CN105789672B - 一种燃料电池电堆装配装置 - Google Patents

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Abstract

一种燃料电池电堆装配装置，包括压板组件、支撑板、定位组件和距离调节组件；所述压板组件包括气压表、压板、压板动密封圈和压板动板；所述支撑板置于压板动板下方，于支撑板上设有与待装配电堆上的电堆紧固螺钉位置对应的电堆紧固螺钉过孔，于3个以上的电堆紧固螺钉过孔内分别装配有一定位组件；于所述压板和所述支撑板的边缘对应位置处分别均匀设置有3组以上的通孔，于所述压板和所述支撑板上对应的每组通孔内装配有一距离调节组件。本发明降低了对电堆装配过程中的应力集中引发的石墨双极板碎裂的风险；装配过程无污染介质，保证了电堆的洁净度；本装置除了可以实现高效的装配，对低风险拆卸也有着很高的效率和优势。

Description

一种燃料电池电堆装配装置
技术领域
本发明属于燃料电池技术领域，具体的说涉及一种燃料电池电堆装配装置。
背景技术
燃料电池是将燃料中的化学能直接转化为电能的一种化学反应装置。由于燃料的比能量高，燃料电池系统结构简单等优点，燃料电池在车用电源、便携式移动电源等领域具有广阔的应用前景。
燃料电池电堆主要由膜电极组件、双极板、密封元件、两侧端板和紧固螺栓等组成。其中双极板广泛采用石墨极板或金属极板，双极板两侧的流场分别是氧化剂与燃料的通道，以确保氧化剂和燃料能均匀分配到膜电极各处，发生还原和氧化反应而产生电流。
在实际应用中，通常需要将多个单体电池通过串联的方式组装到一起形成燃料电池电堆来使用。燃料电池电堆必须用紧固件将前、后端板充分压紧，但又必须均匀的压紧到某一合适的压力范围内，确保燃料电池堆各极板受力均匀，保证燃料电池极板及膜电极的完整。因此，燃料电池装配技术决定电堆密封性能、接触性能和传质特性等，最终影响电池输出特性。
发明内容
本发明为解决现有技术存在的不足，采用以下的具体方案来实现。一种燃料电池电堆装配装置，包括压板组件、支撑板、定位组件和距离调节组件；
所述压板组件包括气压表、压板、压板动密封圈和压板动板；所述压板置于压板动板上方，所述压板动板上表面设置有一环形凹槽，所述压板动密封圈设置于所述压板动板的环形凹槽内，于压板下表面、压板动密封圈内部、压板动板上表面之间形成一密闭腔室；于所述压板上开设有两个通孔，一个与气压表连接，另一个通过管路与气源相连；
所述支撑板置于压板动板下方，于支撑板上设有与待装配电堆上的电堆紧固螺钉位置对应的电堆紧固螺钉过孔，于2个以上的电堆紧固螺钉过孔内分别装配有一定位组件；
于所述压板和所述支撑板的边缘对应位置处分别均匀设置有2组以上的通孔，于所述压板和所述支撑板上对应的每组通孔内安装有一距离调节组件；
所述距离调节组件包括旋帽、带外螺纹的锁紧螺杆和带内螺纹的中空的锁紧套筒；所述旋帽螺合于所述锁紧螺杆的上端；所述锁紧套筒与锁紧螺杆)下端通过螺纹相互配合。
于所述压板上方与气源相连的通孔处设有气动接头。
于所述压板上方与气压表相连的通孔处设有中部带有螺纹孔的气压表固定柱，气压表固定柱外壁面上套设有气压表O型密封圈与压板形成密封。
于支撑板上设有与待测电堆上的电堆口位置对应的通孔，作为电堆口放置孔。
所述定位组件包括定位杆、定位杆固定头和定位杆锁紧螺母；定位杆下端外壁面上依次套设有带通孔的定位杆固定头和定位杆锁紧螺母，定位杆固定头的上下两端外壁面上均设有外螺纹，定位杆固定头通过其上端的外螺纹与电堆紧固螺钉过孔内的内螺纹相配合，定位杆固定头通过其下端的外螺纹与定位杆锁紧螺母相配合。
于所述支撑板下表面中部设有支撑板支撑柱。
所述电堆装配装置还包括一底座，所述底座置于支撑板下方；于底座上表面设有凹槽或设有上端带凹槽的柱体；所述支撑板支撑柱插于凹槽内。
压板和支撑板的面积大于压板动板的面积，压板动板于压板或支撑板上的投影均处于压板或支撑板上。
所述电堆紧固螺钉过孔处于压板动板于支撑板上的投影区域内。
电堆口放置孔处于压板动板于支撑板上的投影区域内。
所述距离调节组件中的锁紧螺杆通过紧定螺钉与旋帽固接，锁紧套筒通过销钉与支撑板固接。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、利用气压板对电堆作用力面上的均衡性，降低了对电堆装配过程中的应力集中引发的石墨双极板碎裂的风险。
