CN109216713A - 一种燃料电池柔性石墨双极板量产生产系统及其生产方法 - Google Patents

Abstract

一种燃料电池柔性石墨双极板量产生产系统及其生产方法，属于燃料电池技术领域。由模压成形装置、清扫装篮装置、真空浸渍装置、表面处理装置配合连接构成。上述一种燃料电池柔性石墨双极板量产生产系统及其生产方，其可以实现柔性石墨双极板的连续生产，通过连续生产及对生产过程的系统管控，达到产品质量的一致性，提高生产效率，降低劳动强度，降低制造成本，实现双极板的商品化、规模化制造。

Description

一种燃料电池柔性石墨双极板量产生产系统及其生产方法

技术领域

本发明属于燃料电池技术领域，具体为一种燃料电池柔性石墨双极板量产生产系统及其生产方法。

背景技术

氢燃料电池是一种质子交换膜燃料电池，在原理上相当于水电解的“逆” 装置。其单电池是由双极板及膜电极组成。一个单电池电压一般在 0.3-1.0V , 这个电压很低，所以在实际应用中 ，是将几十几百个单电池串联一起使用 。其中，双极板的作用主要包括 ：提供相邻单电池之间的电流通路，反应气的分配通道，冷却通道，分隔供给单电池的燃料、冷却剂（水）和氧化剂，分隔相邻电池的燃料气和氧化气，提供电池堆结构稳定所必须的机械强度等。

因此，要求双极板具有导电性 ，对气体和冷却剂具有不渗透性 ，并且还要求对于燃料 、氧化剂 、电解膜具有抗腐蚀性，双极板材质需要有一定的机械强度等。

现有技术中，双极板的材料多采用复合石墨板或者金属板。常见的双极板表面流场，其结构都是双面槽道型结构，也就是在单极板的两侧表面分别加工出复杂的“凹槽 -凸道”结构。“凹槽”部分起着气体传输通道的作用，“凸道”部分起的是电流通路作用。金属板导电性能好，强度大，但其耐腐蚀性能差，双极板的厚度必须较厚 ( 一般 >1mm)，电阻大，导热性差，而且容易污染膜电极，影响燃料电池的寿命。另外，相同体积的双极板，金属材料板重量较大，表面流场的制造成本高，同时金属板表面采用镀膜处理工艺，制造成本高，因此无法实现电堆轻量化，能量密度低，同时材料成本和加工成本高昂，应用受到较大的局限。

而柔性石墨板材的双极板制作，虽然厚度较金属板薄，重量轻，流场也可通过模压制成，材料成本及制造成本低。但由于石墨板材脆、易碎、材质疏松，在压制、物料在转运过程中保护要求高。因此，受到材质特性的限制，目前双极板的制作都是通过手工操作完成，无法实现制作过程的自动化或者半自动化。由于采用手工操作，无法实现规模化生产，效率低，劳动强度大，大大增加了制造过程中的人力成本；而整个工艺过程对操作工的操作技能要求高，在整个制作过程中，产品质量的一致性无法得到有效的保障。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明的目的在于设计提供一种燃料电池柔性石墨双极板量产生产系统及其生产方法的技术方案，其可以实现柔性石墨双极板的连续生产，通过连续生产及对生产过程的系统管控，达到产品质量的一致性，提高生产效率，降低劳动强度，降低制造成本，实现双极板的商品化、规模化制造。

所述的一种燃料电池柔性石墨双极板量产生产系统，其特征在于由模压成形装置、清扫装篮装置、真空浸渍装置、表面处理装置配合连接构成。

所述的一种燃料电池柔性石墨双极板量产生产系统，其特征在于还包括依次配合连接的整平装置、涂胶装置、压力粘合装置、高温固化装置，表面处理装置与整平装置配合连接。

所述的一种燃料电池柔性石墨双极板量产生产系统的生产方法，其特征在于包括以下步骤：

1）低密度膨胀石墨板依次经过模压成形装置的模压成形、清扫装篮装置的清扫入篮、真空浸渍装置的真空浸渍、表面处理装置的表面处理共四个步骤的工艺处理，制得成对的柔性石墨单极板；

2）成对的柔性石墨单极板依次经过整平装置的整平、涂胶装置的涂胶、压力粘合装置的加压粘合、高温固化装置的高温固化共四个步骤的工艺处理，制得柔性石墨双极板。

所述的一种燃料电池柔性石墨双极板量产生产系统的生产方法，其特征在于所述的模压成形装置包括模压机，模压机两侧分别设置原材料输送线与半成品输送线，模压机正面设置自动上下料装置；模压机为四柱压力机，模压机上安装柔性单极板成形模具；原材料输送线为倍速链输送线，其上设置材料篮；自动上下料装置为一台四轴机器人，四轴机器人上设置抓取用的机械手；半成品输送线为倍速链输送线，其上设置极板定位工装。

