CN108461772B - 一种燃料电池密封圈自动装配设备 - Google Patents

一种燃料电池密封圈自动装配设备 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种金属极板密封圈自动装配设备，该设备至少包括：机架、移载机构、测量装置、涂胶装置、金属极板吸附装置、存放定位机构、密封圈顶出机构及相应控制系统。所述存放定位机构和顶出机构保证了密封圈的定位和装配工作的连续性。所述涂胶装置和移载机构都有精确的定位控制装置。该设备解决了密封圈较软带来的难定位，以及密封圈粘接到极板上的错位和脱落等问题。通过该自动装配设备，可实现极板上密封圈的连续性、自动化的高精度装配。

Description

一种燃料电池密封圈自动装配设备
技术领域
本发明涉及的是一种燃料电池电堆装配技术领域的方法，具体是一种燃料电池密封圈自动装配系统。
背景技术
燃料电池是一种把燃料与氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置。相比于传统电池，它具有污染小和能量转化率高等优点，是传统高消耗高污染电池理想的替代品。燃料电池的这种特性符合可持续发展的能源战略，已经受到国家政府和能源动力厂商的高度重视，具有良好的发展前景。根据电池采用的电解质不同，燃料电池可分为质子交换膜燃料电池、碱性燃料电池、磷酸型燃料电池、固体氧化物燃料电池、熔融碳酸盐型燃料电池等。其中质子交换膜燃料电池有独特而明显的优势，其采用固态电解质高分子膜作为电解质，工作中无电解质泄漏、安全、能量密度高、可靠性高，且可在低温(75-85℃)的环境中工作。正因为如此，质子交换膜燃料电池脱颖而出，成为了燃料电池领域研究的热点。
质子交换膜燃料电池电堆主要由膜电极组件(MEA)、双极板和密封元件等组成。如图1所示，电堆不是双极板的简单堆叠。双极板之间夹着一层MEA，而双极板和MEA之间的密封靠密封圈来保证。每一片双极板两面都有密封凹槽，用来给密封圈定位。一个完整的密封单元依次为为双极板、密封圈、MEA、密封圈和双极板。由于密封圈形状比较复杂而且密封材料一般硬度不高，密封圈在装配过程中的定位具有很大的困难。所以采用的方法是先把密封圈固定到双极板的凹槽中，再把双极板和MEA堆叠装配起来。这种装配方式必然会涉及到密封性的问题,而且直接影响到电池的性能。密封性包括燃料电池内部的气体不能泄漏到电池外部，还有内部的氧化剂和燃料要严格隔离。而且随着电堆中包含的双极板数目的增加，气体更加容易外漏和互串。
对于密封问题，现在普遍采用的方法是在双极板上粘贴用来密封的橡胶圈，然后通过对电堆施加一定的压力来压缩橡胶圈。压缩后的橡胶圈能够隔离各个气体通道和电池外部，从而达到密封的目的。但是由于密封的特性决定的橡胶材料材质较软，人工把密封圈粘贴到双极板上的用来密封凹槽时，密封圈很容易变形。变形可能会导致密封圈粘贴到凹槽之外，失去密封效果；可能会导致密封圈粘贴不平整，产生褶皱，影响密封性能。其次，双极板上的密封凹槽的线路比较复杂，导致橡胶密封圈的形状不是规整的圆形或者方形，而是和双极板上的密封线相同的不规则形状。这进一步加大了密封圈的粘贴难度。由此可见，人工粘贴密封圈对操作要求十分严格，而且效率低下，材料报废率高。而且就算用普通的吸附装置，密封圈的形状和位置很难固定。这给自动化机构带来了很大的问题。
现有技术中，存在一种针对单个双极板的密封件自动黏贴设备，这种设备的技术方案为：通过底座和压板上与密封件形状吻合的沟槽来放置密封圈，并用沟槽表面设置的气眼和连接的真空泵吸附。放上双极板后，控制底座和压板并拢，使密封圈对准极板上的凹槽。继续施压，从而使密封件黏贴在极板上。但是，该设备一次只能黏贴一块双极板，极板的放置和取出还有胶水的涂抹都需要人工干预，工作效率低，不能满足批量化的装配要求。
