CN113745564A - 燃料电池金属双极板密封胶线的自动化铺装工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及燃料电池金属双极板密封胶线的自动化铺装工艺，该工艺包括如下步骤：S1、自动点胶；S2、密封胶线安装；S3、胶线压合。本发明一方面能够自动完成金属双极板的点胶、点胶区的翻转、及点胶区与密封胶线的对位，从而精准的实现密封胶线的铺装，因此，步骤简便、易于操作且自动化设备精度较高，省去了大量的手工作业时间，节省了成本；另一方面通过A、B定位面的设置，在实施胶线压合时，能够将下一金属双极板进行定位准备送料，以缩短胶线铺装的时间，提升铺装效率。

Description

燃料电池金属双极板密封胶线的自动化铺装工艺

技术领域

本发明属于燃料电池技术领域，具体涉及一种燃料电池金属双极板密封胶线的自动化铺装工艺。

背景技术

氢燃料电池是通过电催化反应将氧化剂和还原剂的化学能直接转换成电能的装置,是一种高效、安全、清洁、灵活的新型发电技术，其中质子交换膜燃料电池因其具有效率高、能量密度大、反应温度低、无噪音、无污染等显著优点而具有广泛的应用前景，燃料电池内部主要由质子交换膜、电化学反应催化剂、扩散层和双极板组成，当燃料电池工作时,其内部发生下述反应过程:反应气体在扩散层内扩散,当反应气体到达催化层时,在催化层内被催化剂吸附并发生电催化反应;阳极反应生成的质子通过质子交换膜内传递到阴极侧,电子经外电路到达阴极,同氧分子反应结合成水，同时放出热量，双极板的密封是指在两块双极之间夹装密封圈或均匀涂装胶水，凝固后形成密封圈，防止氢气与氧气互窜，发生安全事故，或因反应气体流量不足导致电堆极化现象发生。

这样一来，双极板的密封是燃料电池非常重要的研究课题之一，目前主要有以下两种工艺路线实现双极板的密封:一、采用自动点胶机在双极板密封槽内点胶成型密封圈，该方法缺点在于点胶用胶水成本昂贵且目前市场上的点胶机精度较差，难以点胶成型厚度均匀且平面度一致的密封胶条；二、采用高精密液态硅胶注射机单独成型硅胶密封圈，直接手工叠放在双极板密封凹槽内，该方法会极大的耗费人力、生产效率低且难以保证双极板完全密封。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种全新的燃料电池金属双极板密封胶线的自动化铺装工艺。

为解决以上技术问题，本发明采取如下技术方案：

一种燃料电池金属双极板密封胶线的自动化铺装工艺，该工艺包括如下步骤：

S1、自动点胶，其将金属双极板放置在具有A、B定位面的双极板定位平台中A定位面上，并传输至点胶工位，然后在自动点胶机沿着X、Y、Z轴方向的运动完成金属双极板表面的点胶；

S2、密封胶线安装，将所对应的密封胶条平铺在密封胶线定位平台的嵌合槽中，其中嵌合槽自密封胶线定位平台的表面向下凹陷且密封胶条相匹配；

S3、胶线压合，将完成点胶的双极板定位平台移出点胶工位，并翻转180度，使得点胶面朝下设置，同时调节双极板定位平台的位置，使得密封胶条与上方的点胶区对齐，并在密封胶线定位平台和双极板定位平台相向运动中，密封胶条在相对挤压下，粘贴在金属双极板的点胶区，并且在压合形成密封胶线铺装的同时，将下一块金属双极板放置在下双极板定位平台的B定位面上。

优选地，自动化铺装工艺采用了特定的自动化铺装设备，以设备长度方向为X轴、宽度方向为Y轴、高度方向为Z轴，且包括：

自动点胶单元，其包括双极板定位平台、位于X轴上的上料工位和点胶工位、用于驱动双极板定位平台沿着X轴方向运动的横移机构、以及位于点胶工位上方且能够沿着X、Y、Z轴运动的点胶机；

密封胶线定位平台，其具有自表面向下凹陷与密封胶线相匹配的嵌合槽；

自动压合粘接单元，其包括金属双极板夹持机构、用于驱动夹持后金属双极板180度翻转的翻转机构、以及驱动密封胶线定位平台运动将密封胶线压合至金属双极板点胶区的压合机构。

优选地，横移机构包括沿着X轴方向延伸的滑轨、动力器，其中双极板定位平台滑动设置在滑轨上，动力器驱动双极板定位平台在滑轨上移动。

根据本发明的一个具体实施和优选方面，在滑轨上对应设有滑座，在双极板定位平台的侧面设有与滑座配合的缺口，动力器用于驱动滑座沿着滑轨直线运动。在滑座的设置下，便于双极板定位平台平稳的在上料工位和点胶工位之间移动。

