CN114725465A - 一种燃料电池电堆的组装装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种燃料电池电堆的组装装置，涉及燃料电池技术领域；为了解决不能对不合格品起到精准的指导问题；具体包括控制中心、组装机构、施压机构和性能测试机构，所述性能测试机构由气密性检测部和异常排查部组成，控制中心分别与气密性检测部、异常排查部通信连接；所述组装机构包括工作台，控制中心的一侧外壁可拆卸安装于工作台的一侧外壁；所述工作台的一侧内壁通过螺栓固定有支撑板，支撑板的顶部外壁开设有电动滑轨，电动滑轨的内壁滑动连接有推板；所述气密性检测部包括固定于工作台底部内壁的气体供应组。本发明能够在组装电堆的同时测试气密性，并且精准定位了失效电池节数，很好的避免了反复拆装导致性能衰减的情况。

Description

一种燃料电池电堆的组装装置
技术领域
本发明涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种燃料电池电堆的组装装置。
背景技术
目前用于交通领域的燃料电池电堆通常由几百片膜电极及双极板依次堆叠而成，通过膜电极及双极板之间的密封件进行密封。由于车用燃料电池电堆的道路工况较为复杂，具有复杂的振动、冲击工况，同时燃料电池内部具有湿热酸电等复杂环境，因此燃料电池的密封是影响其失效的重要因素。在现有的技术中，通常对电堆进行堆叠，组装好电堆后进行气密性测试，判断其整堆气密性是否合格，若没有问题再进行台架试验，但是实际的试制过程中一次合格率并不高，容易出现反复拆装的返修过程，造成了性能及密封性的下降。
经检索，中国专利申请号为CN201210563724.8的专利，公开了一种研究燃料电池电堆组装力与密封性的在线测试方法，包括如下步骤：按照燃料电池组装方法组装电堆；将组装好的电堆放在液晶数显万能实验机上，施加压力保持恒定；将一个上端板封头上的气体接口用堵头封堵，另一个上端板封头与三通连接进行气密性测试；开启高压氮气钢瓶。上述专利中的研究燃料电池电堆组装力与密封性的在线测试方法存在以下不足：不能定位到测试电堆中异常电池的具体节数及位置，因此难以对不合格品的返修起到精准的指导作用。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种燃料电池电堆的组装装置。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种燃料电池电堆的组装装置，包括控制中心、组装机构、施压机构和性能测试机构，所述性能测试机构由气密性检测部和异常排查部组成，控制中心分别与气密性检测部、异常排查部通信连接。
优选地：所述组装机构包括工作台，控制中心的一侧外壁可拆卸安装于工作台的一侧外壁；
所述工作台的一侧内壁通过螺栓固定有支撑板，支撑板的顶部外壁开设有电动滑轨，电动滑轨的内壁滑动连接有推板。
优选地：所述气密性检测部包括固定于工作台底部内壁的气体供应组、固定连接于气体供应组输送气管外壁的压力检测组；
所述气体供应组为高压氢气瓶、空气瓶及氮气瓶中的一种或两种以上组合；
所述压力检测组为气体流量计、气体质量流量控制器，压力检测组的精度需达到1Pa/s；
所述气体供应组采用空气或氮气测试电堆本体的气体密封性能；
所述气体供应组通过导管与电堆本体的进出口相连接。
优选地：所述异常排查部包括固定于工作台底部内壁的电压巡检组；
所述电压巡检组的电压采集范围为-5～5V，精度为1mV；
所述电堆本体通过导线与电压巡检组相连接；
所述气体供应组采用高压氢气与空气通入电堆本体。
优选地：所述施压机构包括可拆卸安装于工作台顶部内壁的施压机、固定于施压机延伸端的压板和固定于压板底部面的压力传感器，施压机、压力传感器均与控制中心通信连接；
所述施压机的压力范围为5～15t，精度为1～5N。
