设计为沟槽和/或在横向方向上围绕连接器销周向延伸的沟槽。
连接器销在承座中的力配合和/或形状锁合固定可以是可逆的或不可逆的。不可逆固定对于防止连接的意外脱离特别可靠，在这种固定中，连接器销不能再从承座中移除。相反，可逆固定允许隔板的多次再接触，其中连接器销能以受控的方式从承座中移除，例如当必须更换堆叠中的单个隔板时。
当连接器销可***隔板的相应承座中，相应承座在垂直于板平面的方向上彼此偏移时，是特别有利的。特别有利的是，在垂直于隔板的板平面的方向上的n个相邻的隔板的突出部中，连接器销可彼此偏移地***隔板中，其中n≥1和/或n≤4。可偏移***特别地能被理解为是指，连接器销可在平行于板平面的方向上从隔板到隔板偏移一个承座***。连接器销可进一步从隔板到隔板地交替，并且特别是在隔板中仅两个承座彼此相邻布置的情况下，连接器销能各自可***隔板的相应承座中。其他布置也是可能的，但通常会导致连接器销之间的距离更短。
同样可能的是，不是所有隔板都设计相同，例如两种类型的隔板被交替生产和堆叠。在这种情况下，第一隔板的突出部能邻接在最靠近的隔板的直接相邻的单个板中的或在整个直接相邻的隔板中的凹部。这对于前述的第二变型是特别有利的，因为以这种方式，有更多的安装空间可用于承座的突出部，该承座仅形成在隔板的两个板中的一个中。在该解决方案中，在单个板中的突出部的高度也能等于或大于同一单个板的第一、第二和第三密封结构的高度。然而，优选的是，这里在单个板中的凸起的高度也小于两个单个板的相互对应的第一密封结构的高度之和、和/或两个单个板的相互对应的第二密封结构的高度之和、和/或两个单个板的相互对应的第三密封结构的高度之和。
在下文中，基于附图更详细地描述根据本发明的隔板和根据本发明的电化学***。在具体示例的范围内，分别描述了本发明必不可少的不同元件，或提供了有利改进的元件，其中也能使用这些元件本身中的单个来改进本发明，包括脱离特定示例的上下文和特定示例的进一步特征。此外，在图中相同或相似的附图标记用于相同或相似的元件，因此部分地省略其解释。
附图说明
在附图中：
图1以透视图示出了根据现有技术的电化学***；
图2以俯视图示出了根据现有技术的隔板的一部分；
图2A示出了根据现有技术的用于连接器销的承座的细节图；
图3以俯视图示出了根据本发明的第一示例性实施例的隔板的一部分；
图3A示出了根据本发明的第一示例性实施例的用于连接器销的承座的细节图；
图4示出了根据本发明的第二示例性实施例的用于连接器销的承座的细节图；
图5A、B以纵向视图和横截面图示出了根据现有技术的第一承座-连接器销的连接；
图6A、B以纵向视图和横截面图示出了根据现有技术的第二承座-连接器销的连接；
图7以纵向截面图示出了根据第一示例性实施例的用于电化学***的承座-连接器销的连接；
图8以纵向截面图示出了根据第二示例性实施例的用于电化学***的承座-连接器销的连接；
图9以纵向截面图示出了根据第三示例性实施例的用于电化学***的承座-连接器销的连接；
图10以纵向截面图示出了根据第四示例性实施例的用于电化学***的承座-连接器销的连接；
图11示出了通过根据发明的电化学***的一部分的、在接纳连接器销之前的横截面；
图12示出了通过根据发明的电化学***的一部分的、在接纳连接器销的第一布置情况下的横截面；
图13示出了通过根据发明的电化学***的一部分的、在接纳连接器销的第二布置情况下的横截面；
图14以纵向截面图示出了根据第五示例性实施例的用于电化学***的承座-连接器销的连接；
图15以纵向截面图示出了根据第六示例性实施例的用于电化学***的承座-连接器销的连接；
图16示出了通过根据发明的电化学***的一部分的、在接纳连接器销的第三布置情况下的横截面；
图17示出了通过根据发明的电化学***的一部分的、在接纳连接器销的第四布置情况下的横截面；以及
图18示出了通过隔板的局部横截面图。
具体实施方式
