CN111653811A - 一种燃料电池电堆装配设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种燃料电池电堆装配设备。本发明的一种燃料电池电堆装配设备，包括一个压装装置、两个上料装置和两个抓取装置；两个上料装置设置在压装装置的两侧，两个抓取装置分别设置在两个上料装置和压装装置之间，以将上料装置上的原料抓取至压装装置上，压装装置用于对电堆进行压装锁紧。本发明的一种燃料电池电堆装配设备，两个上料装置，一个负责上双极板，另一个负责上膜电极，两个抓取装置分别抓取上料装置上的原料叠放至压装装置，压装装置对电堆进行压装锁紧，装配效率高，装配质量好。
Description
技术领域
本发明涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种燃料电池电堆装配设备。
背景技术
质子交换膜燃料电池是由多个单电池串联层叠而成，通过内定位螺杆或者卡条紧固。组成燃料电池电堆。电堆工作时，氢气和氧气分别由进口进入，经过电堆主通道分配至各单电池双极板，双极板导流均匀分配给电极，通过扩散层与催化剂接触而发生电化学反应。叠合时必须保证各个极板相互压紧防止漏气，并确保各个极板的气体主通道对正，以便氢气和氧气能够顺利到达燃料电池的每一节单电池。燃料电池的装堆质量与电池产品的性能息息相关，每一个单电池在组装时候如果没有良好的定位装置，组装时存在错位，都将导致燃料电池电堆受力不均，将影响电堆的密封性能.接触性能.传质性能，最终影响电池的输出特性。
现在一般是通过人工或者半自动化对电堆进行装配，在安装台上通过人工堆叠放好双极板与膜电极以及安装板等部件，借助定位装置保证各物料在层叠时候的对齐，装配效率低，装配质量不好。
发明内容
本发明的目的在于，针对现有技术的上述不足，提出一种装配效率高，装配质量好的燃料电池电堆装配设备。
本发明的一种燃料电池电堆装配设备，包括一个压装装置、两个上料装置和两个抓取装置；两个所述上料装置设置在所述压装装置的两侧，两个所述抓取装置分别设置在两个所述上料装置和所述压装装置之间，以将所述上料装置上的原料抓取至所述压装装置上，所述压装装置用于对电堆进行压装锁紧。
进一步的，包括压装台、电堆夹具、压板、压力检测机构和驱动机构；所述电堆夹具放置在所述压装台上，所述电堆叠放在所述电堆夹具内，所述压板设置在所述电堆夹具的正上方，所述压板上设有注气孔，所述驱动机构包括两个驱动件，两个所述驱动件分别位于所述压板的两端的上方，两个所述驱动件的驱动端分别与所述压板的两端传动连接，以驱动所述压板相对所述电堆上下运动，所述压力检测机构用于检测所述压板施加在所述电堆上的压力。
进一步的，所述驱动机构包括支撑架和安装板，所述支撑架竖直设置在所述压装台上，所述安装板设置在所述支撑架的顶端，所述安装板的中部设有贯穿其的操作孔，两个所述驱动件设置在所述安装板上，且位于所述操作孔的两侧，所述驱动件的驱动端穿过所述安装板与所述压板固定连接。
进一步的，所述压装装置还包括两个光栅尺位移传感器，两个所述光栅尺位移传感器分别竖直设置在所述压装台上，且分别位于所述压板的两端设置，用以检测所述压板两端的上下移动位移。
进一步的，两个所述驱动件均包括电缸，所述电缸的驱动端穿过所述安装板与所述压板固定连接；所述压力检测机构包括两个压力传感器，两个所述压力传感器分别设置在所述电缸的驱动端与所述压板之间，且与所述电缸的驱动端和压板均连接固定。
进一步的，所述支撑架包括四个支撑杆，四个所述支撑杆均竖直固定设置在所述压装台上，且设置在所述电堆夹具的四周，所述安装板固定设置在四个所述支撑杆的顶端；所述压板包括第一板体和第二板体，所述第一板体的形状为工字型，所述第二板体设置在第一板体的竖板靠近所述电堆夹具的一侧，所述第二板体的面积小于所述第一板体的面积，所述第一板体上设有四个导向孔，所述导向孔与所述支撑杆一一对应，所述支撑杆一一对应的穿过所述导向孔，四个所述导向孔分别位于第一板体的两个横板的两端；所述注气孔设置在所述第二板体上。
