[发明专利]具有用于分接电压的柔性线缆的用于电化学系统的电池单体

说明书

本文涉及一种用于电化学系统(1)的电池单体(20)，包括两个隔板(11、12)、布置在隔板(11、12)之间的膜电极组件(MEA)(6)和用于分接电压的至少一根柔性电气线缆。隔板(11、12)、膜电极组件(6)和线缆(31、32)可以彼此压缩，柔性线缆(31、32)具有第一端部分(34)和第二端部分(36)，第一端部分(34)布置成紧固在隔板(11、12)之间，而第二端部分(36)从电池单体(20)横向突伸出。

技术领域

本发明涉及一种用于电化学系统的电池单体，其具有用于分接(tapping off)电压的柔性线缆。本发明还涉及一种包含多个成堆叠的电池的电化学系统。

背景技术

用于电化学系统的双极板通常包括板对，板对包括两个单独金属板，其中在每种情况下，两个双极板界定电化学电池单体，即例如燃料电池单体。单个板有时也称为隔板。狭义地，双极板的一个单独的板属于一个电池单体，而另一个单独的板已经属于下一个电池单体。在电化学系统中，通常多个电化学电池单体(例如多达400个)以串联方式堆叠以形成堆叠。除了两个半双极板之外，电池单体本身通常包括布置在双极板之间的膜电极组件(也称为MEA)以及在MEA的两侧上的例如由导电碳纤维绒制成的气体扩散层(GDL)。MEA通常还包括框架元件，其覆盖在其两个表面上的实际的膜的边缘并且在该边缘区域中具有绝缘效果。整个堆叠借助于夹紧系统在两个端板之间保持在一起，并且设置有预定的压缩。

除了限定电化学电池单体之外，双极板或隔板在电化学系统中还具有许多其他功能，即，一方面间接地电接触各种电化学电池单体的电极并且将电流传输到相应的相邻的电池单体，而另一方面供应反应介质到电池单体并且去除反应产物，并且还冷却电化学电池单体并且转移废热，以及使两种不同的反应介质和冷却剂的隔室彼此密封并且与外部密封。

用于反应介质(即通常一方面是氢气或甲醇，另一方面是空气或氧气)以及冷却剂(通常是除盐水和防冻剂的混合物)的贯通开口，因此形成在双极板的两个金属单独板中，以供应电化学电池单体。在两个金属隔板中的每一个中还形成有分配结构，其中通道形成在两个隔板的两侧表面上。在双极板的面向外的表面的每一个上引导相应的反应介质，并且在两个单独的金属板之间的中部空间中引导冷却剂。在与MEA共面的正交突伸部中，与实际的膜而不是与其框状边缘区域(其通常被配置为边缘加强件或其密封结构)重合的区域也被称为双极板的电化学活性区域。在双极板的该电化学活性区域中，在双极板的面向MEA的表面上的通道结构中引导反应介质。该电化学活性区通常被同样具有通道型分配结构的分配区域在两侧邻接。每个分配结构与至少两个贯通开口联通，即用于相应流体的至少一个入口和至少一个出口。为了相对于外部来密封，在每个金属隔板(单个板)中布置相应的密封结构，其至少以封闭方式围绕双极板的电化学活性区域延伸并且可选地围绕贯通开口中的至少一些延伸，所述密封结构与所述电化学活性区或所述贯通开口的边缘间隔开。此外，为了使它们彼此密封，单个贯通开口也可由围绕相应贯通开口延伸的本质上封闭的密封结构来密封。

为了检查电化学电池单体是否递送足够的电池单体电压(单个电池单体电压测量，CVM)，相应的单个电池单体在相应的双极板的边缘电接触。通过接触，可以在操作期间监测电化学电池单体的电压，从而避免极性反转，和因此对电池造成损坏。

这种接触必需有机械稳定性和抗振动性，以便即使在操作期间(例如当在车辆中使用时)也能检查电池单体电压。为了测量双极板的电压，例如迄今为止是插脚(pin,或称引脚)被夹在双极板的相应的板之间。通常，多个插脚被组合以形成连接器。随后将连接器的插脚一起推入到组装的堆叠中。在此重要的是，每个插脚只电接触一个双极板，并且不与相邻的电压分接头发生短路。

由于所有的双极板都必需在一个非常狭小的空间内接触，因此使用插脚来分接CMV有短路的风险。在短路的情况下会产生几百安培的电流。如果发生短路，这通常会直接发生在电池单体上。由于其热影响，短路导致边缘区域的电绝缘MEA以及邻近的电池单体的破坏。在这种短路之后，堆叠通常部分地损坏，并且不能再使用。