又例如，现有技术中，存在一种使用机械手臂的密封圈连续自动装配设备。该设备的特点在于通过直线送料器和四工位间歇式转盘连续地进行上料和装配工作。机械手用来移动密封圈，可撑开导柱用来定型密封圈。但是，该设备只能操作形状比较简单的密封圈。当密封圈的形状比较复杂时，很难用机械手来抓取。其次，形状复杂的密封圈也很难用导柱来定位。
再例如，现有技术中，存在一种由活塞机构及活动缸体机构组成的密封圈自动安装设备。该设备的特点在于使用带有吸附销的活塞机构，可以自动吸附密封圈并安装到制定位置，操作便捷。还可以适应多种类型的密封圈。但是，该设备在处理形状复杂的密封圈时，有可能会造成部分脱落。
综上所述，现有的燃料电池密封圈自动粘贴设备无法同时解决复杂形状的密封圈的移动和定位，还有安装效率的问题。
发明内容
本发明针对现有设备的不足，提供了一种燃料电池密封圈自动粘贴新设备。设备的工作精度高，可实现连续装配，解决了复杂形状密封圈的自动粘贴问题。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现。本发明包括：机架、涂胶装置、吸附装置、存放定位机构、顶出机构、移载机构及相应控制系统。其中，移载机构固定在机架两侧,测量装置、涂胶装置和吸附装置固定在移载机构前端，存放定位机构和顶出机构固定在机架下方的空位，控制系统用于控制各机构的协同工作。
所述移载机构包括：结构相同的第一移载机构和第二移载机构，包括机械臂和驱动装置。其中：机械臂前端有一个模式切换装置，可以切换前端的工具。
所述驱动装置可以是电动或气动装置。
所述存放定位机构包括：极板放置框A，极板放置框B，密封圈存放凹槽A和密封圈存放凹槽B。其中凹槽的形状和大小与密封圈相同。极板放置框A存放未粘贴密封圈的极板，极板放置框B存放已贴好密封圈的极板.凹槽A和凹槽B分别放置极板两面不同的密封圈。
所述顶出机构包括：凸模和驱动装置。其中凸模的形状和大小与密封圈相同，驱动装置安装在凸模下方，控制凸模移动。
所述凸模嵌入凹槽，可沿竖直方向滑动。
所述的测量装置包括：非接触式距离测量探头及数据处理系统
其中：测量探头固定在机械臂前端的模式切换装置上并与数据处理系统相连，数据处理系统包含在控制系统中。
所述涂胶装置包括：涂胶机、胶枪。其中胶枪固定在机械手臂前端的模式切换装置上并与涂胶机相连，涂胶机放在机架旁边。
所述吸附装置包括：真空吸盘、真空泵和驱动装置.其中电机连接在机械手臂前端的模式切换装置上，真空吸盘固定在电机上，真空泵放在机架旁边。
所述测量装置可以是激光测量器。
本发明通过以下方式进行工作：极板放置框A堆放极板，凹槽A和B堆放密封圈；通过第一移载机构的测量装置测量凹槽A最上层密封圈的表面高度，并通过涂胶装置涂胶；通过第一移载机构的吸附装置取出极板放置框A里最上层的极板；移动极板，使得其下侧的密封槽对准凹槽A里的密封圈，下压使该侧的密封圈粘接完成后提起；同一时间，通过第二移载机构的测量装置测量凹槽B最上层密封圈的表面高度，并通过涂胶装置涂胶；然后，通过第一和第二移载机构的吸附装置，把一侧粘有密封圈的极板从第一传递到第二，并使得未粘密封圈的一侧朝下；移动极板，对准密封槽和凹槽B里的密封圈，下压使该侧的密封圈粘接完成后提起；通过第二移载机构的吸附装置把两侧都粘有密封圈的极板放至极板放置框B；通过顶出机构，将凹槽A和B里的密封圈顶起一定高度。
与现有技术相比，本发明的特点在于：通过深凹槽和顶出机构实现密封圈的堆叠和连续使用，为连续装配提供了可能；通过机械手臂移动极板和翻面，提高了装配效率；通过高自由度的机械手臂移动胶枪涂胶，提高了涂胶精度。
附图说明
本发明的以上发明内容以及下面的具体实施方式在结合附图阅读时会得到更好的理解。需要说明的是，附图仅作为所请求保护的发明的示例。在附图中，相同的附图标记代表相同或类似的元素。