进一步的，所述上料装置包括上料台、输送推车和转移机构；所述输送推车可移动的设置在所述转移机构的一侧，所述输送推车上放置有多个料盒，所述转移机构设置在所述上料台和输送推车的上方，以将料盒在所述输送推车和所述上料台之间往返转移。
进一步的，所述转移机构包括X轴转移组件、Z轴转移组件、Y轴转移组件和料盒抓取夹具，所述X轴转移组件设置在所述上料台和输送推车的上方，所述Y轴转移组件可滑动的设置在所述X轴转移组件上，所述Z轴转移组件设置在所述Y轴转移组件上，所述料盒抓取夹具竖直设置在所述Z轴转移组件上。
进一步的，所述X轴转移组件包括沿X轴方向间隔设置的两个X轴电滑轨和分别滑动设置在两个所述X轴电滑轨上的两个X轴电滑块，所述Y轴转移组件固定在两个所述X轴电滑块上；所述Y轴转移组件包括沿Y轴方向设置的Y轴电滑轨和滑动设置在所述Y轴电滑轨上的Y轴电滑块，Y轴电滑轨的两端分别固定在两个所述X轴电滑块上，所述Z轴转移组件固定在所述Y轴电滑块上；所述Z轴转移组件包括气缸，所述气缸竖直设置在所述Y轴电滑块上，且所述气缸的驱动端向下，所述料盒抓取夹具竖直固定在所述气缸的驱动端。
进一步的，所述抓取装置包括取料台、六轴机械手、抓取夹具、视觉检测定位组件和扫码组件，所述取料台设置在所述上料装置和所述压装装置之间，所述六轴机械手、视觉检测定位组件和扫码组件均设置在所述取料台上，所述抓取夹具设置在所述六轴机械手的顶端。
本发明的一种燃料电池电堆装配设备，两个上料装置，一个负责上双极板，另一个负责上膜电极，两个抓取装置分别抓取上料装置上的原料叠放至压装装置，压装装置对电堆进行压装锁紧，装配效率高，装配质量好。
人工上料采用输送推车将装有原料的料盒推入所述转移机构的一侧，然后通过转移机构将料盒搬运至上料台，方便电堆叠放取料，在上料台上的一个料盒取料完后，转移机构将料盒从上料台转移至输送推车上，在上料台上的所剩料盒内的原料取料时间不小于补料时间时，输送推车将转移至其上的空料盒运走，然后再次运来装有原料的料盒推入所述转移机构的一侧，实现不间断的供料，方便快捷。
压装装置的两个所述驱动件分别位于所述压板的两端的上方，释放电堆上面空间，这是因为电堆在压装时需要保压，同时需要在保压状态下紧固，而紧固的螺栓为一周，所以电堆的上面空间预留出来，方便螺栓紧固，同时压装集成压装力检测和气密性检测，使得压装锁紧高效方便。
附图说明
图1为本发明的一种燃料电池电堆装配设备的结构示意图；
图2为本发明的压装装置的结构示意图；
图3为本发明的压装装置的另一个角度的结构示意图；
图4为本发明的上料装置的结构示意图；
图5为本发明的抓取装置的结构示意图；
1、压装装置；11、压装台；12、电堆夹具；121、底板；122、限位杆；13、压板；131、注气孔；132、第一板体；1321、导向孔；133、第二板体；14、压力检测机构；141、压力传感器；15、驱动机构；151、驱动件；1511、电缸；152、支撑架；1521、支撑杆；153、安装板；1531、操作孔；16、光栅尺位移传感器；2、上料装置；21、上料台；22、输送推车；23、转移机构；231、X轴转移组件；2311、X轴电滑轨；2312、X轴电滑块；232、Z轴转移组件；2321、气缸；233、Y轴转移组件；2331、Y轴电滑轨；2332、Y轴电滑块；234、料盒抓取夹具；2341、气动夹爪；24、机架；241、固定架；242、安装架；2421、竖直安装杆；2422、固定横杆；3、抓取装置；31、取料台；32、六轴机械手；33、抓取夹具；34、视觉检测定位组件；35、扫码组件。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
