CN104577176A - 一种燃料电池电堆水平装堆的装置及装堆方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种燃料电池电堆水平装堆的装置，包括驱动装置、压堆装置和水平底座，所述压堆装置包括第一压板和第二压板，所述压堆装置设置在所述水平底座上，所述第一压板和第二压板的相对面相互平行并垂直于所述水平底座，所述第一压板和第二压板的相对面上分别设置有用于固定燃料电池两端端板的模板；所述两个模板上对应设置有若干定位孔，用于安装燃料电池电堆的外定位杆；在控制系统的控制下驱动所述第二压板向所述第一压板水平移动，压紧插入两个模板之间的电堆组件。本发明将第一压板和第二压板垂直设置于水平底座上，可对燃料电池的电堆水平装堆，使电堆组件两端受力均匀，不会造成电堆两端性能差异。
Description
技术领域
本发明涉及一种燃料电池领域，具体来说是涉及一种燃料电池的电堆组装的领域。
背景技术
燃料电池(PEMFC)技术是利用氢能最高效的手段。燃料电池是将氢气的化学能直接转化为电能的装置，具有效率高、低噪音、零污染的优点，在当今的社会中扮演着越来越重要的角色。燃料电池通常需要将多个单体电池通过串联的方式组装成电堆。主要构成部件有双极板、膜电极、端板和紧固件等，其中电堆的组装过程中力的精准度及均匀度，决定了一个电堆性能的好坏。
传统电堆组装机的自动化程度不高，多为垂直式液压压机，如公开号为CN103633359A的专利公开了一种燃料电池堆组装方法，将电堆组装外定位工装固定在施压装置上，将电堆组件按次序放入外定位工装内堆叠，施压装置向堆叠在外定位工装内的电堆组件施压至设定压力值，在压力值下将集成封装侧板分别紧固在电堆四周封装，撤掉施压装置的压力和外定位工装，取出封装完的电堆，组装完成。
公开号为CN202333047U的专利文件公开了一种燃料电池电堆组装装置，该装置由立柱、移动横梁、压力传感器、上压板、下压板和台面组成，将堆叠好的燃料电池电堆放置在下压板上，由电脑程序控制横梁上下移动，上压板沿立柱向下压板的相对运动施加组装力。
上述两个公开文件都公开了一种垂直式的压堆装置，垂直式压堆装置会使碳板受力不均，下部碳板会先受到较大的力，导致电堆两端性能差异。而且，每片单电池都存在有加工公差，随着电池组功率增加，单电池数量的增多，电池组高度不断增加，这种公差不断累积，在对电池组施加垂直压力时，电池组会产生微小的扭曲，这种扭曲影响了电池组的装配和整个电池的性能。
而公开号为201122630的专利文件公开了一种燃料电池电堆的装堆压机，该压机通过换位支撑系统将在垂直方向加压装堆后的电池组，换到水平方向进行整理。该压机可以使因电堆结构的公差积累，在受力时电池组产生的微小扭曲问题得到解决，然而该压 机在换到水平位置时由于自身重力以及各个部件尺寸的不同，很容易产生位移。
因传统压机种种不足，好多企业甚至是在人工组装，比如公开号为CN102800885A的专利文件公开的一种电堆组装用装置，包括底盘座、引导杆、垂直杆和支撑固定架，底盘座侧面沿底盘座中心轴线对称设有2或4个引导杆，引导杆与底盘座为一体结构，每个引导杆上表面标有尺寸刻度；支撑固定架和垂直杆各有2或4个，每个支撑固定架和垂直杆组装成一整体，每个支撑固定架底部设有滑块，滑块设有螺纹定位孔，滑块可在引导杆上沿轴线方向来回滑动，滑块由螺栓通过螺纹定位孔固定于引导杆确定位置，每根垂直杆与底盘座相垂直，每根垂直杆内表面标有尺寸刻度。该装置通过引导杆和垂直杆上刻度来确定电堆组装的高度，依靠人工操作装堆，浪费时间，同时电堆均一性差，电堆组件受力不均，性能偏低，不利于燃料电池产业化的发展。
发明内容
发明目的：本发明目的在于针对现有技术的不足，提供一种操作简单，能快速，精准的进行水平装堆的自动化燃料电池电堆水平装堆的装置；
