CN106124504B - 用于检查膜电极组件的质量的系统及其质量检查方法 - Google Patents

用于检查膜电极组件的质量的系统及其质量检查方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及用于检查膜电极组件的质量的系统及其质量检查方法。一种用于检查燃料电池的膜电极组件(MEA)的质量的系统包括被配置为接合MEA和气体扩散层(GDL)以制造其接合单元的接合装置。传送装置吸附接合单元的一个表面以传送接合单元。检查装置布置在通过传送装置传送的接合单元的一侧并且检查接合单元的外观。翻转装置通过传送装置将接合单元放置于其上并且垂直翻转接合单元。在被传送装置传送之后，装载起重装置将接合单元装载在其上并且调节装载高度。

Description

用于检查膜电极组件的质量的系统及其质量检查方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2015年5月4日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请号10-2015-0062654的优先权益，通过引用将其全部内容结合于本文中。
技术领域
本公开涉及用于检查燃料电池的膜电极组件(MEA)的质量的系统及其质量检查方法，所述系统接合燃料电池的MEA和气体扩散层(gas diffusion layer)并且检查接合单元。
背景技术
众所周知，燃料电池通过氢和氧的电化学反应产生电力。燃料电池在从外部接收到化学反应物后可连续不断地产生电能而不需要单独的充电过程。
燃料电池可包括隔膜(separator)(或双极板)(其布置在介于其间的膜电极组件(MEA)的两侧)。多个燃料电池可被布置为形成燃料电池堆。
在MEA中，燃料电池的核心部分以及阳极和阴极作为电极催化层形成在电解膜的两侧，以便传送氢离子。MEA进一步包括子垫片以保护电极催化层和电解膜并确保燃料电池的组件特性。
在制造前述MEA时，电极膜片材展开卷绕成卷形式的电解膜并且连续传送电极催化层以在电解膜的两个表面上间隔开大约150毫米的间距。
在后处理中，卷绕成卷形式的电极膜片材被展开并且被传送，卷形式的子垫片被展开以定位在电极膜片材的两个表面上。子垫片和电极膜片材穿过热辊使得子垫片接合至电极膜片材的两个表面，从而以卷对卷方式制造MEA片材。
另外，MEA和气体扩散层(GDL)在高温下接合，其中，接合的组件和隔膜交替地堆叠以制造燃料电池。
已经进行对用于检查组件的质量并且防止不合格产品应用于燃料电池的质量检查系统的研究。
在该背景技术部分所公开的上述信息仅仅为了增强对本发明的背景的了解，并且因此其可能包含未形成在该国家为本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
发明内容
已努力做出本公开以提供一种用于检查燃料电池的膜电极组件(MEA)的质量的系统，所述系统具有如下优点：通过轻松地检验通过接合MEA和气体扩散层(GDL)获得的接合单元的质量并仅使用接合单元，提高了燃料电池的质量。
根据本发明的示例性实施方式，一种用于检查燃料电池的膜电极组件(MEA)的质量的系统包括：被配置为接合MEA和气体扩散层(GDL)以制造其接合单元的接合装置。传送装置吸附接合单元的一个表面以传送接合单元。检查装置布置在由传送装置传送的接合单元的一侧并且检查接合单元的外观。翻转装置通过传送装置将接合单元置于其上并且将接合单元垂直地翻转。在由传送装置传送之后，装载起重装置(loading and liftingdevice)将接合单元装载至其上并且调节装载高度。
接合装置可以以预设压力并在预设温度下接合MEA和GDL并且通过输送机传送接合的MEA和GDL。
该系统可进一步包括校正接合单元在输送机上的位置的对准装置。
传送装置可真空吸附接合单元的上表面，并且通过三维路径(three-dimensionalroute)传送接合单元。
检查装置可通过使用激光检查接合单元的外观的位移并且根据位移值确定接合单元的接合状态。
翻转装置可包括布置在其两侧以夹住接合单元的两个端部的夹具，并且在夹具夹住接合单元的两个端部的状态下，翻转装置可将接合单元垂直地翻转。
装载起重装置可通过旋转螺钉改变接合单元的装载高度。
传送装置可真空吸附接合单元的上表面，并且检查装置可布置在接合单元下面。