如图1所示，本发明的一种燃料电池电堆装配设备，包括一个压装装置1、两个上料装置2和两个抓取装置3；两个上料装置2设置在压装装置1的两侧，两个抓取装置3分别设置在两个上料装置2和压装装置1之间，以将上料装置2上的原料抓取至压装装置1上，压装装置1用于对电堆进行压装锁紧。
本发明的一种燃料电池电堆装配设备，两个上料装置，一个负责上双极板，另一个负责上膜电极，两个抓取装置分别抓取上料装置上的原料叠放至压装装置，压装装置对电堆进行压装锁紧，装配效率高，装配质量好。
如图2和3所示，本发明的压装装置1，包括压装台11、电堆夹具12、压板13、压力检测机构14和驱动机构15；电堆夹具12放置在压装台11上，电堆叠放在电堆夹具12内，压板13设置在电堆夹具12的正上方，压板13上设有注气孔131，驱动机构15包括两个驱动件151，两个驱动件151分别位于压板13的两端的上方，两个驱动件151的驱动端分别与压板13的两端传动连接，以驱动压板13相对电堆上下运动，压力检测机构14用于检测压板13施加在电堆上的压力。
本发明的一种燃料电池电堆压装装置通过驱动件151向压板13提供向下压力，压力检测机构14用以检测压板13下压过程中压力是否分布均匀，压板13保持工作持续下压，直到压装动作完成，压力保持在一个特定范围内的压力值间时，认为电堆压装已经合格，当判定电堆压装合格时，还需要保持压力，气密性检测装置可以通过压板13上的注气孔131对电堆进行注气，完成对电堆的气密性检测，完成后对检测合格的电堆螺栓锁紧。
本发明的两个驱动件151分别位于压板13的两端的上方，释放电堆上面空间，这是因为电堆在压装时需要保压，同时需要在保压状态下紧固，而紧固的螺栓为一周，所以电堆的上面空间预留出来，方便螺栓紧固，同时压装集成压装力检测和气密性检测，使得压装锁紧高效方便。
驱动机构15还可以包括支撑架152和安装板153，支撑架152竖直设置在压装台11上，安装板153设置在支撑架152的顶端，安装板153的中部设有贯穿其的操作孔1531，两个驱动件151设置在安装板153上，且位于操作孔1531的两侧，驱动件151的驱动端穿过安装板153与压板13固定连接。这样，电堆螺栓锁紧装置可以通过操作孔1531来锁紧电堆，同时，对于人工锁紧来说，操作孔1531的面积可以根据实际的需要设置，通过操作孔1531，人工锁紧操作空间大、方便。
驱动件151的结构有多种，在这里不做限定，在本实施例中，两个驱动件151均可以包括电缸1511，电缸1511的驱动端与压板13固定连接。
为了方便检测压板13在上下移动的过程中，压板13的两端的进程是否统一，防止左右高度不一致而导致密封性不好的结果，驱动机构15还可以包括两个光栅尺位移传感器16，两个光栅尺位移传感器16分别竖直设置在压装台11上，且分别位于压板13的两端设置，用以检测压板13两端的上下移动位移，位移检测，保证电堆两端压缩高度一致性。
其中，两个光栅尺位移传感器16的光栅尺均一端可以固定在压装台11上，另一端固定在安装板153上。
压力检测机构14的结构有多种，在这里不做限定，在本实施例中，压力检测机构14可以包括两个压力传感器141，压力传感器141设置在电缸1511的驱动端与压板13之间，且与电缸1511的驱动端和压板13均连接固定。通过压力传感器141检测的电缸1511的驱动端和压板13的压力，就是电堆所受到的压力，而且在这里压力传感器141不设置在压板13靠近电堆的板面上，可以避免压力传感器141直接作用在电堆上，造成电堆受力不均匀，压力检测机构14能有效保证左右压力一致。
支撑架152的结构有多种，在这里不做限定，在本实施例中，支撑架152可以包括四个支撑杆1521，四个支撑杆1521均竖直固定设置在压装台11上，且设置在夹具的四周，安装板153固定设置在四个支撑杆1521的顶端。
安装板153可以为矩形板，四个支撑杆1521的顶端可以位于安装板153的四个角附近，使得驱动机构15更为稳定。