本发明的另一目的在于提供一种利用该装置进行燃料电池电堆水平装堆的方法。
技术方案：本发明所述燃料电池电堆水平装堆的装置，包括驱动装置、压堆装置和水平底座，所述压堆装置包括第一压板和第二压板，所述压堆装置设置在所述水平底座上，所述第一压板和第二压板的相对面相互平行并垂直于所述水平底座，所述第一压板和第二压板的相对面上分别设置有用于固定燃料电池两端端板的模板；所述两个模板上对应设置有若干定位孔，用于安装燃料电池电堆的外定位杆；所述第二压板与设置在第二压板上的模板之间设置有压力传感器，用于检测两者之间的压力值；所述装堆装置上还设置有用于测量第二压板位移值的位移传感器；所述压力传感器与位移传感器通过控制系统与所述驱动装置连接，所述驱动装置与所述第二压板连接，在控制系统的控制下驱动所述第二压板向所述第一压板水平移动，压紧插入两个模板之间的电堆组件。
所述第一压板和第二压板的相对面相互平行并垂直于底座，将电堆组件放置在所述第一压板和第二压板之间，可以对电堆进行水平装堆，避免电堆两端受力不均，导致电堆的两端性能差异；所述第一压板和第二压板的相对面上分别设置有用于固定燃料电池两端端板的模板，将燃料电池的两端端板固定在模板上，可使端板不会因自身重力影响，发生位移；所述两个模板上对应设置有若干定位孔，用于安装燃料电池电堆的外定位杆， 可在碳板和膜电极插入两个端板之间时精确的定位；所述第二压板与设置在第二压板上的模板之间设置有压力传感器，所述装堆装置上还设置有用于测量第二压板位移值的位移传感器，所述压力传感器与位移传感器通过控制系统与所述驱动装置连接，控制系统可设置压力和位移两种控制模式，也可同时调用，一个作为主控制参数，另一个为极限保护参数，任一数值达到设定的参数，控制系统自动控制所述驱动装置停止工作，从而避免误操作导致电堆损坏。
作为优选，设置在所述第一压板和所述第二压板上的模板与电堆两端的端板结构匹配，根据不同结构的端板选用相对应的模板。根据燃料电池两端的端板的不同尺寸选择相对应的模板，用以保证在装堆中，端板不会发生位移。
作为优选，为了防止电堆组件在受到压力时发生偏移，在所述第一压板和所述第二压板上的模板顶部对应位置设置有上定位孔，用于安装燃料电池电堆的上定位杆。
作为优选，所述水平底座上设置有两个相互平行的导轨，所述第二压板沿所述导轨作水平位移。水平底座上设置的导轨可使第二压板的位移过程更加稳定，不会发生偏移，导致电堆受力不均。
作为优选，所述驱动装置包括驱动电机、中间板、固定板和导向柱，所述固定板垂直固定在所述水平底座上，所述中间板设置在所述驱动电机与所述固定板之间，且与所述固定板平行；所述导向柱一端垂直固定在所述中间板上，另一端穿过所述固定板垂直固定在所述第二压板上；所述驱动电机的丝杠穿过所述中间板与所述固定板固定连接，所述丝杠与所述中间板通过套筒连接，用于将驱动电机的扭力转换为中间板的水平移动力，驱动所述第二压板向所述第一压板水平移动。所述固定板可在导向柱水平移动时起稳定作用，同时对中间板位移起到限位作用。
作为优选，所述水平底座上设置有两个相互平行的导轨，所述中间板沿所述导轨作水平位移。水平底座上设置的导轨可使中间板的位移过程更加稳定，不会发生偏移，导致电堆受力不均。
作为优选，所述驱动装置的导向柱为4个，两端分别固定在所述第二压板和所述中间板的四个角处。四个角处分别设置导向柱，可在驱动装置工作过程中，第二压板的受力更加均匀。
作为优选，所述位移传感器设置在所述第一压板与第二压板之间的水平底座上，感应头固定在所述第二压板上，用来测量所述第二压板的位移值。
作为优选，所述两个模板的对应位置分别设置有4个定位孔，对称设置在所述模板相对面的两侧。