所述的一种燃料电池柔性石墨双极板量产生产系统的生产方法，其特征在于所述清扫装篮装置包括全自动清扫机和全自动装篮机，所述的全自动清扫机包括极板清扫装置，极板清扫装置一侧配合设置来料输送装置，极板清扫装置另一侧配合设置装篮机接驳装置，清扫工作台左右两边配合设置抓料装置；所述的来料输送装置包括输送机架，输送机架上设置至少两个顶升机构，顶升机构顶部设置顶升杆，输送机架顶部设置楔带滚筒传动装置，楔带滚筒传动装置前后侧分别设置来料定位传感器、来料定位传感器a，楔带滚筒传动装置上配合设置来料输送工装，来料输送工装上设置极板定位机构，来料输送工装上还设置与顶升杆对应的卡接孔，顶升杆与来料输送工装的卡接孔定位顶升配合；所述的极板清扫装置包括清扫机架，清扫机架上设置第一清扫工作台、第一机械手滑轨、第二机械手滑轨，第一清扫工作台上方配合设置第一清扫机械手，第一清扫机械手与第一机械手滑轨滑动配合，第一清扫机械手清扫端设置第一极板刷；第二机械手滑轨上设置与其滑动配合的第二清扫机械手，第二清扫机械手清扫端设置第二极板刷；第一清扫机械手、第二清扫机械手由模组推动或气缸推动；所述的抓料装置包括抓料机架，抓料机架上设置水平运行机构，水平运行机构上设置垂直运动机构，垂直运动机构底部配合设置真空系统，真空系统底部配合设置真空吸盘机构；所述的装篮机接驳装置包括接驳机架，接驳机架上第二清扫工作台，第二极板刷位于第二清扫工作台上方；第二清扫工作台外侧设置极板定位工装、定位工装滑轨，接驳机架相应位置设置极板定位工装传感器，极板定位工装底部与固定于接驳机架上的气缸的活塞杆固定连接，工作时气缸推动极板定位工装前进或者后退；所述的极板定位工装为锯齿形斗状结构；所述的水平运行机构为水平方向行走的伺服模组结构，水平运行机构上设置连接法兰，垂直运行机构为垂直方向行走的伺服模组结构，垂直运行机构通过连接法兰与水平运行机构固定连接；真空吸盘机构为框架结构，包括矩形吸盘固定板，矩形吸盘固定板上固定设置海绵吸盘。

所述的一种燃料电池柔性石墨双极板量产生产系统的生产方法，其特征在于所述清扫装篮装置包括全自动清扫机和全自动装篮机，所述的全自动装篮机包括第一装篮机架、第二装篮机架，第一装篮机架上设置装篮机械手，第二装篮机架上设置翻转机械手、极板篮定位工装，极板篮定位工装上设置成品输出装置，成品输出装置上设置极板篮；装篮机械手为三维运动机构，包括水平运动机构，水平运动机构上设置垂直运动机构，垂直运动机构上设置可张合的极板抓手；所述的水平运动机构为跨接安装于第一装篮机架上的桥式结构，桥式结构由两组水平行走伺服模组、安装板组成，第一装篮机架上设置水平行走伺服模组、水平位置传感器，安装板通过桥接方式联接两组水平行走伺服模组，通过水平位置传感器控制极板抓手抓取极板及放置极板的水平位置；在所述的安装板上固定安装垂直运动机构，所述的垂直运动机构由垂直行走伺服模组、底板、两套滑块导轨、垂直位置传感器组成，底板与滑块导轨桥接后，与垂直行走伺服模组固定连接，通过垂直位置传感器控制极板抓手抓取极板及放置极板的垂直位置；所述的极板抓手由安装于底板上的气爪、安装于气爪上的极板爪组成，通过水平行走及垂直行走，完成极板抓手的位置移动，通过气爪的张合，完成对极板的抓放；所述的翻转机械手二维运动机构，包括可开合的接料抓手、旋转安装板、旋转模组、开合位置传感器，旋转模组由DD马达、旋转支撑及旋转轴配合构成，旋转支撑固定安装在第二装篮机架上，旋转轴可转动地固定于旋转支撑上，DD马达固定安装在旋转支撑上，同时DD马达的输出轴与旋转轴的一端轴向连接，同时在传动时，旋转轴的输出轴与旋转轴无相对运动，在旋转轴上固定连接有旋转安装板、开合位置传感器，在旋转安装板上固定设置接料抓手；接料抓手由接料板、导杆气缸、夹紧板组成，接料板与导杆气缸固定在旋转安装板上，导杆气缸的活塞杆上固定安装夹紧板，夹紧板平行于接料板并与接料板有位置配合，通过活塞杆的伸缩推动夹紧板，完成与接料板的位置配合，在极板接驳时保证对极板的位置定位与固定控制；所述的极板篮定位工装包括工作台板、两个极板初始导向机构以及用于顶升成品输出装置的顶升机构；工作台板固定安装在第二装篮机架上，在工作台板的两侧上方固定安装极板导向装置，极板导向装置为有梳子结构状导向槽的部件，在工作台板的底面固定安装顶升机构，顶升机构包括固定安装在工作台板底面的顶升气缸、与工作台板活动连接的顶升导杆、顶升定位板，其中顶升气缸的活塞杆以及顶升导杆与顶升定位板固定连接；工作时，顶升气缸活塞杆的伸缩带动顶升定位板，顶升定位板可穿过成品输出装置作上下运动；所述的成品输出装置为皮带滚筒传动装置，固定安装在极板篮定位工装的工作台板上面，皮带滚筒传动装置可正反向运动；同时，在皮带滚筒传动装置的顶部设置极板篮定位工装；顶升定位板在工作时，与极板篮定位工装定位连接；所述的极板篮为框架结构，结构内部设置与极板尺寸相配合的许多栅格，极板篮定位安装在极板篮定位工装上。

