CN112563532A - 一种燃料电池膜电极密封组件的连续封装用设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种燃料电池膜电极密封组件的连续封装用设备，包括机架体和Plc系统，机架体上设有传送带，沿传送带的进料端至出料端的传送方向，依次设有扩散层辅助放置用限位机构、膜电极密封组件焊接区、以及辊压冷固区；膜电极密封组件焊接区内位于上层传送带下方设有对传送中的夹具焊接时作用的连接辅助定位机构；膜电极密封组件焊接区内位于传送带传送方向的两侧均设有出气长管，出气长管均与氮气瓶连接；可以使完成限位的膜电极密封组件在本设备下实现连续化运输以及连续性封装，具有较好的封装效果以及较高的封装效率。

Description

一种燃料电池膜电极密封组件的连续封装用设备

技术领域

本发明涉及燃料电池领域，尤其涉及一种燃料电池膜电极密封组件的连续封装用设备。

背景技术

膜电极组件，即MEA(Membrane Electrode Assemblies)是氢燃料电池的核心组件，它是由氢燃料电池的催化电极层，以及位于催化电极层两侧的气体扩散层组合而成的。现有技术中，氢燃料电池膜电极组件是将催化电极层膜电极与位于催化电极层膜电极两侧的气体扩散层热压而成的，而热压的效果直接影响着膜电极组件的良品率，其中属膜电极组件在热压时，产生的气泡跟褶皱对膜电极组件的影响最为严重。

目前膜电极密封组件的普遍情况是操作工人手工加工生产，即工人在组装膜电极时将裁切好的质子交换膜封入密封保护边框中，一般使用三明治型的装封方法，即将质子交换膜封于两层密封保护边框之中。

专利CN103887519A公开了一种膜电极压合模具及其操作方法。该模具在上、下定位板开设通孔和凹槽来定位气体扩散层和膜电极，但是带有边框的膜电极易于扭曲、变形，无法在凹槽中平铺，导致压合时发生位移。

专利CN106785071A提供一种电池单元的热复合工艺，将第一隔膜、第一电极、第二隔膜、第二电极依次至下而上层层堆叠；将堆叠好的四层单元层送入热压机中热压，形成热压单元。

现有的用于燃料电池膜电极生产的热压成型工艺中，存在热压质量差和热压精度低的问题。其中现有的热压操作大多为一次成型，易出现压力不均或压力过大等情况，而胶料在固化过程中，易发生粘连的情况；且不能够保证待热压部件在取放便捷的同时，不会在热压过程中发生偏移的情况，而采用上下压板贴白卡纸方式，对膜电极组件进行平热压的，也不能很好地保证彻底除尽膜电极组件内气泡和平热压时膜电极组件的形态。

发明内容

本发明的目的是提供一种燃料电池膜电极密封组件的连续封装用设备，其优点在于，可以使完成限位的膜电极密封组件在本设备下实现连续化运输以及连续性封装，具有较好的封装效果以及较高的封装效率。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种燃料电池膜电极密封组件的连续封装用设备，包括机架体以及Plc系统，所述膜电极密封组件在夹具上进行叠加，所述夹具包括支撑板，以及分布在靠近支撑板四个角端处的定位柱；所述机架体上设有传送夹具的传送带，沿所述传送带的进料端至出料端的传送方向，依次设有扩散层辅助放置用限位机构、膜电极密封组件焊接区、以及对膜电极密封组件作用的辊压冷固区；

所述扩散层辅助放置用限位机构用于实现膜电极组件在夹具上的定位叠加；所述限位机构为一组或多组；任一组所述限位机构包括定位板和限位缺口，所述定位板用于实现夹具在传送带方向上的定位；所述限位缺口供扩散层通过，用于实现扩散层下落时在夹具上的定位；

所述膜电极密封组件焊接区用于实现叠加后的膜电极组件的密封；所述焊接区包括连接辅助定位机构；所述连接辅助定位机构用于对传送中的夹具在焊接过程中起支撑作用；

所述辊压冷固区包括一对供密封后的膜电极组件穿过的转动式柔性浮辊，用于实现密封后的膜电极组件的冷却固化。

本发明进一步设置为：所述扩散层辅助放置用限位机构包括位于传送带传送方向两侧的连接板，所述两个连接板各自转动设置在机架体上；两个连接板下方并垂直于传送带方向均设有与夹具抵触的定位板，所述连接板一个边端设有半框通槽，当两个连接板均平行于传送带时，两个半框通槽构成供扩散层通过的限位缺口；

本发明进一步设置为：所述辊压冷固区包括一对转动设置在机架体上，并与传送带相通的供膜电极密封组件传送并贯穿的转动式柔性浮辊，所述转动式柔性浮辊分别与膜电极密封组件上表面、下表面相切，所述转动式柔性浮辊内均通过水管与冷却水箱循环连接。

