CN112326144A - 一种燃料电池装堆测漏设备 - Google Patents
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Abstract
本发明为一种燃料电池装堆测漏设备,一种燃料电池堆装堆测漏设备,主要包括升降机构、定位机构、压力机构、气密性检测机构等,压力机构包含本设备机架,其他机构分置于该机构内部。以上机构相互配合,共同辅助完成电堆装堆及气密性检测工序。本发明的压力机构包括:压机底座、压力传感器、压机外框、压力电机、压力导柱、压机立柱、压力杆、压机支座、压力接触板和压力传感器。压机底座在水平地面上,压机外框立在压机底座上,压力电机在压机外框顶部,控制压力杆的伸缩,压力杆的末端与压力连接板相连,再通过压力导柱将压力传到压力接触板上。为了实时监控压机压力大小,将压力传感器和压机立柱相连置于压机底座平台上并与压机支座相连。
Description
技术领域
本发明涉及燃料电池电堆装配和质量检测技术,属于燃料电池生产领域,具体而言是一种燃料电池装堆测漏设备。
背景技术
质子交换膜燃料电池(PEMFC)由多个子电极堆叠而成,包含阴阳双极板、膜电极、铜电极、安装板等多个零部件,装堆的工序较多耗时较长。电堆完成装配需对其阳极通道、阴极通道及冷却通道进行气密性检测,防止各个通道之间气体串通,对产品性能及安全造成影响。在现有技术中,燃料电池大多是先完成电堆的装配封装再对电堆进行气密性检测,如检测到气密性不合格后会进行拆堆重新检查效率太低,同时对电堆进行拆解重装的过程中可能对其零部件造成破坏,增加成本。此外电堆体积大、重量重,不便于移送,人工在不同的设备间搬运较为费力,同时碰撞及剧烈震动对电堆的性能也会造成影响
公布号为CN201921606866.1实用新型专利,提供了一种伺服旋转燃料电池电堆组装机,其测试中的装堆和测漏过程中需多次拆装定位杆,且必须先进行封装才可进行气密性检测,因其各个零件靠自身重力与定位杆接触对正对齐,从提供的方案中无法在未拆除定位杆的状态下进行测漏,否则压机会与定位杆有干涉。另外定位杆的反复拆装对堆叠的精度会有影响,无法满足实际生产需要。
公布号为CN201922436019.1实用新型专利,提供一种用于燃料电池堆组装和测漏的多用途工装,该工装只适用于电堆螺杆封装方式,不兼容目前主流趋势采用的绑带及侧板封装方式,若添加绑带,该治具仅通过定位孔及定位柱无法保证物料堆叠整齐,且实际与压机进行装配时会有干涉,治具与电堆的各个进出口之间无密封原件,无法保证测试时的气密性。两侧的进气和排气的三个通道共用一个气腔,无法对单一通道进行气密性检测,不满足实际使用需要。
以上两种方法均不适用批量化生产,并需要反复拆装定位治具,实际使用较为不便,同时也影响生产节拍
针对以上问题,本发明所要解决的技术问题在于提供一种燃料电池堆装堆测漏设备,解决燃料电池在保证其在气密性合格的状态下进行封装的问题;解决燃料电池堆体积大、重量沉,在设备上取放困难问题;解决燃料电堆极板、膜电极等零部件在堆叠时整齐度不齐的问题;解决提高批量化生产电堆时产品一致性及生产效率等问题。
发明内容
本发明提供的一种燃料电池装堆测漏设备,本发明的一种燃料电池堆装堆测漏设备,主要包括升降机构、定位机构、压力机构、气密性检测机构等,压力机构包含本设备机架,其他机构分置于该机构内部。以上机构相互配合,共同辅助完成电堆装堆及气密性检测工序。该装置整体置于水平地面上,在机械手升降的范围内本发明的压力机构包括:压机底座、压力传感器、压机外框、压力电机、压力导柱、压机立柱、压力杆、压机支座、压力接触板和压力传感器。压机底座在水平地面上,压机外框立在压机底座上,压力电机在压机外框顶部,控制压力杆的伸缩,压力杆的末端与压力连接板相连,再通过压力导柱将压力传到压力接触板上。压力杆的长度取决于电堆高度,为了实时监控压机压力大小,将压力传感器和压机立柱相连置于压机底座平台上并与压机支座相连。