图1A和图1B为根据本发明一实施例的密封圈存放凹槽和顶出机构位置关系图；
图2为根据本发明一实施例的燃料电池密封组装图；
图3为根据本发明一实施例的极板密封圈自动装配设备整体示意图。
附图标记说明
1.机架
2.机架上平台
3.第一移载机构
4.第二移载机构
5.驱动装置
6.驱动装置
7.机械手臂
8.模式切换装置
9.存放定位机构
10.双极板
11.极板放置框A
12.极板放置框B
13.密封圈存放凹槽A
14.密封圈存放凹槽B
15.顶出机构
16.凸模
17.涂胶装置
18.胶枪
19.测量装置
20.吸附装置
21.真空吸盘
具体实施方式
以下在具体实施方式中详细叙述本发明的详细特征以及优点，其内容足以使任何本领域技术人员了解本发明的技术内容并据以实施，且根据本说明书所揭露的说明书、权利要求及附图，本领域技术人员可轻易地理解本发明相关的目的及优点。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现。本发明包括：机架、涂胶装置、吸附装置、存放定位机构、顶出机构、移载机构及相应控制系统。其中，移载机构固定在机架两侧,测量装置、涂胶装置和吸附装置固定在移载机构前端，存放定位机构和顶出机构固定在机架下方的空位，控制系统用于控制各机构的协同工作。
所述移载机构包括：结构相同的第一移载机构和第二移载机构，包括机械臂和驱动装置。其中：机械臂前端有一个模式切换装置，可以切换前端的工具。
所述驱动装置可以是电动或气动装置。
所述存放定位机构包括：极板放置框A，极板放置框B，密封圈存放凹槽A和密封圈存放凹槽B。其中凹槽的形状和大小与密封圈相同。极板放置框A存放未粘贴密封圈的极板，极板放置框B存放已贴好密封圈的极板.凹槽A和凹槽B分别放置极板两面不同的密封圈。
所述顶出机构包括：凸模和驱动装置。其中凸模的形状和大小与密封圈相同，驱动装置安装在凸模下方，控制凸模移动。
所述凸模嵌入凹槽，可沿竖直方向滑动。参见附图1A和图1B。
所述的测量装置包括：非接触式距离测量探头及数据处理系统。
其中：测量探头固定在机械臂前端的模式切换装置上并与数据处理系统相连，数据处理系统包含在控制系统中。
所述涂胶装置包括：涂胶机、胶枪。其中胶枪固定在机械手臂前端的模式切换装置上并与涂胶机相连，涂胶机放在机架旁边。
所述吸附装置包括：真空吸盘、真空泵和驱动装置.其中电机连接在机械手臂前端的模式切换装置上，真空吸盘固定在电机上，真空泵放在机架旁边。
所述测量装置可以是激光测量器。
本发明通过以下方式进行工作：极板放置框A堆放极板，凹槽A和B堆放密封圈；通过第一移载机构的测量装置测量凹槽A最上层密封圈的表面高度，并通过涂胶装置涂胶；通过第一移载机构的吸附装置取出极板放置框A里最上层的极板；移动极板，使得其下侧的密封槽对准凹槽A里的密封圈，下压使该侧的密封圈粘接完成后提起；同一时间，通过第二移载机构的测量装置测量凹槽B最上层密封圈的表面高度，并通过涂胶装置涂胶；然后，通过第一和第二移载机构的吸附装置，把一侧粘有密封圈的极板从第一传递到第二，并使得未粘密封圈的一侧朝下；移动极板，对准密封槽和凹槽B里的密封圈，下压使该侧的密封圈粘接完成后提起；通过第二移载机构的吸附装置把两侧都粘有密封圈的极板放至极板放置框B；通过顶出机构，将凹槽A和B里的密封圈顶起一定高度。
与现有技术相比，本发明的特点在于：通过深凹槽和顶出机构实现密封圈的堆叠和连续使用，为连续装配提供了可能；通过机械手臂移动极板和翻面，提高了装配效率；通过高自由度的机械手臂移动胶枪涂胶，提高了涂胶精度。
