CN115958829A - 一种双模具三工位的双极板模压装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及燃料电池技术领域，公开一种双模具三工位的双极板模压装置，包括：主模压机；第一双极板模具；第二双极板模具；第一辅助压机；第二辅助压机；真空泵；真空泵管路；主模压机位置传感器；第一辅助压机位置传感器；第二辅助压机位置传感器；高精度步进电机；模具传输轨道；第一双极板模具真空通断阀；第二双极板模具真空通断阀。实际工作时，通过高精度步进电机对第一双极板模具和第二双极板模具的位置进行精确的控制，并且利用主模压机和辅助压机中的位置传感器对第一模具与第二模具的位置进行感应并判断其工作状态，充分利用了压制的时间来对另一块模具进行开模、取料、加料、合模等工序，极大地提高了模压成型工艺的生产效率。

Description

一种双模具三工位的双极板模压装置

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，具体涉一种双模具三工位的双极板模压装置。

背景技术

燃料电池是将氢气的化学能直接转化为电能的装置，具有效率高、低噪音、零污染等优点。燃料电池通常需要将多个单体电池通过串联的方式组装成电堆，主要构成部件有双极板、膜电极(MEA)、端板和紧固件等。双极板是燃料电池中重要的组成部分，占整个燃料电池电堆体积的60%至80%。双极板的成型工艺主要有机械加工、注塑成型和模压成型。目前，国内石墨双极板生产厂家大多采用机械加工的方式，这种方式虽然节省了开模费用，但机械加工成型受石墨双极板的机械强度低以及脆性强的限制，有着无法避免的局限性，且制作工艺复杂，加工周期长，成本高。注塑成型虽然能克服机械加工的缺点，但是注塑成型中的去除粘结剂的时间较长、厚界面开裂、尺寸限制等让其不适用于大规模的生产。石墨双极板模压成型在批量生产方面具有较强的优势，其采用的热固性塑料只需几分钟便能固化脱模，模压成型工艺是未来石墨双极板大规模生产的最佳选择。

一篇公开号为CN 112477245 A的中国发明专利申请公开一种柔性石墨双极板的模压制备方法，包括以下步骤：将石墨放入模具中，然后将模具闭合；将模具内抽真空并保压，然后按照设定压力压制模具；向模具内通入气体破真空，开启模具，将双极板产品整体取出；利用激光器沿着双极板产品的外表面切割，将边角料去除，即得到双极板成品。该发明存在的问题是：使用单工位单模具的模压系统，模压成型过程包括：开模入料、合模、压制、开模出料。单工位单模具的系统制备过程较长，生产效率较低，除了压制过程外的其他过程消耗的时间并不能被充分利用。因此，通过合理的改良制备及控制系统是提高生产效率的研究方向。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种生产效率高的燃料电池双极板双模具三工位的模压装置。

为达到以上目的，本发明采用如下技术方案。

一种双模具三工位的双极板模压装置，其包括：模具传输轨道，在所述模具传输轨道上设有第一双极板模具和第二双极板模具；三工位压机，与所述模具传输轨道对应设置，包括主模压机、第一辅助压机和第二辅助压机；沿所述模具传输轨道的传送方向，所述主模压机位于中间位置，所述第一辅助压机和所述第二辅助压机分设于所述主模压机两侧；抽真空装置，与所述第一双极板模具和所述第二双极板模具连接，用于实现所述第一双极板模具和所述第二双极板模具的抽真空；动力机构，与所述模具传输轨道连接，用来实现所述模具传输轨道的来回运转；控制装置，与所述三工位压机、所述抽真空装置和所述动力机构连接，用来实现协同工作。

上述双模具三工位的双极板模压装置的工作过程如下。

1）利用所述第一辅助压机先对所述第一双极板模具进行开模、入料和合模的操作，完成后利用所述抽真空装置对所述第一双极板模具进行抽真空处理，让所述第一双极板模具完全定位贴合。

2）利用所述动力机构带动所述模具传输轨道正向运转，将所述第一双极板模具送进所述主模压机的工位，开始进行压制；与此同时，所述第二双极板模具进入所述第二辅助压机的工位，利用所述第二辅助压机对所述第二双极板模具进行开模、加料和合模操作，完成后利用所述抽真空装置对所述第二双极板模具进行抽真空处理，让所述第二双极板模具完全定位贴合。