所述膜电极密封组件焊接区内位于传送带传送方向的两侧均设有出气长管，所述出气长管均与氮气瓶连接。

本发明进一步设置为：所述传送带包括由上层传送带和下层传动带组成的传动回路，所述连接辅助定位机构位于膜电极密封组件焊接区处的上层传送带和下层传动带之间，所述连接辅助定位机构包括多块处于同一水平面内，并互相交错设置的，对夹具吸附的电磁支撑座，所述机架体内设有多个分别控制多块电磁支撑座转动的电机一，以及多个分别控制多块电磁支撑座沿传送带传送方向同步滑移运动的电机二，所述电磁支撑座内均设有与plc系统电路信号连接的压力传感器。

本发明进一步设置为：所述传送带的进料端处设有控制夹具传送区域的位置调节机构，所述位置调节机构包括设置传送带起始端的光栅传感器；所述光栅传感器用于发射两道平行的且位于传送带表面的红外光束，两道红外光束之间构成对夹具作用的限位区；所述红外光束的射程位于光栅传感器传送带进料端与膜电极密封组件焊接区之间。所述机架体上位于传送带进料端的两侧处，均设有由气缸一驱动的、与红外光束平行的、并对夹具推动的调节推板；所述气缸一、光栅传感器均与plc系统电路信号连接。

本发明进一步设置为：所述机架体上位于膜电极密封组件焊接区的进料端和出料端处均设有将膜电极密封组件焊接区封闭的电动升降门，所述机架体靠近膜电极密封组件焊接区处，以及电动升降门内均设有隔音棉。

本发明进一步设置为：所述连接板上沿限位缺口的内周壁处均设有向靠近传送带方向沿伸的延伸壁，所述延伸壁的底部与夹具的定位柱上端表面之间相距0.5-1.5cm。

本发明进一步设置为：当连接板平行于传送带时，所述连接板的上端表面与夹具上端表面之间相距3-5cm。

本发明进一步设置为：所述机架体上设有与连接板铰接的气缸二，所述气缸二用于控制所述连接板实现翻转，所述机架体上沿传送带的传送方向，位于连接板的前工位处均设有对夹具识别的位置传感器，所述位置传感器、气缸二均与plc系统电路信号连接。

本发明进一步设置为：沿平行于传送带的方向，所述限位缺口的内壁周边与扩散层的外周边相距0.3-0.5mm，所述定位板下端底面与传送带之间距离为1-1.5cm。

本发明进一步设置为：所述辊压冷固区与膜电极密封组件焊接区出料端之间设有夹具存储台，所述夹具存储台内也通过水管与冷却水箱连接。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

1、本设备包括膜电极密封组件的组装线，焊接线，冷却线，均在传送带的传送过程中连续完成，从而实现膜电极的连续封装，解决了现有膜电极密封组件不能连续封装的问题；同时设置扩散层辅助用限位机构，用以辅助膜电极密封组件封装工艺前互相叠加过程中，不借助贴胶带等繁杂工序，即可以快速实现扩散层在膜电极密封组件中的放置以及限位工作，极大的提高了工作效率；同时设置有膜电极密封组件焊接区，对传送过程中的膜电极密封组件直接进行焊接封装，并配合连接辅助定位机构，保证了封装工作的顺利实现以及的封装工艺的连续性；再在焊接区配合氮气的输入，有效提高焊接过程中的安全性；

2、连接辅助定位机构采用对夹具吸附的电磁支撑座等结构，可以实现对每个传送而至的夹具的一对一吸附定位，并随夹具的继续传送跟随滑移，不会影响膜电极密封组件的连续传送；

3、本设备中设置位置调节机构，使放置进传送带上的夹具在初始传送端被准确推送至两红外光束构成的限位区内，并保持在该限位区内的传送，有效提高后续扩散层在其上的准确放置，也提高了后续焊接时夹具的方位的准确率；

4、本设备中在膜电极密封焊接区的进料端和出料端处均设置了电动升降门，用以焊接过程中的自动关闭，提高了安全性；并且本设备中设置有隔音棉，减少了工作区的噪音污染；

5、本设备扩散层辅助放置用限位机构中，限位缺口的内壁周边与扩散层的外壁周边较小距离的设置，以便扩散层顺利通过，同时延伸壁的设置，是以实现对通过限位缺口处的扩散层的下落支撑作用，避免扩散内下落过程中出现较大位移，延伸壁的底部与夹具的定位柱上端表面之间的距离设置，是避免对夹具传送产生抵触，使其不能处于限位缺口的正下方；并控制了扩散层的整体下落距离，较小的下落距离保证扩散层可以快速落于夹具上，同时进一步减小下落过程中的偏移现象。