当通过检查装置检查的接合单元满足针对所述外观的条件时，接合单元可被装载在装载起重装置中。当接合单元不满足所述条件时，接合单元可被取出到外部。
检查装置可包括感测接合单元的外观或在屏幕上显示接合单元的外观的检查视觉(inspection vision)。
根据本发明的另一个示例性实施方式，一种用于检查燃料电池的膜电极组件(MEA)的质量的方法包括将MEA和气体扩散层(GDL)彼此接合。真空吸附接合单元的一个表面并且传送接合单元。在传送接合单元的被真空吸附的一个表面的同时，感测接合单元的另一个表面的外观。垂直翻转接合单元。真空吸附垂直翻转的接合单元的另一个表面并且传送接合单元。在传送接合单元的被真空吸附的另一个表面的同时，感测接合单元的一个表面的外观。当其一个表面和另一个表面被检查的接合单元满足针对外观的条件时，装载接合单元。
该方法可进一步包括：当一个表面或另一个表面的外观被检查的接合单元不满足针对外观的条件时，将接合单元取出。
该方法可进一步包括当接合单元被制造并在输送机上传送时校正接合单元在输送机的宽度方向上的位置。
翻转接合单元的步骤可包括：通过使用夹具夹住接合单元的两个端部，并且通过旋转夹具将接合单元的上表面和下表面翻转。
感测外观的步骤可包括：通过照射激光感测接合单元的外观的位移，并且根据位移的大小确定接合单元的接合状态。
当位移的大小在预设范围之内时，接合单元可被装载到装载起重装置中。当位移的大小不在预设范围之内时，接合单元可被取出。
附图说明
附图在描述本发明构思的示例性实施方式时用作参照，因此本公开的技术构思不应意味着将本发明限制为附图。
图1为示出根据本发明构思的示例性实施方式的用于检查燃料电池的膜电极组件(MEA)的质量的系统的配置的示意图。
图2为示出根据本发明构思的示例性实施方式的用于检查燃料电池的MEA的质量的方法的流程图。
图3A-图3C为示出根据本发明构思的示例性实施方式的用于检查燃料电池的MEA的质量的系统的接合装置、传送装置和检查装置的部分的配置的示意图。
图4A-图4C为示出根据本发明构思的示例性实施方式的用于检查燃料电池的MEA的质量的系统的翻转装置、传送装置和装载起重装置的部分的透视图。
图5A和图5B为示出使用根据本发明构思的示例性实施方式的检查燃料电池的MEA的质量的系统的激光传感器的检查方法的透视图及其结果的曲线图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图更全面地描述本公开，在附图中示出了本发明的示例性实施方式。如本领域技术人员所认识到的，在完全不背离本公开内容的精神或范围的情况下，所描述的实施方式可以以各种不同的形式进行修改。
为了清楚地描述本公开，与本公开的描述无关的部分将被省略，并且贯穿全文，相似的参考标号表示相似的元件。
在附图中，出于描述目的，组件的尺寸和厚度被任意地示出，使得本公开并不限于附图的说明并且组件的厚度被夸大以便清楚地呈现各个部分和区域。
在以下的描述中，因为相关组件的命名是一样的，所以诸如“第一”和“第二”等的术语可仅用来区分一个组件和另一个组件，并且不限制其顺序。
在整个说明中，除非明确说明与此相反，否则措辞“包括”及变形(诸如“包括”和“包含”)将被理解为表示包括所述部件但不排除任何其他部件。
图1为示出根据本发明构思的示例性实施方式的用于检查燃料电池的膜电极组件(MEA)的质量的系统的配置的示意图。
参照图1，质量检查系统100包括接合装置105、传送装置110、检查装置115、翻转装置120和装载起重装置125。
接合装置105在预设温度和预设压力下使用两个热辊压缩膜电极组件(MEA)和气体扩散层(GDL)，并且在此，MEA和GDL堆叠在输送机300上并且堆叠单元通过热辊压缩以制造接合单元310(见图3A-图3C)。接合装置105的详细结构可参考已知技术。
传送装置110真空吸附接合单元310的上表面并且在三维空间中沿着预设路径从接合装置105卸载接合单元310，并且将接合单元310传送至检查装置115、垂直翻转装置120和装载起重装置125。
检查装置115可检查接合单元310的下表面的外观并且显示相应的结果或者将所述结果传送至具有单独计算单元的控制器(未示出)。
