CN112993364A - 一种燃料电池单元的生产线 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种燃料电池单元的生产线，包括上料机、下料机、点胶机以及控制器。其中，上料机包括双极板料框、质子交换膜料框、搬运机械手A和视觉模块A；下料机包括GDLA料框、GDL B料框、保护膜料框、保护膜搬运机构、搬运机械手B、视觉模块B以及产品输出机构。点胶机包括点胶装置以及工作平台，点胶装置用于给工作平台上的材料点胶。本发明提出的燃料电池单元的生产线，具有自动上料、自动下料以及自动点胶功能，实现了双极板、气体扩散层、保护膜以及质子交换膜的半自动化组装，提高了生产效率以及产品质量，降低了人工成本。同时，采用机器自动化压合操作要比人工操作误差更小，产品质量更稳定。

Description

一种燃料电池单元的生产线
技术领域
本发明属于氢燃料电池生产技术领域，尤其涉及一种燃料电池单元的生产线。
背景技术
燃料电池是很有发展前途的新动力电源，燃料电池其原理是一种电化学装置，其组成与一般电池相同。其单体电池是由正负两个电极(负极即燃料电极、正极即氧化剂电极)以及电解质组成。不同的是一般电池的活性物质贮存在电池内部，因此，限制了电池容量。而燃料电池的正、负极本身不包含活性物质，只是个催化转换元件。因此燃料电池是名符其实的把化学能转化为电能的能量转换机器。电池工作时，燃料和氧化剂由外部供给，进行反应。原则上只要反应物不断输入，反应产物不断排除，燃料电池就能连续地发电。当氢气作为燃料电池的燃料时，其产物仅为水。与传统能源相比较，这种发电方式更为清洁。
本发明所涉及的氢燃料电池包含双极板(如石墨板、金属板等)、阳极碳布、质子交换膜、阴极碳布和保护膜。
双极板位于外侧，作用是在燃料电池堆中对单电池进行隔离。
碳布即是气体扩散层(GDL)，GDL为燃料电池的心脏-膜电极组(MEA)中一项不可或缺的材料，它扮演着MEA与双极板之间的沟通桥梁角色。碳布为多孔性透气材料，其主要作用有:支撑催化剂和膜结构，均匀分布气体，支撑整体结构。同时，气体扩散层又是气体、电子和产物水的通道。燃料在阳极碳布发生氧化反应，空气中的氧气在阴极碳布发生还原反应。中间部分为高分子电解质膜，电池内部的电荷传递是通过中间的离子导体一高分子电解质膜来完成的。
质子交换膜(Proton Exchange Membrane，PEM)是质子交换膜燃料电池的核心部件，对电池性能起着关键作用。它不仅具有阻隔作用，还具有传导质子的作用。
保护膜的存在是为了防止膜电极被污染。
目前，在制备燃料电池单元的过程中，主要采用人工作业，但人工作业的生产方式效率不高，同时，需要消耗大量的人工，生产成本高。
为了能实现燃料电池单元的自动化生产，降低生产成本，提高生产效率，亟需一种燃料电池单元的生产线。
发明内容
本发明的目的在于提供一种燃料电池单元的生产线，旨在解决现有技术中采用人工上料的方式制备燃料电池单元所存在的生产效率低以及生产成本高的问题。
本发明是这样实现的，一种燃料电池单元的生产线，包括上料机、下料机、点胶机以及控制器；
所述上料机包括双极板料框、质子交换膜料框以及搬运机械手A以及用于检测物料角度的视觉模块A；所述下料机包括GDLA料框、GDL B料框、保护膜料框、保护膜搬运机构、搬运机械手B、用于检测物料角度的视觉模块B以及产品输出机构；
所述点胶机包括点胶装置以及工作平台，所述点胶装置用于给工作平台上的材料点胶；
所述搬运机械手A用于将所述双极板料框中的双极板、所述质子交换膜料框中的质子交换膜搬运至所述工作平台上；
所述搬运机械手B用于将所述GDLA料框中的GDLA、GDLB料框中的GDLB搬运至所述工作平台上，以及用于将所述工作平台上制备好的电池单元半成品搬运至所述产品输出机构；所述产品输出机构用于向外输出制备好的电池单元成品；