附图说明

图1是连续封装用设备的整体结构示意图；

图2是图1中A的局部放大图；

图3也是连续封装用设备的整体结构示意图，也是出气长管、光栅传感器、位置传感器的示意图；

图4是处于机架体内并位于两层传送带之间的连接辅助定位机构的结构示意图；

图5是膜电极密封组件置于夹具中并进行激光焊接的示意图；

图6是膜电极密封组件置于夹具中对第一密封区进行超声波线性扫描焊接中的示意图；

图7是膜电极密封组件置于夹具中对第二密封区进行超声波线性扫描焊接中的示意图；

图8是膜电极密封组件的结构示意图；

图9为第一传感器、第二传感器分别至长条形焊接头一的直线距离以及第一密封区的宽度的局部放大图。

图中：1、膜电极密封组件；1-1、密封边框；1-1-1、通槽口；1-1-2、胶面层；1-2、催化电极层；1-2-1、催化剂层；1-3、扩散层；1-4、限位通孔；2、夹具；2-1、支撑板；2-2、定位柱；2-3、接收器；3、机架体；3-1、电动升降门；4、传送带；5、扩散层辅助放置用限位机构；5-1、连接板；5-2、定位板；5-3、半框通槽；5-4、限位缺口；5-5、延伸壁；5-6、气缸二；5-7、位置传感器；6、辊压冷固区；6-1、转动式柔性浮辊；6-2、水管；6-3、冷却水箱；7、激光焊接头；7-1、第四传感器；8、焊头组一；8-1、长条形焊接头一；8-2、方形焊接头一；8-3、第一传感器；8-4、第二传感器；9、焊头组二；9-1、长条形焊接头二；9-2、方形焊接头二；9-3、第三传感器；10、连接辅助定位机构(位于焊接区传送带内部)；10-1、电磁支撑座；10-2、电机一；10-3、电机二；10-4、滑杆；10-5、滑块；10-6、螺杆；11、出气长管；11-1、连接气管；12、位置调节机构；12-1、光栅传感器；12-2、红外光束；12-3、气缸一；12-4、调节推板；13、夹具存储台；14、预先焊缝；15、第一密封区；16、第二密封区。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

一种燃料电池膜电极密封组件的连续封装用设备，包括机架体3以及Plc系统，plc系统内设置有计时程序模块；如图1和3所示，机架体3上设有传送机构，沿传送机构的进料端至出料端的传送方向，依次设置有膜电极密封组件叠加限位区、膜电极密封组件焊接区、对膜电极密封组件1作用的辊压冷固区6、以及处于膜电极密封组件焊接区出料端与辊压冷固区6之间的夹具存储台13。

膜电极密封组件叠加限位区内包括多组实现扩散层1-3精准放置的扩散层辅助放置用限位机构5以及控制夹具2传送区域的位置调节机构12，在本实施例中，扩散层辅助放置用限位机构5为两组。

膜电极密封组件焊接区包括对膜电极密封组件1焊接的激光焊接设备、超声波线性扫描焊接设备、有对传送中的夹具2焊接时作用的连接辅助定位机构10、以及对膜电极密封组件1方位进行识别的、并与plc系统电路信号连接的、进而控制激光焊接设备、超声波线性扫描焊接设备、连接辅助定位机构10工作时序的识别传感器控制组件，膜电极密封组件焊接区内还设有保护气通入机构。

上述机构、设备、组件的具体设置如下：

传送机构，主要包括设置在机架体3上的传送带4以及实现传送带4传送的驱动电机，传送带4的两端分别为进料端和出料端，如图1或3所示。

扩散层辅助放置用限位机构5，如图1-3所示，包括转动设置在机架体3上并沿传送带4传送方向置于其两侧的连接板5-1，机架体3上设有与连接板5-1表面铰接的气缸二5-6，即连接板5-1通过气缸二5-6的控制实现翻转，两个连接板5-1底部均设有可与夹具2抵触的定位板5-2，定位板5-2底部与传送带4表面之间的距离为1.5cm，避免定位板5-2与传送带4直接接触产生两者的磨损；连接板5-1顶部均设有半框通槽5-3，当两个连接板5-1均平行于传送带4时，两个半框通槽5-3共同构成一个供扩散层1-3通过的限位缺口5-4，并且扩散层通过时，限位缺口5-4的内壁周边与扩散层1-3的外周边水平距离为0.3mm，以便扩散层1-3的顺利通过，同时连接板5-1上沿限位缺口5-4的内周壁处均设有向靠近传送带4方向沿伸的延伸壁5-5，以实现对通过限位缺口5-4处的扩散层1-3的下落支撑作用，延伸壁5-5的底部与夹具2的定位柱2-2上端表面之间相距1cm，避免对夹具2传送产生抵触，使其不能处于限位缺口5-4的正下方；当连接板5-1平行于传送带4时，连接板5-1的上端表面与夹具2上端表面之间相距3cm，即扩散层1-3的整体下落距离为3cm，较小的下落距离保证扩散层1-3快速落于夹具2上，同时减小下落过程中为的偏移现象；与此同时，在机架体3上沿传送带4的传送方向，位于连接板5-1的前工位处均设有对夹具2识别的位置传感器5-7，位置传感器5-7、气缸二5-6均与plc系统电路信号连接。

