本发明涉及一种用于电化学系统的隔板，该隔板具有用于保持连接器插脚的保持结构。
背景技术：
1、隔板可以例如用于燃料电池单体系统，在该系统中，电能从氢气和氧气产生。隔板也可用于电解器，在电解器中，通过施加电势从水产生氢气和氧气。隔板也可用于电化学压缩机，在电化学压缩机中，通过施加电势，分子氢通过氧化/还原传输穿过膜，并且同时被压缩。隔板也可用于氧化还原液流电池，在这种电池中，两种储能电解质在两个单独的回路中传导，离子穿过薄膜在两个回路之间交换。根据本发明的电化学系统可以因此包括前述电化学系统之一。
2、在第一变体中，用于电化学系统的隔板包括一对板，该对板包括两块单独的金属板，其中在每种情况下，两个隔板界围电化学电池单体、即例如燃料电池。狭义地，隔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600个)以串联方式堆叠以形成堆叠。除了两块半隔板之外，电池单体本身通常各自包括：膜电极组件，也称为mea，该膜电极组件布置在隔板之间；以及气体扩散层(gdl)，该气体扩散层由例如导电碳纤维组成，在mea的每侧上。整个堆叠借助于夹持系统保持在两块端板之间，并且压缩到预定的程度。
3、除了界围电化学电池单体之外，隔板在电化学系统中还具有许多其它功能，即，一方面电接触各种电化学电池单体的电极，并且将电流传输到相邻的电池单体，并且另一方面使反应介质供应到电池单体并且移除反应产物，以及冷却电化学电池单体并且排放废热，并且还使两种不同反应介质和冷却剂的隔室彼此密封并且与外部密封。
4、贯通开口形成于隔板的两块单独的金属板中，用于对电化学电池单体供应反应介质，即通常在一方面特别是氢气或甲醇并且在另一方面特别是空气或氧气，以及冷却剂，通常是去离子水和防冻剂的混合物。此外，分配结构整体地形成在在两块单独的金属板中的每一块板中，其中通道形成于两块单独的板的两个表面上。反应介质在隔板的面向外的表面的每一个表面上引导，并且冷却剂在两块单独的金属板之间的中部空间中引导。在对包含mea的共同平面中的正交投影中，与实际膜而非与其边界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。在隔板的该电化学活性区域中，反应介质在隔板的面朝向mea的表面上的通道结构中引导。通常情况下，电化学活性区域的两侧由分配区域邻接，该分配区域同样具有通道状分配结构。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。在单独的金属板中的每个板中，密封结构布置成至少以周向封闭的方式围绕隔板的电化学活性区，并且可选地围绕贯通开口中的至少一些，从而将这些贯通开口相对于外部密封，所述密封结构与电化学活性区和所讨论的贯通开口的边缘间隔开。此外，单独的贯通开口还可以通过密封结构密封，该密封结构以内在封闭方式围绕相应的贯通开口延伸，从而使这些贯通开口彼此密封。
5、在第二变体中，隔板可仅包括一个单独的板，其中用于引导反应介质的结构形成在两个表面上。该变体通常用于例如聚合物电解质电解槽(pem-el)中，其不包括冷却机构。
6、为了检查电化学电池单体是否递送足够的电池单体电压(电池单体电压测量，cvm)，单独的电池单体在隔板的边缘处电接触。这种接触必需有机械稳定性和抗振动性，从而即使在进行中的操作期间、例如当在车辆中使用时也能检查电池单体电压。
7、隔板的外边缘处的浮凸保持结构通常用于接收和夹持连接器插脚。当隔板与mea一起压缩以形成堆叠时，可能发生的是mea被浮凸保持结构损坏，特别是被浮凸结构的区域中的隔板的边缘损坏。也可能发生的是，在将连接器插脚插入到保持结构中期间，mea损坏。
技术实现思路
1、因此，本发明的目的是提供一种用于电化学系统的隔板和一种用于电化学系统的组件，其一方面能够实现可靠的电接触并且牢牢保持连接器插脚，并且另一方面即使在压缩状态中也不损坏或极微小地损坏膜电极组件。