所述的一种燃料电池柔性石墨双极板量产生产系统的生产方法，其特征在于所述真空浸渍装置包括浸渍罐，浸渍罐上设置加热温控系统，浸渍罐的两侧设置抽真空系统、加正压系统，浸渍罐的上方设置吊装搬运机构，浸渍罐为密封结构，可同时承受正压与负压，浸渍罐上设置开启用的密闭门、抽真空接口、破真空接口、排污口，浸渍罐内盛有浸渍用的溶液。

所述的一种燃料电池柔性石墨双极板量产生产系统的生产方法，其特征在于所述表面处理装置设置表面处理池、水浴固化池，表面处理池及水浴固化池的上方设置吊装搬运机构，水浴固化池旁顺序设置控干池、循环热风干燥箱及半成品单极板输送线，表面处理池为密闭结构箱体，箱体内盛有活性剂溶液；水浴固化池为开式溶液池；循环热风干燥箱为密闭结构，两端设置可开启的密封门，箱体内部热风循环，箱体外部有空气加热除湿机构；半成品单极板输送线为链条传动输送线，且分为三段，箱体外有一进一出各一段，箱体内有一段，行进方式为步进输送。

所述的一种燃料电池柔性石墨双极板量产生产系统的生产方法，其特征在于所述的整平装置包括加压机，加压机上设置用于整平处理的整平工装，加压机为四柱压力机，压力机上设置压力传感器及压力反馈系统，压力传感器与压力机构成一个闭环压力反馈系统；

所述涂胶装置包括单极板供料机、涂胶机，涂胶装置上设置单极板供料机、涂胶机；单极板供料机跨接在涂胶机上，单极板供料机上设置取料机械手及极板定位工装，涂胶机设置工作平台及丝网印机构，在工作平台上设置极板定位工装；

所述压力粘合装置包括压力机，压力机上设置极板粘合工装、压力控制及压力反馈的压力控制系统，压力控制系统为闭环控制系统；

所述的高温固化装置包括温控隧道炉及贯穿所述温控隧道炉的成品输送装置，所述温控隧道炉为密闭结构，两端设置密闭门，温控隧道炉内均匀设置一组温度采样传感器，成品输送装置为步进输送装置。

所述的一种燃料电池柔性石墨双极板量产生产系统的生产方法，其特征在于具体包括以下步骤：

1）当模压成形装置处于工作状态时，原材料输送线通过原材料输送线将低密度石墨板材输送至接近模压机的位置后，四轴机器人抓取低密度膨胀石墨板至柔性单极板成形模具内，模压机启动，经过加压施力后，低密度膨胀石墨板的厚度被压缩至设定值，同时在低密度膨胀石墨板的上表面或上下表面压制出所需的流场，此时制出半成品单极板；完成上述动作后，四轴机器人将制成的半成品单极板抓取至半成品输送线上并输送至清扫装篮步骤；

2）当半成品单极板到达缓存工作台后，抓取机械手抓取半成品单极板至清扫工作台上，清扫机械手迅速完成半成品单极板的两面清扫工作，然后装篮机械手将清扫完毕的半成品单极板抓取至极板篮内，极板篮会同半成品单极板流转至真空浸渍处理步骤；

3）通过吊装搬运机构把一定数量极板篮一起吊装入浸渍罐内，进行浸渍处理；浸渍处理时，先对浸渍罐抽真空，当浸渍罐内的真空度达到设定值后，按照设定的时间保压，然后破真空，改为向浸渍罐内输送正压，正压达到设定值后，按照设定的时间保压；如此反复循环，循环次数达到设定值后取出极板篮，流转至表面处理步骤；

4）浸渍处理完毕的半成品单极板与极板篮一起浸入到表面处理池内，通过浸泡去除半成品单极板表面的浸渍残留物，然后浸入水浴固化池进行浸渍物固化处理，然后经过控干池控干，最后，通过半成品单极板输送线流入到循环热风干燥箱内进行干燥处理，除湿干燥完毕后，流转至整平处理步骤；

5）将除湿干燥完毕的半成品单极板放置在整平工装内，启动加压机，压力达到设定值后，停止加压；此时一件成品单极板制作完成，成品单极板流转至涂胶装置进行涂胶处理；

6）成品单极板通过单极板供料机上的机械手，被抓取至涂胶机工作平台上，涂胶机及丝网印机构开启工作，完成丝网印涂胶，单极板供料机上的机械手再将已经涂好的产品单极板抓取至单极板供料机上，流转至压力粘合步骤；

7）将涂好胶的成品单极板放置在极板粘合工装内，启动压力机压力达到设定值后，停止加压，此时一件半成品双极板制作完成，然后流转至高温固化步骤；

8）粘合好的双极板流入温控隧道炉内，进行胶水加速固化处理，温控隧道炉升温至设定值后，再进行保温，保温时间达到设定值后，开启隧道炉密闭门，成品输送装置将成品双极板输送出隧道炉，即得到最终产品柔性石墨双极板。

上述一种燃料电池柔性石墨双极板量产生产系统及其生产方，其可以实现柔性石墨双极板的连续生产，通过连续生产及对生产过程的系统管控，达到产品质量的一致性，提高生产效率，降低劳动强度，降低制造成本，实现双极板的商品化、规模化制造。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2为本发明全自动清扫机的结构示意图；