夹具2传送过程中，被位置传感器5-7识别后，识别信号被传递至plc系统中，plc系统提供预先设定的程序得到指令即实现与该位置传感器5-7相邻的气缸二5-6的工作，使两连接板5-1翻转至均与传送带4平行，夹具2与定位板5-2抵触后停止继续前进，其上载有的膜电极密封组件1之一的密封边框1-1处于与限位缺口5-4同中心位置处，工作人员可以将扩散层1-3从限位缺口5-4处落下，使扩散层1-3在很短时间内顺利覆于密封边框1-1上，plc系统程序指令5S后，气缸二5-6带动连接板5-1翻转远离传送带4，夹具2继续在传送带4作用下向前传送。

位置调节机构12，如图1和3所示，位置调节机构12包括设置在传送带4表面的、并位于传送带4进料端与膜电极密封组件焊接区之间的、由光栅传感器12-1发射的两道平行的红外光束12-2，两道红外光束12-2之间构成对夹具2作用的限位区；机架体3上位于传送带4进料端的两侧处，均设有由气缸一12-3驱动的、与红外光束12-2平行的、并对夹具2推动的调节推板12-4；气缸一12-3、光栅传感器12-1均与plc系统电路信号连接。

工作人员通过两条平行的红外光束12-2，尽量将夹具2放置于红外光束12-2之间的限位区内，若夹具2在起始传送时不处于限位区内，即会与红外光束12-2有重合，此时光栅传感器12-1将信号传递至plc系统，plc系统通过程序指令控制气缸一12-3工作，实现调节推板12-4的伸缩运动，调节推板12-4的伸缩过程与夹具2抵触，直至将夹具2完全推送于限位区内后，气缸一12-3停止工作；从而保证夹具2在进料端就严格处于限位区中，保持在限位区内的持续传送；同时，plc系统内也可以接入与光栅传感器12-1电路信号连接的报警器，在夹具2的继续传送过程中，若出现偏离限位区与红外光束12-2重合时，报警器报警给出警告，工作人员可以及时修正。

激光焊接设备，如图3和5所示，采用市场上可以实现微小功率调节的塑料激光焊接设备，主要包括激光焊接头7以及控制激光焊接头7X/Y/Z轴方向运动的驱动台(图中未显示)，同时，沿传送带4的传送方向，激光焊接设备上位于激光焊接头7的前工位处设有与plc系统电路信号连接的第四传感器7-1，用以感应膜电极密封组件1中裸露在外的扩散层1-3，扩散层1-3的感应手段可以通过第四传感器7-1与扩散层1-3之间距离调试得到距离数值范围输入plc程序中；当夹具2传送至膜电极密封组件焊接区内后，第四传感器7-1感应到扩散层1-3，plc系统指令激光焊接头7按照程序路径实现对膜电极密封组件1中距离扩散层1-3外周边端所设定的尺寸范围形成一圈预先焊缝14，在本实施例中，激光焊接头7的焊接功率设定为0.1W，焊接温度可达到300℃。

超声波线性扫描焊接设备，如图3和6和7所示，在本发明中，超声波线性扫描焊接设备主要包括两组对膜电极密封组件1焊接的焊接头，分别为针对膜电极密封组件1尺寸所定制的焊头组一8和焊头组二9以实现对第一密封区以及第二密封区的完全焊接，焊头组一8包括长条形焊接头一8-1以及设置在长条形焊接头一8-1两端的方形焊接头一8-2，焊头组二9包括长条形焊接头二9-1以及设置在长条形焊接头二9-1两端的方形焊接头二9-2，超声波线性扫描焊接设备中也设有分别控制焊头组一8、焊头组二9X/Y/Z方向移动的X-Y-Z驱动台，同时长条形焊接头一8-1可以另设置小型X-Y-Z驱动台，使其沿两个方形焊接头一8-2做单独的上下滑移运动，同理，长条形焊接头二9-1也可沿两个方形焊接头二9-2做上下滑移运动；在本实施例中，焊接头与待焊接的膜电极密封组件接触的面可以设置为圆弧面，从而使其与待焊接膜电极密封组接触时为线与面接触，从而在保证对膜电极密封组件顺利超声焊接的同时减少两者的相对摩擦。