优选地，在双极板定位平台上形成与金属双极板外型相匹配的定位槽，上料工位能够逐片将金属双极板向双极板定位平台的定位槽供料。

进一步的，在定位槽的槽底上设有吸附孔，且在定位槽的槽壁上对应设有相向运动的夹头模，金属双极板定位在定位槽内，夹头模夹持在金属双极板的两端部。这样一来，在吸附孔和夹头模的共同作用下，金属双极板稳定的定位在双极板定位平台上，同时也便于180度翻转的定位和胶线铺装完成后的稳定脱离。

根据本发明的又一个具体实施和优选方面，双极板定位平台具有A定位面和B定位面，其中A定位面和B定位面对称设置，A定位面由所述定位槽、吸附孔和夹头模组成。这样一来，便于在A定位面进行密封胶线压合时，下一块金属双极板送至B定位面上。

根据本发明的又一个具体实施和优选方面，在横移机构所形成的移动路径上方还设有压合辅助架，金属双极板夹持机构包括分别沿着Y、Z轴方向运动的夹臂、设置在夹臂上的夹头，其中夹头能够夹持双极板定位平台的侧边。由夹臂的运动实现与密封胶线定位平台的对应调节。

优选地，翻转机构包括设置在夹臂上用于驱动夹头180度翻转的翻转轮盘和翻转马达，其中翻转轮盘的轴心线沿着Y轴方向延伸。

进一步的，夹头有两组且关于Y轴对称设置，翻转机构与夹头一一对应设置，且同步翻转运动。这样一来，在两组夹头的夹持下，便于双极板定位平台的180度翻转。

此外，在密封胶线定位平台上设有沿着Z轴方向延伸的对位柱，在双极板定位平台上设有与对位柱相匹配的对位孔，压合机构包括水平设置的承托平台、用于驱动所述承托平台沿着Z轴方向运动的伸缩杆，其中所述密封胶线定位平台架设在所述承托平台上，所述对位孔与所述对位柱对齐，所述伸缩杆沿着Z轴方向运动，所述密封胶线压合在所述金属双极板上。这样一来，确保密封胶线准确的与点胶区的准确对齐，同时在相应的抵触压力下胶合。

由于以上技术方案的实施，本发明与现有技术相比具有如下优点：

本发明一方面能够自动完成金属双极板的点胶、点胶区的翻转、及点胶区与密封胶线的对位，从而精准的实现密封胶线的铺装，因此，步骤简便、易于操作且自动化设备精度较高，省去了大量的手工作业时间，节省了成本；另一方面通过A、B定位面的设置，在实施胶线压合时，能够将下一金属双极板进行定位准备送料，以缩短胶线铺装的时间，提升铺装效率。

附图说明

图1为本发明的自动化铺装设备的结构示意图；

图2为图1的主视示意图；

其中：1、自动点胶单元；10、双极板定位平台；100、定位槽；101、吸附孔；102、夹头模；11、上料工位；12、点胶工位；13、横移机构；130、滑轨；131、滑座；q、缺口；14、点胶机；

2、密封胶线定位平台；20、嵌合槽；

3、自动压合粘接单元；30、金属双极板夹持机构；300、夹臂；301、夹头；

31、翻转机构；310、翻转轮盘；32、压合机构；320、承托平台；321、伸缩杆；

2a、对位柱；2b、对位孔；

4、压合辅助架。

具体实施方式

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似改进，因此本申请不受下面公开的具体实施例的限制。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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申请和简化描述，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申请的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

如图1所示，本实施例的燃料电池金属双极板密封胶线的自动化铺装工艺，其采用的自动化铺装设备，以设备长度方向为X轴、宽度方向为Y轴、高度方向为Z轴，且包括自动点胶单元1、密封胶线定位平台2、自动压合粘接单元3。

具体的，自动点胶单元1包括双极板定位平台10、位于X轴上的上料工位11和点胶工位12、用于驱动双极板定位平台10沿着X轴方向运动的横移机构13、以及位于点胶工位12上方且能够沿着X、Y、Z轴运动的点胶机14。