压板13可以包括第一板体132和第二板体133，第一板体132的形状为工字型，第二板体133设置在第一板体132的竖板靠近电堆夹具12的一侧，第二板体133的面积小于第一板体132的面积，第一板体132上设有四个导向孔1321，导向孔1321与支撑杆1521一一对应，支撑杆1521一一对应的穿过导向孔1321，四个导向孔1321分别位于第一板体132的两个横板的两端。这样压板13可以沿支撑杆1521上下滑动，支撑杆1521在这里还可以起到一定的限位作用。
其中，注气孔131可以设置在第二板体133上，气密性检测仪的注气头与注气孔131相连通，用于对电堆进行气密性检测。
电堆夹具12还可以包括一个底板121和四个限位杆122，底板121水平设置在压装台11上，四个限位杆122竖直设置在底板121上，四个限位杆122围设成叠放电堆的腔室。压板13为工字型，位于中间的竖板与电堆接触，四个限位杆122应位于竖板在底板121上的投影的四周，避免限位杆122的顶端与竖板相接触。
如图4所示，本发明的一种燃料电池电堆压装上料装置，包括上料台21、输送推车22和转移机构23；输送推车22可移动的设置在转移机构23的一侧，输送推车22上放置有多个料盒，转移机构23设置在上料台21和输送推车22的上方，以将料盒在输送推车22和上料台21之间往返转移。
本发明的一种燃料电池电堆压装上料装置，人工上料采用输送推车22将装有原料的料盒推入转移机构23的一侧，然后通过转移机构23将料盒搬运至上料台21，方便电堆叠放取料，在上料台21上的一个料盒取料完后，转移机构23将料盒从上料台21转移至输送推车22上，在上料台21上的所剩料盒内的原料取料时间不小于补料时间时，输送推车22将转移至其上的空料盒运走，然后再次运来装有原料的料盒推入转移机构23的一侧，实现不间断的供料，方便快捷。
转移机构23的结构有多种，在这里不做限定，在本实施例中，转移机构23可以包括X轴转移组件231、Z轴转移组件232、Y轴转移组件233和料盒抓取夹具234，X轴转移组件231设置在上料台21和输送推车22的上方，Y轴转移组件233可滑动的设置在X轴转移组件231上，Z轴转移组件232设置在Y轴转移组件233上，料盒抓取夹具234竖直设置在Z轴转移组件232上，通过控制料盒抓取夹具234可执行X轴、Y轴和Z轴方向的位移，简化了料盒抓取夹具234的运动控制，提高了料盒抓取夹具234的效率和精准度。
X轴转移组件231的结构有多种，在这里不做限定，在本实施例中，X轴转移组件231可以包括沿X轴方向间隔设置的两个X轴电滑轨2311和分别滑动设置在两个X轴电滑轨2311上的两个X轴电滑块2312，Y轴转移组件233固定在两个X轴电滑块2312上，这样实现料盒抓取夹具234沿X轴方向的运动。
Y轴转移组件233包括沿Y轴方向设置的Y轴电滑轨2331和滑动设置在Y轴电滑轨2331上的Y轴电滑块2332，Y轴电滑轨2331的两端分别固定在两个X轴电滑块2312上，Z轴转移组件232固定在Y轴电滑块2332上，这样实现料盒抓取夹具234沿Y轴方向的运动。
Z轴转移组件232可以包括气缸2321，气缸2321竖直固置在Y轴电滑块2332上，且气缸2321的驱动端向下，料盒抓取夹具234竖直固定在气缸2321的驱动端。气缸2321驱动料盒抓取夹具234上下运动。
装置还可以包括机架24，机架24包括固定架241和安装架242，固定架241间隔的设置在上料台21的一侧，安装架242固定设置在固定架241和上料台21上，两个X轴电滑轨2311分别间隔的设置在安装架242上。
安装架242的结构多种，例如：安装架242包括四个竖直安装杆2421和一个固定横杆2422，两个竖直安装杆2421固定设置在上料台21上，另外两个竖直安装杆2421固定设置在固定架241上，固定横杆2422固定设置在另外两个竖直安装杆2421的顶端，两个X轴电滑轨2311分别一端设置在两个竖直安装杆2421的顶端，另一端设置在另外两个竖直安装杆2421的顶端，实现两个X轴电滑轨2311的稳定安装。