所述保护膜搬运机构用于将所述保护膜料框中的保护膜搬往所述产品输出机构，并将保护膜贴合在电池单元半成品上；
所述控制器与保护膜搬运机构、搬运机械手A、视觉模块A、搬运机械手B、视觉模块B、点胶装置以及产品输出机构电连接。
进一步的，所述点胶机还包括工作平台移动模组，所述工作平台移动模组与所述控制器电连接；所述工作平台与所述工作平台移动模组的动力输出端传动连接，所述工作平台移动模组位于所述搬运机械手A与搬运机械手B之间；所述工作平台移动模组工作时能驱动所述工作平台于所述搬运机械手A与搬运机械手B之间往复运动。
进一步的，所述点胶机还包括压合机构，所述压合机构与所述控制器电连接；所述压合机构位于所述工作平台上方，所述压合机构通过驱动压板向下或向上运动以压紧或松开所述工作平台上的材料。
进一步的，所述搬运机械手A上设置有校正装置A，所述校正装置A与所述视觉模块A组成视觉校正系统，所述控制器中存储有摆放正确的材料的参考信息；所述控制器能将所视觉模块A采集到的图像信息与内部存储的参考信息作对比，当两个信息不一致时，所述控制器控制所述搬运机械手A旋转，直至所述视觉模块A采集到的图像信息与参考信息一致；所述搬运机械手B上设置有校正装置B，所述校正装置B与所述视觉模块B组成视觉校正系统，所述控制器中存储有摆放正确的材料的参考信息；所述控制器能将所视觉模块B采集到的图像信息与内部存储的参考信息作对比，当两个信息不一致时，所述控制器控制所述搬运机械手B旋转，直至所述视觉模块B采集到的图像信息与参考信息一致。
进一步的，所述点胶装置上具有视觉定位装置，所述视觉定位装置与控制器电连接，所述控制器中存储有点胶路线，所述控制器根据所述视觉定位装置反馈的图像信息确定点胶的起点，所述控制器控制所述点胶装置从所述起点开始沿设定的点胶路线点胶。
进一步的，双极板料框、双极板料框和质子交换膜料框、质子交换膜料框以及保护膜料框均具有用于容纳材料的框体，并且，各料框还设置有宽度调节组件以及长度调节组件；其中，所述宽度调节组件包括位于框体两端位置的第一活动限位杆、第一固定限位杆以及第一紧固件，所述长度调节组件包括位于框体两侧的第二活动限位杆、第二固定限位杆以及第二紧固件；通过所述第一紧固件将所述第一活动限位杆紧固在不同的位置，以调节框体的宽度；通过所述第二紧固件将所述第二活动限位杆紧固在不同的位置，以调节框体的长度。
进一步的，所述生产线还包括用于检测材料是否重叠的检测装置，所述检测装置包括光发射器以及光接收器，所述光接收器与控制器电连接，所述控制器根据所述光接收器接收到的光线强度，判断搬运的材料是否重叠，若检测到材料重叠，所述控制器控制相应的搬动机构将其上的材料搬运到回收料仓。
进一步的，所述产品输出机构包括输送带以及能上下活动的顶起平台，所述输送带的内侧端为接料端，外侧端为出料端，所述顶起平台位于所述输送带接料端的正下方。
进一步的，所述生产线还包括用于回收质子交换膜之间的隔膜的隔膜料框以及隔膜搬运机构，所述隔膜料框靠近所述质子交换膜料框，所述隔膜搬运机构用于将质子交换膜料框中的隔膜搬运至隔膜回收框中，所述隔膜搬运机构具有搬运臂，所述搬运臂的末端安装有多个用于吸附隔膜的吸盘。
进一步的，所述上料机还包括GDL A料框、GDL B料框、保护膜料框、保护膜搬运机构以及产品输出机构；所述下料机还包括双极板料框以及质子交换膜料框；所述点胶机具有四个工作平台以及两套点胶装置。
本发明与现有技术相比，有益效果在于：
本发明提出的燃料电池单元的生产线，具有自动上料、自动下料以及自动点胶功能，实现了双极板、气体扩散层(阳极碳布与阴极碳布)、保护膜以及质子交换膜的半自动化组装，提高了生产效率以及产品质量，降低了人工成本。同时，采用机器自动化压合操作要比人工操作误差更小，产品质量更稳定，对氢燃料电池的进一步发展具有积极的推动意义。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种燃料电池单元的生产线的立体结构示意图；
