CN105720289A - 用于制造燃料电池堆的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于制造燃料电池堆的装置和方法。其中用于制造燃料电池堆的方法，包括以下步骤：(a)在多个GDL之间插入一张或多张薄纸；(b)通过搬运机器人将步骤(a)的GDL供给到GDL供给部，并通过搬运机器人将MEA供给到MEA供给部；(c)通过搬运机器人分别逐一地吸附GDL和薄纸；(d)通过薄纸去除器去除步骤(c)的薄纸；(e)将去除了薄纸的GDL和MEA供给到压缩机，以压缩GDL和MEA，从而形成集成部；以及(f)通过修整压力机，将在步骤(e)中由压缩机形成的集成部切割成预定尺寸。

Description

用于制造燃料电池堆的装置和方法
技术领域
本发明涉及一种用于制造燃料电池堆的装置和方法，其可提高燃料电池堆的生产效率。
背景技术
一般来说，为了发挥燃料电池的正常质量和性能，需要开发自动化堆叠技术。
例如，在堆叠燃料电池堆的过程中，在连续(inseries)堆叠大约1000张在机械性能和公差方面具有较大差异的电化学材料时，需要以此方式堆叠，使得堆叠材料之间的最终对齐度保持大约1.5mm的平整度。当燃料电池堆的堆叠对齐度不匹配时，燃料电池的性能可能会劣化，因此利用该燃料电池的车辆可能无法正常驱动。
同时，在现有技术中，在燃料电池堆的制造期间，作为燃料电池堆组件的MEA(membraneelectrodeassembly，膜电极组件)和GDL(GasDiffusionLayer，气体扩散层)，可通过搬运机器人而被真空吸附并转移到堆叠位置。
GDL由具有高透气性的多孔材料制成，并且当GDL通过搬运机器人而被真空吸附并转移时，吸附压力可施加到GDL，使得每个GDL不被单独地吸附和转移。
在背景技术部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本发明背景的理解，因此可能包含不构成在本国中本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。
发明内容
在一个优选方面，本发明提供一种用于制造燃料电池堆的装置和方法，其具有利用搬运机器人吸附并转移GDL的优点。
在本发明的示例性实施例中，用于制造燃料电池堆的方法可包括：(a)在多个GDL之间插入一张或多张薄纸；(b)通过搬运机器人将步骤(a)的GDL供给到GDL供给部，并通过搬运机器人将MEA供给到MEA供给部；(c)通过搬运机器人分别逐一地吸附GDL和薄纸；(d)通过薄纸去除器去除步骤(c)的薄纸；(e)将去除了薄纸的GDL和MEA供给到压缩机，以压缩GDL和MEA，从而形成集成部；以及(f)通过修整压力机，将在步骤(e)中压缩的集成部切割成预定尺寸。
在步骤(a)中，该薄纸可由非多孔材料制成。例如，如本文所公开的，适于用作“纸”的材料可以包括传统的纸或毡(felt)。因此，在本说明书中所使用的术语“纸”应被理解为包括毡。本文涉及的“薄纸”其次表明纸材具有小于GDL厚度的厚度。此外，本文中所涉及的薄纸的长度和宽度适当地小于或等于GDL的尺寸。
多个GDL可包括多个上部GDL和多个下部GDL，并且步骤(a)还可包括以下步骤：(a-1)在上部GDL之间插入薄纸；以及(a-2)在下部GDL之间插入薄纸。在步骤(c)中，搬运机器人可设有压力传感器，用于确定正常吸附状态。
薄纸去除器可以是吸附器，被配置成吸附薄纸的侧面。
压缩机可以是热压机，其被配置成在高温和高压下压缩GDL和MEA，以形成集成部。
在本发明的一个示例性实施例中，还提供一种用于制造燃料电池堆的装置。该装置可包括：MEA供给部，其被配置成供给MEA；GDL供给部，其被配置成布置在MEA供给部的一侧，并供给多个GDL，多个GDL具有插入在GDL之间的一张或多张薄纸；搬运机器人，其被配置成吸附并转移GDL和薄纸；薄纸去除器，其被配置成去除由搬运机器人吸附的薄纸；压缩机，其被配置成设有GDL和MEA，并压缩GDL和MEA以形成集成部；以及修整压力机，其被配置成将由压缩机形成的集成部切割成预定尺寸。