2、采用全程定位装置进行装配，保证了各个零部件的相对关系，很大程度上保证了装配的一致性，进而为电堆电性能的一致性提供了保障；
3、距离调节组件结构简单，可以快速实现电堆的拆装；
4、装配过程无污染介质，保证了电堆的洁净度；
5、本装置除了可以实现高效的装配，对低风险拆卸也有着很高的效率和优势。
附图说明
图1实施例中所述燃料电池电堆装配装置总装零件图；
图2实施例中压板组件中的压板与压板动板结构图；
图3实施例中距离调节组件结构图；
图4实施例中压板组件、支撑板与距离调节组件连接关系结构图；
图5实施例中燃料电池电堆结构图；
图6实施例中支撑板结构图；
图7实施例中定位组件结构图；
图8实施例电堆装配前装置定位组件安装示意图；
图9实施例电堆装配过程中使用示意图。
图中，1、气动接头；2、气压表；3、气压表固定柱；4、气压表O型密封圈；5、压板；6、压板动密封圈；7、压板动板；8、支撑板；9、旋帽；10、紧定螺钉；11、锁紧螺杆；12、锁紧套筒；13、销钉；14、定位杆；15、定位杆固定头；16、定位杆锁紧螺母；17、支撑板支撑柱；18、底座；19、压板组件；20、距离条件组件；21、定位组件；22、电堆紧固螺钉过孔；23、电堆口放置孔；24、电堆紧固螺钉；25、电堆口。
具体实施方式
燃料电池电堆装配装置结构图如图1所示。由1-7零件装配完成的压板组件19如图2所示，该组件结构采用了气缸的工作原理，当向气动接头1内充入压缩气体后，由压板5压板动密封圈6压板动板7组成的密闭空腔内压力升高，推动压板动板7向外运动。气压表2气压表固定柱3气压表O型密封圈4组成的结构用于实时测量密闭空间内的压强。
由9-13零件装配完成的距离调节组件20如图3所示。这是一种通过螺纹运动来实现距离可调的结构。使用时，通过旋帽9带动锁紧螺杆11与锁紧套筒12相对运动实现两者之间距离的任意调节，进而实现压板组件19底面与支撑板8上面的间距可调。使用时，销钉13与支撑板8底面的对应凹槽配合可以使得旋帽9旋转时避免带动锁紧套筒12同时旋转而使距离调节失效。紧定螺钉10是用于连接旋帽9和锁紧螺杆11的零件。
支撑板8有一系列用于辅助装配电堆(如图5所示)的功能性孔，如图6所示。电堆口放置孔23是用于电堆装配时电堆口25放置的孔。电堆紧固螺钉过孔22是用于电堆紧固螺钉安装时的过孔。而4个电堆紧固螺钉过孔22同时还作为定位杆固定螺纹孔起到固定定位杆的作用。
支撑板支撑柱17是安装于支撑板8底部的起到支撑作用的螺纹柱，两者通过螺纹进行紧固连接。底座18是用于支撑整个装置的零件，支撑板支撑柱17的非螺纹端可以插入到底座18的上侧的柱孔内，两者之间的间隙配合可以使得除底座18零件外的其它部件绕其中轴线旋转。只要将上部分向上拔起即可实现快速拆卸。
由零件14、15、16装配完成的定位组件21如图7所示。定位杆固定头15是用于固定定位杆的主体结构，其中部的孔与定位杆14形成过渡配合，保证了定位杆轴线与定位杆固定头15轴线的重合。定位杆固定头15上半部分螺纹与支撑板8上的定位杆固定螺纹孔配合，保证了定位杆与支撑板8的定位关系；定位杆固定头15下半部分螺纹与定位杆锁紧螺母16配合，当定位杆锁紧螺母16锁紧时，定位杆就不能在定位杆固定头15的内孔里上下自由移动。由于定位杆锁紧螺母16内有阻尼调节器件，所以可以通过调整其与定位杆固定头15的紧固度来实现定位杆在定位杆固定头15的内孔里移动的难易程度。
燃料电池电堆装配装置的使用方法如下：
1、将压板组件1]和距离调节组件20拆卸掉，调整好定位组件21的高度并锁紧，完成后如图8所示；
2、将电堆阴极集流端板连同电堆口(电堆口朝向支撑板8方向)通过定位杆14安装在支撑板8面上。
3、分别将电堆的其他组件如：密封圈、电极板、双极板、MEA等通过定位杆14整齐的组装起来。
4、将电堆阳极集流端板的定位孔与定位杆14对齐后安装起来。
5、将压板组件19和距离调节组件20安装上，用手轮流调节四个旋帽9至压板组件19与电堆阳极集流端板紧密贴合，如图9所示。
6、调松定位杆锁紧螺母16至定位杆可移动即可。
7、将通过气动接头1对装置进行充气至预先设计的压力值。
8、用游标卡尺对电堆端板间距离进行测量，如未达到所需距离可不短调节进气压力至所需距离。
9、拆卸掉定位组件21，并将底座18拆除，将装置侧放，将12个M3螺钉穿过电堆紧固螺钉过孔对电堆进行紧固安装。
10、卸掉气压，将压板组件19和距离调节20组件拆卸，电堆装配完成。