图2是图1所示生产线的平面布置示意图；
图3是图1所示生产线中的点胶机的立体结构示意图；
图4是图1所示生产线中的保护膜搬运机构的立体结构示意图；
图5是图1所示生产线中的搬运机械手的立体结构示意图；
图6是图1所示生产线中的质子交换膜料框及隔膜回收框的立体结构示意图；
图7是图1所示生产线中的产品输出机构的立体结构示意图；
图8是图1所示生产线中的隔膜搬运机构的立体结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制；术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；此外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个部件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
请参见图1，示出了本发明实施例提供的一种燃料电池单元的生产线，包括上料机10、下料机20、点胶机30以及控制器。
上料机10包括双极板料框4、质子交换膜料框5、搬运机械手A 3和用于检测物料角度的视觉模块A。下料机20包括GDL A料框1、GDL B料框2、保护膜料框6、保护膜搬运机构7、搬运机械手B 8、用于检测物料角度的视觉模块B以及产品输出机构9。
进一步的，请一同参阅图2，本实施例的生产线共具有一台上料机10、一台下料机20以及一台点胶机30。
其中，请参阅图3，点胶机30上具有四个工作平台11以及两套点胶装置12，点胶装置12用于给工作平台11上的材料点胶。
上料机10也设有GDL A料框1、GDL B料框2、保护膜料框6、保护膜搬运机构7以及产品输出机构9。下料机也设有双极板料框4、质子交换膜料框5。搬运机械手A 3用于双极板料框4中的双极板、质子交换膜料框5中的质子交换膜搬运至工作平台11上。
搬运机械手B 8用于将GDL A料框1中的GDL A、GDL B料框2中的GDL B搬运至工作平台11上，以及用于将工作平台11上制备好的电池单元半成品搬运至产品输出机构9。
产品输出机构9用于向外输出制备好的电池单元成品。
请参见图4，保护膜搬运机构7用于将保护膜料框6中的保护膜搬到中转平台10上，然后，再将中转平台10上的保护膜搬往产品输出机构7，并将保护膜贴合在电池单元半成品上。
控制器与上述保护膜搬运机构7、搬运机械手A 3、视觉模块A、搬运机械手B 8、视觉模块B、点胶装置12以及产品输出机构9电连接，从而控制器可分别控制各机构的运行过程。
进一步的，请继续参阅图3，本实施例的点胶机30还包括工作平台移动模组13，工作平台移动模组13与控制器电连接，工作平台11与工作平台移动模组13的动力输出端传动连接，工作平台移动模组13位于搬运机械手A 3与搬运机械手B 8之间。工作平台移动模组13工作时，能驱动工作平台11于搬运机械手A 3与搬运机械手B 8之间往复运动。
本实施例的点胶机30还包括压合机构14，压合机构14与控制器电连接；压合机构14位于工作平台11上方，压合机构14通过驱动压板向下或向上运动以压紧或松开工作平台11上的材料，从而使点胶后的材料贴结在一起。
请参阅图5，搬运机械手A 3以及搬运机械手B 8的抓取装置均具有真空吸盘、真空吸板a以及夹爪b。其中，真空吸盘用于吸紧质子交换膜料、保护膜料，真空吸板a用于吸附GDL A、GDL B，而夹爪b则用于抓取双极板以及电池单元半成品。