图1示出了此处提供的类型的电化学***1，其包括多个相同的金属隔板10，其布置成堆叠1a并沿着垂直于隔板10的板平面延伸的堆叠方向1b堆叠。堆叠1a的隔板10被夹在两个端板2a、2b之间。隔板10各自包括第一金属板11和第二金属板12(例如参见图11)，它们例如彼此一体地结合。在隔板10的形成期间，第一板11的平坦的未变形部分与第二板12的平坦的未变形部分在其中接触的平面在下文中被称为隔板10的板平面。在本示例中，***1是燃料电池电池单体堆。堆叠的两个相邻的隔板10各自因此界定电化学电池单体，该电化学电池单体例如用于将化学能转换为电力。隔板的单个板各自形成另一电池单体的一部分。电化学电池单体通常包括相应的膜电极组件(MEA)6，其在其外部区域中包括电化学非活性框架(例如参见图11)。这些MEA6通常各包含至少一个膜，例如电解质膜。此外，可将气体扩散层(GDL)布置在MEA的一个或两个表面上。
在替代实施例中，***1同样能设计为电解器、压缩机或氧化还原液流电池(redoxflow battery)。隔板同样也可在这些电化学***中使用。即使在电解槽的情况下、在电化学压缩机的情况下、或者在氧化还原液流电池的情况下，引导到隔板上或穿过隔板的介质可与用于燃料电池***的介质不同，这些隔板的组成则能对应于此处更详细地描述的隔板10的组成。
端板2a、2b包括多个介质连接部3a、3b、4a、4b、5a、5b，介质可经由这些介质连接部馈送至***1，并且介质可经由介质连接部从***1排放。可馈送至***1并且可从***1排放的这些介质例如包括分子氢或甲醇的燃料、诸如空气或氧气的反应气体、诸如水蒸气的反应产物、或贫化的燃料、或诸如水和/或乙二醇的冷却剂。
图2以俯视图示出了现有技术中已知的隔板10的一部分，其中，根据图2A的隔板10能用在例如来自图1的***1的类型的电化学***中。在这里和下文中，重复特征由相同的附图标记表示。隔板10包括第一板11和第二板12，它们沿着隔板10的板平面一体地结合。在图2中仅第一板11可见，第二板12被第一板11遮蔽。第一板11和第二板12能由诸如不锈钢片的金属片制成。板11、12具有相互对准的通孔，这些通孔形成隔板10的通孔15、15’和16。当隔板10类型的多个隔板堆叠起来时，通孔15、15'和16形成在堆叠方向1b上延伸穿过堆叠1a的管道(见图1)。通常，由通孔15、15'、16形成的每个管道与***1的端板2a、2b中的介质连接部3a、3b、4a、4b、5a、5b之一流体连接。例如，由通孔15、15'形成的管道用于向燃料电池单体堆1a的电化学电池单体供给燃料和反应气体。相反，冷却剂能经由通孔16所形成的管道引入到堆叠1a中或者从堆叠1a中移除。
为了相对于堆叠1a的内部以及相对于周围区域密封通孔15、15'、16，第一板11包括突边15a、15a'、16a，它们各自围绕通孔15、15'、16布置，并且各自完全封闭通孔15、15'、16。在隔板10的背向图2的观察者的后侧上，第二板12包括用于密封通孔15、15'、16的对应的突边(未示出)。
在隔板2的电化学活性区域17中，第一板11在其面向图2的观察者的前侧上包括流场，该流场包括用于沿着隔板10的前侧引导反应介质的引导结构17a。这些引导结构17a在图2中由多个腹板和在腹板之间延伸并由腹板界定的通道来提供。图2仅示出在隔板10的前侧上的活性区域17的部分。在面向图2的观察者的隔板10的前侧上，第一板11还包括分配或收集区域18。分配或收集区域18包括分配结构18a，该分配结构18a构造成分配从通孔15横跨活性区域17引入到分配或收集区域18中的介质，和/或构造成收集或汇集从活性区域18朝向通孔15流动的介质。图2中的分配或收集区域18的分配结构18a同样由腹板和在腹板之间延伸并由腹板界定的通道来提供。
此外，第一板11包括周边突边17b，该周边突边17b围绕活性区域17、分配或收集区域18以及通孔15、15’周向延伸，并且相对于***1的周围区域将其密封。在本示例中，活性区域17、分配或收集区域18和通孔15、15’也由周边突边17b相对于通孔16，即相对于冷却剂回路密封。然而，通孔16同样能布置在由周边突边封闭的区域内。与在此被称为密封突边的突边类似，周边突边因此是密封元件。活性区域17的结构，分配或收集区域18的分配结构以及突边15a、15a’、16a和17b与第一板11一体地设计，并且例如通过压印或深拉处理一体地形成在第一板11中。