与此同时，长条形焊接头8-1沿其厚度的两侧分别设有对扩散层1-3识别从而控制焊头组一8工作的第一传感器8-3和第二传感器8-4，第一传感器8-3、第二传感器8-4的间距均可以实现调节，使用前，需使第一传感器8-3到长条形焊接头一8-1的直线距离、第二传感器8-4到长条形焊接头一8-1的直线距离，均等于第一密封区15的宽度，如图9所示，15L与8-3L、8-4L的距离相等；方形焊接头二9-2上设有第三传感器9-3，支撑板2-1上表面长度方向的侧棱处并远离膜电极组件处、延其长度方向阵列设有四个与第三传感器9-3信号连接的接收器2-3，如图7所示，第一传感器8-3、第二传感器8-4均可以采用距离传感器，通过本设备使用前的调试确定多层结构的膜电极中扩散层与传感器中信号接收器的距离，从而获知扩散层的“到来”与“离开”的信号。

第一传感器8-3、第二传感器8-4、第三传感器9-3，激光焊接设备内的第四传感器7-1以及接收器2-3构成识别传感器控制组件，识别传感器控制组件均与plc系统电路信号连接，并通过plc系统中的程序写入控制焊接运动。

在超声波线性扫描焊接设备对膜电极密封组件1的焊接工艺中，控制焊接头对膜电极密封组件1的压力为0.1MPa，振动频率为25kHz，温度处于200℃左右，从而熔化密封边框1-1内的胶面层1-1-2，并在此压力作用下实现膜电极密封组件1的封装。

连接辅助定位机构10，设置于传送带内部同时位于膜电极密封组件焊接区处(传送带4包括由上层传送带和下层传动带组成的传动回路，连接辅助定位机构位于膜电极密封组件1焊接区处的上层传送带和下层传动带之间)，如图4所示，连接辅助定位机构10包括两根互相平行且分别由两个电机一10-2控制转动的滑杆10-4，所述滑杆10-4上均滑移连接有滑块10-5，所述滑块10-5远离滑杆10-4的一端均固定连接有对夹具2吸附的电磁支撑座10-1，两个电磁支撑座10-1相对设置并处于同一高度水平面内，同时两个电磁支撑座10-1分别螺纹连接在两根与滑杆10-4平行的螺杆10-6上，两根螺杆10-6则分别由两个电机二10-3控制转动，同时，两个电机二10-3则分别与电机一10-2固定连接；即电机一10-2可以控制滑杆10-4、滑块10-5、电磁支撑座10-1以及电机二10-3的整体转动，电机二10-3则控制电磁支撑座10-1沿螺杆10-6的直线滑移运动；在本实施例中，电磁支撑座10-1设置为两块，同时电磁支撑座10-1内均设有与plc系统电路信号连接的压力传感器(图中未表示出)，电机一10-2、电机二10-3也均与plc系统电路信号连接，根据程序控制电磁支撑座10-1的方位以及工作状态；在本设备刚启动状态下，应有一个电磁支撑座10-1处于与传送带4水平状态下以等待夹具2的到来，其他电磁支撑座10-1则处于与传送带4垂直状态，便于处于水平状态的电磁支撑座10-1与夹具2吸附后顺利沿传送带4传送方向同步运动；由于两个或者多个电磁支撑座10-1均处于同一水平高度位置处，同时交错设置，即实现一电磁支撑座10-1吸附一夹具2的一一对应定位传送工作。

保护气通入机构，如图3所示，主要包括设置在膜电极密封组件焊接区内位于传送带4传送方向的两侧的出气长管11，出气长管11上沿其长度方向阵列设有多个出气孔，出气长管11均通过气管密封贯穿机架体3后与氮气瓶连接。

辊压冷固区6，如图1或3所示，包括一对转动设置在机架体3上，并与传送带4相通的供膜电极密封组件1传送并贯穿的转动式柔性浮辊6-1，转动式柔性浮辊6-1可以选择橡胶等材料制成，同时机架体内部设置可以控制两转动式柔性浮辊升降或者转动的驱动件，例如液压缸、驱动电机等，以便供膜电极密封组件传送至两转动式柔性浮辊6-1之间，同时转动式柔性浮辊6-1分别与膜电极密封组件1上表面、下表面相切，转动式柔性浮辊6-1内均通过水管6-2与冷却水箱6-3循环连接，即完成焊接的膜电极组件可以置于辊压冷固区6的传送带4上，之后通过传送带4的传送至两转动式柔性浮辊6-1之间，两转动式柔性浮辊6-1对膜电极密封组件1的辊压以及传送过程实现对其的冷却，加强封装效果。

夹具存储台13，如图1或3所示，设置在辊压冷固区6与膜电极密封组件焊接区出料端之间，其内部也有储水腔，通过水管6-2与冷却水箱6-3连通，实现储水腔内冷却水的循环使用，便于对置于夹具存储台13上的夹具2水冷，以便等待下一次的使用，冷却水箱6-3内冷却水的水温为15℃。

