CN109449471B - 一种质子交换膜燃料电池的装堆装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种质子交换膜燃料电池的堆装装置，包括：机架、工作台、一次施压机构、二次施压机构、滑块组、施压板组；工作台固定于机架上部；滑块组包括能够在工作台上相向运动的两个滑块；一次施压机构设于机架上，与滑块组连接，能够带动两个滑块相向运动从而进行一次施压；二次施压机构连接于滑块组，能够在一次施压之后带动两个滑块相向运动从而进行二次施压；施压板组包括两个施压板，每个施压板分别连接于一个滑块。通过滑块组两种模式以配合两种施压结构的设计，对电池堆装过程能够实现快速堆装以及缓慢强力施压两种不同的施压方式，使电池的两端能够均匀施力，施力精度高，避免燃料电池在施力过程中的损坏，方便组装。

Description

一种质子交换膜燃料电池的装堆装置

技术领域

本发明涉及质子交换膜燃料电池领域，更具体地，涉及一种质子交换膜燃料电池的装堆装置。

背景技术

现今社会对清洁能源的强烈要求，使得燃料电池越来越多的投入到社会生产生活中，燃料电池是一种将氢的化学能直接转化为电能的装置，具有效率高、噪音低、无污染等优点，在当今的社会中扮演着越来越重要的角色。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需要将多个单体通过一定的方式组装成电堆。电堆的主要部件有双极板、膜电极、端板和紧固件等部件，其中电堆的组装过程中力的精准度及均匀度决定了一个电堆性能的好坏，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。现今燃料电池生产厂家使用的电池装堆装置存在着一些问题，例如，极板所受压紧力不平均，造成在压紧过程中极板一端出现裂纹或极板没有完全压紧；电池装堆装置压紧速度慢，浪费操作工时间，影响生产的效率，电池装堆装置太过于笨重，无法轻易的移动，在压紧过程中，燃料电池极板的控制精度低，影响燃料电池成品的质量。

公开于本发明背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的一般背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出了一种质子交换膜燃料电池的装堆装置，其能够通过两次施压过程，实现对需要不同压力的燃料电池极板进行加压，均匀施力，避免燃料电池在施力过程中的损坏，方便组装。

为实现上述目的，本发明提出了一种质子交换膜燃料电池的堆装装置，

包括：机架、工作台、一次施压机构、二次施压机构、滑块组、施压板组；

所述工作台固定于所述机架上部；所述滑块组包括能够在所述工作台上相向运动的两个滑块；所述一次施压机构设于所述机架上，与所述滑块组连接，能够带动所述两个滑块相向运动从而进行一次施压；所述二次施压机构连接于所述滑块组，能够在所述一次施压之后带动所述两个滑块相向运动从而进行二次施压；所述施压板组包括两个施压板，每个所述施压板分别连接于一个所述滑块。

优选地，所述滑块组还包括一对锁定螺钉，每个所述滑块设有套接孔，所述套接孔的内壁一侧设有能够沿所述套接孔径向运动的螺纹瓦，另一侧光滑，每个所述锁定螺钉穿过一个所述滑块连接于所述螺纹瓦，所述滑块组中两个所述螺纹瓦的螺纹方向相反。

优选地，所述一次施压机构包括：手摇轮、传动皮带、滑轮、横向连杆、一对拉杆，所述滑轮连接于所述横向连杆，且通过传动皮带与所述手摇轮传动连接，每个所述拉杆的一端铰接于所述横向连杆，另一端铰接于一个所述滑块。

优选地，所述一次施压机构还包括一对止退机构，每个所述止退机构包括相互配合的蝶形螺母和棘条，所述蝶形螺母连接于所述横向拉杆的一端，所述棘条设于所述机架的侧面。

优选地，所述二次施压机构包括手摇柄、齿轮组和丝杆，所述齿轮组包括相互啮合的主动齿轮和从动齿轮，所述主动齿轮固定连接于所述手摇柄，所述从动齿轮固定连接于所述丝杆，所述丝杆穿设于所述套接孔内，且能够与所述螺纹瓦相配合。