以下结合附图对本发明的装置和实施过程做进一步描述：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图2所示，本实施例包括：机架1、涂胶装置17、测量装置19、吸附装置20、存放定位机构9、顶出机构15、移载机构3,4及相应控制系统。其中，移载机构3,4固定在机架1两侧,测量装置19、涂胶装置17和吸附装置20固定在移载机构3,4前端，存放定位机构9和顶出机构15固定在机架1下方的空位，控制系统用于控制各机构的协同工作。
所述移载机构包括：第一移载机构3和第二移载机构4，包括机械臂7和驱动装置5。其中：机械臂7的前端有一个模式切换装置8，可以切换前端的工具。
所述驱动装置5,6可以是电动或气动装置。
所述存放定位机构9包括：极板放置框A11，极板放置框B12，密封圈存放凹槽A13和密封圈存放凹槽B14。其中凹槽的形状和大小与密封圈匹配。极板放置框A11存放未粘贴密封圈的极板10，极板放置框B12存放已贴好密封圈的极板.密封圈存放凹槽A13和密封圈存放凹槽B14分辨放置极板两面不同的密封圈。
所述顶出机构15包括：凸模16和驱动装置6。其中凸模16的形状和大小与密封圈匹配，驱动装置6安装在凸模下方，控制凸模移动。
所述凸模16嵌入密封圈存放凹槽13,14，可沿竖直方向滑动。
所述的测量装置19包括：非接触式距离测量探头及数据处理系统。
中：测量探头固定在机械臂前端的模式切换装置8上并与数据处理系统相连，数据处理系统包含在控制系统中。
所述涂胶装置17包括：涂胶机(未显示)和胶枪18。其中胶枪18固定在机械臂7前端的模式切换装置8上并与涂胶机相连，涂胶机放在机架1旁边。
所述测量装置19可以是激光测量器。
所述吸附装置20包括：真空吸盘21、真空泵(未显示)和驱动装置5。其中驱动装置5连接在机械臂7前端的模式切换装置8上，真空吸盘21固定在驱动装置5上，真空泵放在机架1旁边。
本极板密封圈自动装配设备的工作过程如下：极板放置框A11堆放极板10，凹槽A13和凹槽B14堆放密封圈；通过第一移载机构3的测量装置19测量凹槽A13最上层密封圈的表面高度，并通过涂胶装置17涂胶；通过第一移载机构3的吸附装置20取出极板放置框A11里最上层的极板10；移动极板10，使得其下侧的密封槽对准凹槽A13里的密封圈，下压使该侧的密封圈粘接完成后提起；同一时间，通过第二移载机构4的测量装置19测量凹槽B14最上层密封圈的表面高度，并通过涂胶装置17涂胶；然后，通过第一和第二移载机构3,4的吸附装置20，把一侧粘有密封圈的极板10从第一移载机构3传递到第二移载机构4，并使得未粘密封圈的一侧朝下；移动极板10，对准密封槽和凹槽B14里的密封圈，下压使该侧的密封圈粘接完成后提起；通过第二移载机构4的吸附装置20把两侧都粘有密封圈的极板10放至极板放置框B12；通过顶出机构15，将凹槽A13和凹槽B14里的密封圈顶起一定高度。
如本申请和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。一般说来，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的步骤和元素，而这些步骤和元素不构成一个排它性的罗列，方法或者设备也可能包含其他的步骤或元素。
这里采用的术语和表述方式只是用于描述，本发明并不应局限于这些术语和表述。使用这些术语和表述并不意味着排除任何示意和描述(或其中部分)的等效特征，应认识到可能存在的各种修改也应包含在权利要求范围内。其他修改、变化和替换也可能存在。相应的，权利要求应视为覆盖所有这些等效物。
同样，需要指出的是，虽然本发明已参照当前的具体实施例来描述，但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，在没有脱离本发明精神的情况下还可做出各种等效的变化或替换，因此，只要在本发明的实质精神范围内对上述实施例的变化、变型都将落在本申请的权利要求书的范围内。