作为优选，所述控制系统为PLC控制系统，所述PLC控制系统与所述驱动装置、压力传感器、位移传感器连接，用于接收所述压力传感器、位移传感器的反馈值，控制所述驱动装置驱动所述第二压板向所述第一压板水平移动；所述PLC控制系统还设置有保护及提醒装置，当位移值未达到设定参数而压力值达到设定参数或者压力值未达到设定参数而位移值达到设定参数时，保护及提醒装置控制压机停止工作并蜂鸣提醒，用来保护电堆并监测装堆的异常状态。
本发明所述利用该装堆的装置进行燃料电池电堆水平装堆的方法，包括以下步骤：
(1)根据燃料电池电堆的结构选择相匹配的模板，分别固定在第一压板和第二压板的相对面上；
(2)将燃料电池电堆的两个端板分别固定在所述两个模板的相对面上，将燃料电池电堆的外定位杆放入所述两个模板上对应设置的定位孔中；
(3)依次将若干碳板和膜电极水平交叉叠放插入两块端板之间；
(4)根据电堆结构在控制系统中设定压力传感器和/或位移传感器的参数；
(5)在控制系统中启动驱动装置，驱动第二压板向第一压板水平移动，压紧插入所述两个模板之间的电堆组件；
(6)在达到控制系统所设定的压力和/或位移参数后，控制系统自动关闭驱动装置。
优选地，所述模板底部的水平底座，与放入所述模板的定位孔内的定位杆形成整体框架结构，用于对碳板和膜电极进行外部定位。水平底座与模板两侧的定位杆形成整体框架结构，碳板和膜电极插入框架结构内，确保碳板和膜电极的位置精确。
优选地，所述控制系统还设置有保护及提醒装置，在步骤(5)的压堆过程中，当位移值未达到设定参数而压力值达到设定参数或者压力值未达到设定参数而位移值达到设定参数时，保护及提醒装置控制压机停止工作并蜂鸣提醒，用来保护电堆并监测装 堆的异常状态。所述保护及提醒装置不仅可在碳板和膜电极数量不足(即压力值未达到设定参数而位移值达到设定参数)时报警提示，同时也可在碳板和膜电极数量超出(即位移值未达到设定参数而压力值达到设定参数)时报警提示，并控制系统关闭驱动装置，避免损坏电堆组件。
优选地，设置在所述第一压板和所述第二压板上的模板顶部对应位置设置有上定位孔，在碳板和膜电极插入两块端板之间后，将燃料电池电堆的上定位杆放入上定位孔中。
优选地，所述控制系统为PLC控制系统，所述PLC控制系统与驱动装置、压力传感器和位移传感器连接；在PLC控制系统中设定好压力和/或位移参数后，控制所述驱动装置开启，驱动所述第二压板向所述第一压板水平移动，压紧插入两个模板之间的电堆组件，当压力和/或位移值达到设定参数时，自动停止压合。
有益效果：(1)本发明将第一压板和第二压板垂直设置于水平底座上，可对燃料电池的电堆水平装堆，使电堆组件两端受力均匀，不会造成电堆两端性能差异；(2)本发明将压力传感器、位移传感器和驱动装置与控制系统连接，在控制系统中根据不同尺寸的电堆预先设定好压力值和位移值，可快速、精确进行电堆的装堆，同时可监测装堆过程中插入的碳板和膜电极数量错误等异常状态；(3)本发明在第一压板和第二压板的相对面上分别设置有用于固定燃料电池两端端板的模板，可避免因燃料电池端板和其余电池组件的尺寸不同而在装堆过程中产生位移，同时模板可根据不同的端板相应的更换；(4)本发明在两个模板上对应设置有若干定位孔和上定位孔，用于安装燃料电池电堆的外定位杆和上定位杆，可在碳板和膜电极插入两个端板之间时精确的定位，同时在装堆过程中，不会受外力影响产生偏移；(5)本发明通过在水平底座上设置有两个相互平行的导轨以及将导向柱穿过垂直固定在水平底座上固定板，使中间板和第二压板在驱动装置驱动下沿导轨作水平位移，不会发生偏移现象，装堆更加稳定；(6)本发明控制系统可设置压力和位移两种控制模式，也可同时调用，一个作为主控制参数，另一个为极限保护参数，任一数值达到设定的参数，控制系统自动控制所述驱动装置停止工作，从而避免误操作导致电堆损坏的现象。
附图说明
图1为本发明实施例1中水平装堆的装置结构示意图。
具体实施方式
下面通过附图对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。