借助于穿过突边15a的通路15b，第一板11的分配或收集区域18的分配结构18a与通孔15或者与由通孔15形成的通过堆叠1a的管道流体连接。为了清楚起见，图2中通过突边15a的仅一些通路15b由附图标记表示。同样，分配或收集区域18的分配结构18a与活性区域17的结构或通道流体连接。以此方式，借助于突边15a中的通路15b以及借助于分配或收集区域18的分配结构18a，可将被引导通过通孔15的介质引入到第一板11的活性区域17中。
通孔15’、或由通孔15’形成的通过堆叠1a的管道以对应方式与分配和收集区域流体连接，并因此与隔板10的背向图2的观察者的后侧上的活性区域的流场流体连接。相反，通孔16或由通孔16形成的通过堆叠1a的管道与由第一板11和第二板12封闭或围绕的腔体流体连接，并被设计为可引导冷却剂通过隔板10。
图2的隔板10的大致一致地布置在彼此顶部上的第一板11和第二板12大致为矩形并且具有倒圆角部。用于连接器销的两个承座13在一个角部中彼此相邻地布置，此处邻近第一通孔15’(参见图2A中的详细视图)。承座13在每种情况下由在第一板11和第二板12中的细长的突出部11a和12a(例如参见图5)形成，所述细长的突出部沿着板平面10a在彼此的顶部上平行地延伸，从外部边缘10b延伸到隔板10内，并且在此过程中通过连接结构23固定在一起，此处连接结构23是焊缝23a。在此过程中，突出部11a、12a的纵向方向以及因此也是承座13的纵向方向相对于外部边缘10b成90°的角度延伸。此外，第一和第二板11、12的突出部11a、12a从隔板10的板平面10a的相对侧突起，使得第一板11的突出部11a和第二板12的突出部12a一起形成用于连接器销的细长承座13。能将销形的连接器(连接器销)***这种承座13中，并且必要时借助附加锁定元件来固定。隔板10能借助两个承座13之一连接到用于检查隔板的电池单体电压的装置。没有附加的锁定元件的话，在例如将燃料电池单体安装在车辆中的持续操作期间发生动态负载或振动的情况下，连接器销不能被固定而防止与承座13的意外脱离。
图3示出了根据本发明的隔板10的一部分。图3的隔板10与图2的隔板10设计类似，但是承座13的设计不同(也参见图3A中的细节图)。与图2所示的承座13相反，图3中可见的第一板11的突出部11a在隔板10的前侧上包括凹陷11b，该凹陷11b指向位于其下方的第二板12，用于以力配合和/或形状锁定的方式将连接器销固定在承座13中。该凹陷11b的形成方式是，借助压印或切割组合、例如借助冲压和压印，将第一板11的突出部11a的一部分压入承座13内，即用于连接器销的接收部分内。以这种方式，压力能附加地借助凹陷11b施加到连接器销上，使得连接器销能被夹持在凹陷11b和承座13中的第二板12的突出部12a之间。因此，连接器销能被固定而防止意外脱离，特别是当出现动态负载或振动时，即使没有附加的外锁定元件也是如此。
图4示出了根据本发明的另一示例性实施例的用于连接器销的承座的细节图；图4的承座13如图3和3A中那样设计，但是在连接结构23的类型(此处为粘合剂23b)，及其相对于外部边缘10b的布置方面有所不同。在图4中，承座13由第一板11和第二板12的细长的突出部11a和12a形成，所述第一板11和第二板12位于彼此的顶部并平行于彼此延伸，其中突出部11a和12a从外部边缘10b延伸进入隔板10内。突出部11a、12a的纵向方向以及因此是承座13的纵向方向相对于外部边缘10b成角度α延伸，该角度从隔板10的外部边缘10b朝向隔板10内打开。
图5A、B以纵向视图和横截面图示出了根据现有技术的第一承座-连接器销的连接。图5A、B还示出了通过如图2A所示的隔板10的部段的不同的截面图。如在图5A中显而易见的，隔板10基本上由布置在彼此的顶部上的第一板11和第二板12形成，第一板11和第二板12沿着隔板10的板平面10a在板11、12的平坦的、未变形的区域中彼此接触。第一板的细长突出部11a从外部边缘10b朝向第一板11内延伸，该细长突出部11a垂直于板平面10b并且远离第二板12并且从板平面10b突起。第二板的突出部12a沿着突出部11a并且与突出部11a相对地从外部边缘10b朝向隔板10内延伸，垂直于板平面10a并且背向第一板11定向，并且从板平面10a突起。在突出部11a、12a之间因此形成用于细长的连接器销14的细长的承座13。如图5B中显示的，隔板10包括两个彼此相邻布置的、如图2和3中所示的承座13。此外，承座13具有大致为正方形的横截面。具有圆形横截面的圆柱形连接器销可***两个承座之一。图5A、B中所示的现有技术的承座-连接器销的连接既不包括夹紧机构也不包括止动机构。在此未示出用于固定连接所必需的附加的外锁定元件。