料盒抓取夹具234的结构多种，在这里不做限定，例如：料盒抓取夹具234可以包括气动夹爪2341，气动夹爪2341固定在气缸2321的驱动端。其中气动夹爪2341可以为市场上可以购买到的产品，例如：FHT系列气动手指。
如图5所示，抓取装置3可以包括取料台31、六轴机械手32、抓取夹具33、视觉检测定位组件34和扫码组件35，取料台31设置在上料装置2和压装装置1之间，六轴机械手32、视觉检测定位组件34和扫码组件35均设置在取料台31上，抓取夹具33设置在六轴机械手32的顶端。
市面采用单机械手，抓取时需要考虑兼容双极板与膜电极两种产品，些两种产品材质，结构差异大，兼容的夹具不能做到万无一失。这里两个抓取装置3的抓取夹具33可以一对一设计，不用考虑兼容性，且装配效率提高一倍，稳定性大大增加。
六轴机械手32在取料位将料盒里面的双极板与膜电极搬运至视觉检测定位组件34及扫码组件35，二次定位后及扫码后，将双极板与膜电极搬运至压装装置1的电堆夹具12上依次进行堆叠。
视觉检测定位组件34可以包括两个摄像机采集图像信息，因为双极板与膜电极细长，两个摄像机间隔设置视野更大，可以覆盖双极板与膜电极。
以上未涉及之处，适用于现有技术。
虽然已经通过示例对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围，本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例来做出各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的方向或者超越所附权利要求书所定义的范围。本领域的技术人员应该理解，凡是依据本发明的技术实质对以上实施方式所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种燃料电池电堆装配设备，其特征在于：包括一个压装装置(1)、两个上料装置(2)和两个抓取装置(3)；两个所述上料装置(2)设置在所述压装装置(1)的两侧，两个所述抓取装置(3)分别设置在两个所述上料装置(2)和所述压装装置(1)之间，以将所述上料装置(2)上的原料抓取至所述压装装置(1)上，所述压装装置(1)用于对电堆进行压装锁紧。
2.如权利要求1所述的一种燃料电池电堆装配设备，其特征在于：包括压装台(11)、电堆夹具(12)、压板(13)、压力检测机构(14)和驱动机构(15)；所述电堆夹具(12)放置在所述压装台(11)上，所述电堆叠放在所述电堆夹具(12)内，所述压板(13)设置在所述电堆夹具(12)的正上方，所述压板(13)上设有注气孔(131)，所述驱动机构(15)包括两个驱动件(151)，两个所述驱动件(151)分别位于所述压板(13)的两端的上方，两个所述驱动件(151)的驱动端分别与所述压板(13)的两端传动连接，以驱动所述压板(13)相对所述电堆上下运动，所述压力检测机构(14)用于检测所述压板(13)施加在所述电堆上的压力。
3.如权利要求2所述的一种燃料电池电堆装配设备，其特征在于：所述驱动机构(15)包括支撑架(152)和安装板(153)，所述支撑架(152)竖直设置在所述压装台(11)上，所述安装板(153)设置在所述支撑架(152)的顶端，所述安装板(153)的中部设有贯穿其的操作孔(1531)，两个所述驱动件(151)设置在所述安装板(153)上，且位于所述操作孔(1531)的两侧，所述驱动件(151)的驱动端穿过所述安装板(153)与所述压板(13)固定连接。
4.如权利要求3所述的一种燃料电池电堆装配设备，其特征在于：所述压装装置(1)还包括两个光栅尺位移传感器(16)，两个所述光栅尺位移传感器(16)分别竖直设置在所述压装台(11)上，且分别位于所述压板(13)的两端设置，用以检测所述压板(13)两端的上下移动位移。