优选地，所述机架为凹型框架，包括底板和两个侧板，两个所述侧板互相平行且分别垂直连接于所述底板两侧，两个所述侧板均设有与所述丝杆配合的安装孔，所述侧板与底板连接处焊接有加强筋，所述底板四角设有万向轮。

优选地，所述工作台的表面设有滑轨，所述滑块能够沿所述滑轨运动。

优选地，所述施压板还包括限位装置，所述限位装置包括限位齿轮、一对限位齿条、齿轮销，每个所述限位齿条穿过一个所述施压板垂直连接于另一个所述施压板，且所述一对限位齿条均与所述限位齿轮相啮合，所述齿轮销设于一个所述施压板上，能够插入所述限位齿轮的相邻齿之间。

优选地，所述施压板包括支撑架和工作面，所述支撑架连接于一个所述滑块，所述工作面设于所述支撑架朝向另一个所述滑块的一侧，所述工作面由弹性材料制成。

优选地，所述工作台的表面设有施压板行程轨道，所述支撑架的侧面与所述施压板行程轨道配合连接。

本发明的有益效果为：通过滑块组两种模式以配合两种施压结构的设计，对电池堆装过程能够实现快速堆装以及缓慢强力施压两种不同的施压方式，实现对需要不同压力的燃料电池极板进行加压，使电池的两端能够均匀施力，施力精度高，避免燃料电池在施力过程中的损坏，方便组装。

本发明的装置具有其它的特性和优点，这些特性和优点从并入本文中的附图和随后的具体实施方式中将是显而易见的，或者将在并入本文中的附图和随后的具体实施方式中进行详细陈述，这些附图和具体实施方式共同用于解释本发明的特定原理。

附图说明

通过结合附图对本发明示例性实施例进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其特征在于，在本发明示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。

图1示出了根据本发明的一个实施例的质子交换膜燃料电池的堆装装置的整体结构示意图。

图2示出了根据本发明的一个实施例的质子交换膜燃料电池的堆装装置的工作台的结构示意图。

图3示出了根据本发明的一个实施例的质子交换膜燃料电池的堆装装置的一次施压系统的结构示意图。

图4示出了根据本发明的一个实施例的质子交换膜燃料电池的堆装装置的二次施压系统的结构示意图。

图5示出了根据本发明的一个实施例的质子交换膜燃料电池的堆装装置的滑块的结构示意图。

图6示出了根据本发明的一个实施例的质子交换膜燃料电池的堆装装置的施压板组的结构示意图。

图7示出了根据本发明的一个实施例的质子交换膜燃料电池的堆装装置的施压板的限位装置的结构示意图。

附图标记说明：

1、机架；2、工作台；3、一次施压机构；4、二次施压机构；5、施压板；6、加强筋；7、万向轮；8、M8螺纹孔；9、工作台平面；10、滑块行程轨道；11、施压板行程轨道；12、手摇轮；13、滑轮；14、横向连杆；15、止退机构；16、拉杆；17、滑块；18、摇柄；19、齿轮组；20、丝杆；21、小齿轮；22、大齿轮；23、圆锥滚子轴承；24、光孔；25、螺纹瓦；26、螺钉；27、施压板支撑架；28、施压板工作面；29、限位齿轮；30、带齿条的限位杆；31、齿轮销。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明。虽然附图中显示了本发明的优选实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。

根据本发明的一种质子交换膜燃料电池的堆装装置，其特征在于，包括：

机架、工作台、一次施压机构、二次施压机构、滑块组、施压板组；

所述工作台固定于所述机架上部；所述滑块组包括能够在所述工作台上相向运动的两个滑块；所述一次施压机构设于所述机架上，与所述滑块组连接，能够带动所述两个滑块相向运动从而进行一次施压；所述二次施压机构连接于所述滑块组，能够在所述一次施压之后带动所述两个滑块相向运动从而进行二次施压；所述施压板组包括两个施压板，每个所述施压板分别连接于一个所述滑块。