2、该目的通过独立权利要求的主题实现。有利的开发将通过从属权利要求的主题和下文的描述来说明。
3、根据本发明的用于电化学系统的隔板具有隔板平面，并且包括第一单独的板和第二单独的板，其中第一单独的板和第二单独的板彼此连接并且在隔板的外边缘处形成用于保持连接器插脚的保持结构。单独的板在保持结构的区域中彼此间隔开，使得连接器插脚可以沿插入方向插入到保持结构中。保持结构具有夹持区域和接收区域，其中在夹持区域中，连接器插脚可以夹在单独的板之间。接收区域从外边缘起始，并且在插入方向上布置在夹持区域的上游。至少在隔板的非压缩状态中，至少第一单独的板在接收区域中沿插入方向以凹形方式延伸、特别是以弧形或成角度的方式延伸，使得第一单独的板的边缘在接收区域中朝向隔板平面引导。
4、隔板的单独的板的材料厚度通常是小的，为100μm或者甚至更小，使得它们容易被弯曲。由于该材料厚度，单独的板通常具有锋利的外边缘，这可能会损坏膜电极组件或抵靠隔板的其它相邻结构。由于第一单独的板的边缘或自由端朝向隔板平面引导，能够在压缩期间防止单独的板在其边缘区域中与相邻结构接触。这会降低这些结构、特别是上述膜电极组件受损或者甚至无法使用的可能性。
5、接收区域中的凹形弧度为接收区域提供了一定的弹性，特别是当堆叠隔板和膜电极组件时——通常以交替方式——以及当压缩隔板时，例如当在使电化学系统投入运行前夹持堆叠时，结果是可以防止边缘接触或损坏相邻的膜电极组件。
6、在本说明书的内容中，单独的板的边缘可以理解为材料边缘。想象单独的板的走向继续延伸超越边缘，则该走向将会因此通常地与隔板平面相交。第一单独的板的边缘朝向隔板平面引导的事实也可能意味着，布置成在插入方向上紧靠该边缘下游的接收区域的凹形弧度垂直于隔板平面的距离比边缘本身更大。
7、在此，“可夹持的”可以特别是指连接器插脚被两个单独的板接触，并且至少以力配合的方式、特别是以机械稳定和防振动的方式被保持在保持结构中。夹持区域的横截面通常对应于连接器插脚的横截面，从而能够使连接器插脚在容座中牢固配合。特别地，夹持区域可以具有正方形、长方形、六边形或蜂窝状的的横截面，这些横截面形状的角部可以是尖锐的或圆钝的。夹持区域的横截面和要接收的连接器插脚的横截面可以尺寸设计成彼此关系为使得在夹持区域与要接收的连接器插脚之间没有过大的间隙，而同时能够使插入不费很大力气。连接器插脚实际上通过连接器插脚在夹持区域中的承载固定就位，因此夹持区域和连接器插脚以力配合和/或形状配合的方式彼此抵靠。
8、在隔板的某些实施例中，至少在隔板的非压缩状态中，除了第一单独的板之外，第二单独的板也可以在接收区域中沿插入方向以凹形方式延伸、特别是以弧形或成角度的方式延伸，使得第二单独的板的边缘在接收区域中朝向隔板平面引导。可选地，在可能的实施例中，接收区域或整个保持结构是镜面对称的，其中隔板平面或平行于隔板平面延伸的平面用作例如镜面平面。在某些实施例中，可以提供的是第二单独的板在接收区域中可能与第一单独的板在接收区域中不同地设计，因此第二单独的板在接收区域中的例如曲率与第一单独的板在接收区域中的曲率不同，或者第二单独的板沿插入方向较短或较长。
9、在隔板的其它实施例中，可以提供的是相比于在夹持区域中，单独的板在接收区域中在垂直于隔板平面的方向上彼此更远地间隔开。这可以有利于连接器插脚沿插入方向插入，并且有助于在接收区域中的期望的弹簧特性。
10、在隔板的某些实施例中，可以提供的是接收区域的最大宽度与夹持区域的最大宽度之间的比率可以大于1，特别是大于1.5，或特别是大于2，其中，宽度方向或横向方向以垂直于插入方向和平行于隔板平面定义。插入方向可以定义为纵向方向。可选地，上述比率可以在3和5之间，特别是3和4之间。在这些实施例中，接收区域因此比保持结构的夹持区域更宽。这也有助于连接器插脚的插入。此外，接收区域的这种设计会影响隔板的弹性或弹簧作用，特别是当压缩电化学系统的板堆叠中的隔板时。接收区域的弹簧作用可以因此通过接收区域的宽度来调节，并且更宽的接收区域表征更软的弹簧常数。