检查装置115可包括检查视觉(inspection vision)340或激光位移传感器350。检查视觉340可在屏幕上存储或显示接合单元310的外观，并且激光位移传感器350将激光照射至接合单元310，以感测接合单元310的外观的位移。
垂直翻转装置120将接合单元310的上表面和下表面翻转。也就是说，垂直翻转装置120夹住接合单元310的两个端部，并且相对于长度方向上的中心轴将接合单元310旋转180°。
被垂直翻转装置120翻转的接合单元310再次被传送装置110真空吸附并且通过检查装置115进行检查，并且被检查的接合单元310被装载到装载起重装置125上或被取出。
图3A-图3C为示出根据本发明构思的示例性实施方式的用于检查燃料电池的MEA的质量的系统的接合装置、传送装置和检查装置的部分的配置的示意图。
参照图3A-图3C，接合装置105包括由驱动辊移动的输送机300，并且接合单元310在输送机300上通过热辊传送。调节接合单元310的位置的对准装置320设置在输送机300的两侧，并且对准误差可在0.5毫米范围内。
传送装置110可包括沿水平方向布置的真空吸附单元332和线形引导件(linearguide)360。真空吸附单元332可沿着线形引导件360在水平方向上移动或者同时上下移动。进一步地，真空吸附单元332可通过使用真空压力真空吸附接合单元310的上表面并且传送接合单元310。
当接合单元310通过真空吸附单元332和线形引导件360传送时，布置在真空吸附单元332下面的检查视觉340和激光位移传感器350顺序地感测接合单元310的下表面的外观。
图4A-图4C为示出根据本发明构思的示例性实施方式的用于检查燃料电池的MEA的质量的系统的翻转装置、传送装置和装载起重装置的部分的透视图。
参照图4A-图4C，翻转装置120包括用于夹住接合单元310的两个端部的夹具410和旋转夹具410的旋转单元440。
传送装置110将接合单元310传送至翻转装置120，夹具410夹住接合单元310的两个端部，并且通过旋转单元440将接合单元310旋转180°。
之后，当传送装置110传送再次被180°旋转的接合单元310时，检查视觉340和激光位移传感器350检查接合单元310的下表面。
最后，当被检查视觉340和激光位移传感器350检查过的接合单元310通过检查时，接合单元310被装载在装载起重装置125中。当接合单元310没有通过检查时，接合单元310被取出。在本文中，装载起重装置125可通过螺钉430和旋转单元440抬高或降下接合单元310。
图5A和图5B为示出使用根据本发明构思的示例性实施方式的检查燃料电池的MEA的质量的系统的激光传感器的检查方法的透视图及其结果的曲线图。
参照图5A，激光位移传感器350将激光照射至接合单元310的下表面并且感测反射的激光，从而感测子垫片的外观的位移及接合单元310中GDL的外观的位移。
参照图5B，横轴代表检查宽度，而纵轴代表外观的位移。
位移包括GDL的位移和子垫片的位移，并且当GDL的位移超出预设范围时，GDL可被确定为处于非接合(分离)状态。
当子垫片的位移超出预设范围时，子垫片可被确定为处于非接合(分离)状态，并且根据分离范围的大小可确定是部分非接合状态还是完全非接合状态。
在本公开中，接合装置105、传送装置110、检查装置115、翻转装置120和装载起重装置125可被控制单元(未示出)控制，并且被检查装置115检查的接合装置105是否通过检查由控制器确定。
控制器可实施为根据预设程序运行的一个或多个微处理器，并且预设程序可包括一连串的命令，这些命令用于执行根据下文描述的本发明构思的示例性实施方式的方法。
图2为示出根据本发明构思的示例性实施方式的用于检查燃料电池的MEA的质量的方法的流程图。
参照图2，MEA和GDL在步骤S210中被接合，在步骤S220中，传送装置110真空吸附接合单元310的上表面，以便抬高接合单元310并且沿着预设路径传送被抬高的接合单元310。
在步骤S230中，检查装置115通过使用检查视觉340和激光位移传感器350检查接合单元310的一个表面的外观。
在步骤S240中，接合单元310被装载至翻转装置120并通过夹具410固定。在步骤S250中，接合单元310被旋转180°。
在步骤S260中，通过使用检查装置115检测接合单元310的另一个表面的外观。在步骤S270中，被检查的接合单元310通过传送装置110传送，并且在步骤S280中，当接合单元310通过检查时，接合单元310被装载在装载起重装置125中，而当没有通过检查时，接合单元310被取出至外部。