实施例1：一种燃料电池电堆水平装堆的装置，包括驱动装置、压堆装置和水平底座10，所述压堆装置包括第一压板1和第二压板2，所述压堆装置设置在所述水平底座10上，所述第一压板1和第二压板2的相对面相互平行并垂直于所述水平底座10，所述第一压板1和第二压板2的相对面上分别设置有与端板结构相匹配的模板3，用于固定燃料电池两端端板；所述两个模板3上对应位置分别设置有四个定位孔4，对称设置在所述模板3相对面的两侧，用于安装燃料电池电堆的外定位杆；所述第二压板2与设置在第二压板2上的模板3之间设置有压力传感器5，用于检测两者之间的压力值；所述第一压板1与第二压板2之间的水平底座10上还设置有位移传感器6，所述位移传感器6的感应头固定在所述第二压板2上，用来测量所述第二压板2的位移值；
所述驱动装置包括驱动电机11、中间板12、固定板13和导向柱14，所述固定板13垂直固定在所述水平底座10上，所述中间板12设置在所述驱动电机11与所述固定板13之间，且与所述固定板13平行；所述导向柱14为四个，一端垂直固定在所述中间板12四个角上，另一端穿过所述固定板13垂直固定在所述第二压板2四个角上；所述驱动电机的丝杠15穿过所述中间板12与所述固定板13固定连接，所述丝杠15与所述中间板12通过套筒连接，用于将驱动电机11的扭力转换为中间板12的水平移动力，驱动所述第二压板2向所述第一压板1水平移动；所述水平底座10上设置有两个相互平行的导轨7，所述第二压板2、中间板12沿所述导轨作水平位移；
所述压力传感器5与位移传感器6通过PLC控制系统与所述驱动装置连接，所述驱动装置与所述第二压板2连接，在PLC控制系统的控制下驱动所述第二压板2向所述第一压板水平1移动，压紧插入两个模板3之间的电堆组件；所述PLC控制系统还设置有保护及提醒装置，当位移值未达到设定参数而压力值达到设定参数或者压力值未达到设定参数而位移值达到设定参数时，，保护及提醒装置控制压机停止工作并蜂鸣提醒，用来保护电堆并监测装堆的异常状态。
一种利用所述装堆的装置进行燃料电池电堆水平装堆的方法，包括以下步骤：
(1)根据燃料电池电堆的结构选择相匹配的模板3，分别固定在第一压板1和第二压板2的相对面上；
(2)将燃料电池电堆的两个端板分别固定在所述两个模板3的相对面上，将燃料电池电堆的外定位杆放入所述两个模板3上对应设置的定位孔4中；
(3)依次将若干碳板和膜电极水平交叉叠放插入两块端板之间，碳板和膜电极插入两块端板之间后，将燃料电池电堆的上定位杆放入上定位孔中；
(4)根据电堆结构在PLC控制系统中设定压力传感器5和/或位移传感器6的参数；
(5)在PLC控制系统中启动驱动装置，驱动第二压板2向第一压板1水平移动，压紧插入所述两个模板3之间的电堆组件，在压堆过程中，当位移值未达到设定参数而压力值达到设定参数或者压力值未达到设定参数而位移值达到设定参数时，PLC控制系统中设置的保护及提醒装置控制压机停止工作并蜂鸣提醒，用来保护电堆并监测装堆的异常状态；
(6)在达到PLC控制系统所设定的压力或位移参数后，所述PLC控制系统自动关闭驱动装置。
如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。
Claims (10)
1.一种燃料电池电堆水平装堆的装置，包括驱动装置、压堆装置和水平底座，所述压堆装置包括第一压板和第二压板，其特征在于：所述压堆装置设置在所述水平底座上，所述第一压板和第二压板的相对面相互平行并垂直于所述水平底座，所述第一压板和第二压板的相对面上分别设置有用于固定燃料电池两端端板的模板；所述两个模板上对应设置有若干定位孔，用于安装燃料电池电堆的外定位杆；所述第二压板与设置在第二压板上的模板之间设置有压力传感器，用于检测两者之间的压力值；所述装堆装置上还设置有用于测量第二压板位移值的位移传感器；所述压力传感器与位移传感器通过控制系统与所述驱动装置连接，所述驱动装置与所述第二压板连接，在控制系统的控制下驱动所述第二压板向所述第一压板水平移动，压紧插入两个模板之间的电堆组件。