Claims (10)

1.一种燃料电池电堆装配装置，其特征在于：包括压板组件(19)、支撑板(8)、定位组件(21)和距离调节组件(20)；
所述压板组件(19)包括气压表(2)、压板(5)、压板动密封圈(6)和压板动板(7)；所述压板(5)置于压板动板(7)上方，所述压板动板上表面设置有一环形凹槽，所述压板动密封圈(6)设置于所述压板动板(7)的环形凹槽内，于压板(5)下表面、压板动密封圈(6)内部、压板动板(7)上表面之间形成一密闭腔室；于所述压板(5)上开设有两个通孔，一个与气压表(2)连接，另一个通过管路与气源相连；
所述支撑板(8)置于压板动板(7)下方，于支撑板(8)上设有与待装配电堆上的电堆紧固螺钉位置对应的电堆紧固螺钉过孔(22)，于2个以上的电堆紧固螺钉过孔内分别装配有一定位组件(21)；
于所述压板(5)和所述支撑板(8)的边缘对应位置处分别均匀设置有2组以上的通孔，于所述压板(5)和所述支撑板(8)上对应的每组通孔内安装有一距离调节组件(20)；
所述距离调节组件(20)包括旋帽(9)、带外螺纹的锁紧螺杆(11)和带内螺纹的中空的锁紧套筒(12)；所述旋帽(9)螺合于所述锁紧螺杆(11)的上端；所述锁紧套筒(12)与锁紧螺杆(11)下端通过螺纹相互配合；所述定位组件(21)包括定位杆(14)、定位杆固定头(15)和定位杆锁紧螺母(16)；定位杆(14)下端外壁面上依次套设有带通孔的定位杆固定头(15)和定位杆锁紧螺母(16)，定位杆固定头(15)的上下两端外壁面上均设有外螺纹，定位杆固定头(15)通过其上端的外螺纹与电堆紧固螺钉过孔(22)内的内螺纹相配合，定位杆固定头(15)通过其下端的外螺纹与定位杆锁紧螺母(16)相配合。
2.如权利要求1所述燃料电池电堆装配装置，其特征在于：于所述压板(5)上方与气源相连的通孔处设有气动接头(1)。
3.如权利要求1所述燃料电池电堆装配装置，其特征在于：于所述压板(5)上方与气压表(2)相连的通孔处设有中部带有螺纹孔的气压表固定柱(3)，气压表固定柱(3)外壁面上套设有气压表O型密封圈(4)与压板(5)形成密封。
4.如权利要求1所述燃料电池电堆装配装置，其特征在于：于支撑板(8)上设有与待测电堆上的电堆口(25)位置对应的通孔，作为电堆口放置孔(23)。
5.如权利要求1所述燃料电池电堆装配装置，其特征在于：于所述支撑板(8)下表面中部设有支撑板支撑柱(17)。
6.如权利要求5所述燃料电池电堆装配装置，其特征在于：所述电堆装配装置还包括一底座(18)，所述底座置于支撑板(8)下方；于底座(18)上表面设有凹槽或设有上端带凹槽的柱体；所述支撑板支撑柱(17)插于凹槽内。
7.如权利要求1所述燃料电池电堆装配装置，其特征在于：压板(5)和支撑板(8)的面积大于压板动板(7)的面积，压板动板(7)于压板(5)或支撑板(8)上的投影均处于压板(5)或支撑板(8)上。
8.如权利要求1所述燃料电池电堆装配装置，其特征在于：所述电堆紧固螺钉过孔(22)处于压板动板(7)于支撑板(8)上的投影区域内。
9.如权利要求4所述燃料电池电堆装配装置，其特征在于：电堆口放置孔(23)处于压板动板(7)于支撑板(8)上的投影区域内。
10.如权利要求4所述燃料电池电堆装配装置，其特征在于：所述距离调节组件(20)中的锁紧螺杆(11)通过紧定螺钉(10)与旋帽(9)固接，锁紧套筒(12)通过销钉(13)与支撑板(8)固接。
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