CN113097505A - 一种质子交换膜燃料电池膜电极的七层组装设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种质子交换膜燃料电池膜电极的七层组装设备，包括机架、机罩和控制主机，还包括依次设置的阴极GDL上料工位、五层电极上料工位、阳极GDL上料工位、贴合工位、成品下料工位和尺寸检测工位；阴极GDL上料工位包括阴极GDL料匣、阴极GDL点胶平台、阴极GDL点胶机构、阴极GDL移载机械手、第一流转治具放置台和流转治具；五层电极上料工位包括五层电极膜料匣、五层电极移载机械手、第二流转治具放置台；所述阳极GDL上料工位包括阳极GDL料匣、阳极GDL移载机械手、阳极点胶平台和阳极点胶机构；贴合工位包括有贴合机构；成品下料工位包括成品移载机械手；尺寸检测工位包括成品检测载具、视觉测量系统、成品下料机械手、及格成品料匣和不及格品料匣。

Description

一种质子交换膜燃料电池膜电极的七层组装设备
技术领域
本发明涉及膜电极组装设备技术领域，具体涉及一种质子交换膜燃料电池膜电极的七层组装设备。
背景技术
燃料电池，是一种将燃料中的化学能直接转化为直流电的电化学能量转换器，其中以氢气和氧气作为燃料的质子交换膜燃料电池(PEMFC)，是目前国际及国内技术最成熟运用最广泛的燃料电池之一。
膜电极(Membrane Electrode Assembly，MEA)是质子交换膜燃料电池(PEMFC)最核心的部件，是能量转换的多相物质传输和电化学反应场所，涉及三相界面反应和复杂的传质传热过程，直接决定PEMFC的性能、寿命及成本。MEA的结构主要包括质子交换膜、阴极/阳极催化层、阴极/阳极密封边框、阴极/阳极气体扩散层，通常将在质子交换膜两面分别涂覆了阴极/阳极催化剂的半成品称之为“CCM(Catalyst coated membrane)或三层膜电极”，将阴极/阳极密封边框分别贴合在CCM两侧(达到隔绝阴/阳极燃料串气的目的)的半成品称之为“五层膜电极”；将阴极/阳极气体扩散层(GDL)分别贴合在五层膜电极两侧的成品称之为“七层膜电极”，经气密检测和阻抗检测合格的成品称之为“膜电极成品”，即MEA。
现有市场上的生产工艺通常是先采用点胶机分别对阴极GDL和阳极GDL进行点胶，然后使用工装治具手工将五层膜电极和阴极GDL贴合，再重复一遍与阳极GDL贴合，再将贴合后的七层膜电极转移到检测设备上对贴合尺寸进行检测；上述生产方式具有以下缺点：整个制程需要点胶机、贴合机、检测机等多台设备，占地面积大，耗费人力资源，维护保养工作大等缺点显著；同时因为GDL容易破损，此制程工艺需要GDL在多工位之间手工重复转移生产，转移过程质量风险大；一台点胶机需要分别对阴极GDL和阳极GDL进行点胶，另外为了防止已经点胶的GDL之间发生粘连，点胶的GDL不能堆叠，因此GDL点胶和贴合只能逐片生产，生产效率极低；因为需要先在GDL上进行点胶，再将点胶后的GDL转移到贴合机上进行贴合，这中间有时间间隔，这就要求GDL上的胶水不能固化或失效，所以此制程方法对GDL胶水特性有特别的要求，市面上只有极小部分胶水能满足此要求，不利于材料成本的管控和供应链的管控；全制程由人工操作，产品质量不优异，同时产品质量也不稳定。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明旨在提供一种质子交换膜燃料电池膜电极的七层组装设备。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种质子交换膜燃料电池膜电极的七层组装设备，包括机架、机罩和控制主机，还包括与控制主机通讯连接并依次设置的阴极GDL上料工位、五层电极上料工位、阳极GDL上料工位、贴合工位、成品下料工位和尺寸检测工位；所述阴极GDL上料工位包括有阴极GDL料匣、阴极GDL点胶平台、阴极GDL点胶机构、阴极GDL移载机械手、第一流转治具放置台和流转治具；所述五层电极上料工位包括有五层电极膜料匣、五层电极移载机械手、第二流转治具放置台；所述阳极GDL上料工位包括有阳极GDL料匣、阳极GDL移载机械手、阳极点胶平台和阳极点胶机构；所述贴合工位包括有贴合机构；所述成品下料工位包括有成品移载机械手；所述尺寸检测工位包括有成品检测载具、视觉测量系统、成品下料机械手、及格成品料匣和不及格品料匣。