图6A、B以类似于图5A、B的纵向视图和横截面图示出了根据现有技术的第二承座-连接器销的连接。图6A、B还再次示出了如图2A和3A所示的、在承座13的区域中通过隔板10的部段的不同横截面。与图5A、B相反，承座13具有矩形横截面，而***两个承座13之一中的连接器销14具有与承座13的横截面相对应的矩形横截面。图6A、B的承座-连接器销的连接也既不包括止动或夹紧机构，也不包括用于固定所示连接的附加外锁定元件。
图7以纵向截面图示出了根据本发明的第一示例性实施例的用于电化学***的承座-连接器销的连接；图7示出类似于图5A、6A的纵向截面图。对比于现有技术中已知的图5A、6A的承座-连接器销的连接，图7示出了用于固定连接的夹紧机构。夹紧机构由在第一板11的突出部11a中的、在板平面10a的方向上变形的冲压凹陷11b来实现。凹陷11b由部分切口的突片组成，该突片在突出部12a的方向上被冲压并且将压力施加到位于承座13中的连接器销14上。由于凹陷11b的压力，连接器销14被压向相对的突出部12a，从而被夹紧在凹陷11b和突出部12a之间。
图8以纵向截面图示出了根据本发明的第二示例性实施例的用于电化学***的承座-连接器销的连接。图8的第二示例性实施例包括用于固定连接的止动(detent)机构。止动机构由在第一板11的突出部11a中压印的穹形凹陷11c和位于承座13中的连接器销14中对应于穹形凹陷11c的沟槽14a来实现。凹陷11c在连接器销14***期间接合在位于承座13中的连接器销的沟槽14a中，从而防止了连接的意外脱离。
图7的第一示例性实施例和图8的第二示例性实施例二者都示出了用于承座-连接器销的连接的可逆固定机构。这意味着在图7和8的示例中的承座-连接器销的连接也能以受控的方式再次释放，例如以便重新接触隔板。
图9以纵向截面图示出了根据本发明的第三示例性实施例的用于电化学***的承座-连接器销的连接。图9的第三示例性实施例同样包括用于固定连接的止动机构。止动机构由用作突出部11a中的凹陷的、在第二板12的方向上弯折的切口突片11b，和围绕位于承座13中的连接器销的横截面周向延伸的环形沟槽14a来实现。在***连接器销14期间，设计为突片的突出部11a的凹陷11b接合在连接器销14的环形沟槽14a中，从而防止了连接的意外脱离。
图10以纵向截面图示出了根据本发明的第四示例性实施例的用于电化学***的承座-连接器销的连接。图10的第四示例性实施例同样包括用于固定连接的止动机构。止动机构由用作突出部11a中的凹陷的、在第二板12的方向上弯折的切口突片11b，和位于承座13中的连接器销中的对应于凹陷11b的沟槽14a来实现。在***连接器销14期间，设计为突片的突出部11a的凹陷11b接合在连接器销14的沟槽14a中，从而防止了连接的意外脱离。
图9的第三示例性实施例和图10的第四示例性实施例二者都示出了用于承座-连接器销的连接的不可逆固定机构。这意味着，图7和8的示例中的承座-连接器销的连接在不损坏承座-连接器销的连接的情况下不能再次被释放。
图11示出了通过根据接纳连接器销之前的发明的电化学***的一部分的横截面。图11示出了彼此平行布置的四个隔板10的示例性堆叠1a。在隔板10之间布置有相应的MEA6，使得第一隔板10的第二板12、MEA 6、和第二隔板10的第一板11在每种情况下均形成电化学电池单体。所示的横截面在隔板的外部边缘10b的附近在横向通过承座13的区域中延伸，因此该横截面不是MEA的电化学活性区域，而是其被切割的边缘区域。两个承座13在隔板10中彼此相邻地布置。不同的隔板10的承座13各自在堆叠方向1b上布置在彼此顶部上。所有的承座13借助连接结构23各自从外部边缘到外部边缘彼此分段连接，此处连接结构23是缝焊缝23a。