图3为本发明全自动清扫机的来料输送装置结构示意图；

图4为本发明全自动清扫机的抓料装置结构示意图；

图5为本发明全自动清扫机的装篮机接驳装置结构示意图；

图6为本发明全自动装篮机的结构示意图；

图7为本发明全自动装篮机的翻转机械手结构示意图；

图8为本发明全自动装篮机的极板篮定位工装结构示意图。

图中：1-模压机，2-自动上下料装置，3-低密度膨胀石墨板，4-原材料输送线，5-半成品输送线，6-清扫装篮装置，7-吊装搬运装置，8-浸渍罐，9-抽真空系统，10-加正压系统，11-表面处理池，12-水浴固化池，13-控干池，14-循环热风干燥箱，15-半成品单极板输送线，16-加压机，17-单极板供料机，18-涂胶机，19-压力机，20-温控隧道炉，21-成品输送装置。

具体实施方式

以下结合说明书附图对本发明作进一步说明。

如图所示，该氢燃料电池用柔性石墨双极板的连续生产系统，由模压成形装置、清扫装篮装置、真空浸渍装置、表面处理装置配合连接构成，还包括依次配合连接的整平装置、涂胶装置、压力粘合装置、高温固化装置，表面处理装置与整平装置配合连接。

采用上述连续生产系统的生产方法，包括以下步骤：

1）低密度膨胀石墨板依次经过模压成形装置的模压成形、清扫装篮装置的清扫入篮、真空浸渍装置的真空浸渍、表面处理装置的表面处理共四个步骤的工艺处理，制得成对的柔性石墨单极板；

2）成对的柔性石墨单极板依次经过整平装置的整平、涂胶装置的涂胶、压力粘合装置的加压粘合、高温固化装置的高温固化共四个步骤的工艺处理，制得柔性石墨双极板。

上述模压成形装置包括模压机1，模压机1两侧分别设置原材料输送线4与半成品输送线5，模压机1正面设置自动上下料装置2。模压机1为四柱压力机，模压机1上安装有柔性单极板成形模具；原材料输送线4为倍速链输送线，其上设置材料篮；自动上下料装置2为一台四轴机器人，四轴机器人上设置抓取用的机械手；半成品输送线5为倍速链输送线，其上设置极板定位工装。当模压成形装置处于工作状态时，原材料输送线4通过原材料输送线4将低密度石墨板材3输送至接近模压机1的位置后，四轴机器人抓取低密度膨胀石墨板3至柔性单极板成形模具内，模压机1启动，经过加压施力后，低密度膨胀石墨板3的厚度被压缩至设定值，同时在低密度膨胀石墨板3的上表面或上下表面压制出所需的流场，此时制出半成品单极板。完成上述动作后，四轴机器人将制成的半成品单极板抓取至半成品输送线5上并输送至清扫装篮装置6处。

上述清扫装篮装置6包括全自动清扫机和全自动装篮机，所述的全自动清扫机包括极板清扫装置24，极板清扫装置24一侧配合设置来料输送装置22，极板清扫装置24另一侧配合设置装篮机接驳装置25，清扫工作台左右两边配合设置抓料装置23；所述的来料输送装置22包括输送机架2201，输送机架2201上设置至少两个顶升机构2203，顶升机构2203顶部设置顶升杆2204，输送机架2201顶部设置楔带滚筒传动装置2208，楔带滚筒传动装置2208前后侧分别设置来料定位传感器2205、来料定位传感器2205a，楔带滚筒传动装置2208上配合设置来料输送工装2202，来料输送工装2202上设置极板定位机构2206，来料输送工装2202上还设置与顶升杆2204对应的卡接孔2207，顶升杆2204与来料输送工装2202的卡接孔2204定位顶升配合；所述的极板清扫装置24包括清扫机架2401，清扫机架2401上设置第一清扫工作台2405、第一机械手滑轨2402、第二机械手滑轨2408，第一清扫工作台2405上方配合设置第一清扫机械手2403，第一清扫机械手2403与第一机械手滑轨2408滑动配合，第一清扫机械手2403清扫端设置第一极板刷2404；第二机械手滑轨2402上设置与其滑动配合的第二清扫机械手2407，第二清扫机械手2407清扫端设置第二极板刷2406；第一清扫机械手2403、第二清扫机械手2407由模组推动或气缸推动；所述的抓料装置23包括抓料机架2302，抓料机架2302上设置水平运行机构2303，水平运行机构2303上设置垂直运动机构2304，垂直运动机构2304底部配合设置真空系统2301，真空系统2301底部配合设置真空吸盘机构2305；所述的装篮机接驳装置25包括接驳机架2501，接驳机架2501上第二清扫工作台2503，第二极板刷2506位于第二清扫工作台2503上方；第二清扫工作台2503外侧设置极板定位工装2504、定位工装滑轨2502，接驳机架2501相应位置设置极板定位工装传感器2505，极板定位工装2504底部与固定于接驳机架上的气缸2506的活塞杆固定连接，工作时气缸2506推动极板定位工装2504前进或者后退；所述的极板定位工装2504为锯齿形斗状结构；所述的水平运行机构2303为水平方向行走的伺服模组结构，水平运行机构2303上设置连接法兰2308，垂直运行机构2304为垂直方向行走的伺服模组结构，垂直运行机构2304通过连接法兰2308与水平运行机构2303固定连接；真空吸盘机构2305为框架结构，包括矩形吸盘固定板2307，矩形吸盘固定板2307上固定设置海绵吸盘2306。