搬运机械手A 3上设置有校正装置A，校正装置A与相应的视觉模块A组成视觉校正系统，控制器中存储有摆放正确的材料的参考信息；图像采集装置与控制器电连接。控制器能将视觉模块A采集到的图像信息与内部存储的参考信息作对比，当两个信息不一致时，控制器控制搬运机械手A 3旋转，直至视觉模块A采集到的图像信息与参考信息一致。同样的，搬运机械手B 8上也设置有视觉校正系统；通过设置视觉校正系统，可确保材料方位正确，避免贴合后发生错位的问题。
点胶装置12上具有视觉定位装置，视觉定位装置与控制器电连接，控制器中存储有点胶路线，控制器根据视觉定位装置反馈的图像信息确定点胶的起点，控制器控制点胶装置从起点开始沿设定的点胶路线点胶。通过设置视觉定位装置，点胶装置12能自动识别点胶起点。
双极板料框4、GDL A料框1、GDL B料框2、质子交换膜料框5以及保护膜料框6均具有用于容纳材料的框体。并且，各料框还设置有宽度调节组件以及长度调节组件。其中，请参阅图6，宽度调节组件包括位于框体两端位置的第一活动限位杆c、第一固定限位杆d以及第一紧固件，长度调节组件包括位于框体两侧的第二活动限位杆e、第二固定限位杆f以及第二紧固件。通过第一紧固件将第一活动限位杆c紧固在不同的位置，可以调节框体的宽度。通过第二紧固件将第二活动限位杆f紧固在不同的位置，可以调节框体的长度。
为了避免因抓取材料重叠，而导致生产出错的问题。本实施例的生产线还设置有用于检测材料是否重叠的检测装置。本检测装置采用光电感应的方式，其包括光发射器以及光接收器，光接收器与控制器电连接，控制器根据光接收器接收到的光线强度，判断搬运的材料是否重叠，若检测到材料重叠，控制器控制相应的搬运机构将其上的材料搬运到回收料仓。
请参阅图7，产品输出机构9包括输送带91以及能上下活动的顶起平台92，输送带91的内侧端为接料端，外侧端为出料端，顶起平台92位于输送带91接料端的正下方，为输送带91提供支撑，以便将保护膜直接贴合在位于输送带91上的电池单元半成品上。
质子交换膜叠料之间具有隔膜，为了回收隔膜，生产线还包括用于回收隔膜的隔膜回收框15以及隔膜搬运机构16，隔膜回收框15靠近质子交换膜料框5，隔膜搬运机构16用于将质子交换膜料框5中的隔膜搬运至隔膜回收框15中。请参阅图8，隔膜搬运机构16具有搬运臂，搬运臂的末端安装有多个用于吸附隔膜的吸盘161。
可见，本实施例提出的燃料电池单元的生产线，具有自动上料、自动下料以及自动点胶功能，实现了双极板、气体扩散层(阳极碳布与阴极碳布)、保护膜以及质子交换膜的半自动化组装，提高了生产效率以及产品质量，降低了人工成本。同时，采用机器自动化压合操作要比人工操作误差更小，产品质量更稳定，对氢燃料电池的进一步发展具有积极的推动意义。
并且，本实施例的生产线具有多料仓和多工作平台11，各机构在完成当前工作后，即可接着进行后续相同的工作，可以大幅度的提高工作效率。同时，上料机10与下料机20均配置整个生产流程所需的机构，当上料机10、下料机20中的一台出现异常时，仍可继续生产。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种燃料电池单元的生产线，其特征在于，包括上料机、下料机、点胶机以及控制器；
所述上料机包括双极板料框、质子交换膜料框、搬运机械手A以及用于检测物料角度的视觉模块A；所述下料机包括GDL A料框、GDL B料框、保护膜料框、保护膜搬运机构、搬运机械手B、用于检测物料角度的视觉模块B以及产品输出机构；
所述点胶机包括点胶装置以及工作平台，所述点胶装置用于给工作平台上的材料点胶；
所述搬运机械手A用于将所述双极板料框中的双极板、所述质子交换膜料框中的质子交换膜搬运至所述工作平台上；
所述搬运机械手B用于将所述GDL A料框中的GDL A、GDL B料框中的GDL B搬运至所述工作平台上，以及用于将所述工作平台上制备好的电池单元半成品搬运至所述产品输出机构；所述产品输出机构用于向外输出制备好的电池单元成品；