薄纸可以由非多孔材料制成。
搬运机器人可设有压力传感器，用于确定吸附压力是否正常。
压缩机可以是热压机，其被配置成在高温和高压下压缩GDL和MEA，以形成集成部。
薄纸去除器可以是吸附器，被配置成吸附薄纸的侧面。
还提供可以通过如本文所公开的方法获得的燃料电池堆。
根据本发明的各个示例性实施例，通过在GDL之间插入薄纸并利用搬运机器人吸附并转移一个GDL和一张薄纸，可有效地转移GDL。
此外，通过安装用于去除插入在GDL之间薄纸的薄纸去除器，可以无间断地、自动去除薄纸，从而提高工作效率。
附图说明
图1示出根据本发明示例性实施例的用于制造燃料电池堆的示例性装置；
图2示出根据本发明示例性实施例，当一张或多张薄纸插入在GDL之间时的示例性主要部件；
图3示出根据本发明示例性实施例，当GDL和薄纸被搬运机器人吸附时的主要部件的示例性操作；
图4示出根据本发明示例性实施例，当薄纸去除器去除薄纸时的示例性过程；
图5示出根据本发明示例性实施例的用于制造燃料电池堆的示例性方法。
图1-5中提及的附图标记指代下文将进一步讨论的以下部件：
10：MEA供给部11：MEA
20：GDL供给部21：GDL
21a，21b：GDL30：热压机
40：修整压力机50：搬运机器人
60：薄纸去除器
具体实施方式
本文所用的术语仅为了描述具体实施例的目的，并不意在限制本发明。如本文中所使用的，除非上下文明确说明，否则单数形式“一种/个(a/an)”、以及“该”也意图包括复数形式。还应当理解的是，当在本说明书中使用时，术语“包括”和/或“包括的”限定了所述特征、整数、步骤、操作、要素、和/或部的存在，但不排除一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、要素、部和/或其集合的存在或添加。如本文所用的，术语“和/或”包括一个或多个相关列出项的任意和所有组合。
除非明确指出或可从上下文明显看出，否则如本文中使用的术语“约”应被理解为在本领域中的正常公差范围内，例如，在平均数的两个标准偏差内。“约”可以被理解为在规定值的10％、9％、8％、7％、6％、5％、4％、3％、2％、1％、0.5％、0.1％、0.05％或0.01％内。除非从上下文可以明确知道，否则本文所提供的所有数值都可由术语“约”修正。
下文将参考附图详细描述本发明的示例性实施例，以使本发明所属领域技术人员能够容易地实现本发明。本领域技术人员应该意识到，所描述的实施例可以以各种不同的方式来修改，所有这些修改都不偏离本发明的精神或范围。附图和描述应视为本质上是说明性的，而不是限制性的。相同的附图标记表示贯穿整个说明书的相同元件。
图1示出根据本发明示例性实施例的用于制造示例性燃料电池堆的示例性装置。
如图1所示，用于制造燃料电池堆的装置100可包括：MEA供给部10，其被配置成供给MEA11；GDL供给部20，其被配置成布置在MEA供给部10的一侧上，并供给多个GDL21，其中GDL21具有插入在GDL之间的一张或多张薄纸23；压缩机30，其被配置成当MEA11和GDL21被堆叠时，在高温和高压下压缩MEA11和GDL21以形成集成部(integratedpart)；修整压力机(trimmingpress)40，其被配置成将由压缩机30形成的集成部切割成预定尺寸；搬运机器人50，其被配置成按顺序地将MEA11和GDL21转移到MEA供给部10、GDL供给部20和热压机30，并且将由压缩机30压缩的集成部吸附并转移到修整压力机40；以及薄纸去除器60，其被配置成从通过搬运机器人50吸附的GDL21去除薄纸23。