工作时，来料输送工装2202上载有柔性石墨极板，通过来料输送装置22将来料输送工装2202输送至规定位置后进行顶升定位，启动真空系统2301，左边的抓料装置23上的真空吸盘机构2305抓取柔性石墨极板并放置至第一清扫工作台2405上，来料输送装置22及来料输送工装2202返回上一工位；同时，第一清扫机械手2403开始清扫；清扫完毕后，右边的抓料装置23上的真空吸盘机构2305抓取柔性石墨极板并放置至第二清扫工作台2503上，第二清扫机械手2407开始工作；极板两面清扫完毕后，右边的抓料装置23上的真空吸盘机构2305抓取柔性石墨极板至装篮机接驳装置25的极板定位工装2504上，装篮机接驳装置25将柔性石墨极板输送至全自动装篮机。

所述的全自动装篮机包括第一装篮机架26、第二装篮机架27，第一装篮机架26上设置装篮机械手29，第二装篮机架27上设置翻转机械手28、极板篮定位工装30，极板篮定位工装30上设置成品输出装置31，成品输出装置31上设置极板篮32；装篮机械手29为三维运动机构，包括水平运动机构2901，水平运动机构2901上设置垂直运动机构2905，垂直运动机构2905上设置可张合的极板抓手2907；所述的水平运动机构2901为跨接安装于第一装篮机架26上的桥式结构，桥式结构由两组水平行走伺服模组2911、安装板2902组成，第一装篮机架26上设置水平行走伺服模组2911、水平位置传感器2912，安装板2902通过桥接方式联接两组水平行走伺服模组2911，通过水平位置传感器2912控制极板抓手2907抓取极板及放置极板的水平位置；在所述的安装板2903上固定安装垂直运动机构2905，所述的垂直运动机构2905由垂直行走伺服模组2904、底板2906、两套滑块导轨2902、垂直位置传感器2909组成，底板2906与滑块导轨2902桥接后，与垂直行走伺服模组2904固定连接，通过垂直位置传感器2909控制极板抓手2907抓取极板及放置极板的垂直位置；所述的极板抓手2907由安装于底板上的气爪2909、安装于气爪2909上的极板爪2908组成，通过水平行走及垂直行走，完成极板抓手2907的位置移动，通过气爪2909的张合，完成对极板的抓放；所述的翻转机械手28二维运动机构，包括可开合的接料抓手2801、旋转安装板2807、旋转模组2802、开合位置传感器2806，旋转模组2802由DD马达2803、旋转支撑2804及旋转轴2805配合构成，旋转支撑2804固定安装在第二装篮机架27上，旋转轴2805可转动地固定于旋转支撑2804上，DD马达2803固定安装在旋转支撑2804上，同时DD马达2803的输出轴与旋转轴2805的一端轴向连接，同时在传动时，旋转轴2805的输出轴与旋转轴2805无相对运动，在旋转轴2805上固定连接有旋转安装板2807、开合位置传感器2806，在旋转安装板2807上固定设置接料抓手2801；接料抓手2801由接料板2809、导杆气缸2808、夹紧板2810组成，接料板2809与导杆气缸2808固定在旋转安装板2807上，导杆气缸2808的活塞杆上固定安装夹紧板2810，夹紧板2810平行于接料板2809并与接料板2809有位置配合，通过活塞杆的伸缩推动夹紧板2810，完成与接料板2809的位置配合，在极板接驳时保证对极板的位置定位与固定控制；所述的极板篮定位工装包括工作台板3001、两个极板初始导向机构3002以及用于顶升成品输出装置31的顶升机构3006；工作台板3001固定安装在第二装篮机架27上，在工作台板3001的两侧上方固定安装极板导向装置31，极板导向装置31为有梳子结构状导向槽的部件，在工作台板3001的底面固定安装顶升机构3006，顶升机构3006包括固定安装在工作台板底面的顶升气缸3005、与工作台板3001活动连接的顶升导杆3004、顶升定位板3003，其中顶升气缸3005的活塞杆以及顶升导杆与顶升定位板3003固定连接；工作时，顶升气缸3005活塞杆的伸缩带动顶升定位板3003，顶升定位板3003可穿过成品输出装置31作上下运动；所述的成品输出装置31为皮带滚筒传动装置，固定安装在极板篮定位工装30的工作台板上面，皮带滚筒传动装置可正反向运动；同时，在皮带滚筒传动装置的顶部设置极板篮定位工装30；顶升定位板3003在工作时，与极板篮定位工装30定位连接；所述的极板篮32为框架结构，结构内部设置与极板尺寸相配合的许多栅格，极板篮32定位安装在极板篮定位工装30上。

工作时，翻转机械手28及装篮机械手29均处在等待状态（初始位置），当装篮机在检测到有来料输入时，翻转机械手28开始夹持极板并翻转90°，使极板处于竖立状态，随后装篮机械手29检测到来料的极板处于竖立状态，装篮机械手29从初始位置移动到翻转机械手28位置并从翻转机械手28中夹取极板，然后移动到极板篮32位置；同时，极板篮定位工装30将成品输出装置31连同极板篮32顶升并定位至规定位置，然后装篮机械手29将极板放置在极板篮32的指定栅格内翻转机械手28回转90°至初始状态，装篮机械手29回到等待状态；如此，完成一片极板的装篮。

