CN107706438A - 一种燃料电池堆装配装置及装配方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及质子交换膜燃料电池领域，尤其涉及一种燃料电池堆装配装置及装配方法。所述装置主要包括导轨固定座板（1）、定位杆（3）、滑动座板（4）、一次压紧机构、二次压紧机构、滑块（6）、导轨架（9）、导轨面（13）、电堆端板压块；所述导轨固定座板（1）设置在导轨架（9）的一端；所述导轨面（13）设置在导轨固定座板（1）上；所述滑动座板（4）与二次压紧机构相连接；所述定位杆（3）与滑动座板（4）连接；所述一次压紧机构和二次压紧机构通过滑块（6）相连接。采用本燃料电池堆装配装置，可避免在电池装配过程中由于压力不均或误操作而压坏电池，同时可对电池精确加压，保证装配压力。

Description

一种燃料电池堆装配装置及装配方法

技术领域

本发明涉及质子交换膜燃料电池领域，尤其涉及一种燃料电池堆装配装置及装配方法。

背景技术

单个质子交换膜燃料电池输出功率电压较低，因此燃料电池在应用时将若干个单电池进行串联对外输出做功，燃料电池堆的装配影响燃料电池对外输出。燃料电池堆的装配效率及质量直接影响了燃料电池的对外输出。常规方法采用压力机构对电池堆进行施压，利用定位杆等装置进行定位，然后用螺杆锁紧，效率低下，装配精度难以保证。

专利CN104835978A提出了一种质子交换膜燃料电池电堆自动化装配系统。该装配系统，可实现燃料电池电堆的连续性、自动化装配和在线密封检测。但是，该系统由于采用连续自动化操作，在石墨板等脆性单电池的装配中，不可避免由于单电池材料一致性及单电池加工一致性的特点，而压坏电池，降低了装配的可靠性。

专利CN200969374Y提出了一种用于装配燃料电池堆的压紧设备。该装置在工作时，压力可调压紧装置推动第二模板以及垫块和燃料电池堆一起向第一模板方向运动，将燃料电池电堆的两端板压紧。该机构不能实现电池的快速加紧及松开，降低了电池装配效率；其次，该装置没有设置辅助的定位机构，当所装电池数目较多时，难以有效限制电堆横向偏移。

专利CN201110065618，涉及一种燃料电池电堆组装的装置和方法，该装置首先通过压力可调压装置对电堆进行预压紧，然后利用拧螺栓装置对电堆进行拧紧。该实用新型优点是自动化程度高、组装力和速度控制精确，操作简单。但是，该装置及方法同样不能实现电池的快速加紧及松开，没有限制电堆的横向偏移；其次，该装置不含有定位杆等定位装置的取出机构，需在电堆螺杆锁紧并取出设备后，单独取出，这易造成电堆二次伤害。

专利CN201966281U提出了一种质子交换膜燃料电池堆的装配和测试一体装置，该装置包括设有板式台面的工作台、设在台面的后端压力可调压紧装置、定位导杆，燃料电池堆装在台面的前端，该装置使得电池堆断面受力均匀。但是，该机构如以上专利所述，该装置也不能实现电池的快速加紧及松开，降低了装配效率

由以上专利可知，现有燃料电池堆装配装置存在装配效率不高，装配通用性差，装配可靠性不高的问题。

发明内容

针对背景技术中的问题，本发明的目的在于提供一种燃料电池堆装配装置及装配方法，可对不同型号燃料电池进行装夹，同时可快速完成加紧和松脱。同时，该装置可移动，能对电池方便的进转移。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种燃料电池堆装配装置，所述装置主要包括导轨固定座板（1）、定位杆（3）、滑动座板（4）、一次压紧机构、二次压紧机构、滑块（6）、导轨架（9）、导轨面（13）、电堆端板压块，其特征在于：