11、此外，在可能的实施例中，接收区域具有邻接夹持区域的过渡部分，并且接收区域在过渡部分中逐渐收缩，使得接收区域合并到夹持区域中。在接收区域的第一部分中，第一部分在插入方向上在过渡部分的上游，接收区域的宽度可以保持不变。例如，在第一单独的板对隔板平面的正交投影中，接收区域具有至少部分的基本矩形的轮廓。替代地，在第一单独的板对隔板平面的正交投影中，接收区域具有至少部分的基本漏斗形或梯形的轮廓。
12、在某些实施例中，隔板可以设计成使得在第一单独的板对隔板平面的正交投影中，夹持区域具有至少部分的大致矩形的轮廓。夹持区域在插入方向上在与接收区域相对的一侧可以具有界定夹持区域的端部部分。在第一单独的板对隔板平面的正交投影中，端部部分可以具有半圆形或圆钝形状。当下面提到夹持区域沿插入方向的范围时，这是指在没有端部部分的情况下的夹持区域的范围或长度。
13、在隔板的某些实施例中，插入方向基本上垂直于外边缘在保持结构的区域中的走向。在此，“基本垂直”可以是指插入方向与外边缘围成的角度不同于90°，与90°相差小于30°，特别是小于15°或小于5°。外边缘、特别是外边缘对隔板平面的投影通常在保持结构的区域中具有直线走向，但是在某些实施例中，其也可以具有略微弯曲或弧形走向。
14、可以提供的是，夹持区域在插入方向上的最大范围与夹持区域在垂直于插入方向且平行于隔板平面的方向上的最大范围之间的比率可以大于1，特别是大于2，或者特别是大于3。在这种情况下，因此，夹持区域的长度大于其宽度。
15、可选地，接收区域在插入方向上的最大范围与接收区域在垂直于插入方向且平行于隔板平面的方向上的最大范围之间的比率小于1，特别是小于0.8，或者特别是小于0.5。在这种情况下，因此，接收区域的宽度大于其长度。
16、可以提供的是，夹持区域在插入方向上的最大范围与接收区域在插入方向上的最大范围之间的比率可以大于1，特别是大于2，或者特别是大于3。夹持区域因此通常比接收区域长。
17、可以提供的是，保持结构在接收区域中具有顶部，其中在顶部上垂直于插入方向延伸的表面线以直线方式和/或平行于隔板平面延伸。结果，特别是mea对接收区域的承载面积可以增加，从而减少mea上的局部压力负荷。
18、在隔板的其它实施例中，可以提供的是单独的板在保持结构的两侧上和沿外边缘彼此接触。在离保持结构更远的部分中，单独的板可以在隔板的外边缘的区域中分流，参见例如公布de202020106144u1，该公布在此通过引用的方式完全纳入本公开。
19、此外，可以提供的是单独的板形成用于保持连接器插脚的至少一个另外的保持结构。在这种情况下，至少两个保持结构的插入方向可以基本彼此平行延伸。偏离平行是可能的，其中由两个插入方向围成的角度可以在这种情况下是至多90°，或者特别是至多30°。
20、在隔板具有多于一个保持结构的实施例中，隔板可以具有浮凸结构、特别是支承结构和/或连接结构，该浮凸结构将至少两个保持结构彼此连接。特别地，隔板或两个隔板中的至少一块可以具有支承结构，该支承结构在离外边缘一定距离处延伸，并且将至少两个保持结构彼此连接。例如，支承结构可将两个夹持结构的夹持区域彼此连接。支承结构可平行于隔板的外边缘延伸。特别地，支承结构的横截面可以基本对应于夹持区域中的保持结构的横截面。在两个保持结构之间的支承结构的区域中，两个单独的板可以以恒定距离间隔开。作为替代或附加，至少两个保持结构的接收区域可以借助于连接结构沿外边缘或直接在外边缘处彼此合并。通过连接两个接收区，结果是形成带有两个用于相应的保持结构的下游夹持区域的组合接收区域。连接结构因此确保相应接收区域的显著分散(spread)，并且有助于进一步改善组合接收区域的前部中的弹簧行为。在两个保持结构之间沿外边缘的连接结构的区域中，两个单独的板可以以恒定距离间隔开。在这种情况下，两个单独的板的边缘可以彼此平行和/或平行于该区域中的隔板平面延伸。至少在隔板的非压缩状态中，连接结构可以在平行于单独的板的每一块板或至少一块板中的外边缘的方向上延续接收区域的横截面。在连接结构的区域中，第一单独的板的边缘和/或第二单独的板的边缘可以朝向隔板平面引导。