具体地，工作台设于机架的上部，每个施压板与一个滑块固定连接，一次施压机构能够带动两组滑块和施压板在工作台上相向运动，从而对电堆的两端快速施压进行组装，二次施压机构能够进一步对电堆继续施压，进而达到密封要求，两次施压过程中电堆的两端受力均匀不易损坏，且组装速度快。

在一个示例中，滑块组还包括一对锁定螺钉，每个滑块设有套接孔，套接孔的内壁一侧设有能够沿套接孔径向运动的螺纹瓦，另一侧光滑，每个锁定螺钉穿过一个滑块连接于螺纹瓦，滑块组中两个螺纹瓦的螺纹方向相反。

具体地，每个滑块的套接孔内一侧设有与螺钉链接的螺纹瓦，螺纹瓦在套接孔内能够沿螺钉轴向运动。

在一个示例中，一次施压机构包括：手摇轮、传动皮带、滑轮、横向连杆、一对拉杆，滑轮连接于横向连杆，且通过传动皮带与手摇轮传动连接，每个拉杆的一端铰接于横向连杆，另一端铰接于一个滑块。

在一个示例中，所述一次施压机构还包括一对止退机构，每个所述止退机构包括相互配合的蝶形螺母和棘条，所述蝶形螺母连接于所述横向拉杆的一端，所述棘条设于所述机架的侧面。具体地，通过旋转手摇轮使滑轮组工作，横向连杆向下运动，横向连杆向下运动带动两个拉杆逐渐竖直带动两个滑块和施压板的相向运动，对电堆两端板施压，与此同时两侧的止退机构能保证连杆只做向下运动，并实现压力的保持，一次施压过程滑块的运动幅度大、加压速度快、压力小。

在一个示例中，二次施压机构包括手摇柄、齿轮组和丝杆，齿轮组包括相互啮合的主动齿轮和从动齿轮，主动齿轮固定连接于手摇柄，从动齿轮固定连接于丝杆，丝杆穿设于套接孔内，且能够与螺纹瓦相配合。

具体地，通过旋转摇柄带动齿轮组工作，由齿轮组带动丝杆运动。由于两个滑块内的螺纹瓦的螺纹为反向螺纹，在丝杆同向转动时带动两滑块相向运动实现对电堆两端板施压，齿轮组共包括两个齿轮，其中主动齿轮连接摇柄，从动齿轮连接丝杆，优选省力齿轮组，能够实现对电堆较大力的施加，二次施压过程的加压速度慢、压力大，压力能够达到电堆装堆时的密封要求。

更具体的，在一次施压机构工作时螺钉为松弛状态，这时滑块套接孔内壁的光滑一侧与丝杆接触，可使两滑块相对滑行，实现一次加压；在二次施压机构工作时螺钉被拧紧，这时滑块的螺纹瓦与丝杆配合接触，两滑块可随丝杆转动做相向运动，实现二次加压。

在一个示例中，机架为凹型框架，包括底板和两个侧板，两个侧板互相平行且分别垂直连接于底板两侧，两个侧板均设有与丝杆配合的安装孔，侧板与底板连接处焊接有加强筋，底板四角设有万向轮。

具体地，机架采用金属材质，丝杆通过机架两侧板上预留的安装孔与机架连接，可以通过轴承将丝杆两端固定在安装孔中，同时保证丝杆可以转动，两侧板与底板分别焊接有两个加强筋，用来加强侧板与底板的连接强度，其底板装配有4个万向轮，方便移动。

在一个示例中，工作台的表面设有滑轨，滑块能够沿滑轨运动。

具体地，滑块的上半部分在工作台上部空间沿着滑轨运动，滑块的下半部分在工作台的下部空间通过套接孔在丝杆上运动。

在一个示例中，施压板还包括限位装置，限位装置包括限位齿轮、一对限位齿条、齿轮销，每个限位齿条穿过一个施压板垂直连接于另一个施压板，且一对限位齿条均与限位齿轮相啮合，齿轮销设于一个施压板上，能够插入限位齿轮的相邻齿之间。