Claims (8)

1.一种极板密封圈自动装配设备，其特征在于，所述设备至少包括：机架、移载机构、测量装置、涂胶装置、吸附装置、存放定位机构、顶出机构；
其中，所述移载机构固定在所述机架两侧，所述测量装置、所述涂胶装置和所述吸附装置固定在所述移载机构前端，所述存放定位机构和所述顶出机构固定在所述机架下方的空位；
其中，所述移载机构包括：结构相同的第一移载机构和第二移载机构，所述第一和第二移栽机构包括机械臂和驱动装置，其中，所述机械臂前端设置模式切换装置，所述测量装置、所述涂胶装置、所述吸附装置固定于所述模式切换装置上，通过所述模式切换装置切换机械臂前端的工具；
其中，所述存放定位机构包括：极板放置框A、极板放置框B、密封圈存放凹槽A和密封圈存放凹槽B，其中，所述密封圈存放凹槽A和密封圈存放凹槽B的形状和大小与密封圈匹配，所述极板放置框A存放未粘贴密封圈的极板，所述极板放置框B存放已贴好密封圈的极板，所述密封圈存放凹槽A和所述密封圈存放凹槽B分别放置极板两面不同的密封圈。
2.根据权利要求1所述的极板密封圈自动装配设备，其特征在于，所述机械臂有多个自由度，以实现精确定位。
3.根据权利要求1所述的极板密封圈自动装配设备，其特征在于，所述驱动装置为电动或气动装置。
4.根据权利要求1所述的极板密封圈自动装配设备，其特征在于，所述顶出机构包括：凸模和驱动装置，其中，所述凸模的形状和大小与所述密封圈匹配，所述驱动装置安装在凸模下方，控制凸模移动。
5.根据权利要求4所述的极板密封圈自动装配设备，其特征在于，所述凸模嵌入所述密封圈存放凹槽A和B，可沿竖直方向滑动。
6.根据权利要求1所述的极板密封圈自动装配设备，其特征在于，所述测量装置包括：非接触式距离测量探头及数据处理系统，其中，所述测量探头固定在所述机械臂前端的模式切换装置上并与所述数据处理系统相连，所述数据处理系统包含在控制系统中。
7.根据权利要求1所述的极板密封圈自动装配设备，其特征在于，所述涂胶装置包括：涂胶机和胶枪，其中，所述胶枪固定在所述机械臂前端的模式切换装置上并与所述涂胶机相连，所述涂胶机放在所述机架旁边。
8.根据权利要求1所述的极板密封圈自动装配设备，其特征在于，所述吸附装置包括：真空吸盘、真空泵和驱动装置，其中，所述驱动装置连接在所述机械臂前端的模式切换装置上，所述真空吸盘固定在所述驱动装置上，所述真空泵放在所述机架旁边。
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Denomination of invention: An automatic assembly equipment for fuel cell sealing ring

Effective date of registration: 20220719

Granted publication date: 20200918

Pledgee: China Merchants Bank Co.,Ltd. Shanghai Branch

Pledgor: Shanghai Zhizhen new energy Co.,Ltd.

Registration number: Y2022310000131

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