上述真空浸渍装置包括浸渍罐8，浸渍罐8上设置加热温控系统，浸渍罐8的两侧设置抽真空系统9、加正压系统10，同时，在浸渍罐8的上方设置吊装搬运机构7。浸渍罐8为密封结构，可同时承受正压与负压，浸渍罐8上设置开启用的密闭门、抽真空接口、破真空接口、排污口等，浸渍罐8内盛有浸渍用的溶液。通过吊装搬运机构7把一定数量极板篮一起吊装入浸渍罐8内，进行浸渍处理。浸渍处理时，先对浸渍罐8抽真空，当浸渍罐8内的真空度达到设定值后，按照设定的时间保压，然后破真空，改为向浸渍罐8内输送正压，正压达到设定值后，按照设定的时间保压。如此反复循环，循环次数达到设定值后取出极板篮，流转至表面处理装置。

上述表面处理装置包括表面处理池11、水浴固化池12；表面处理池11及水浴固化池12的上方设置吊装搬运机构7，水浴固化池12旁顺序设置控干池13、循环热风干燥箱14及半成品单极板输送线15。表面处理池11为密闭结构箱体，箱体内盛有活性剂溶液；水浴固化池12为开式溶液池；循环热风干燥箱14为密闭结构，两端设置可开启的密封门，箱体内部热风循环，箱体外部有空气加热除湿机构；半成品单极板输送线15为链条传动输送线，且分为三段，箱体外有一进一出各一段，箱体内有一段，行进方式为步进输送。浸渍处理完毕的半成品单极板与极板篮一起浸入到表面处理池11内，通过浸泡去除半成品单极板表面的浸渍残留物，然后浸入水浴固化池12进行浸渍物固化处理，然后经过控干池13控干，最后，通过半成品单极板输送线15流入到循环热风干燥箱14内进行干燥处理。除湿干燥完毕后，流转至整平装置进行整平处理。

上述整平装置包括加压机16，加压机16上设置用于整平处理的整平工装。加压机为四柱压力机，压力机上设置压力传感器及压力反馈系统，压力传感器与压力机构成一个闭环压力反馈系统。将除湿干燥完毕的半成品单极板放置在整平工装内，启动加压机16，压力达到设定值后，停止加压。此时一件成品单极板制作完成，成品单极板流转至涂胶装置进行涂胶处理。

上述涂胶装置上包括单极板供料机17、涂胶机18；单极板供料机17跨接在涂胶机18上。单极板供料机17上设置取料机械手及极板定位工装，涂胶机18设置工作平台及丝网印机构，在工作平台上设置极板定位工装。整平完毕的成品单极板通过单极板供料机17上的机械手，被抓取至涂胶机18工作平台上，涂胶机18及丝网印机构开启工作，完成丝网印涂胶，单极板供料机17上的机械手再将已经涂好的产品单极板抓取至单极板供料机17上，流转至压力粘合装置。

上述压力粘合装置包括压力机19，压力机19上设置极板粘合工装，压力机为四柱压力机，压力机上设置压力传感器及压力反馈系统，压力传感器与压力机构成一个闭环压力反馈系统。将涂好胶的成品单极板放置在极板粘合工装内，启动压力机19压力达到设定值后，停止加压。此时一件半成品双极板制作完成，然后流转至高温固化装置。

上述高温固化装置包括温控隧道炉20、贯穿温控隧道炉20的成品输送装置21。温控隧道炉20为密闭隧道结构，两端设置可开启的密封门，内部均匀设置若干温度采样传感器；成品输送装置21为链条传动输送线，且分为三段，隧道炉外有一进一出各一段，隧道炉内有一段，行进方式为步进输送。粘合好的双极板流入温控隧道炉20内，进行胶水加速固化处理。温控隧道炉20升温至设定值后，再进行保温。保温时间达到设定值后，开启隧道炉密闭门，成品输送装置21将成品双极板输送出隧道炉。此时，就得到了一种氢燃料电池用柔性石墨双极板。

Claims (9)

1.一种燃料电池柔性石墨双极板量产生产系统，其特征在于由模压成形装置、清扫装篮装置、真空浸渍装置、表面处理装置配合连接构成。

2.如权利要求1所述的一种燃料电池柔性石墨双极板量产生产系统，其特征在于还包括依次配合连接的整平装置、涂胶装置、压力粘合装置、高温固化装置，表面处理装置与整平装置配合连接。

3.采用权利要求2所述的一种燃料电池柔性石墨双极板量产生产系统的生产方法，其特征在于包括以下步骤：

1）低密度膨胀石墨板依次经过模压成形装置的模压成形、清扫装篮装置的清扫入篮、真空浸渍装置的真空浸渍、表面处理装置的表面处理共四个步骤的工艺处理，制得成对的柔性石墨单极板；

2）成对的柔性石墨单极板依次经过整平装置的整平、涂胶装置的涂胶、压力粘合装置的加压粘合、高温固化装置的高温固化共四个步骤的工艺处理，制得柔性石墨双极板。

4.如权利要求3所述的一种燃料电池柔性石墨双极板量产生产系统的生产方法，其特征在于所述的模压成形装置包括模压机，模压机两侧分别设置原材料输送线与半成品输送线，模压机正面设置自动上下料装置；模压机为四柱压力机，模压机上安装柔性单极板成形模具；原材料输送线为倍速链输送线，其上设置材料篮；自动上下料装置为一台四轴机器人，四轴机器人上设置抓取用的机械手；半成品输送线为倍速链输送线，其上设置极板定位工装；