优选地：所述支撑板的内壁滑动连接有定位柱，定位柱的底端固定连接有活动块，活动块的两侧面分别固定有吸附件，吸附件由磁铁和铁块构成；
所述活动块的顶部面粘接有粘结层。
优选地：所述推板的一侧面焊接有绝缘垫；
所述推板靠近顶端的内壁与固定于工作台一侧内壁的导向杆构成滑动配合。
优选地：所述气体密封性能的合格标准参数：测试外漏值为3Pa/s、氢氧的内窜值为80ml/min。
本发明的有益效果为：
1.本发明通过设置性能测试机构，能够在组装电堆的同时测试气密性，并且精准定位了失效电池节数，很好的避免了反复拆装导致性能衰减的情况。
2.本发明根据电堆本体的尺寸，在电动滑轨内调节两个相对位置的推板间距与之对应，将电堆本体置于支撑板的顶部正中心位置，利用两侧的推板对堆放的电堆本体进行侧面限位，安装便利。
3.本发明通过设置施压机构，透过压板作用于电堆本体，使得电堆本体可以在不同施压力的压紧状态下进行性能测试，进而便于研究不同封装力对于电堆密封性能的影响规律。
4.本发明根据电堆本体上的定位孔方位，选择与之对应的定位柱，使其连接的活动块上移，直至活动块的顶部面通过粘结层贴合于支撑板的底部面，以便对电堆本体组装时进行限位，保证其定位精准，拆卸组装均便利。
附图说明
图1为本发明提出的一种燃料电池电堆的组装装置的前视结构示意图；
图2为本发明提出的一种燃料电池电堆的组装装置的仰视结构示意图；
图3为本发明提出的一种燃料电池电堆的组装装置的活动块拆分结构示意图；
图4为本发明提出的一种燃料电池电堆的组装装置的性能测试时连接状态示意图。
图中：1工作台、2压力检测组、3控制中心、4推板、5压板、6施压机、7导向杆、8电动滑轨、9支撑板、10电压巡检组、11定位柱、12活动块、13气体供应组、14绝缘垫、15压力传感器、16磁铁、17铁块。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。
下面详细描述本专利的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本专利，而不能理解为对本专利的限制。
在本专利的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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专利和简化描述，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专利的限制。
在本专利的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定相连、设置，也可以是可拆卸连接、设置，或一体地连接、设置。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专利中的具体含义。
实施例1：
一种燃料电池电堆的组装装置，如图1、2和图4所示，包括控制中心3、用于快速组装电堆本体的组装机构、施压机构和用于测试电堆本体使用情况的性能测试机构，性能测试机构由气密性检测部和异常排查部组成，控制中心3分别与气密性检测部、异常排查部通信连接；气密性检测部、异常排查部的具体操作参数均由控制中心3进行控制。
优选的，所述电堆本体包括膜电极、双极板、端板、集流板、电池等。
所述组装机构包括工作台1，控制中心3的一侧外壁可拆卸安装于工作台1的一侧外壁，工作台1的一侧内壁通过螺栓固定有支撑板9，支撑板9的顶部外壁开设有电动滑轨8，电动滑轨8的内壁滑动连接有推板4；使用时，根据电堆本体的尺寸，在电动滑轨8内调节两个相对位置的推板4间距与之对应，组装时，将由膜电极、双极板、端板、集流板、电池等组成的电堆本体置于支撑板9的顶部正中心位置，利用两侧的推板4对堆放的电堆本体进行侧面限位，安装便利。