进一步的,本发明的定位机构包括:定位柱、定位柱导轨、定位推杆、定位气缸和定位平台;定位机构整体置于压机支座上,后面一侧有两个定位柱,左右两侧各有一个定位柱共4个定位柱,均装在定位柱导轨内,左右两侧的定位柱与气缸推杆相连,定位气缸可通过定位推杆控制定位柱在定位柱导轨内前后移动。
进一步的,本发明的升降机构包括:升降气缸、升降推杆、气缸托板、升降导柱。升降气缸置于压机底座内,通过升降推杆与气缸托板相连,气缸托板上固定的升降导柱与测漏治具底面的四个导孔同轴心,升降导柱与测漏治具接触位置上装有减震垫。
进一步的,本发明的气密性检测机构包括:测漏治具、堵头、密封圈以及外部测漏系统。该机构在定位机构预留的槽内,测漏治具上有阴极进气口、阳极进气口和冷却进气口,每个进气口与其对应的进气通道相通。三个进气
进一步的,本发明在实施全自动生成时包含一台机械手,置于该设备未装定位柱的一侧,与电堆保持合适距离以满足机械手完成各个物料在设备上的取放及对电堆的移取。该机械手可根据物料的类别及功用自行更换工装。
进一步的,本发明中机械手从设备上在取下电堆时需将治具一起抬起,治具底部有沉孔,与升降杆的位置相对应并可插入一段深度,使电堆升降时更稳定。
本发明有两套治具可交替使用,备用治具放置在设备附近,可由人工或机械手完成治具的放置。
燃料电池电堆装配首先需通过定位机构保证各个零部件相互对正对齐,在通过压力机构提供恒定的压力给与气密性检测机构以完成电堆测漏,并使电堆达到预定的高度以完成封装固定,最后用升降机构将电堆从该设备升到可操作位置,再由机械手取走电堆。以上所有工序相互配合,互不干涉,可实现装堆测漏转移等功能一体化。
与现有技术相比,本发明的有益效果如下:
1、该发明可同时在同一设备上完成燃料电池堆装配和过程检测两道工序,保证封装的电堆气密性合格,避免因电堆泄露返修增加工作量,同时减少不同工位间移动时对电堆气密性造成影响。
2、该发明提供一种半自动化完成装堆及气密性检测两道工序,提高生产效率并保证产品的一致性,满足实际批量化燃料电池生产装堆及测漏需要。
3、该发明可兼容多种电堆封装方式,如绑带封装、螺杆封装及侧板封装等。
4、该发明既可用于实验室研发装堆,也可用于自动化批量生产,自动化批量生产。
5、该发明增加定位装置,可使装堆的各个物料在叠堆过程中对正对齐;
6、该发明可满足不同片数及规格的电堆组装及测试,如金属板电堆、石墨板电堆等;
7、该发明可实现连续作业,为保证节拍可使用两套治具交替使用,机械手将前一台封装好的电堆连带治具一起移走后,可立即放上另一套治具继续装堆生产。
8、该发明通过机械手完成电堆从设备上的转移,可将电堆平稳旋转至辅助后续工序的角度,便于后续工序进行。
9、该发明中的机械手可辅助完成电堆拆堆工作,避免关键部件如膜电极因人工造成破损及混装。
附图说明
图1为本发明在进行燃料电池装堆后测漏的整体结构示意图;
图2为本发明在完成电堆封装后移出电堆整体结构示意图;
图3为本发明的定位机构结构示意图;
图4为本发明的测漏治具;
图5为本发明的测漏治具剖面示意图;
图6为本发明的升降机构结构示意图;
图7为本发明的测漏外部系统方案结构图。
1、压机底座;2、升降机构;3、压力传感器;4、未封装燃料电池堆;
5、测漏治具;6、压力接触板;7、定位机构;8、压力导柱;9、压力连接板;10、压力杆11、压机外框;12、压力电机;13、升降推杆;14、升降气缸;15、定位柱;16、定位柱导轨;17、封装后燃料电池堆;18、升降导柱;19、压机支座;20、定位气缸;21、定位平台;22、定位推杆;23、阳极进气口;24、冷却进气口;25、阴极进气口;26、电堆阴极通道;27、电堆冷却通道;28、绑带槽;29、电堆阳极通道;30、堵头;31、密封圈;32、气缸托板;33、压机立柱。