需要说明的是，所述阴极GDL点胶机构和所述阳极GDL点胶机构均由横梁、移动机构和点胶组件，所述移动机构沿着所述横梁进行移动；所述移动机构带动所述点胶组件移动，所述点胶组件用于在所述阴极GDL和阳极GDL进行上点胶。
需要说明的是，所述阴极GDL移载机械手、所述五层电极移载机械手、所述阳极GDL移载机械手、所述成品移载机械手和所述成品下料机械手均由移动横梁、运动机构和吸盘部件构成，所述运动机构沿着所述移动横梁进行移动，所述吸盘部件用于吸附加工件。
需要说明的是，所述贴合机构包括有翻转结构、贴合载具和压合板载具，所述翻转机构与所述压合板载具连接；所述翻转结构用于带动所述压合板载具翻转并与所述贴合载具贴合。
需要说明的是，所述成品视觉测量系统用于检测七层膜电极的尺寸，并将检测结果发送至所述控制主机。
需要说明的是，所述第一流转治具放置台、所述第二流转治具放置台和所述贴合机构上均配置有流转治具。
需要说明的是，还包括有下层流转机构，所述所述下层流转机构包括有依次连接的下降结构、运转机构和升起机构；所述下降机构设置于所述贴合机构的底部，所述升起机构设置于所述第一流转治具放置台的的底部；所述运转机构用于将所述流转治具从所述下降机构运往所述升起机构处。
本发明的有益效果在于：自动化程度非常高，人工只需将整摞的阴极GDL、阳极GDL、五层膜电极上料到专用的料匣内，所有生产工序全部由设备自动完成，不仅减少了人力资源，减小了占用车间了面积，同时极大地提高了生产效率；作业时点胶完成后立即进行贴合，中间没有较长时间间隔，因此能适应市面上大部分胶水特性，有利于降低生产成本和优化供应链；将阴极GDL点胶、阳极GDL点胶、阴极GDL、阳极GDL与五层膜电极贴合等多工序集成在一起，全部采用自动化机构完成，膜电极成品尺寸精度得到大大提升，且尺寸精度非常稳定。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为为本发明结构示意图；
图3为为本发明的结构示意图；
图4为为本发明的结构示意图；
图5为为本发明的结构示意图；
图6为图3中A的结构示意图；
图7为图2中B的结构示意图；
图8为图3中C的结构示意图。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明作进一步的描述，需要说明的是，本实施例以本技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围并不限于本实施例。
本实施例提供一种质子交换膜燃料电池膜电极的七层组装设备，如图1－5所示，包括机架20、机罩21和控制主机，还包括与控制主机通讯连接并依次设置的阴极GDL上料工位100、五层电极上料工位200、阳极GDL上料工位300、贴合工位400、成品下料工位500和尺寸检测工位600；所述阴极GDL上料工位100包括有阴极GDL料匣1、阴极GDL点胶平台3、阴极GDL点胶机构4、阴极GDL移载机械手2、第一流转治具放置台和流转治具5；所述五层电极上料工位200包括有五层电极膜料匣6、五层电极移载机械手7、第二流转治具放置台；所述阳极GDL上料工位300包括有阳极GDL料匣8、阳极GDL移载机械手9、阳极点胶平台10和阳极点胶机构11；所述贴合工位400包括有贴合机构12；所述成品下料工位500包括有成品移载机械手13；所述尺寸检测工位600包括有成品检测载具14、视觉测量系统15、成品下料机械手16、及格成品料匣18和不及格品料匣17。
上述结构中，人工需要分别将阴极GDL和阳极GDL放到所述阴极GDL料匣和所述阳极GDL料匣内，还要将五层膜电极放到所述五层膜电极料匣内。