本例中，双极板定位平台10具有A定位面和B定位面，其中A定位面和B定位面对称设置。

具体的，A定位面由定位槽100、吸附孔101和夹头模102组成。这样一来，便于在A定位面进行密封胶线压合时，下一块金属双极板送至B定位面上。

定位槽100自双极板定位平台10上表面向内凹陷形成与金属双极板外型相匹配的槽，上料工位11能够逐片将金属双极板向双极板定位平台10的定位槽100供料。

具体的，上料工位11 为常规的层叠送料器、以及移栽器。

吸附孔101设置在定位槽100的槽底上，夹头模102有两个且对应设置在定位槽100相对两侧的槽壁上。

金属双极板通过负压吸附贴合在吸附孔101上，同时在夹头模102的相对夹持下，实现金属双极板的定位。这样一来，在吸附孔和夹头模的共同作用下，金属双极板稳定的定位在双极板定位平台上，同时也便于180度翻转的定位和胶线铺装完成后的稳定脱离。

横移机构13包括沿着X轴方向延伸的滑轨130、动力器，其中双极板定位平台10滑动设置在滑轨130上，动力器驱动双极板定位平台10在滑轨130上移动。

具体的，在滑轨130上对应设有滑座131，在双极板定位平台10的侧面设有与滑座131配合的缺口q，动力器用于驱动滑座131沿着滑轨130直线运动。在滑座131的设置下，便于双极板定位平台平稳的在上料工位11和点胶工位12之间移动。

动力器为常规的直线运动驱动器，如滚珠丝杠、直线伸缩杆等。

点胶机14为常规的点胶设备。

密封胶线定位平台2，其具有自表面向下凹陷与密封胶线相匹配的嵌合槽20。在此，通过嵌合槽20的设置，便于密封胶线精准的定位。

结合图2所示，自动压合粘接单元3包括金属双极板夹持机构30、用于驱动夹持后金属双极板180度翻转的翻转机构31、以及驱动密封胶线定位平台2运动将密封胶线压合至金属双极板点胶区的压合机构32。

在横移机构13所形成的移动路径上方还设有压合辅助架4，金属双极板夹持机构30包括分别沿着Y、Z轴方向运动的夹臂300、设置在夹臂300上的夹头301，其中夹头301能够夹持双极板定位平台10的侧边。由夹臂300的运动实现与密封胶线定位平台2的对应调节。

翻转机构31包括设置在夹臂300上用于驱动夹头180度翻转的翻转轮盘310和翻转马达，其中翻转轮盘310的轴心线沿着Y轴方向延伸。

夹头301有两组且关于Y轴对称设置，翻转机构31与夹头301一一对应设置，且同步翻转运动。这样一来，在两组夹头的夹持下，便于双极板定位平台的180度翻转。

此外，在密封胶线定位平台2上设有沿着Z轴方向延伸的对位柱2a，在双极板定位平台10上设有与对位柱2a相匹配的对位孔2b，压合机构32包括水平设置的承托平台320、用于驱动承托平台320沿着Z轴方向运动的伸缩杆321，其中密封胶线定位平台2架设在承托平台320上，对位孔2b与对位柱2a对齐，伸缩杆321沿着Z轴方向运动，密封胶线压合在金属双极板上。这样一来，确保密封胶线准确的与点胶区的准确对齐，同时在相应的抵触压力下胶合。

综上，本实施例实施过程如下：

1、在上料工位11将单片金属双极板送至A定位面的定位槽100上，并在横移机构13的作用下，将双极板定位平台10向点胶工位12移动，同时将密封胶条平稳的定位在嵌合槽20中；

2、待双极板定位平台10移动至点胶工位12后，由点胶机14对下方金属双极板表面进行点胶；

3、完成点胶后双极板定位平台10反向移动至金属双极板夹持机构30下方，由金属双极板夹持机构30沿着Z轴方向运动，将双极板定位平台10夹持，并在翻转机构31的翻转下，将点胶区朝下设置，同时在金属双极板夹持机构30沿着Y轴方向运动，使得对位孔2b与对位柱2a对齐；

4、在压合机构32的驱动下，使得密封胶线定位平台2沿着Z轴方向运动，对位柱2a逐步插入对位孔2b中，同时将密封胶条贴合至点胶区，并在伸缩杆的顶触下，密封胶条压合在金属双极板的点胶面上，以完成密封胶线的自动化铺装，并且在压合形成密封胶线铺装的同时，将下一块金属双极板放置在下双极板定位平台的B定位面上。

因此，本实施例具有以下优点：

1、能够自动完成金属双极板的点胶、点胶区的翻转、及点胶区与密封胶线的对位，从而精准的实现密封胶线的铺装，因此，步骤简便、易于操作且自动化设备精度较高，省去了大量的手工作业时间，节省了成本；