所述保护膜搬运机构用于将所述保护膜料框中的保护膜搬往所述产品输出机构，并将保护膜贴合在电池单元半成品上；
所述控制器与保护膜搬运机构、搬运机械手A、视觉模块A、搬运机械手B、视觉模块B、点胶装置以及产品输出机构电连接。
2.如权利要求1所述的生产线，其特征在于，所述点胶机还包括工作平台移动模组，所述工作平台移动模组与所述控制器电连接；所述工作平台与所述工作平台移动模组的动力输出端传动连接，所述工作平台移动模组位于所述搬运机械手A与搬运机械手B之间；所述工作平台移动模组工作时能驱动所述工作平台于所述搬运机械手A与搬运机械手B之间往复运动。
3.如权利要求1所述的生产线，其特征在于，所述点胶机还包括压合机构，所述压合机构与所述控制器电连接；所述压合机构位于所述工作平台上方，所述压合机构通过驱动压板向下或向上运动以压紧或松开所述工作平台上的材料。
4.如权利要求1所述的生产线，其特征在于，所述搬运机械手A上设置有校正装置A，所述校正装置A与所述视觉模块A组成视觉校正系统，所述控制器中存储有摆放正确的材料的参考信息；所述控制器能将所视觉模块A采集到的图像信息与内部存储的参考信息作对比，当两个信息不一致时，所述控制器控制所述搬运机械手A旋转，直至所述视觉模块A采集到的图像信息与参考信息一致；所述搬运机械手B上设置有校正装置B，所述校正装置B与所述视觉模块B组成视觉校正系统，所述控制器中存储有摆放正确的材料的参考信息；所述控制器能将所视觉模块B采集到的图像信息与内部存储的参考信息作对比，当两个信息不一致时，所述控制器控制所述搬运机械手B旋转，直至所述视觉模块B采集到的图像信息与参考信息一致。
5.如权利要求1所述的生产线，其特征在于，所述点胶装置上具有视觉定位装置，所述视觉定位装置与控制器电连接，所述控制器中存储有点胶路线，所述控制器根据所述视觉定位装置反馈的图像信息确定点胶的起点，所述控制器控制所述点胶装置从所述起点开始沿设定的点胶路线点胶。
6.如权利要求1所述的生产线，其特征在于，双极板料框、双极板料框和质子交换膜料框、质子交换膜料框以及保护膜料框均具有用于容纳材料的框体，并且，各料框还设置有宽度调节组件以及长度调节组件；其中，所述宽度调节组件包括位于框体两端位置的第一活动限位杆、第一固定限位杆以及第一紧固件，所述长度调节组件包括位于框体两侧的第二活动限位杆、第二固定限位杆以及第二紧固件；通过所述第一紧固件将所述第一活动限位杆紧固在不同的位置，以调节框体的宽度；通过所述第二紧固件将所述第二活动限位杆紧固在不同的位置，以调节框体的长度。
7.如权利要求1所述的生产线，其特征在于，所述生产线还包括用于检测材料是否重叠的检测装置，所述检测装置包括光发射器以及光接收器，所述光接收器与控制器电连接，所述控制器根据所述光接收器接收到的光线强度，判断搬运的材料是否重叠，若检测到材料重叠，所述控制器控制相应的搬动机构将其上的材料放置到回收料仓。
8.如权利要求1所述的生产线，其特征在于，所述产品输出机构包括输送带以及能上下活动的顶起平台，所述输送带的内侧端为接料端，外侧端为出料端，所述顶起平台位于所述输送带接料端的正下方。
9.如权利要求1所述的生产线，其特征在于，所述生产线还包括用于回收质子交换膜之间的隔膜的隔膜料框以及隔膜搬运机构，所述隔膜料框靠近所述质子交换膜料框，所述隔膜搬运机构用于将质子交换膜料框中的隔膜搬运至隔膜回收框中，所述隔膜搬运机构具有搬运臂，所述搬运臂的末端安装有多个用于吸附隔膜的吸盘。
10.如权利要求9所述的生产线，其特征在于，所述上料机还包括GDL A料框、GDL B料框、保护膜料框、保护膜搬运机构以及产品输出机构；所述下料机还包括双极板料框以及质子交换膜料框；所述点胶机具有四个工作平台以及两套点胶装置。
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