现在，图12示出了通过根据本发明的电化学***的一部分的横截面，类似于图11，其包括连接器销14的布置的第一变型。在此，相应的连接器销14***在隔板10的承座13中。连接器销14在堆叠方向1b上彼此偏移地布置。这使得连接器销的***特别容易。
现在，图13示出了通过根据本发明的电化学***的一部分的横截面，类似于图11，其包括连接器销14的布置的第二变型。在图13中，每个隔板10包括四个承座13，每个承座13在堆叠方向1b上布置在彼此下方。现在连接器销14布置成，在堆叠方向1b上从隔板10到隔板10地在相邻的承座13的方向上逐个承座13地变换。接纳连接器销14的承座13在垂直于堆叠方向1b的相同方向上变换，直到在该方向上不再存在承座13为止。在这种情况下，相应的连接器销14布置在该排的承座13的相对端处的承座13中。以这种方式，同样得到了堆叠1a内的连接器销14的最大偏移布置。第一板11和第二板12在承座13之间的部段中彼此粘合结合，并且侧向邻接该承座，从而形成连接结构23b。
图14以纵向截面图示出了根据本发明的第五示例性实施例的用于电化学***的承座-连接器销的连接，与前述示例性实施例对比，未示出连接的第一变型，而是示出了第二变型。图14的第五示例性实施例仅包括突出部12a，但是不包括突出部11a。用于固定连接的止动机构通过在第二板12的方向上弯折的切口突片11b来实现，该切口突片用作在板11中与突出部12a相对定位凹陷11b。在***连接器销14的过程中，设计为使突片的板11的凹陷11b压靠在连接器销14的表面上形成压配合，并因此防止了连接的意外脱离。
图15以纵向截面图示出了根据本发明的第六示例性实施例的用于电化学***的承座-连接器销的连接，与图14的示例性实施例类似地示出了连接的第二变型。在图15的第六示例性实施例中，隔板10的单个板11、12的名称与先前的名称相比是反转的，并且第一板11现在位于第二板12的下方。如图14所示的隔板10仅在下板中包括突出部11a，此处仅在第一板11中包括突出部11a，而在上板12中没有突出部12a。用于固定连接的止动机构由切口突片11b实现，该切口突片在第二板12的方向上弯折成突出部11a中的凹陷。在***连接器销14期间，板11的设计为使突片的凹陷11b压靠在连接器销14的表面上形成力配合，并因此防止了连接的意外脱离。
图14的第四示例性实施例和图15的第六示例性实施例二者都示出了用于承座-连接器销的连接的可逆固定机构。这意味着在图14和15的示例中的承座-连接器销的连接也能以受控的方式再次释放，例如以便重新接触隔板。
图16示出了通过根据本发明的电化学***的一部分的截面图，其具有连接器销的第三布置，示出了通过多个承座13的截面图，其如图15中所示仅由板11中的突出部11a来实现，并且切割平面位于不延伸穿过凹陷11b的平面中。如同图12中所示，相应的连接器销14***隔板10的承座13中。连接器销14在堆叠方向1b上彼此偏移地布置。
图17示出了通过根据具有接纳连接器销的第四布置的发明的电化学***的一部分的横截面。再次示出了承座-连接器销的连接的第二变型的实施例，其中通过省略膜6或其边缘区域，相比之前简化了图示。如图16中所示，切割平面延伸得不与凹陷11b相交。承座13再次仅由第一板中的突出部11b形成，而第二板12不包括任何突出部。然而突出部11b足够高，以使得第二板12包括凹部19，突出部11b延伸穿过该凹部19。因此，它们能例如比在挤压状态下的密封元件的高度更高。这在隔板方面允许更大的设计自由度。在所示的部段中，连接器销14在堆叠方向1b上彼此偏移地布置，但是仅占据平行于堆叠方向1b延伸的所示承座的中央两排承座13。
虽然在图17中焊接接头23a至少成段地围绕每个承座13周向延伸，但图16中仅有实际上已经接纳了连接器销的承座13被焊接接头包围。尽管首先提到的图17的解决方案是基于创建具有尽可能多的相同零件的电化学***，但是在图16的后一种情况下，能减少单个板的生产时间。