21、如上已经所述，隔板可以包括两个单独的板，这些板各自在两个表面上都具有用于引导反应介质和/或冷却剂的引导结构，例如至少在活动区域中以通道的形式。单独的板可以以具有基本相同的表面积，因此，在对隔板平面的正交投影中，其外边缘在一整圈上彼此重合和/或紧密彼此相邻地延伸。
22、然而，隔板也可以只包括第一单独的板，在其上在两个表面上形成相应的用于引导反应介质的引导结构。隔板的范围可能主要由第一单独的板的表面积确定，而第二单独的板仅存在于保持结构的至少一个区域或仅一个区域中。具有小尺寸的第二单独的板可以在相邻于保持结构或至少部分地环绕保持结构的区域中连接到第一单独的板。在这些情况下，因此，第二单独的板仅具有封闭保持结构的功能，使连接器插脚可以保持在保持结构中。第二单独的板可以因此特别地不具有流体引导或流体密封功能。第一单独的板还可以具有凹陷，这样的具有小尺寸的第二单独的板的至少其垂直于板平面的范围的部分接收在这些凹陷中。否则，上文已经关于第一和第二单独的板的陈述也将适用。例如，电压测量插脚也可以安装在隔板中由用于介质引导的仅一个层进行管理。
23、单独的板可以各自由诸如金属片材的片材形成。保持结构可以借助于例如液压成型、浮凸凸压和/或深拉形成在单独的板中。在本说明书中，术语“浮凸(embossing)”将用来代表液压成型、浮凸和深拉。两个单独的板一起形成隔板，并且可以例如借助于材料粘合接头彼此连接，材料粘合接头诸如粘合剂接头或钎焊接头，并且特别是焊接接头。
24、本技术还涉及一种用于电化学系统的组件，该组件包括根据上述任一实施例的隔板。该组件还包括膜电极组件，即mea，膜电极组件布置成平行于隔板的隔板平面。mea在保持结构的区域中、特别是在接收区域的顶部与隔板接触，其中，在该组件的压缩状态中，第一单独的板的边缘和第二单独的板的边缘与保持结构的区域中的mea间隔开。单独的板的边缘因此在保持结构的区域中没有与mea接触。这样会降低边缘损坏mea的风险。保持结构的其它区域、特别是接收区域的区域可能会与mea接触，并且因此支承mea。
25、下面将参考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系统。在此过程中，对本发明重要的各种元件或者有利于进一步发展本发明的元件将在具体示例的内容中提及，但这些元件中的一些在脱离相应示例的内容和相应示例的其它特征时，也可用于进一步发展本发明。此外，在附图中，相同或相似的附图标记将用于相同或相似的元件，并且因此，有时将省略对其的说明。
1.一种用于电化学系统(1)的隔板(10)，所述隔板具有隔板平面(10a)，所述隔板包括第一单独的板(11)和第二单独的板(12)，所述第一单独的板和所述第二单独的板彼此连接并且在隔板(10)的外边缘(10b)处形成用于保持连接器插脚(31)的保持结构(13),
2.根据权利要求1所述的隔板(10)，其特征在于，至少在所述隔板(10)的非压缩状态中，所述第二单独的板(12)在所述接收区域(20)中沿所述插入方向以凹形方式延伸、特别是以弧形或成角度的方式延伸，使得所述第二单独的板(12)的边缘(22)在所述接收区域(20)中朝向所述隔板平面(10a)引导。
3.根据前述权利要求中任一项所述的隔板(10)，其特征在于，在垂直于所述隔板平面(10a)的方向上，相比于在所述夹持区域(30)中，所述第一单独的板(11)和所述第二单独的板(12)在所述接收区域(20)中彼此更远地间隔开。