2.根据权利要求1所述的燃料电池电堆水平装堆的装置，其特征在于：设置在所述第一压板和所述第二压板上的模板顶部对应位置设置有上定位孔，用于安装燃料电池电堆的上定位杆。
3.根据权利要求1所述的燃料电池电堆水平装堆的装置，其特征在于：所述驱动装置包括驱动电机、中间板、固定板和导向柱，所述固定板垂直固定在所述水平底座上，所述中间板设置在所述驱动电机与所述固定板之间，且与所述固定板平行；所述导向柱一端垂直固定在所述中间板上，另一端穿过所述固定板垂直固定在所述第二压板上；所述驱动电机的丝杠穿过所述中间板与所述固定板固定连接，所述丝杠与所述中间板通过套筒连接，用于将驱动电机的扭力转换为中间板的水平移动力，驱动所述第二压板向所述第一压板水平移动。
4.根据权利要求1所述的燃料电池电堆水平装堆的装置，其特征在于：所述位移传感器设置在所述第一压板与第二压板之间的水平底座上，感应头固定在所述第二压板上，用来测量所述第二压板的位移值。
5.根据权利要求1所述的燃料电池电堆水平装堆的装置，其特征在于：所述控制系统为PLC控制系统，所述PLC控制系统与所述驱动装置、压力传感器、位移传感器连接，用于接收所述压力传感器、位移传感器的反馈值，控制所述驱动装置驱动所述第二压板向所述第一压板水平移动。
6.根据权利要求5所述的燃料电池电堆水平装堆的装置，其特征在于：所述PLC控制系统还设置有保护及提醒装置，当位移值未达到设定参数而压力值达到设定参数或者压力值未达到设定参数而位移值达到设定参数时，保护及提醒装置控制压机停止工作并蜂鸣提醒，用来保护电堆并监测装堆的异常状态。
7.根据权利要求1所述装置进行燃料电池电堆水平装堆的方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)根据燃料电池电堆的结构选择相匹配的模板，分别固定在第一压板和第二压板的相对面上；
(2)将燃料电池电堆的两个端板分别固定在所述两个模板的相对面上，将燃料电池电堆的外定位杆放入所述两个模板上对应设置的定位孔中；
(3)将若干碳板和膜电极水平依次叠放插入两块端板之间；
(4)根据电堆结构在控制系统中设定压力传感器和/或位移传感器的参数；
(5)在控制系统中启动驱动装置，驱动第二压板向第一压板水平移动，压紧插入所述两个模板之间的电堆组件；
(6)在达到控制系统所设定的压力和/或位移参数后，控制系统自动关闭驱动装置。
8.根据权利要求7所述的燃料电池电堆水平装堆的方法，其特征在于：所述控制系统还设置有保护及提醒装置，在步骤(5)的压堆过程中，当位移值未达到设定参数而压力值达到设定参数或者压力值未达到设定参数而位移值达到设定参数时，保护及提醒装置控制压机停止工作并蜂鸣提醒，用来保护电堆并监测装堆的异常状态。
9.根据权利要求7所述的燃料电池电堆水平装堆的方法，其特征在于：设置在所述第一压板和所述第二压板上的模板顶部对应位置设置有上定位孔，在碳板和膜电极插入两块端板之间后，将燃料电池电堆的上定位杆放入上定位孔中。
10.根据权利要求7所述的燃料电池电堆水平装堆的方法，其特征在于：所述控制系统为PLC控制系统，所述PLC控制系统与驱动装置、压力传感器和位移传感器连接；在PLC控制系统中设定好压力和/或位移参数后，控制所述驱动装置开启，驱动所述第二压板向所述第一压板水平移动，压紧插入两个模板之间的电堆组件，当压力和/或位移值达到设定参数时，自动停止压合。
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