优选的，所述推板4的一侧面焊接有绝缘垫14，加强组装时对电堆本体的保护；所述推板4靠近顶端的内壁与固定于工作台1一侧内壁的导向杆7构成滑动配合；当推板4被动左右移动用于对电堆本体进行侧面限位时，推板4顺延导向杆7滑移，用以保证其位移的稳固性和对电堆本体限位的牢固性。
所述施压机构包括可拆卸安装于工作台1顶部内壁的施压机6、固定于施压机6延伸端的压板5和固定于压板5底部面的压力传感器15，压力传感器15的型号为JYB-KB-CW2000，施压机6、压力传感器15均与控制中心3通信连接；将电堆本体组装于施压机6的正下方后，启动施压机6使得压板5紧贴于电堆本体顶部，当压力传感器15检测到施加力达到设定值时停止，使得电堆本体可以在不同施压力的压紧状态下进行性能测试。
进一步的，所述施压机6的压力范围为5～15t，精度为1～5N，本实施例中施压机6的施力压力为3t。
进一步的，所述气密性检测部包括固定于工作台1底部内壁的气体供应组13、固定连接于气体供应组13输送气管外壁的压力检测组2；
优选的，所述气体供应组13为高压氢气瓶、空气瓶及氮气瓶等中的一种或多种组合；压力检测组2可为气体流量计、气体质量流量控制器等，压力检测组2的精度需达到1Pa/s；
优选的，所述气体供应组13采用空气或氮气测试电堆本体的气体密封性能；
优选的，所述气体供应组13通过导管与电堆本体的进出口相连接；
进一步优选的，所述气密性合格的标准参数：测试外漏值为3Pa/s、氢氧的内窜值为80ml/min。通过导管将气体供应组13与电堆本体的进出口相连接，检测时，启动气体供应组13，输送空气或氮气测试电堆本体的气体密封性能，压力检测组2检测测试外漏值及氢氧的内窜值等是否达标。
进一步的，所述异常排查部包括固定于工作台1底部内壁的电压巡检组10，电压巡检组10可为电压表等，电压巡检组10的电压采集范围为-5～5V，精度为1mV；
优选的，所述电堆本体通过导线与电压巡检组10相连接；
优选的，所述气体供应组13采用高压氢气与空气通入电堆本体；利用导线将电压巡检组10与电堆本体建立连接关系，进而便于测试电压巡检组10的电压值是否正常。
本实施例在使用时，根据电堆本体的尺寸，在电动滑轨8内调节两个相对位置的推板4间距与之对应，组装时，将由膜电极、双极板、端板、集流板、电池等组成的电堆本体置于支撑板9的顶部正中心位置，利用两侧的推板4顺延导向杆7滑移，进而对堆放的电堆本体进行侧面限位。
测试时，先启动施压机6使得压板5紧贴于电堆本体顶部，当压力传感器15检测到施加力达到设定值时停止，使得电堆本体可以在不同施压力的压紧状态下进行性能测试。通过导管将气体供应组13与电堆本体的进出口相连接，检测时，启动气体供应组13，输送空气或氮气测试电堆本体的气体密封性能，压力检测组2检测测试外漏值及氢氧的内窜值等是否达标。再利用导线将电压巡检组10与电堆本体建立连接关系，经气体供应组13向电堆本体通入高压氢气与空气，若发现节数电池的电压下降，则判定存在失效电池并对其进行精准定位，方便对电堆本体进行的返修。本发明能够在组装电堆的同时测试气密性，并且精准定位了失效电池节数，很好的避免了反复拆装导致电池电堆性能衰减的情况。
实施例2：
一种燃料电池电堆的组装装置，如图1-3所示，为了提高电堆本体组装时的精确性；本实施例在实施例1的基础上作出以下改进：所述支撑板9的内壁滑动连接有若干个定位柱11，定位柱11的底端固定连接有活动块12，活动块12的两侧面分别固定有吸附件，吸附件由磁铁16和铁块17构成，通过吸附件便于使得多个活动块12贴合时形成为一体，防止出现繁乱现象；
优选的，若干个所述活动块12的顶部面均粘接有粘结层；使用时，根据电堆本体上的定位孔方位，选择与之对应的定位柱11，使其连接的活动块12上移，直至活动块12的顶部面通过粘结层贴合于支撑板9的底部面，以便对电堆本体组装时进行限位，保证其定位精准，拆卸组装均便利。