在本实施例中，机架体3上位于膜电极密封组件焊接区的进料端和出料端处均设有将膜电极密封组件焊接区封闭的电动升降门3-1，如图1所示，用以在焊接过程中关闭，起到一定的保护作用；同时机架体3靠近膜电极密封组件焊接区处，以及电动升降门3-1内均设有隔音棉(图中未表示出)，工作区的噪音污染。

一种可以在本设备中进行封装的燃料电池膜电极密封组件1，包括在质子交换膜两面涂覆催化剂层1-2-1后形成的催化电极层1-2、两张分别置于催化电极层1-2两面催化剂层1-2-1上的扩散层1-3，催化电极层1-2和两张扩散层1-3构成燃料电池的核心组件-膜电极。

在本密封组件中，在膜电极的两侧分别覆盖具有高熔点、高阻隔性的PEN材料制成的密封边框1-1，密封边框1-1上均设有供扩散层1-3非涂覆面裸露在外的通槽口1-1-1，在本膜电极密封组件1中，通槽口1-1-1的面积小于扩散层1-3的面积，扩散层1-3外周边端与通槽口1-1-1边端之间的距离均为1-2mm，在本实施例中具体为1mm，以便密封边框1-1覆盖于扩散层1-3上时可以实现对扩散层1-3的覆盖限位，且催化电极层1-2以及密封边框1-1上靠近四个角端位置处均设有4个位置对应且同轴的限位通孔1-4，以便实现催化电极层1-2与密封边框1-1之间的位置关系固定，进而使膜电极密封组件1层与层之间的位置关系固定，同时密封边框1-1与膜电极接触的一面均涂覆有熔点100℃以下的胶面层1-1-2，例如热敏胶等。

如图8所示，本膜电极密封组件1从下至上依次为第一张密封边框1-1、置于第一张密封边框1-1上并与通槽口1-1-1同中心放置的扩散层1-3、催化电极层1-2、置于催化电极层1-2中心位置处的第二张扩散层1-3以及第二张密封边框1-1，两张密封边框1-1之间的胶面层1-1-2可以实现五者合一时的初步限位。

一种采用本实施例中连续封装用设备的膜电极密封组件1的封装工艺，本工艺采用一个定制夹具2，如图5所示，夹具2包括支撑板2-1，以及分布在靠近支撑板2-1四个角端处的定位柱2-2，对本实施例中膜电极密封组件1的密封工艺包括以下步骤：

S1，将夹具2放置在传送带4的进料端处进行传送，在位置调节机构12的作用下，夹具2可以被推送至两条红外光束12-2构成的限位区内保持传送。

S2，传送过程中，工作人员利用限位通孔1-4结构，将第一张密封边框1-1的四个限位通孔1-4分别贯穿于夹具2的定位柱2-2上，实现第一张密封边框1-1在夹具2中的定位，此时使第一张密封边框1-1的胶面层1-1-2朝上。

S3，当机架体3上沿传送带4传送方向的第一个位置传感器5-7感应到夹具2后，plc系统控制第一组扩散层辅助放置用限位机构5中气缸二5-6工作，使两个连接板5-1均翻转至与传送带4平行，此时定位板5-2与传送带4垂直，当夹具2传送至与定位板5-2抵触后，夹具2将无法随传送带4的传送而继续前进，此时工作人员从两个连接板5-1的半框通槽5-3所构成的限位缺口5-4处，将扩散层1-3水平落下，扩散层1-3即垂直落于第一密封边框1-1的中心位置处(此处允许有0.3-0.5mm的误差)，此时第一张扩散层1-3涂覆面朝上；plc系统内计时程序控制在夹具2与定位板5-2抵触开始5S后，气缸二5-6带动连接板5-1翻转远离传送带4处，实现夹具2的继续传送。

S4，对完成S3后继续传送的夹具2，工作人员再次利用限位通孔1-4结构，将催化电极层1-2的四个限位通孔1-4分别贯穿于夹具2的定位柱2-2上，实现催化电极层1-2在夹具2中的定位，此时催化电极层1-2中的催化剂层1-2-1也处于扩散层1-3的中间位置处。

S5，完成S4的夹具2继续传送，当再次遇到位置传感器5-7时，plc系统控制第二组扩散层辅助放置用限位机构5中气缸二5-6工作，重复S3动作，使第二张扩散层1-3置于催化电极的中心位置处，之后连接板5-1撤离，夹具2继续传送。

S6，完成S5后，重复S1动作，将第二张密封边框1-1的胶面层1-1-2覆盖于第二张扩散层1-3的非涂覆面上，完成五者的叠加以及限位，形成膜电极密封组件1。

S7，完成S6后，夹具2在传送带4的继续传送下进入膜电极密封组件焊接区，处于膜电极密封组件焊接区内的电磁支撑座10-1在受到来自夹具2的压力后，实现对夹具2的电磁吸附，之后并随夹具2的传送而滑移，形成对夹具2的支撑以及局部限位。