5.如权利要求3所述的一种燃料电池电堆装配设备，其特征在于：两个所述驱动件(151)均包括电缸(1511)，所述电缸(1511)的驱动端穿过所述安装板(153)与所述压板(13)固定连接；所述压力检测机构(14)包括两个压力传感器(141)，两个所述压力传感器(141)分别设置在所述电缸(1511)的驱动端与所述压板(13)之间，且与所述电缸(1511)的驱动端和压板(13)均连接固定。
6.如权利要求3所述的一种燃料电池电堆装配设备，其特征在于：所述支撑架(152)包括四个支撑杆(1521)，四个所述支撑杆(1521)均竖直固定设置在所述压装台(11)上，且设置在所述电堆夹具(12)的四周，所述安装板(153)固定设置在四个所述支撑杆(1521)的顶端；所述压板(13)包括第一板体(132)和第二板体(133)，所述第一板体(132)的形状为工字型，所述第二板体(133)设置在第一板体(132)的竖板靠近所述电堆夹具(12)的一侧，所述第二板体(133)的面积小于所述第一板体(132)的面积，所述第一板体(132)上设有四个导向孔(1321)，所述导向孔(1321)与所述支撑杆(1521)一一对应，所述支撑杆(1521)一一对应的穿过所述导向孔(1321)，四个所述导向孔(1321)分别位于第一板体(132)的两个横板的两端；所述注气孔(131)设置在所述第二板体(133)上。
7.如权利要求1-6任一项所述的一种燃料电池电堆装配设备，其特征在于：所述上料装置(2)包括上料台(21)、输送推车(22)和转移机构(23)；所述输送推车(22)可移动的设置在所述转移机构(23)的一侧，所述输送推车(22)上放置有多个料盒，所述转移机构(23)设置在所述上料台(21)和输送推车(22)的上方，以将料盒在所述输送推车(22)和所述上料台(21)之间往返转移。
8.如权利要求7所述的一种燃料电池电堆装配设备，其特征在于：所述转移机构(23)包括X轴转移组件(231)、Z轴转移组件(232)、Y轴转移组件(233)和料盒抓取夹具(33)(234)，所述X轴转移组件(231)设置在所述上料台(21)和输送推车(22)的上方，所述Y轴转移组件(233)可滑动的设置在所述X轴转移组件(231)上，所述Z轴转移组件(232)设置在所述Y轴转移组件(233)上，所述料盒抓取夹具(33)(234)竖直设置在所述Z轴转移组件(232)上。
9.如权利要求8所述的一种燃料电池电堆装配设备，其特征在于：所述X轴转移组件(231)包括沿X轴方向间隔设置的两个X轴电滑轨(2311)和分别滑动设置在两个所述X轴电滑轨(2311)上的两个X轴电滑块(2312)，所述Y轴转移组件(233)固定在两个所述X轴电滑块(2312)上；所述Y轴转移组件(233)包括沿Y轴方向设置的Y轴电滑轨(2331)和滑动设置在所述Y轴电滑轨(2331)上的Y轴电滑块(2332)，Y轴电滑轨(2331)的两端分别固定在两个所述X轴电滑块(2312)上，所述Z轴转移组件(232)固定在所述Y轴电滑块(2332)上；所述Z轴转移组件(232)包括气缸(2321)，所述气缸(2321)竖直设置在所述Y轴电滑块(2332)上，且所述气缸(2321)的驱动端向下，所述料盒抓取夹具(234)竖直固定在所述气缸(2321)的驱动端。
10.如权利要求7所述的一种燃料电池电堆装配设备，其特征在于：所述抓取装置(3)包括取料台(31)、六轴机械手(32)、抓取夹具(33)、视觉检测定位组件(34)和扫码组件(35)，所述取料台(31)设置在所述上料装置(2)和所述压装装置(1)之间，所述六轴机械手(32)、视觉检测定位组件(34)和扫码组件(35)均设置在所述取料台(31)上，所述抓取夹具(33)设置在所述六轴机械手(32)的顶端。
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