阴极GDL上料工位的工作原理：所述阴极GDL移载机械手从所述阴极GDL料匣内逐片吸取阴极GDL，然后将所述阴极GDL放置到所述阴极GDL点胶平台上，所述阴极GDL点胶机构对所述阴极GDL进行点胶，完成点胶后，所述阴极GDL移载机械手将点胶后的阴极GDL搬运放置到所述所述第一流转治具台上的流转治具内；
五层膜电极上料工位的工作原理：所述五层膜电极移载机械手从所述五层膜电极料匣内逐片吸取五层膜电极，将五层膜电极搬运叠放上述所述流转治具内的阴极GDL的上方；所述五层膜电极移载机械手将装有阴极GDL和五层膜电极的流转治具搬运到所述贴合机构上；
阳极GDL上料工位的工作原理：所述阳极GDL移载机械手从所述阳极GDL料匣内逐片吸取阳极GDL，然后将所述阳极GDL放置到所述阳极GDL点胶平台上，所述阳极GDL点胶机构对所述阳极GDL进行点胶；完成点胶后，所述阳极GDL移载机械手将点胶后的阳极GDL搬运放置到所述压合机构上，此时所述阳极GDL的点胶面朝上；
贴合工位的工作原理：所述压合机构使所述阳极GDL翻转180°，此后阳极GDL的点胶面朝下，并压向所述流转治具，此时所述压合机构进行闭合保压，将流转治具内的阴极GDL、五层膜电极和所述阳极GDL进行贴合；
贴合下料工位和成品检测工位的工作原理：所述成品移载机械手将完成贴合的七层膜电极搬运到所述成品检测载具上；所述视觉测量系统对七层膜电极的贴合尺寸进行检测，完成检测后；所述成品下料机械手根据检测结果，分别将检测不合格的产品叠放到不及格品料匣内，检测合格的产品叠放到合格成品料匣内。
本实施例中，如图2、图6所示，所述阴极GDL点胶机构4和所述阳极GDL点胶机构11均由横梁101、移动机构102和点胶组件103组成，所述移动机构102沿着所述横梁101进行移动；所述移动机构102带动所述点胶组件103移动，所述点胶组件103用于在所述阴极GDL和阳极GDL上进行点胶。
本实施例中，如图2、7图所示，所述阴极GDL移载机械手2、所述五层电极移载机械手7、所述阳极GDL移载机械手9、所述成品移载机械手13和所述成品下料机械手16均由移动横梁201、运动机构202和吸盘部件203构成，所述运动机构202沿着所述移动横梁201进行移动，所述吸盘部件203用于吸附加工件。
本实施例中，如图2、图8所示，所述贴合机构400包括有翻转结构301、贴合载具302和压合板载具303，所述翻转机构301与所述压合板载具303连接；所述翻转结构301用于带动所述压合板载具303翻转并与所述贴合载具302贴合。通过设置上述结构，所述五层膜电极移载机械手将装有阴极GDL和五层膜电极的流转治具搬运到所述贴合载具上；所述阳极GDL移载机械手将点胶后的阳极GDL搬运放置到所述压合板载具上，此时阳极GDL的点胶面朝上；然后所述翻转机构将所述压合板载具翻转180°，此后阳极GDL的点胶面朝下，然后所述翻转机构将所述压合板载具靠近所述贴合载具；所述贴合载具和压合板载具相贴并闭合后可以保压，将所述流转治具内的阴极GDL、五层膜电极和压合板载具上的阳极GDL进行贴合。
本实施例中，如图2所示，所述成品视觉测量系统15用于检测七层膜电极的尺寸，并将检测结果发送至所述控制主机。
本实施例中，如图2所示，所述第一流转治具放置台、所述第二流转治具放置台和所述贴合机构12上均配置有流转治具。
本实施例中，如图1－2所示，还包括有下层流转机构19，所述所述下层流转机构包括有依次连接的下降结构、运转机构和升起机构；所述下降机构设置于所述贴合机构12的底部，所述升起机构设置于所述第一流转治具放置台的底部；所述运转机构用于将所述流转治具从所述下降机构运往所述升起机构处。上述结构中，当所述成品移载机械手从所述流转治具内取走七层膜电极后，空的流转治具在所述贴合机构处通过所述下降机构下降，并由所述流转机构从所述运转机构运回所述第一流转治具台处然后升起，所述阴极GDL移载机械手又可重复将点胶后的阴极GDL搬运放置到所述流转治具内。