S8，S7的继续传送过程中，当激光焊接头7上的第四传感器7-1感应到扩散层1-3时，激光焊接设备实现对膜电极密封组件1的激光焊接，激光焊接头7在预设定的程序下，快速绕扩散层1-3外周边3mm处一圈，即形成一圈预先焊缝14，激光焊接头7的焊接功率为0.1W；与此同时，膜电极密封组件焊接区进料端和出料端的电动升降门3-1均下降关闭，并且与氮气瓶连通的出气长管11不断向膜电极密封组件焊接区内供入保护气，氮气输出流量控制为20L/min，压力为0.3Mpa，如图5所示。

S9，完成S8的激光焊接头7移动至原位等待，该夹具2继续被传送，当超声波线性扫描焊接设备中焊头组一8中第一传感器8-3感应到膜电极密封组件1中裸露在外的扩散层1-3时，PLC系统接收到来自第一传感器8-3发出的信号后则触发下一个程序指令动作，即plc系统控制焊头组一8下降开始对膜电极密封组件1第一密封区15内进行接触式焊接，当PLC系统中的第一传感器8-3和第二传感器8-4均消失，则表明第一传感器8-3和第二传感器8-4均显示未感应到扩散层1-3，此时plc系统中的程序指令焊头组一8结束对膜电极密封组件1的焊接，及焊头组上升远离膜电极密封组件，如图6所示。

S10，完成S9的夹具2继续传送，当超声波线性扫描焊接设备中焊头组二9中第三传感器9-3接受到夹具2上第一个接收器2-3时，焊头组二9开始对膜电极密封电极扫描式焊接，当接收到第二个接收器2-3时，长条形焊接头二9-1上升远离膜电极密封组件1，两个方形焊接头二9-2继续对膜电极密封组件1焊接，当接收到第三个接收器2-3的信号时，长条形焊接头二9-1再次下降实现对膜电极密封组件1的焊接，当接收到第四个接收器2-3的信号时，焊头组二9全部结束对膜电极密封组件1的焊接，此时已完成对膜电极密封组件1第二密封区16的超声波扫描式焊接，如图7所示，与此同时，电磁支撑座10-1撤销对夹具2的吸附，并在电机一10-2控制下转动90°后，反向传送至膜电极密封组件焊接区的进料端处等待，同时膜电极密封组件焊接区出料端的电动升降门3-1开启，如图1所示。

超声波线性扫描焊接中，焊接头对膜电极密封组件1的压力为0.05MPa。

S11，夹具2带动完成焊接的膜电极密封组件1落于夹具存储台13上，工作人员将膜电极密封组件1从夹具2上取下，并置于辊压冷固区6的传送带4上，膜电极密封组件1被传送至两个转动式柔性浮辊6-1处，在转动式柔性浮辊6-1的辊压传送过程中，实现对其冷却固化，加强密封效果，同时处于夹具存储台13的夹具2也在冷却水箱6-3的循环冷却水作用下得到冷却，等待再次使用。

S12，将完成S10的膜电极密封组件1收集。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (10)

1.一种燃料电池膜电极密封组件的连续封装用设备，包括机架体(3)以及Plc系统，其特征在于：所述膜电极密封组件(1)在夹具(2)上进行叠加，所述夹具(2)包括支撑板(2-1)，以及分布在靠近支撑板(2-1)四个角端处的定位柱(2-2)；

所述机架体(3)上设有传送夹具的传送带(4)，沿所述传送带(4)的进料端至出料端的传送方向，依次设有扩散层辅助放置用限位机构(5)、膜电极密封组件(1)焊接区、以及对膜电极密封组件(1)作用的辊压冷固区(6)；

所述扩散层辅助放置用限位机构(5)用于实现膜电极组件在夹具上的定位叠加；所述限位机构为一组或多组；任一组所述限位机构包括定位板(5-2)和限位缺口(5-4)，所述定位板(5-2)用于实现夹具在传送带方向上的定位；所述限位缺口(5-4)供扩散层通过，用于实现扩散层下落时在夹具上的定位；

所述膜电极密封组件(1)焊接区用于实现叠加后的膜电极组件的密封；所述焊接区包括连接辅助定位机构(10)；所述连接辅助定位机构(10)用于对传送中的夹具(2)在焊接过程中起支撑作用；