接下来，将以举例的方式描述压缩机是在高温和高压下压缩GDL和MEA的热压机的情况。压缩机可以是，但不限于热压机，且可使用现有技术中用来压缩GDL与MEA通常所使用的任何压缩机。在下文中，可以用附图标记30来指代压缩机和热压机。
MEA供给部10可被安装以供给MEA11，且可被安装成以便当MEA11被堆叠时从装置的上部按顺序地供给MEA11。具体地，每当堆叠的MEA11一个一个地被抽出时，堆叠的MEA11可逐步按顺序地上升，因此可连续地供给MEA11。
GDL供给部20可安装在MEA供给部10的附近，并可被安装以供给GDL21。GDL供给部20可将下部GDL21a和上部GDL21b供给到热压机30。GDL供给部20可被安装成当GDL21被堆叠时按顺序地供给GDL21。具体地，每当堆叠的GDL21一个一个地被拉出时，堆叠的GDL21可逐步按顺序地上升，因此可连续地供给GDL21。如本文所述，附图标记20a表示上部GDL供给部，附图标记20b表示下部GDL供给部。
一张或多张薄纸23可插入在多个GDL21之间。根据本发明的示例性实施例，薄纸23可由其中不具有穿透部分的非多孔材料制成。薄纸23可由非多孔材料形成，从而防止在搬运机器人50的吸附压力施加到GDL21时，施加到GDL21的吸附压力穿透薄纸23。因此，搬运机器人50每次可吸附一个GDL21和一张薄纸23。
搬运机器人50可设有压力传感器。当确定由搬运机器人50吸附GDL21和薄纸23的吸附压力处于异常压力下时，可确定搬运机器人50的转移发生了故障，并且可以快速地执行解除故障的措施。
同时，在由搬运机器人50吸附的GDL21和薄纸23被转移到热压机30之前，薄纸去除器60可去除薄纸23。
图4示出根据本发明的示例性实施例，当薄纸由薄纸去除器去除时的状态。
如图4所示，薄纸去除器60可包括吸附薄纸23的侧部的吸附器。因此，薄纸去除器60可工作以旋转，使得薄纸23的侧部可被吸附器吸附，从而将薄纸23从GDL21去除。
因此，在GDL21通过GDL供给部20被供给到热压机30之前，可以自动地从由搬运机器人50吸附的一个GDL21和一张薄纸23中去除薄纸23。因此，可以省略在现有技术中由操作者去除薄纸的手动步骤，因此可提高工作效率，并可防止操作者的重复性劳损(RSI)。
搬运机器人50可按顺序地将GDL21和MEA11供给到热压机30。
热压机30可压缩MEA11和GDL21以形成集成部。此外，MEA11和GDL21的集成部可通过搬运机器人50被转移到修整压力机40，使得集成部11可以以适当尺寸被切割。
修整压力机40可设有压模(pressmold)，将集成部就位在压模中，以便将集成部切割成预定尺寸。在操作修整压力机40的过程中，可以使用在本领域中通常使用的用于切割集成部的任何驱动和切割方法，对此不作限制。
如上所述，用于制造燃料电池堆的装置100可容易地去除薄纸23，因此能够有效地制造燃料电池堆。
图5示出根据本发明示例性实施例的用于制造燃料电池堆的示例性方法。图1至图4的附图标记表示具有相同功能的部件。在下文中，将参考图5详细描述根据本发明示例性实施例的用于制造燃料电池堆的方法。
在步骤S10中，薄纸23可插入在GDL21之间。具体地，薄纸23可由非多孔材料制成。在步骤S10中，GDL21可包括一个上部GDL和多个下部GDL。因此，可按顺序执行在上部GDL21a之间插入薄纸23的步骤S11，和在下部GDL21b之间插入薄纸23的步骤S12。
在步骤S20中，可通过搬运机器人50，将步骤S10的GDL21和MEA11分别供给到GDL供给部20和MEA供给部10。
在步骤S30中，可通过搬运机器人50一同吸附在相邻GDL21之间插入的一个GDL21和一张薄纸23。GDL21可由多孔材料制成，薄纸23可由非多孔材料制成。这样，搬运机器人50可施加吸附压力，以便每次同时吸附一个GDL21和一张薄纸23。