具体实施方式
下面将结合本发明中的实施例,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
本发明提供的一种燃料电池装堆测漏设备。
实施例1:全自动方案
在进行装堆前,定位气缸推杆处于收紧状态,定位柱呈远离电堆方向。机械手依次将电堆尾板、阴阳双极板、膜电极等零部件按指定顺序堆叠在测漏工装上,沿着定位柱缓慢下落,完成最后一片零部件装配后,定位气缸控制定位推杆推动左右两个定位杆将电堆各个零部件加紧,使每一片零部件对齐。压力电机启动,压力杆伸长将压力接触板与电堆压紧并施加一定的压力。气密性检测机构启动,外部连通的气路与测漏治具的阳极进气口、阴极进气口及冷却进气口分别相连。测阳极通道时,电磁阀A打开,压缩空气进入电堆,进气端的气体压力表显示进气气压到达后电磁阀A关闭停止进气,气压传感器监测压力变化量,阴极和冷却通道相同步骤。若任意通道超出合格测试合格,电堆气密性未达标,排气阀A/B/C打开,压力电机启动反转,压力杆收回,排查问题后再重复以上动作。若三个通道气密性均合格,由机械手电堆进行封装。定位气缸启动,将定位杆拉至远离电堆的方向。升降气缸启动,带动升降推杆伸长,带动升降导柱穿过压机支座上预留的四个空位,升降导柱顶端的减震垫与测漏治具后面的四个定位孔接触,平稳将电堆顶出,升至机械手“匚”型夹具可伸进伸出的高度,机械手电堆夹住后,旋转180度将电堆底面朝上移送至下一工位,安装转接板及接口等其他零部件。
实施例2:半自动方案
该方案适用于小批量生产使用,以应对可能出现的多种封装方式,由人工完成电堆封装。在进行装堆前,定位气缸推杆处于收紧状态,定位柱呈远离电堆方向。机械手依次将电堆尾板、阴阳双极板、膜电极等零部件按指定顺序堆叠在测漏工装上,沿着定位柱缓慢下落,完成最后一片零部件装配后,定位气缸控制定位推杆推动左右两个定位杆将电堆各个零部件加紧,使每一片零部件对齐。压力电机启动,压力杆伸长将压力接触板与电堆压紧并施加一定的压力。气密性检测机构启动,外部连通的气路与测漏治具的阳极进气口、阴极进气口及冷却进气口分别相连。测阳极通道时,电磁阀A打开,压缩空气进入电堆,进气端的气体压力表显示进气气压到达后电磁阀A关闭停止进气,气压传感器监测压力变化量,阴极和冷却通道相同步骤。若任意通道超出合格测试合格,电堆气密性未达标,排气阀A/B/C打开,压力电机启动反转,压力杆收回,排查问题后再重复以上动作。若三个通道气密性均合格,由人工完成电堆封装。定位气缸启动,将定位杆拉至远离电堆的方向。升降气缸启动,带动升降推杆伸长,带动升降导柱穿过压机支座上预留的四个空位,升降导柱顶端的减震垫与测漏治具后面的四个定位孔接触,平稳将电堆顶出,升至机械手“匚”型夹具可伸进伸出的高度,机械手电堆夹住后,旋转180度将电堆底面朝上移送至下一工位,安装转接板及接口等其他零部件。
实施例2:手工方案
该方案适用于研发使用,考虑到机械手对场地的限制,由人工代为完成相关工序。在进行装堆前,定位气缸推杆处于收紧状态,定位柱呈远离电堆方向。人工依次将电堆尾板、阴阳双极板、膜电极等零部件按指定顺序堆叠在测漏工装上,沿着定位柱缓慢下落,完成最后一片零部件装配后,定位气缸控制定位推杆推动左右两个定位杆将电堆各个零部件加紧,使每一片零部件对齐。压力电机启动,压力杆伸长将压力接触板与电堆压紧并施加一定的压力。气密性检测机构启动,外部连通的气路与测漏治具的阳极进气口、阴极进气口及冷却进气口分别相连。测阳极通道时,电磁阀A打开,压缩空气进入电堆,进气端的气体压力表显示进气气压到达后电磁阀A关闭停止进气,气压传感器监测压力变化量,阴极和冷却通道相同步骤。若任意通道超出合格测试合格,电堆气密性未达标,排气阀A/B/C打开,压力电机启动反转,压力杆收回,排查问题后再重复以上动作。若三个通道气密性均合格,由人工完成电堆封装。定位气缸启动,将定位杆拉至远离电堆的方向。升降气缸启动,带动升降推杆伸长,带动升降导柱穿过压机支座上预留的四个空位,升降导柱顶端的减震垫与测漏治具后面的四个定位孔接触,平稳将电堆顶出。由人工将电堆抱到移动小车上运走。