所述辊压冷固区(6)包括一对供密封后的膜电极组件穿过的转动式柔性浮辊(6-1)，用于实现密封后的膜电极组件的冷却固化。

2.根据权利要求1所述的一种燃料电池膜电极密封组件的连续封装用设备，其特征在于：

任一组所述限位机构包括分别位于传送带(4)两侧的两个连接板(5-1)；所述两个连接板(5-1)各自转动设置在机架体(3)上；所述连接板(5-1)的一个边端设有半框通槽(5-3)，当两个连接板(5-1)均平行于传送带(4)时，两个半框通槽(5-3)构成供扩散层(1-3)通过的限位缺口(5-4)；所述定位板(5-2)位于连接板(5-1)的下方，并垂直于传送带方向，用于与传送中的夹具(2)相抵触；

所述膜电极密封组件(1)焊接区内位于传送带(4)传送方向的两侧均设有出气长管(11)，所述出气长管(11)均与氮气瓶连接；

所述转动式柔性浮辊(6-1)转动设置在机架体(3)上，分别与传送来的膜电极密封组件(1)的上表面、下表面相切，所述转动式柔性浮辊(6-1)内均通过水管(6-2)与冷却水箱(6-3)循环连接。

3.根据权利要求2所述的一种燃料电池膜电极密封组件的连续封装用设备，其特征在于：当连接板(5-1)平行于传送带(4)时，所述连接板(5-1)的上端表面与夹具(2)上端表面之间相距3-5cm。

4.根据权利要求2所述的一种燃料电池膜电极密封组件的连续封装用设备，其特征在于：所述连接板(5-1)上沿限位缺口(5-4)的内周壁处均设有向靠近传送带(4)方向延伸的延伸壁(5-5)，所述延伸壁(5-5)的底部与夹具(2)的定位柱(2-2)上端表面之间相距0.5-1.5cm。

5.根据权利要求2所述的一种燃料电池膜电极密封组件的连续封装用设备，其特征在于：所述机架体(3)上设有与连接板(5-1)铰接的气缸二(5-6)，所述气缸二(5-6)用于控制连接板(5-1)实现翻转，所述机架体(3)上沿传送带(4)的传送方向，位于连接板(5-1)的前工位处均设有对夹具(2)识别的位置传感器(5-7)，所述位置传感器(5-7)、气缸二(5-6)均与plc系统电路信号连接。

6.根据权利要求1所述的一种燃料电池膜电极密封组件的连续封装用设备，其特征在于：沿平行于传送带的方向上，所述限位缺口(5-4)的内壁周边与扩散层(1-3)的外周边相距0.3-0.5mm，所述定位板(5-2)下端底面与传送带(4)之间距离为1-1.5cm。

7.根据权利要求1所述的一种燃料电池膜电极密封组件的连续封装用设备，所述传送带(4)包括由上层传送带和下层传动带组成的传动回路，其特征在于：所述连接辅助定位机构(10)位于膜电极密封组件(1)焊接区处的上层传送带和下层传动带之间，所述连接辅助定位机构(10)包括多块处于同一水平面内，并互相交错设置的，对夹具(2)吸附的电磁支撑座(10-1)，所述机架体(3)内设有多个分别控制多块电磁支撑座(10-1)转动的电机一(10-2)，以及多个分别控制多块电磁支撑座(10-1)沿传送带(4)传送方向同步滑移运动的电机二(10-3)，所述电磁支撑座(10-1)内均设有与plc系统电路信号连接的压力传感器。

8.根据权利要求1所述的一种燃料电池膜电极密封组件的连续封装用设备，其特征在于：所述传送带(4)的进料端处设有控制夹具(2)传送区域的位置调节机构(12)，所述位置调节机构(12)包括设置在传送带(4)起始端的光栅传感器(12-1)，所述光栅传感器(12-1)用于发射两道平行的且位于传送带表面的红外光束(12-2)，两道红外光束(12-2)之间构成对夹具(2)作用的限位区，所述红外光束(12-2)的射程位于光栅传感器(12-1)传送带(4)进料端与膜电极密封组件(1)焊接区之间。

所述机架体(3)上位于传送带(4)进料端的两侧处，均设有由气缸一(12-3)驱动的、与红外光束(12-2)平行的、并对夹具(2)推动的调节推板(12-4)；所述气缸一(12-3)、光栅传感器(12-1)均与plc系统电路信号连接。

9.根据权利要求1所述的一种燃料电池膜电极密封组件的连续封装用设备，其特征在于：所述机架体(3)上位于膜电极密封组件(1)焊接区的进料端和出料端处均设有将膜电极密封组件(1)焊接区封闭的电动升降门(3-1)，所述机架体(3)靠近膜电极密封组件(1)焊接区处，以及电动升降门(3-1)内均设有隔音棉。

10.根据权利要求1所述的一种燃料电池膜电极密封组件的连续封装用设备，其特征在于：所述辊压冷固区(6)与膜电极密封组件(1)焊接区出料端之间设有夹具存储台(13)，所述夹具存储台(13)内通过水管(6-2)与冷却水箱(6-3)连接。

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