图18示出了根据本发明的隔板10中的高度和间距关系。在所示的非挤压状态和挤压状态下，突边17b的高度hS1都高于突出部11b的高度hA1，此处高出大致三分之一。这同样适用于隔板10的突边17a、17b的高度之和相对于承座13的总高度hA。承座13和突边11b之间的距离DA-S至少为突边17b的脚部宽度BS的50％，在此为大致150％。

Claims (20)

1.一种用于电化学***(1)的隔板(10)，包括：
第一和第二板(11、12)，所述第一和第二板(11、12)基本上一致地布置在彼此的顶部上，
所述第一和第二板(11、12)各包括至少一个细长的突出部(11a、12a)，所述第一板(11)的所述突出部(11a)和所述第二板(12)的所述突出部(12a)在相对侧上从所述隔板(10)的板平面(10a)突起并沿着所述板平面(10a)在彼此的顶部上平行地延伸，从外部边缘(10b)延伸到所述隔板(10)内，使得所述第一板(11)的所述突出部(11a)和所述第二板(12)的所述突出部(12a)一起形成用于连接器销(14)的承座(13)，
其特征在于，
所述第一板(11)的所述突出部(11a)或所述第二板(12)的所述突出部(12a)包括凹陷(11b、11c)，所述凹陷(11b、11c)朝向相应相对的所述板(12、11)定向，用于将所述连接器销(14)以力配合和/或形状锁定的方式固定在所述承座(13)中。
2.一种用于电化学***(1)的隔板(10)，包括：
第一和第二板(11、12)，所述第一和第二板(11、12)基本上一致地布置在彼此的顶部上，
所述第一或所述第二板(11、12)包括至少一个细长的突出部(11a、12a)，所述第一板(11)的所述突出部(11a)或所述第二板(12)的所述突出部(12a)从所述隔板(10)的板平面(10a)朝向远离另一所述板(12、11)的一侧突起，并沿所述板平面(10a)从外部边缘(10b)延伸到所述隔板(10)内，使得所述第一板(11)的所述突出部(11a)或所述第二板(12)的所述突出部(12a)形成用于连接器销(14)的承座(13)，
其特征在于，
所述第一板(11)的所述突出部(11a)或所述第二板(12)的所述突出部(12a)、或所述第二板(12)中与所述第一板(11)的所述突出部(11a)相对的区域、或所述第一板(11)中与所述第二板(12)的所述突出部(12a)相对的区域包括朝向相应相对的所述板定向的凹陷(11b、11c)，用于以力配合和/或形状锁定的方式将所述连接器销(14)固定在所述承座(13)中。
3.根据前述权利要求中的任一项所述的隔板(10)，其特征在于，所述第一和/或第二板(11、12)包括从所述隔板(10)的所述板平面(10a)突起并从所述外部边缘(10b)延伸到所述隔板(10)内的多个突出部(11a、12a)，使得所述第一和/或第二板(11、12)的所述多个突出部(11a、12a)形成用于连接器销(14)的多个承座(13)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的隔板(10)，其特征在于，所述凹陷被设计为切口突片(11b)或穹形压印(11c)。
5.根据前述权利要求中任一项所述的隔板(10)，其特征在于，所述突出部(11a、12a)相对于所述外部边缘(10b)成一定角度地延伸，所述角度>0°且<180°，特别是>45°且≤90°，或特别是≥90°且<135°，特别是优选≥80°和/或≤100°。
6.根据前述权利要求中任一项所述的隔板(10)，其特征在于，所述第一板(11)和第二板(12)包括：
各自至少一个相互对准的第一通孔(15、15’)，用于引导反应介质通过所述隔板(10)；
各自至少一个相互对准的第二通孔(16)，用于引导制冷剂通过所述隔板(10)；
各自在其彼此背向的表面上具有活性区域(17)，所述活性区域(17)包括用于沿着所述板平面(10a)引导反应介质的引导结构(17a)；以及
分配区域(18)，其与所述第一通孔(15、15’)和所述活性区域(17)流体连接，并包括分配结构(18a)，所述分配结构(18a)用于分配从所述第一通孔(15、15’)引入到所述活性区域(17)中的反应介质和/或用于收集从所述活性区域(17)朝向第一通孔(15、15’)流动的反应介质。