具体地，电堆在组装过程中，通过限位装置质子膜、双极板能够对整齐，方便组装，另外，限位装置的可变性也能满足不同规格的电堆组装。

在一个示例中，施压板包括支撑架和工作面，支撑架连接于一个滑块，工作面设于支撑架朝向另一个滑块的一侧，工作面由弹性材料制成。

具体地，工作面材料采用热塑性弹性体材质，避免工作过程中对电堆两侧端板造成损坏。

在一个示例中，工作台的表面设有施压板行程轨道，支撑架的侧面与施压板行程轨道配合连接。

具体地，支撑架与施压板行程轨道配合连接，保证施压板组智能在工作台表面滑动。

实施例：

图1示出了根据本发明的一个实施例的整体结构示意图，图2示出了根据本发明的一个实施例的工作台的结构示意图，图3示出了根据本发明的一个实施例的一次施压机构的结构示意图，图4示出了根据本发明的一个实施例的二次施压机构的结构示意图，图5示出了根据本发明的一个实施例的滑块的结构示意图，图6示出了根据本发明的一个实施例的施压板组的结构示意图，图7示出了根据本发明的一个实施例的施压板的限位装置的结构示意图。

如图1所示，为一种适用于质子交换膜燃料电池的机械装堆装置，包括机架1、工作台2、一次施压机构3、二次施压机构4、施压板5。机架1为主要支撑零件，分析其所承受压力以及结构的应力后，采用合金钢铣削成型。机架正视呈“凹”形框架，设计尺寸为600mm*400mm*530mm，两侧板上端面加工有装配工作台的M8螺纹孔，两侧板上加工有安装一次施压机构3和二次施压机构4的预留孔、预留槽。另外两侧板与底板分别焊接有两个加强筋6，用来加固侧板与底板的连接强度。其底板装配有四个牛眼钢球万向轮7，方便移动。

如图2所示，工作台2通过M8螺栓和M8螺纹孔8配合连接安装在机架1上，包括了装置工作时放置电堆的工作台平面9。为保证其强度满足工作需要以及工作中的形变量尽可能小，材料选取合金钢。其上加工有滑块行程轨道10以及施压板行程轨道11，滑块轨道长度可根据具体项目改进，本实施例中采用轨道长度400mm。

如图3所示，一次施压机构3其特点在于加压速度快、压力小，包括手摇轮12、滑轮13、横向连杆14、止退机构15、拉杆16，止退机构15包括相互配合的蝶形螺母和棘条，蝶形螺母连接于横向拉杆的一端，棘条设于所述机架的侧面。工作时通过旋转手摇轮12拉动皮带，使滑轮13工作，与此同时与滑轮13连接的横向连杆14向下运动，横向连杆14向下运动带动两个拉杆16逐渐竖直，实现两个滑块17的相向运动，对电堆两端侧板施压，与此同时机架1两侧的止退机构15能保证横向连杆14只做向下运动，实现压力的保持。

如图4所示，二次施压机构4其特点在于加压速度慢、压力大，压力能够达到电堆装堆时的密封要求。包括：摇柄18、齿轮组19、丝杆20。工作时通过旋转手摇柄18带动齿轮组19工作，由齿轮组19带动丝杆20转动。由于两个滑块17的两个螺纹瓦25的螺纹相反，在丝杆20同向转动时两滑块17相向运动实现对电堆两侧板施压。齿轮组19共包括两个齿轮，其中小齿轮21连接摇柄，大齿轮22连接丝杆20，齿轮组19选用传动比1:4的省力齿轮组，能够对电堆施加较大的力。丝杆20通过圆锥滚子轴承23固定安装在机架1的预留孔上。

如图5所示，滑块17与丝杆20配合部位分为两个部分，一是光孔24，二是螺纹瓦25。在一次施压机构3工作时螺钉26为松弛状态，这时滑块17的光孔24与丝杆20接触，可相对滑行，实现一次加压。在二次施压机构工作时螺钉26被拧紧，这时滑块17的螺纹瓦25与丝杆20配合，可随丝杆20转动做相对运动，实现二次加压。