所述真空浸渍装置包括浸渍罐，浸渍罐上设置加热温控系统，浸渍罐的两侧设置抽真空系统、加正压系统，浸渍罐的上方设置吊装搬运机构，浸渍罐为密封结构，可同时承受正压与负压，浸渍罐上设置开启用的密闭门、抽真空接口、破真空接口、排污口，浸渍罐内盛有浸渍用的溶液。

5.如权利要求3所述的一种燃料电池柔性石墨双极板量产生产系统的生产方法，其特征在于所述清扫装篮装置包括全自动清扫机和全自动装篮机，所述的全自动清扫机包括极板清扫装置，极板清扫装置一侧配合设置来料输送装置，极板清扫装置另一侧配合设置装篮机接驳装置，清扫工作台左右两边配合设置抓料装置；

所述的来料输送装置包括输送机架，输送机架上设置至少两个顶升机构，顶升机构顶部设置顶升杆，输送机架顶部设置楔带滚筒传动装置，楔带滚筒传动装置前后侧分别设置来料定位传感器、来料定位传感器a，楔带滚筒传动装置上配合设置来料输送工装，来料输送工装上设置极板定位机构，来料输送工装上还设置与顶升杆对应的卡接孔，顶升杆与来料输送工装的卡接孔定位顶升配合；

所述的极板清扫装置包括清扫机架，清扫机架上设置第一清扫工作台、第一机械手滑轨、第二机械手滑轨，第一清扫工作台上方配合设置第一清扫机械手，第一清扫机械手与第一机械手滑轨滑动配合，第一清扫机械手清扫端设置第一极板刷；第二机械手滑轨上设置与其滑动配合的第二清扫机械手，第二清扫机械手清扫端设置第二极板刷；第一清扫机械手、第二清扫机械手由模组推动或气缸推动；

所述的抓料装置包括抓料机架，抓料机架上设置水平运行机构，水平运行机构上设置垂直运动机构，垂直运动机构底部配合设置真空系统，真空系统底部配合设置真空吸盘机构；

所述的装篮机接驳装置包括接驳机架，接驳机架上第二清扫工作台，第二极板刷位于第二清扫工作台上方；第二清扫工作台外侧设置极板定位工装、定位工装滑轨，接驳机架相应位置设置极板定位工装传感器，极板定位工装底部与固定于接驳机架上的气缸的活塞杆固定连接，工作时气缸推动极板定位工装前进或者后退；所述的极板定位工装为锯齿形斗状结构；

所述的水平运行机构为水平方向行走的伺服模组结构，水平运行机构上设置连接法兰，垂直运行机构为垂直方向行走的伺服模组结构，垂直运行机构通过连接法兰与水平运行机构固定连接；真空吸盘机构为框架结构，包括矩形吸盘固定板，矩形吸盘固定板上固定设置海绵吸盘。

6.如权利要求3所述的一种燃料电池柔性石墨双极板量产生产系统的生产方法，其特征在于所述清扫装篮装置包括全自动清扫机和全自动装篮机，所述的全自动装篮机包括第一装篮机架、第二装篮机架，第一装篮机架上设置装篮机械手，第二装篮机架上设置翻转机械手、极板篮定位工装，极板篮定位工装上设置成品输出装置，成品输出装置上设置极板篮；

装篮机械手为三维运动机构，包括水平运动机构，水平运动机构上设置垂直运动机构，垂直运动机构上设置可张合的极板抓手；

所述的水平运动机构为跨接安装于第一装篮机架上的桥式结构，桥式结构由两组水平行走伺服模组、安装板组成，第一装篮机架上设置水平行走伺服模组、水平位置传感器，安装板通过桥接方式联接两组水平行走伺服模组，通过水平位置传感器控制极板抓手抓取极板及放置极板的水平位置；

在所述的安装板上固定安装垂直运动机构，所述的垂直运动机构由垂直行走伺服模组、底板、两套滑块导轨、垂直位置传感器组成，底板与滑块导轨桥接后，与垂直行走伺服模组固定连接，通过垂直位置传感器控制极板抓手抓取极板及放置极板的垂直位置；

所述的极板抓手由安装于底板上的气爪、安装于气爪上的极板爪组成，通过水平行走及垂直行走，完成极板抓手的位置移动，通过气爪的张合，完成对极板的抓放；

所述的翻转机械手二维运动机构，包括可开合的接料抓手、旋转安装板、旋转模组、开合位置传感器，旋转模组由DD马达、旋转支撑及旋转轴配合构成，旋转支撑固定安装在第二装篮机架上，旋转轴可转动地固定于旋转支撑上，DD马达固定安装在旋转支撑上，同时DD马达的输出轴与旋转轴的一端轴向连接，同时在传动时，旋转轴的输出轴与旋转轴无相对运动，在旋转轴上固定连接有旋转安装板、开合位置传感器，在旋转安装板上固定设置接料抓手；接料抓手由接料板、导杆气缸、夹紧板组成，接料板与导杆气缸固定在旋转安装板上，导杆气缸的活塞杆上固定安装夹紧板，夹紧板平行于接料板并与接料板有位置配合，通过活塞杆的伸缩推动夹紧板，完成与接料板的位置配合，在极板接驳时保证对极板的位置定位与固定控制；