所述导轨固定座板（1）固定于导轨架（9）的一端，根据所装电堆形状，导轨固定座板（1）与电堆端面间加入电堆端板压块，对电池装配中电堆的一个端面进行压紧；

所述导轨面（13）为导轨架（9）的表面，电池装配中与电堆的一个端面接触，限制电堆三个自由度，同时对电池进行面定位；

根据所装电堆形状，所述滑动座板（4）与电堆端面间加入电堆端板压块，对电池装配中电堆的另一个端面进行压紧；

所述滑动座板（4）与二次压紧机构连接；

所述定位杆（3）与滑动座板（4）连接，对电堆进行定位；

所述一次压紧机构和二次压紧机构通过滑块（6）相连接；

所述滑块（6）沿着导轨面（13）滑动。

进一步地，所述一次压紧机构为曲柄滑块机构，对电堆进行首次加压，包括连杆（7）和手轮（8）；

所述连杆的一端和手轮的一端相连接，连杆通过手轮来控制。

进一步地，所述二次压紧机构为液压或气压机构，对电池堆进行二次精确加压。

进一步地，所述二次压紧机构为液压机构，包括液压缸（5）；

所述液压缸上连接有压力显示表，实时显示施加于被装电堆上的压力。

进一步地，所述一次压紧机构和二次压紧机构均含有自锁机构，保证电池堆压紧后不松动。

进一步地，所述导轨面（13）上设有刻度，对所装电堆进行测量。

进一步地，所述导轨固定座板（1）和导轨架（9）的连接设计为可分离式，随着电堆端板厚度的不同，可以实现调节，其连接则用螺栓紧固件。

进一步地，所述滑动座板（4）上开有通槽，该通槽根据所装电堆形状，配合使用电堆端板压块，对电池装配中电堆的另一个端面进行夹紧。

进一步地，所述装置还包括辅助定位保护架（2），设置在导轨架的两侧，对电池进行保护及定位。

进一步地，所述装置还包括拉紧杆（14），所述拉紧杆（14）连接在导轨固定座板（1）和导轨架（9）之间，用以增加固定座板（1）的强度。

进一步地，所述装置还包括运动轮（10）；

所述运动轮（10）安装在导轨架（9）的底下，能改变倾角，使电池转动90度，对压紧电堆进行转移，完成检查漏气量及性能测试。

一种燃料电池堆装配方法，所述方法包括如下步骤：

（1）根据所装电堆截面大小，选择合适电堆端板压块与导轨固定座板、滑动座板相连，在导轨面上依次放置电堆的端板绝缘板电极单电池；

（2）电堆部件依次在导轨面上放置后，利用一次压紧机构，对松散的电堆进行首次加压；

（3）一次加压后，滑块用紧固螺钉进行固定锁紧，锁紧后液压缸开始工作，液压缸加压行程较一次加压行程要短，可对电堆进行精确加压；

（4）燃料电池堆压紧后，该装置设置有运动轮，对电池进行运输，完成测试；

（5）当电池测试合格后，可利用螺杆锁紧电池堆，锁紧后，利用曲柄滑块机构快速松脱电堆，完成电堆的组装及测试。

本发明相对于现有技术的有益效果在于：

（1）本发明的装置设置有两次压紧机构。一次压紧机构为曲柄滑块机构，对电堆进行首次加压；二次压紧机构为液压机构，对电池堆进行二次精确加压。两次压紧机构均含有自锁机构，保证电池堆压紧后不松动。两次压紧机构可快速装夹及松脱，提高电池装配效率。

（2）本发明的装置设置有曲柄滑块机构，电池装配完成后，利用曲柄滑块机构将可平稳取出定位杆或其他销钉等定位装置。

（3）本发明的装置含有可移动的轮，该装置还可改变倾角，使电池转动90度，可对压紧电堆进行转移，完成检查漏气量及性能测试。

（4）本发明的装置左端导轨端板与导轨设计为可分离式，随着电堆端板厚度的不同，可以实现调节。

（5）导轨架两侧含有辅助定位保护装置，对没有单独设置定位结构的电堆，该保护架可以有效防止单电池在堆叠过程中的错位，同时可以保证电池在压紧过程中对齐。

采用本发明的燃料电池堆装配装置，可避免在电池装配过程中由于压力不均或误操作而压坏电池，同时可对电池精确加压，保证装配压力，可对含有定位装置的定位杆及销进行抽取，避免定位装置随意抽拔造成的电池损害，对不含定位装置的电池进行定位，可对电池装配过程中进行保护性定位，通用性好，可对不同截面形状及不同单电池数燃料电池堆进行装配，保证电池装配的可靠性、一致性，提高了电池装配效率。

附图说明

图1是本发明的燃料电池堆装配装置结构示意图。

图2是本发明的燃料电池堆装配装置剖视图。

图2，1-导轨固定座板；2-辅助定位保护架；3-定位杆；4-滑动座板；5-液压缸；6-滑块；7-连杆；8-手轮；9-导轨架；10-运动轮；11-定位孔；12-滑块锁紧螺钉；13-带刻度导轨面；14-拉紧杆；15-辅助定位保护架紧固螺钉。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，对本发明的具体实施方案作详细的阐述。这些具体实施方式仅供叙述而并非用来限定本发明的范围或实施原则，本发明的保护范围仍以权利要求为准，包括在此基础上所作出的显而易见的变化或变动等。