尽管已经结合目前被认为是实际的示例性实施方式描述了本发明，但应理解本发明不限于所公开的实施方式，而是相反，本发明旨在涵盖包含在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等同布置。

Claims (16)

1.一种用于检查燃料电池的膜电极组件的质量的系统，所述系统包括：
接合装置，接合所述膜电极组件和气体扩散层，以制造所述膜电极组件和所述气体扩散层的接合单元；
传送装置，吸附所述接合单元的一个表面以传送所述接合单元；
检查装置，布置在由所述传送装置传送的所述接合单元的一侧上，所述检查装置检查所述接合单元的外观；
翻转装置，通过所述传送装置将所述接合单元放置在所述翻转装置上并且垂直翻转所述接合单元；以及
装载起重装置，在所述接合单元被所述传送装置传送之后，所述装载起重装置将所述接合单元装载到所述装载起重装置上并且调节装载高度。
2.根据权利要求1所述系统，其中：
所述接合装置以预设压力并在预设温度下接合所述膜电极组件和所述气体扩散层并且通过输送机传送所述接合单元。
3.根据权利要求2所述的系统，进一步包括：
对准装置，校正所述接合单元在所述输送机上的位置。
4.根据权利要求1所述的系统，其中：
所述传送装置真空吸附所述接合单元的上表面，并且通过三维路径传送所述接合单元。
5.根据权利要求1所述的系统，其中：
所述检查装置使用激光检查所述接合单元的外观的位移并且根据位移值确定所述膜电极组件和所述气体扩散层的接合状态。
6.根据权利要求1所述的系统，其中：
所述翻转装置包括夹具，所述夹具布置在所述翻转装置的两侧以夹住所述接合单元的两个端部，并且在所述夹具夹住所述接合单元的两个端部的状态下，所述翻转装置垂直翻转所述接合单元。
7.根据权利要求1所述的系统，其中：
所述装载起重装置通过旋转螺钉改变所述接合单元的装载高度。
8.根据权利要求1所述的系统，其中：
所述传送装置真空吸附所述接合单元的上表面，并且所述检查装置布置在所述接合单元下面。
9.根据权利要求1所述的系统，其中：
当通过所述检查装置检查的所述接合单元满足针对外观的条件时，所述接合单元被装载到所述装载起重装置中，并且
当所述接合单元不满足所述针对外观的条件时，所述接合单元被取出到外部。
10.根据权利要求1所述的系统，其中：
所述检查装置包括检查视觉，所述检查视觉被配置为感测所述接合单元的外观或者将所述接合单元的外观显示在屏幕上。
11.一种用于检查燃料电池的膜电极组件的质量的方法，所述方法包括如下步骤：
将所述膜电极组件和气体扩散层彼此接合，以制造所述膜电极组件和所述气体扩散层的接合单元；
真空吸附所述接合单元的一个表面并且传送所述接合单元；
在传送所述接合单元的被真空吸附的所述一个表面的同时，感测所述接合单元的另一个表面的外观；
垂直翻转所述接合单元；
真空吸附被垂直翻转的所述接合单元的另一个表面并且传送所述接合单元；
在传送所述接合单元的被真空吸附的所述另一个表面的同时，感测所述接合单元的所述一个表面的外观；以及
当所述一个表面和所述另一个表面被检查的所述接合单元满足针对外观的条件时，装载所述接合单元。
12.根据权利要求11所述的方法，进一步包括如下步骤：
当所述一个表面或所述另一个表面的外观被检查的所述接合单元不满足所述针对外观的条件时，取出所述接合单元。
13.根据权利要求11所述的方法，进一步包括如下步骤：
当所述接合单元被制造并且在输送机上传送时，校正所述接合单元在所述输送机的宽度方向上的位置。
14.根据权利要求11所述的方法，其中，翻转所述接合单元的步骤包括：
使用夹具夹住所述接合单元的两个端部；并且
通过旋转所述夹具将所述接合单元的上表面和下表面翻转。
15.根据权利要求11所述的方法，其中，感测外观的步骤包括：
通过照射激光来感测所述接合单元的外观的位移，并且
根据所述位移的大小来确定所述接合单元的接合状态。
16.根据权利要求15所述的方法，其中：
当所述位移的大小在预设范围内时，所述接合单元被装载到装载起重装置中，以及
当所述位移的大小不在所述预设范围内时，取出所述接合单元。
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