所述的极板篮定位工装包括工作台板、两个极板初始导向机构以及用于顶升成品输出装置的顶升机构；工作台板固定安装在第二装篮机架上，在工作台板的两侧上方固定安装极板导向装置，极板导向装置为有梳子结构状导向槽的部件，在工作台板的底面固定安装顶升机构，顶升机构包括固定安装在工作台板底面的顶升气缸、与工作台板活动连接的顶升导杆、顶升定位板，其中顶升气缸的活塞杆以及顶升导杆与顶升定位板固定连接；工作时，顶升气缸活塞杆的伸缩带动顶升定位板，顶升定位板可穿过成品输出装置作上下运动；

所述的成品输出装置为皮带滚筒传动装置，固定安装在极板篮定位工装的工作台板上面，皮带滚筒传动装置可正反向运动；同时，在皮带滚筒传动装置的顶部设置极板篮定位工装；顶升定位板在工作时，与极板篮定位工装定位连接；所述的极板篮为框架结构，结构内部设置与极板尺寸相配合的许多栅格，极板篮定位安装在极板篮定位工装上。

7.如权利要求3所述的一种燃料电池柔性石墨双极板量产生产系统的生产方法，其特征在于所述表面处理装置设置表面处理池、水浴固化池，表面处理池及水浴固化池的上方设置吊装搬运机构，水浴固化池旁顺序设置控干池、循环热风干燥箱及半成品单极板输送线，表面处理池为密闭结构箱体，箱体内盛有活性剂溶液；水浴固化池为开式溶液池；循环热风干燥箱为密闭结构，两端设置可开启的密封门，箱体内部热风循环，箱体外部有空气加热除湿机构；半成品单极板输送线为链条传动输送线，且分为三段，箱体外有一进一出各一段，箱体内有一段，行进方式为步进输送。

8.如权利要求3-7中任一种所述的一种燃料电池柔性石墨双极板量产生产系统的生产方法，其特征在于所述的整平装置包括加压机，加压机上设置用于整平处理的整平工装，加压机为四柱压力机，压力机上设置压力传感器及压力反馈系统，压力传感器与压力机构成一个闭环压力反馈系统；

所述涂胶装置包括单极板供料机、涂胶机，涂胶装置上设置单极板供料机、涂胶机；单极板供料机跨接在涂胶机上，单极板供料机上设置取料机械手及极板定位工装，涂胶机设置工作平台及丝网印机构，在工作平台上设置极板定位工装；

所述压力粘合装置包括压力机，压力机上设置极板粘合工装、压力控制及压力反馈的压力控制系统，压力控制系统为闭环控制系统；

所述的高温固化装置包括温控隧道炉及贯穿所述温控隧道炉的成品输送装置，所述温控隧道炉为密闭结构，两端设置密闭门，温控隧道炉内均匀设置一组温度采样传感器，成品输送装置为步进输送装置。

9.如权利要求8所述的一种燃料电池柔性石墨双极板量产生产系统的生产方法，其特征在于具体包括以下步骤：

1）当模压成形装置处于工作状态时，原材料输送线通过原材料输送线将低密度石墨板材输送至接近模压机的位置后，四轴机器人抓取低密度膨胀石墨板至柔性单极板成形模具内，模压机启动，经过加压施力后，低密度膨胀石墨板的厚度被压缩至设定值，同时在低密度膨胀石墨板的上表面或上下表面压制出所需的流场，此时制出半成品单极板；完成上述动作后，四轴机器人将制成的半成品单极板抓取至半成品输送线上并输送至清扫装篮步骤；

2）当半成品单极板到达缓存工作台后，抓取机械手抓取半成品单极板至清扫工作台上，清扫机械手迅速完成半成品单极板的两面清扫工作，然后装篮机械手将清扫完毕的半成品单极板抓取至极板篮内，极板篮会同半成品单极板流转至真空浸渍处理步骤；

3）通过吊装搬运机构把一定数量极板篮一起吊装入浸渍罐内，进行浸渍处理；浸渍处理时，先对浸渍罐抽真空，当浸渍罐内的真空度达到设定值后，按照设定的时间保压，然后破真空，改为向浸渍罐内输送正压，正压达到设定值后，按照设定的时间保压；如此反复循环，循环次数达到设定值后取出极板篮，流转至表面处理步骤；

4）浸渍处理完毕的半成品单极板与极板篮一起浸入到表面处理池内，通过浸泡去除半成品单极板表面的浸渍残留物，然后浸入水浴固化池进行浸渍物固化处理，然后经过控干池控干，最后，通过半成品单极板输送线流入到循环热风干燥箱内进行干燥处理，除湿干燥完毕后，流转至整平处理步骤；

5）将除湿干燥完毕的半成品单极板放置在整平工装内，启动加压机，压力达到设定值后，停止加压；此时一件成品单极板制作完成，成品单极板流转至涂胶装置进行涂胶处理；

6）成品单极板通过单极板供料机上的机械手，被抓取至涂胶机工作平台上，涂胶机及丝网印机构开启工作，完成丝网印涂胶，单极板供料机上的机械手再将已经涂好的产品单极板抓取至单极板供料机上，流转至压力粘合步骤；

7）将涂好胶的成品单极板放置在极板粘合工装内，启动压力机压力达到设定值后，停止加压，此时一件半成品双极板制作完成，然后流转至高温固化步骤；

8）粘合好的双极板流入温控隧道炉内，进行胶水加速固化处理，温控隧道炉升温至设定值后，再进行保温，保温时间达到设定值后，开启隧道炉密闭门，成品输送装置将成品双极板输送出隧道炉，即得到最终产品柔性石墨双极板。