在步骤S40中，当通过安装在搬运机器人50中的压力传感器确定，由搬运机器人50吸附的GDL21和薄纸23的吸附压力处于异常压力范围内时，可确定搬运机器人50的转移发生了故障，并且可以快速地执行解除故障的措施。
在步骤S50中，步骤S30的薄纸23可通过薄纸去除器60来去除(S50)。薄纸去除器60可被操作以旋转，使得薄纸23的侧部可通过吸附器被吸附，从而将薄纸23从GDL21去除。
在步骤S60中，可将在步骤S50中去除了薄纸23的GDL21和MEA11供给到热压机30，并对其进行压缩以形成集成部(S60)。根据本发明的示例性实施例，如图1所示，可通过热压机30对GDL21和MEA11进行压缩，但压缩方法并不限制于热压机等，且热压机30可以由可用于压缩GDL和MEA的预定压缩机来取代。
在步骤S70中，可以利用修整压力机40，将在步骤S60中通过压缩机30形成的集成部进行切割，并修整成预定尺寸。经修整的集成部可用于制造燃料电池堆。
在上文中已参考在附图中示出的示例性实施例对本发明进行描述。尽管已结合目前被认为是实用的示例性实施例对本发明进行了描述，然而，应当理解的是，本发明并不局限于所公开的实施例，相反地，本发明意在覆盖包括在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等效布置。

Claims (12)

1.一种用于制造燃料电池堆的方法，包括以下步骤：
(a)在多个GDL之间插入一张或多张薄纸；
(b)通过搬运机器人将所述步骤(a)的所述GDL供给到GDL供给部，并通过所述搬运机器人将MEA供给到MEA供给部；
(c)通过所述搬运机器人分别逐一地吸附所述GDL和所述薄纸；
(d)通过薄纸去除器去除所述步骤(c)的所述薄纸；
(e)将去除了所述薄纸的所述GDL和MEA供给到压缩机，以压缩所述GDL和MEA，从而形成集成部；以及
(f)通过修整压力机，将在所述步骤(e)中由所述压缩机形成的所述集成部切割成预定尺寸。
2.如权利要求1所述的方法，其中在所述步骤(a)中，所述薄纸由非多孔材料制成。
3.如权利要求2所述的方法，其中所述多个GDL包括多个上部GDL和多个下部GDL，并且所述步骤(a)包括以下步骤：
(a-1)在所述上部GDL之间插入所述薄纸；以及
(a-2)在所述下部GDL之间插入所述薄纸。
4.如权利要求3所述的方法，其中在所述步骤(c)中，所述搬运机器人设有压力传感器，用于确定正常吸附状态。
5.如权利要求1所述的方法，其中所述薄纸去除器是吸附器，被配置成吸附所述薄纸的侧面。
6.如权利要求1所述的方法，其中所述压缩机是热压机，其被配置成在高温和高压下压缩所述GDL和MEA，以形成集成部。
7.一种用于制造燃料电池堆的装置，包括：
MEA供给部，其被配置成供给MEA；
GDL供给部，其配置成布置在所述MEA供给部的一侧，并供给多个GDL，所述多个GDL具有插入在所述GDL之间的一张或多张薄纸；
搬运机器人，其被配置成吸附并转移所述GDL和所述薄纸；
薄纸去除器，其被配置成去除由所述搬运机器人吸附的所述薄纸；
压缩机，其被配置成设有所述GDL和MEA，并压缩所述GDL和MEA以形成集成部；以及
修整压力机，其被配置成将由所述压缩机形成的集成部切割成预定尺寸。
8.如权利要求7所述的装置，其中所述薄纸由非多孔材料制成。
9.如权利要求7所述的装置，其中所述搬运机器人设有压力传感器，用于确定吸附压力是否正常。
10.如权利要求7所述的装置，其中所述压缩机是热压机，其被配置成在高温和高压下压缩GDL和MEA，以形成集成部。
11.如权利要求7所述的装置，其中所述薄纸去除器是吸附器，被配置成吸附所述薄纸的侧面。
12.一种利用如权利要求1所述的方法获得的燃料电池堆。
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