最后:以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,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之内。
Claims (10)
1.一种燃料电池装堆测漏设备,其特征在于:主要包括升降机构、定位机构、压力机构、气密性检测机构等,压力机构包含本设备机架,所述升降机构、定位机构、气密性检测机构,分置于该机构内部,以上机构相互配合,共同辅助完成电堆装堆及气密性检测工序。
2.根据权利要求1所述的一种燃料电池装堆测漏设备,所述压力机构包括:压机底座、压力传感器、压机外框、压力电机、压力导柱、压机立柱、压力杆、压机支座、压力接触板和压力传感器。
3.根据权利要求2所述的一种燃料电池装堆测漏设备,所述压机底座在水平地面上,所述压机外框立在压机底座上,所述压力电机在压机外框顶部,控制压力杆的伸缩,压力杆的末端与压力连接板相连,再通过压力导柱将压力传到压力接触板上,压力传感器和压机立柱相连置于压机底座平台上并与压机支座相连。
4.根据权利要求3所述的一种燃料电池装堆测漏设备,所述定位机构包括:定位柱、定位柱导轨、定位推杆、定位气缸和定位平台。
5.根据权利要求4所述的一种燃料电池装堆测漏设备,所述定位机构整体置于压机支座上,后面一侧有两个定位柱,左右两侧各有一个定位柱共4个定位柱,均装在定位柱导轨内,左右两侧的定位柱与气缸推杆相连,定位气缸可通过定位推杆控制定位柱在定位柱导轨内前后移动。
6.根据权利要求5所述的一种燃料电池装堆测漏设备,所述升降机构包括:升降气缸、升降推杆、气缸托板、升降导柱。
7.根据权利要求6所述的一种燃料电池装堆测漏设备,所述升降气缸置于压机底座内,通过升降推杆与气缸托板相连,气缸托板上固定的升降导柱与测漏治具底面的四个导孔同轴心,升降导柱与测漏治具接触位置上装有减震垫。
8.据权利要求7所述的一种燃料电池装堆测漏设备,所述气密性检测机构包括:测漏治具、堵头、密封圈以及外部测漏系统。
9.据权利要求8所述的一种燃料电池装堆测漏设备,所述气密性检测机构在定位机构预留的槽内,测漏治具上有阴极进气口、阳极进气口和冷却进气口,每个进气口与其对应的进气通道相通。
10.根据权利要求1所述的一种燃料电池装堆测漏设备:本发明在实施全自动生成时包含一台机械手,置于该设备未装定位柱的一侧,与电堆保持合适距离以满足机械手完成各个物料在设备上的取放及对电堆的移取,该机械手可根据物料的类别及功用自行更换工装;本发明中机械手从设备上在取下电堆时需将治具一起抬起,治具底部有沉孔,与升降杆的位置相对应并可插入一段深度,使电堆升降时更稳定;本发明有两套治具可交替使用,备用治具放置在设备附近,可由人工或机械手完成治具的放置;燃料电池电堆装配首先需通过定位机构保证各个零部件相互对正对齐,在通过压力机构提供恒定的压力给与气密性检测机构以完成电堆测漏,并使电堆达到预定的高度以完成封装固定,最后用升降机构将电堆从该设备升到可操作位置,再由机械手取走电堆;以上所有工序相互配合,互不干涉,可实现装堆测漏转移等功能一体化。
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