图1是本发明的燃料电池堆装配装置结构示意图，图2是本发明的燃料电池堆装配装置剖视图。

如图1和图2所示，本发明的燃料电池堆装配装置包括导轨固定座板1、辅助定位保护架2、定位杆3、滑动座板4、液压缸5、滑块6、连杆7、手轮8、导轨架9、运动轮10、定位孔11、滑块锁紧螺钉12、带刻度导轨面13、拉紧杆14、辅助定位保护架紧固螺钉15。

导轨固定座板1通过螺栓与导轨架9相连，同时，导轨固定座板1利用两根拉紧杆14与导轨架9相连，增加固定座板1的强度。导轨固定座板端面上开有螺孔，根据所装电堆形状，配合使用电堆端板压块，该压块用螺母与导轨固定座板端面的螺孔连接，对电池装配中电堆的一个端面进行加紧。

滑动座板4沿半径方向开有通槽，此通槽可以根据所装电堆形状，配合使用电堆端板压块，对电池装配中电堆的另一个端面进行夹紧，从而对多尺寸规格燃料电池堆进行装配。电堆端板压块通过螺钉与滑动座板通槽相连。滑动座板槽内可连接定位杆3，对需要定位杆的电堆进行定位。由于滑动座板4沿半径方向开有通槽，所以定位杆可对不同电堆不同位置定位杆进行连接。

导轨架上为带有刻度的导轨面13，导轨面与电堆接触，限制电堆三个自由度，还对电池进行面定位。导轨带有刻度，可对所装电堆进行测量。

同时滑块6在该导轨面上可自由滑动，该滑块分别与液压缸5及连杆7相连。连杆通过手轮8控制。电池装配施压前，电堆呈松散状态，此时利用不大的压力便可将电堆压缩较长的距离，转动手轮8，对电池堆进行第一次施压。第一次施压后，观察电堆被压紧状态，若发现有电堆有明显缺陷，可松开手轮8，进行调整，避免电池被后续的二次压紧破坏。确定后，将滑块锁紧螺钉12锁紧，滑块6被固定在导轨架上，完成第一次压紧。

将液压缸5内通入液压油，观察液压缸自带压力，当压力表到达所需压力或电堆压紧的尺寸到达带刻度导轨面设定刻度时，停止对液压缸供油，并将液压缸进出油口封闭，保证电堆被锁紧。

电堆被两次锁紧过程中，可利用辅助定位保护架2对所加紧电堆进行定位及保护，防止电堆加紧过程中的偏移。根据被加紧电堆的长度，可选择装配在导轨架9上的辅助定位保护架2的个数，以保证电堆被辅助定位保护架2定位保护。辅助定位保护架通过紧固螺钉15与导轨架相连。

运动轮10安装在导轨架9的底下，电堆完成压紧后，可通过运动轮10，对电池进行转移，方便进行电池检测及测试。同时，该装置还可旋转90度，满足不同倾角电堆的检测及测试。

电堆完成测试后，可根据实际利用螺杆对电堆进行最终的锁紧。螺杆锁紧后，松开滑块锁紧螺钉12，利用手轮8及连杆7带动滑块、液压缸、滑动座板及定位杆运动，使定位杆脱离电池。

本发明的燃料电池堆装配方法如下：

根据所装电堆截面大小，选择合适垫块与导轨固定座板、滑动座板相连，在导轨面上依次放置电堆的端板绝缘板电极单电池，左端导轨端板与导轨设计为可分离式，随着电堆端板厚度的不同，可以实现调节，其连接则用螺栓紧固件，用拉紧杆进行加强；导轨架两侧含有辅助定位保护装置，对没有单独设置定位结构的电堆，该保护架可以有效防止单电池在堆叠过程中的错位，同时可以保证电池在压紧过程中对齐；根据不同电堆的长度，可在导轨上安装合适数目的辅助定位保护架，对电池进行保护及定位。电堆部件依次在导轨面上放置后，利用曲柄滑块机构，对松散的电堆进行首次加压。由于未加压的松散电堆到完全压紧所需压紧行程较大，因此曲柄滑块机构可完成快进加压，首次加压还可发现电池在放置的过程中是否有不平整等误操作，避免在二次液压缸加压过程中压坏电池。一次加压后，滑块用紧固螺钉进行固定锁紧，锁紧后液压缸开始工作，液压缸加压行程较一次加压行程要短，可对电堆进行精确加压。两次加压过程可通过液压缸相连压力表读得压力数据，同时还可根据导轨面上刻度尺来判断电堆的压紧情况。