使用者在使用质子交换膜燃料电池膜电极的七层组装设备时，人工将整摞的阴极GDL(约300片)放到所述阴极GDL料匣内，再将整摞阳极GDL(约300片)放到所述阳极GDL料匣内，最后将整摞五层膜电极(约300片)放到五层膜电极料匣内；启动设备，设备自动完成阴极GDL点胶、阳极GDL点胶、阴极GDL/阳极GDL与五层膜电极贴合、贴合尺寸检测，并进行成品质量分选下料。
对于本领域的技术人员来说，可以根据以上的技术方案和构思，给出各种相应的改变和变形，而所有的这些改变和变形，都应该包括在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种质子交换膜燃料电池膜电极的七层组装设备，包括机架(20)、机罩(21)和控制主机，其特征在于，还包括与控制主机通讯连接并依次设置的阴极GDL上料工位(100)、五层电极上料工位(200)、阳极GDL上料工位(300)、贴合工位(400)、成品下料工位(500)和尺寸检测工位(600)；所述阴极GDL上料工位(100)包括有阴极GDL料匣(1)、阴极GDL点胶平台(3)、阴极GDL点胶机构(4)、阴极GDL移载机械手(2)、第一流转治具放置台和流转治具(5)；所述五层电极上料工位(200)包括有五层电极膜料匣(6)、五层电极移载机械手(7)、第二流转治具放置台；所述阳极GDL上料工位(300)包括有阳极GDL料匣(8)、阳极GDL移载机械手(9)、阳极点胶平台(10)和阳极点胶机构(11)；所述贴合工位(400)包括有贴合机构(12)；所述成品下料工位(500)包括有成品移载机械手(13)；所述尺寸检测工位(600)包括有成品检测载具(14)、视觉测量系统(15)、成品下料机械手(16)、及格成品料匣(18)和不及格品料匣(17)。
2.根据权利要求1所述的质子交换膜燃料电池膜电极的七层组装设备，其特征在于，所述阴极GDL点胶机构(4)和所述阳极GDL点胶机构(11)均由横梁(101)、移动机构(102)和点胶组件(103)组成，所述移动机构(102)沿着所述横梁(101)进行移动；所述移动机构(102)带动所述点胶组件(103)移动，所述点胶组件(103)用于在所述阴极GDL和阳极GDL上进行点胶。
3.根据权利要求1所述的质子交换膜燃料电池膜电极的七层组装设备，其特征在于，所述阴极GDL移载机械手(2)、所述五层电极移载机械手(7)、所述阳极GDL移载机械手(9)、所述成品移载机械手(13)和所述成品下料机械手(16)均由移动横梁(201)、运动机构(202)和吸盘部件(203)构成，所述运动机构(202)沿着所述移动横梁(201)进行移动，所述吸盘部件(203)用于吸附加工件。
4.根据权利要求1所述的质子交换膜燃料电池膜电极的七层组装设备，其特征在于，所述贴合机构(400)包括有翻转结构(301)、贴合载具(302)和压合板载具(303)，所述翻转机构(301)与所述压合板载具(303)连接；所述翻转结构(301)用于带动所述压合板载具(303)翻转并与所述贴合载具(302)贴合。
5.根据权利要求1所述的质子交换膜燃料电池膜电极的七层组装设备，其特征在于，所述成品视觉测量系统(15)用于检测七层膜电极的尺寸，并将检测结果发送至所述控制主机。
6.根据权利要求1所述的质子交换膜燃料电池膜电极的七层组装设备，其特征在于，所述第一流转治具放置台、所述第二流转治具放置台和所述贴合机构(12)上均配置有流转治具。
7.根据权利要求6所述的质子交换膜燃料电池膜电极的七层组装设备，其特征在于，还包括有下层流转机构(19)，所述所述下层流转机构包括有依次连接的下降结构、运转机构和升起机构；所述下降机构设置于所述贴合机构(12)的底部，所述升起机构设置于所述第一流转治具放置台的的底部；所述运转机构用于将所述流转治具从所述下降机构运往所述升起机构处。
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