4.根据前述权利要求中任一项所述的隔板(10)，其特征在于，所述接收区域(20)的最大宽度与所述夹持区域(30)的最大宽度之间的比率大于1，特别是大于1.5，或者特别是大于2，其中宽度方向限定为垂直于所述插入方向并且平行于所述隔板平面(10a)。
5.根据前一项权利要求所述的隔板(10)，其特征在于，所述接收区域(20)具有过渡部分(26)，所述过渡部分邻接所述夹持区域(30)，并且所述接收区域(20)在所述过渡部分中逐渐收缩，使得所述接收区域(20)合并到所述夹持区域(30)中。
6.根据前述权利要求中任一项所述的隔板(10)，其特征在于，在所述第一单独的板(11)对所述隔板平面(10a)的正交投影中，所述接收区域(20)具有至少部分的基本漏斗形或梯形的轮廓。
7.根据前述权利要求中任一项所述的隔板(10)，其特征在于，在所述第一单独的板(11)对所述隔板平面(10a)的正交投影中，所述夹持区域(30)具有至少部分的基本矩形的轮廓。
8.根据前述权利要求中任一项所述的隔板(10)，其特征在于，所述插入方向基本垂直于所述外边缘(10b)在所述保持结构(13)的区域中的走向延伸。
9.根据前述权利要求中任一项所述的隔板(10)，其特征在于，所述夹持区域(30)在所述插入方向上的最大范围与所述夹持区域(30)在垂直于所述插入方向且平行于所述隔板平面(10a)的方向上的最大范围之间的比率大于1，特别是大于2，或者特别是大于3。
10.根据前述权利要求中任一项所述的隔板(10)，其特征在于，所述接收区域(20)在所述插入方向上的最大范围与所述接收区域(20)在垂直于所述插入方向且平行于所述隔板平面(10a)的方向上的最大范围之间的比率小于1，特别是小于0.8，或者特别是小于0.5。
11.根据前述权利要求中任一项所述的隔板(10)，其特征在于，所述保持结构(13)在所述接收区域(20)中具有顶部(51)，其中在所述顶部(51)上垂直于所述插入方向延伸的表面线(53)以直线方式和/或平行于所述隔板平面(10a)延伸。
12.根据前述权利要求中任一项所述的隔板(10)，其特征在于，所述第一单独的板(11)和所述第二单独的板(12)在所述保持结构(13)的两侧上并且沿着所述外边缘(10b)彼此接触。
13.根据前述权利要求中任一项所述的隔板(10)，其特征在于，所述第一单独的板(11)和所述第二单独的板(12)形成用于保持连接器插脚(31)的至少一个另外的保持结构(13')。
14.根据前一权利要求所述的隔板(10)，其特征在于，所述隔板还具有浮凸结构、特别是支承结构(32)和/或连接结构(34)，所述浮凸结构将至少两个保持结构(13、13')彼此连接。
15.根据前述两项权利要求中任一项所述的隔板(10)，其特征在于，所述至少两个保持结构(13、13')的插入方向彼此平行延伸。
16.根据权利要求13至15中任一项所述的隔板(10)，其特征在于，所述至少两个保持结构(13、13')的所述接收区域(20)沿所述外边缘(10b)借助于连接结构(34)彼此合并。
17.根据权利要求13至15中任一项所述的隔板(10)，其特征在于，所述至少两个保持结构(13、13')的所述夹持区域(30)借助于支承结构(32)在离所述外边缘(10b)一定距离处彼此连接。
18.根据前述权利要求中任一项所述的隔板(10)，其特征在于，所述第一单独的板(11)和所述第二单独的板(12)各自在两个表面上具有用于引导反应介质和/或冷却剂的引导结构(17a)，并且所述第一单独的板(11)和所述第二单独的板(12)具有基本相同的表面积。
19.根据前述权利要求中任一项所述的隔板(10)，其特征在于，所述第一单独的板(11)在两个表面上具有用于引导反应介质的引导结构(17a)，并且至少或仅保持结构(13)的区域具有至少第二单独的板(12')。
20.用于电化学系统(1)的组件，其特征在于，包括根据前述权利要求中任一项所述的隔板(10)以及膜电极组件(6)，即mea，所述膜电极组件布置成平行于所述隔板(10)的隔板平面(10a)，