3）利用所述动力机构带动所述模具传输轨道反向运转，将所述第二双极板模具送进所述主模压机的工位，开始进行压制；与此同时，所述第一双极板模具进入所述第一辅助压机的工位，利用所述第一辅助压机对所述第一双极板模具进行开模、脱模、加料和合模的操作，完成后，利用所述抽真空装置对所述第一双极板模具进行抽真空处理，让所述第一双极板模具完全定位贴合。

4）利用所述动力机构带动所述模具传输轨道正向运转，将所述第一双极板模具送进所述主模压机的工位，开始进行压制；与此同时，所述第二双极板模具进入所述第二辅助压机的工位，利用所述第二辅助压机对所述第二双极板模具进行开模、脱膜、加料和合模操作，完成后利用所述抽真空装置对所述第二双极板模具进行抽真空处理，让所述第二双极板模具完全定位贴合。

重复步骤3）和步骤4），直至工作完成。

更为优选地，所述模具传输轨道为皮带输送轨道、链条输送轨道或辊轮输送轨道。

更为优选地，所述动力机构为步进电机。

更为优选地，对应所述主模压机、所述第一辅助压机和所述第二辅助压机分别设有相应的、用来检测模具是否进入工位的位置传感器，各所述位置传感器与所述控制装置连接。

更为优选地，抽真空装置包括真空泵和真空泵管路，所述真空泵通过相应的所述真空泵管路与所述第一双极板模具和所述第二双极板模具连接，在两所述真空泵管路上分别设有通断阀。

更为优选地，所述第一双极板模具和所述第二双极板模具共用一个所述真空泵。

更为优选地，所述第一双极板模具和所述第二双极板模具分别通过相应的所述真空泵管路连接至不同的所述真空泵。

更为优选地，所述通断阀为电磁通断阀。

更为优选地，所述第一双极板模具和所述第二双极板模具可拆卸地固定在所述模具传输轨道上，所述第一双极板模具和所述第二双极板模具的规格相同或不同。

本发明的有益效果是：与现有技术相比，本发明能够充分利用主模压机的压制时间在辅助工位对另一块模具进行开模、取料、加料、合模等工序，且在三工位上的操作互不干扰，极大地提高了模压成型工艺的生产效率；解决了现有的燃料电池双极板模压单工位单模具的系统生产效率较低，除了压制过程外的其他过程消耗的时间并不能被充分利用的问题。经实际生产验证，本发明使用燃料电池双极板双模具三工位的模压装置，其生产效率高出1/3以上。

附图说明

图1所示为本发明提供的双模具三工位的双极板模压装置的结构示意图。

附图标记说明：1-第一辅助压机，2-主模压机，3-第二辅助压机，4/5/6-位置传感器，7-第一双极板模具，8-第二双极板模具，9-高精度步进电机，10-模具传输轨道，11-真空泵管路，12-真空泵，13/14-通断阀。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要说明的是，对于方位词，如有术语“中心”，“横向” 、“纵向”、“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”等指示方位和位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于叙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、以特定方位构造和操作，不能理解为限制本发明的具体保护范围。

此外，如有术语“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隐含指明技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”特征可以明示或者隐含包括一个或者多个该特征，在本发明描述中，“至少”的含义是一个或一个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除另有明确规定和限定，如有术语“组装”、“相连”、“连接”术语应作广义去理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；也可以是机械连接；可以是直接相连，也可以是通过中间媒介相连，可以是两个元件内部相连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述的术语在本发明中的具体含义。

在发明中，除非另有规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一特征和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“之下”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅是表示第一特征水平高度高于第二特征的高度。第一特征在第二特征 “之上”、“之下”和“下面”包括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低于第二特征。

下面结合说明书的附图，对本发明的具体实施方式作进一步的描述，使本发明的技术方案及其有益效果更加清楚、明确。下面通过参考附图描述实施例是示例性的，旨在解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。下面未详细提及的设备选型及连接电路均为本领域技术人员所知晓的普通技术知识，未提及的工艺步骤或制备方法均为本领域技术人员所知晓的普通工艺步骤或制备方法。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述部分中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