本实施例在组装时，根据电堆本体的尺寸，在电动滑轨8内调节两个相对位置的推板4间距与之对应，组装时，将由膜电极、双极板、端板、集流板、电池等组成的电堆本体置于支撑板9的顶部正中心位置，利用两侧的推板4顺延导向杆7滑移，进而对堆放的电堆本体进行侧面限位。然后根据电堆本体上的定位孔方位，选择与之对应的定位柱11，使其连接的活动块12上移，直至活动块12的顶部面通过粘结层贴合于支撑板9的底部面，以便提高电堆本体组装时的精确性。
测试时，先启动施压机6使得压板5紧贴于电堆本体顶部，当压力传感器15检测到施加力达到设定值时停止，使得电堆本体可以在不同施压力的压紧状态下进行性能测试。通过导管将气体供应组13与电堆本体的进出口相连接，检测时，启动气体供应组13，输送空气或氮气测试电堆本体的气体密封性能，压力检测组2检测测试外漏值及氢氧的内窜值等是否达标。再利用导线将电压巡检组10与电堆本体建立连接关系，经气体供应组13向电堆本体通入高压氢气与空气，若发现节数电池的电压下降，则判定存在失效电池并对其进行精准定位，方便对电堆本体进行的返修。本发明能够在组装电堆的同时测试气密性，并且精准定位了失效电池节数，很好的避免了反复拆装导致电池电堆性能衰减的情况。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种燃料电池电堆的组装装置，包括控制中心(3)、组装机构、施压机构和性能测试机构，其特征在于，所述性能测试机构由气密性检测部和异常排查部组成，控制中心(3)分别与气密性检测部、异常排查部通信连接。
2.根据权利要求1所述的一种燃料电池电堆的组装装置，其特征在于，所述组装机构包括工作台(1)，控制中心(3)的一侧外壁可拆卸安装于工作台(1)的一侧外壁；
所述工作台(1)的一侧内壁通过螺栓固定有支撑板(9)，支撑板(9)的顶部外壁开设有电动滑轨(8)，电动滑轨(8)的内壁滑动连接有推板(4)。
3.根据权利要求1所述的一种燃料电池电堆的组装装置，其特征在于，所述气密性检测部包括固定于工作台(1)底部内壁的气体供应组(13)、固定连接于气体供应组(13)输送气管外壁的压力检测组(2)；
所述气体供应组(13)为高压氢气瓶、空气瓶及氮气瓶中的一种或两种以上组合；
所述压力检测组(2)为气体流量计、气体质量流量控制器，压力检测组(2)的精度需达到1Pa/s；
所述气体供应组(13)采用空气或氮气测试电堆本体的气体密封性能；
所述气体供应组(13)通过导管与电堆本体的进出口相连接。
4.根据权利要求3所述的一种燃料电池电堆的组装装置，其特征在于，所述异常排查部包括固定于工作台(1)底部内壁的电压巡检组(10)；
所述电压巡检组(10)的电压采集范围为-5～5V，精度为1mV；
所述电堆本体通过导线与电压巡检组(10)相连接；
所述气体供应组(13)采用高压氢气与空气通入电堆本体。
5.根据权利要求1所述的一种燃料电池电堆的组装装置，其特征在于，所述施压机构包括可拆卸安装于工作台(1)顶部内壁的施压机(6)、固定于施压机(6)延伸端的压板(5)和固定于压板(5)底部面的压力传感器(15)，施压机(6)、压力传感器(15)均与控制中心(3)通信连接；
所述施压机(6)的压力范围为5～15t，精度为1～5N。
6.根据权利要求2所述的一种燃料电池电堆的组装装置，其特征在于，所述支撑板(9)的内壁滑动连接有定位柱(11)，定位柱(11)的底端固定连接有活动块(12)，活动块(12)的两侧面分别固定有吸附件，吸附件由磁铁(16)和铁块(17)构成；
所述活动块(12)的顶部面粘接有粘结层。
7.根据权利要求6所述的一种燃料电池电堆的组装装置，其特征在于，所述推板(4)的一侧面焊接有绝缘垫(14)；
所述推板(4)靠近顶端的内壁与固定于工作台(1)一侧内壁的导向杆(7)构成滑动配合。
8.根据权利要求3所述的一种燃料电池电堆的组装装置，其特征在于，所述气体密封性能的合格标准参数：测试外漏值为3Pa/s、氢氧的内窜值为80ml/min。
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