如图6和图7所示，施压板5为装置的主要施力部位，其底部与滑块17装配，实现两块施压板5相向运动。施压板5两侧与工作台9加工施压板行程轨道11配合，确保其工作中运动方向，实现均匀施力。为满足设计需要，施压板支撑架27材料采用合金钢，施压板工作面28材料采用热塑性弹性体TPU，避免工作过程中对电堆两侧板造成损坏。施压板5带有限位装置，包括限位齿轮29、带齿条的限位杆30、齿轮销31，其目的在于电堆在组装过程中，质子膜、双极板能够快速堆放整齐，方面组装。另外，限位装置的使用也能满足不同规格的电堆组装。

以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。

Claims (7)

1.一种质子交换膜燃料电池的堆装装置，其特征在于，包括：

机架、工作台、一次施压机构、二次施压机构、滑块组、施压板组；

所述工作台固定于所述机架上部；所述滑块组包括能够在所述工作台上相向运动的两个滑块；所述一次施压机构设于所述机架上，与所述滑块组连接，能够带动所述两个滑块相向运动从而进行一次施压；所述二次施压机构连接于所述滑块组，能够在所述一次施压之后带动所述两个滑块相向运动从而进行二次施压；所述施压板组包括两个施压板，每个所述施压板分别连接于一个所述滑块；

所述滑块组还包括一对锁定螺钉，每个所述滑块设有套接孔，所述套接孔的内壁一侧设有能够沿所述套接孔径向运行的螺纹瓦，另一侧光滑，每个所述锁定螺钉穿过一个所述滑块连接于所述螺纹瓦，所述滑块组中两个所述螺纹瓦的螺纹方向相反；

所述一次施压机构包括：手摇轮、传动皮带、滑轮、横向连杆、一对拉杆，所述滑轮连接于所述横向连杆，且通过传动皮带与所述手摇轮传动连接，每个所述拉杆的一端铰接于所述横向连杆，另一端铰接于一个所述滑块；

所述二次施压机构包括手摇柄、齿轮组和丝杆，所述齿轮组包括相互啮合的主动齿轮和从动齿轮，所述主动齿轮固定连接于所述手摇柄，所述从动齿轮固定连接于所述丝杆，所述丝杆穿设于所述套接孔内，且能够与所述螺纹瓦相配合。

2.根据权利要求1所述的质子交换膜燃料电池的堆装装置，其特征在于，所述一次施压机构还包括一对止退机构，每个所述止退机构包括相互配合的蝶形螺母和棘条，所述蝶形螺母连接于所述横向连杆的一端，所述棘条设于所述机架的侧面。

3.根据权利要求1所述的质子交换膜燃料电池的堆装装置，其特征在于，所述机架为凹型框架，包括底板和两个侧板，两个所述侧板互相平行且分别垂直连接于所述底板两侧，两个所述侧板均设有与所述丝杆配合的安装孔，所述侧板与底板连接处焊接有加强筋，所述底板四角设有万向轮。

4.根据权利要求1所述的质子交换膜燃料电池的堆装装置，其特征在于，所述工作台的表面设有滑轨，所述滑块能够沿所述滑轨运动。

5.根据权利要求1所述的质子交换膜燃料电池的堆装装置，其特征在于，所述施压板还包括限位装置，所述限位装置包括限位齿轮、一对限位齿条、齿轮销，每个所述限位齿条穿过一个所述施压板垂直连接于另一个所述施压板，且所述一对限位齿条均与所述限位齿轮相啮合，所述齿轮销设于一个所述施压板上，能够插入所述限位齿轮的相邻齿之间。

6.根据权利要求1所述的质子交换膜燃料电池的堆装装置，其特征在于，所述施压板包括支撑架和工作面，所述支撑架连接于一个所述滑块，所述工作面设于所述支撑架朝向另一个所述滑块的一侧，所述工作面由弹性材料制成。

7.根据权利要求6所述的质子交换膜燃料电池的堆装装置，其特征在于，所述工作台的表面设有施压板行程轨道，所述支撑架的侧面与所述施压板行程轨道配合连接。

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