2、通过A定位面和B定位面的设置，在进行其中一块金属双极板的铺装时，另一块金属双极板可以送至定位槽，以缩短铺装的时间；

3、在对位孔与对位柱对齐下，使得密封胶线能够准确的与点胶区胶合铺装；

4、在吸附孔和夹头模的共同作用下，金属双极板稳定的定位在双极板定位平台上，同时也便于180度翻转的定位和胶线铺装完成后的稳定脱离。

以上对本发明做了详尽的描述，其目的在于让熟悉此领域技术的人士能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明的精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种燃料电池金属双极板密封胶线的自动化铺装工艺，其特征在于：所述的自动化铺装工艺包括如下步骤：

S1、自动点胶，其将金属双极板放置在具有A、B定位面的双极板定位平台中A定位面上，并传输至点胶工位，然后在自动点胶机沿着X、Y、Z轴方向的运动完成金属双极板表面的点胶；

S2、密封胶线安装，将所对应的密封胶条平铺在密封胶线定位平台的嵌合槽中，其中嵌合槽自密封胶线定位平台的表面向下凹陷且密封胶条相匹配；

S3、胶线压合，将完成点胶的双极板定位平台移出点胶工位，并翻转180度，使得点胶面朝下设置，同时调节双极板定位平台的位置，使得密封胶条与上方的点胶区对齐，并在密封胶线定位平台和双极板定位平台相向运动中，密封胶条在相对挤压下，粘贴在金属双极板的点胶区，并且在压合形成密封胶线铺装的同时，将下一块金属双极板放置在下双极板定位平台的B定位面上。

2.根据权利要求1所述的燃料电池金属双极板密封胶线的自动化铺装工艺，其特征在于：所述A定位面和B定位面对称设置，所述A定位面包括定位槽、吸附孔和夹头模，其中所述的定位槽自所述双极板定位平台的表面向内凹陷；所述的吸附孔设置在所述定位槽的槽底面上；所述夹头模对应设置在所述定位槽相对两侧的槽壁上，且相向运动设置。

3.根据权利要求1所述的燃料电池金属双极板密封胶线的自动化铺装工艺，其特征在于：在所述密封胶线定位平台上设有沿着Z轴方向延伸的对位柱，在所述双极板定位平台上设有与所述对位柱相匹配的对位孔，在S3中，密封胶条与点胶区对齐时，对位柱与对位孔对齐，并由对位柱插入对位孔中，进行密封胶条的压合。

4.根据权利要求1所述的燃料电池金属双极板密封胶线的自动化铺装工艺，其特征在于：在S1中，所采用的自动点胶单元包括双极板定位平台、位于X轴上的上料工位和点胶工位、用于驱动所述双极板定位平台沿着X轴方向运动的横移机构、以及位于所述点胶工位上方且能够沿着X、Y、Z轴运动的点胶机。

5.根据权利要求4所述的燃料电池金属双极板密封胶线的自动化铺装工艺，其特征在于：所述横移机构包括沿着X轴方向延伸的滑轨、滑座、动力器，其中在所述双极板定位平台的侧面设有与所述滑座配合的缺口，所述动力器用于驱动所述滑座沿着所述滑轨直线运动。

6.根据权利要求4所述的燃料电池金属双极板密封胶线的自动化铺装工艺，其特征在于：在S3中，所采用的自动压合粘接单元包括金属双极板夹持机构、用于驱动夹持后金属双极板180度翻转的翻转机构、以及驱动所述密封胶线定位平台运动将密封胶线压合至金属双极板点胶区的压合机构。

7.根据权利要求6所述的燃料电池金属双极板密封胶线的自动化铺装工艺，其特征在于：在所述横移机构所形成的移动路径上方还设有压合辅助架，所述的金属双极板夹持机构包括分别沿着Y、Z轴方向运动的夹臂、设置在所述夹臂上的夹头，其中所述夹头能够夹持所述双极板定位平台的侧边。

8.根据权利要求7所述的燃料电池金属双极板密封胶线的自动化铺装工艺，其特征在于：所述翻转机构包括设置在所述的夹臂上用于驱动所述夹头180度翻转的翻转轮盘和翻转马达，其中所述翻转轮盘的轴心线沿着Y轴方向延伸。

9.根据权利要求8所述的燃料电池金属双极板密封胶线的自动化铺装工艺，其特征在于：所述夹头有两组且关于Y轴对称设置，所述翻转机构与所述夹头一一对应设置，且同步翻转运动。

10.根据权利要求6所述的燃料电池金属双极板密封胶线的自动化铺装工艺，其特征在于：所述压合机构包括水平设置的承托平台、用于驱动所述承托平台沿着Z轴方向运动的伸缩杆，其中所述密封胶线定位平台架设在所述承托平台上，所述伸缩杆沿着Z轴方向运动，所述密封胶线压合在所述金属双极板上。

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