7.根据前述权利要求所述的隔板(10)，其特征在于，所述第一和第二板(11、12)各包括围绕所述第一通孔(15、15’)周向延伸的第一密封结构(15a、15a’)，用于沿着所述板平面(10a)密封所述第一通孔(15、15’)，所述第一密封结构(15a、15a’)包括至少一个第一通路(15b)，所述第一通孔(15、15’)借助其与所述分配区域(18)和所述活性区域(17)流体连接。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的隔板(10)，其特征在于，所述第一和第二板(11、12)包括第二密封结构(16a)，用于沿所述板平面(10a)密封所述第二通孔(16)。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的隔板(10)，其特征在于，所述第一板和第二板(11、12)包括第三密封结构(17b)，所述第三密封结构围绕所述活性区域(17)、所述分布区域(18)和所述第一通孔(15、15’)周向地延伸，并使这些相对于周围区域沿所述板平面(10a)密封。
10.根据前述权利要求中的任一项所述的隔板(10)，其特征在于，所述第一、第二和/或第三密封结构(15a、15a’、16a、17b)被压印到所述第一或第二板(11、12)中，或设计为被压印到所述第一和第二板(11、12)中的密封突边。
11.根据前述权利要求所述的隔板(10)，其特征在于，所述第一板(11)的所述第一、第二和第三密封结构(15a、15a’、16a、17b)以及所述第二板(12)的所述第一、第二和第三密封结构(15a、15a’、16a、17b)从所述隔板(10)的所述板平面(10a)的相对侧突起，并且所述突出部(11a、12a)从所述隔板(10)的所述板平面(10a)突起的所述突出部(11a、12a)的高度小于所述第一、第二和第三密封结构从所述隔板(10)的所述板平面(10a)突起的所述第一、第二和第三密封结构(15a、15a’、16a、17b)的高度。
12.一种电化学***(1)，包括根据前述权利要求中任一项所述的多个隔板(10)，所述多个隔板(10)彼此平行地布置。
13.根据前述权利要求所述的电化学***(1)，其特征在于，用于将化学能转化为电力的电化学电池单体的膜(6)布置在每两个相邻的隔板(10)之间。
14.根据前述权利要求中任一项所述的电化学***(1)，其特征在于，所述膜(6)的边缘区域邻接所述第一或第二板(11、12)的所述至少一个细长的突出部(11a、12a)。
15.根据前述权利要求所述的电化学***(1)，其进一步包括用于检查隔板的电池单体电压的装置，其中用于连接至所述多个隔板(10)的所述装置包括多个连接器销(14)，每个连接器销(14)可***隔板(10)的用于连接器销(14)的相应承座(13)中。
16.根据前述权利要求中的任一项所述的电化学***(1)，其特征在于，所述连接器销(14)具有大致圆柱形或立方形的设计，特别是具有倒圆角部。
17.根据前述权利要求中的任一项所述的电化学***(1)，其特征在于，所述连接器销(14)包括与所述凹陷(11b、11c)相对应的凹部(14a)，用于以力配合和/或形状锁定的方式将所述连接器销(14)固定在所述承座(13)中。
18.根据前述权利要求所述的电化学***(1)，其特征在于，所述凹部(14a)被设计为沟槽和/或被设计为在横向方向上围绕所述连接器销(14)延伸的沟槽。
19.根据前述权利要求中的任一项所述的电化学***(1)，其特征在于，所述连接器销(14)在所述承座(13)中的力配合和/或形状锁定固定是可逆的或不可逆的。
20.根据权利要求17至19中任一项所述的电化学***(1)，其特征在于，在垂直于所述隔板(10)的所述板平面(10a)的方向上的n个相邻隔板(10)的突出部中，其中n≥1和/或n≤4，所述连接器销(14)可彼此偏移地***到所述隔板(10)中。
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