燃料电池堆压紧后，该装置设置有小轮，可对电池进行运输，完成漏气量的检查，同时该装置可直立呈90度放置，方便的电池的测试。

Claims (12)

1.一种燃料电池堆装配装置，所述装置主要包括导轨固定座板（1）、定位杆（3）、滑动座板（4）、一次压紧机构、二次压紧机构、滑块（6）、导轨架（9）、导轨面（13）、电堆端板压块，其特征在于：

所述导轨固定座板（1）固定于导轨架（9）的一端，根据所装电堆形状，导轨固定座板（1）与电堆端面间加入电堆端板压块，对电池装配中电堆的一个端面进行压紧；

所述导轨面（13）为导轨架（9）的表面，电池装配中与电堆的一个端面接触，限制电堆三个自由度，同时对电池进行面定位；

根据所装电堆形状，所述滑动座板（4）与电堆端面间加入电堆端板压块，对电池装配中电堆的另一个端面进行压紧；

所述滑动座板（4）与二次压紧机构连接；

所述定位杆（3）与滑动座板（4）连接，对电堆进行定位；

所述一次压紧机构和二次压紧机构通过滑块（6）相连接；

所述滑块（6）沿着导轨面（13）滑动。

2.根据权利要求1所述的一种燃料电池堆装配装置，其特征在于：

所述一次压紧机构为曲柄滑块机构，对电堆进行首次加压，包括连杆（7）和手轮（8）；

所述连杆的一端和手轮的一端相连接，连杆通过手轮来控制。

3.根据权利要求1所述的一种燃料电池堆装配装置，其特征在于：

所述二次压紧机构为液压或气压机构，对电池堆进行二次精确加压。

4.根据权利要求3所述的一种燃料电池堆装配装置，其特征在于：

所述二次压紧机构为液压机构，包括液压缸（5）；

所述液压缸上连接有压力显示表，实时显示施加于被装电堆上的压力。

5.根据权利要求1所述的一种燃料电池堆装配装置，其特征在于：

所述一次压紧机构和二次压紧机构均含有自锁机构，保证电池堆压紧后不松动。

6.根据权利要求1所述的一种燃料电池堆装配装置，其特征在于：

所述导轨面（13）上设有刻度，对所装电堆进行测量。

7.根据权利要求1所述的一种燃料电池堆装配装置，其特征在于：

所述导轨固定座板（1）和导轨架（9）的连接设计为可分离式，随着电堆端板厚度的不同，可以实现调节，其连接则用螺栓紧固件。

8.根据权利要求1所述的一种燃料电池堆装配装置，其特征在于：

所述滑动座板（4）上开有通槽，该通槽根据所装电堆形状，配合使用电堆端板压块，对电池装配中电堆的另一个端面进行夹紧。

9.根据权利要求1所述的一种燃料电池堆装配装置，其特征在于：

所述装置还包括辅助定位保护架（2），设置在导轨架的两侧，对电池进行保护及定位。

10.根据权利要求1所述的一种燃料电池堆装配装置，其特征在于：

所述装置还包括拉紧杆（14），所述拉紧杆（14）连接在导轨固定座板（1）和导轨架（9）之间，用以增加固定座板（1）的强度。

11.根据权利要求1所述的一种燃料电池堆装配装置，其特征在于：

所述装置还包括运动轮（10）；

所述运动轮（10）安装在导轨架（9）的底下，能改变倾角，使电池转动90度，对压紧电堆进行转移，完成检查漏气量及性能测试。

12.一种燃料电池堆装配方法，其特征在于：

所述方法包括如下步骤：

（1）根据所装电堆截面大小，选择合适电堆端板压块与导轨固定座板、滑动座板相连，在导轨面上依次放置电堆的端板绝缘板电极单电池；

（2）电堆部件依次在导轨面上放置后，利用一次压紧机构，对松散的电堆进行首次加压；

（3）一次加压后，滑块用紧固螺钉进行固定锁紧，锁紧后液压缸开始工作，液压缸加压行程较一次加压行程要短，可对电堆进行精确加压；

（4）燃料电池堆压紧后，该装置设置有运动轮，对电池进行运输，完成测试；

（5）当电池测试合格后，可利用螺杆锁紧电池堆，锁紧后，利用曲柄滑块机构快速松脱电堆，完成电堆的组装及测试。