本发明中，真空泵的流量为25立方米每小时。显然，真空泵的流量是本领域技术人员可以根据实际需要进行选择的。

本发明中，双极板模具的长宽比为3:1。显然，双极板模具的长宽比是本领域技术人员可以根据实际需要进行选择的。

如图1所示，一种双模具三工位的双极板模压装置，包括。

模具传输轨道10，在所述模具传输轨道10上设有第一双极板模具7和第二双极板模具8。

三工位压机，与所述模具传输轨道10对应设置，包括主模压机2、第一辅助压机1和第二辅助压机3；沿所述模具传输轨道10的传送方向，所述主模压机2位于中间位置，所述第一辅助压机1和所述第二辅助压机3分设于所述主模压机2两侧。

抽真空装置，与所述第一双极板模具7和所述第二双极板模具8连接，用于实现所述第一双极板模具7和所述第二双极板模具8的抽真空。抽真空装置包括真空泵12和真空泵管路11，所述真空泵12通过相应的所述真空泵管路11与所述第一双极板模具7和所述第二双极板模具8连接，在两所述真空泵管路11上分别设有通断阀13/14。所述通断阀13/14可以为电磁通断阀或电动阀。

动力机构，与所述模具传输轨道10连接，用来实现所述模具传输轨道10的来回运转。本实施例中，优选所述动力机构为高精度步进电机9，在其他实施例中，所述动力机构可以为现有已知的直线电机、气缸，或将来能够实现的其他动力装置，只要控制模具传输轨道10进行来回移动时符合精度要求即可。

控制装置，与所述三工位压机、所述抽真空装置和所述动力机构连接，用来实现协同工作。控制装置可以为现有已知的PLC控制器等，其外围电路及与其他电子元器件的连接电路为本领域技术人员所述掌握的普通技术知识。

本实施例中，优选所述模具传输轨道10为皮带输送轨道。在其他实施例中，所述所述模具传输轨道10可以为辊轮输送轨道、链条输送轨道等各种现有已知的或将来能够实现的传送轨道，只要能够对其上的模具起到足够的支持即可。

本实施例中，对应所述主模压机2、所述第一辅助压机1和所述第二辅助压机3分别设有相应的、用来检测模具是否进入工位的位置传感器4/5/6，各所述位置传感器4/5/6与所述控制装置连接；以便更加准确的控制。显然，在一些实施方式中，位置传感器可以用其他检测装置如视觉传感器代替，甚至，采用时序控制方式也可以省略传感器的设置。

工作时，用同一电堆的阳极板模具与阴极板模具分别充当第一双极板模具7和第二双极板模具8，并通过高精度步进电机9将两个模具调至初始位置：第一双极板模具7在第一辅助压机1的工位中，第二双极板模具8在主模压机2的工位中，通断阀13、14均处于关闭状态。具体工作流程如下。

步骤1：第一辅助压机1先对第一双极板模具7进行开模、入料和合模的操作。完成后通断阀13打开，对第一双极板模具7进行抽真空处理，让第一双极板模具7完全定位贴合。主压机2在这个过程中不对第二双极板模具8进行操作，第二双极板模具真空通断阀14处于关闭状态。

步骤2：精密步进电机9工作，将第一双极板模具7送机主模压机2的工位，第二双极板模具8进入第二辅助压机3的工位。与主模压机2对应的位置传感器5感应第一双极板模具7进入工位，开始对其进行压制。同时，与第二辅助压机3对应的位置传感器6感应第二双极板模具8进入工位，对其进行开模、加料和合模操作。完成上述全部操作后，通断阀13关闭，通断阀14打开，让第二双极板模具8完全定位贴合。

步骤3：精密步进电机9工作，将第二双极板模8具送进主模压机2的工位，第一双极板模具7进入第一辅助压机1的工位。与主模压机2对应的位置传感器5感应第二双极板模具8进入工位，开始对其进行压制。同时，与第一辅助压机1对应的位置传感器4感应第一双极板模具7进入工位，对其进行开模、脱模、加料和合模的操作。完成上述全部操作后，通断阀13打开，通断阀14关闭，让第一双极板模具7完全定位贴合。

步骤4：精密步进电机9工作，将第一双极板模具7送机主模压机2的工位，第二双极板模具8进入第二辅助压机3的工位。与主模压机2对应的位置传感器5感应第一双极板模具7进入工位，开始对其进行压制。同时，与第二辅助压机3对应的位置传感器6感应第二双极板模具8进入工位，对其进行开模、脱模、加料和合模的操作。完成上述全部操作后，通断阀13关闭，通断阀14打开，让第二双极板模具8完全定位贴合。

重复步骤3到步骤4，待工作完成后，精密步进电机9将模具传输轨道10复位，通断阀13与通断阀14全部关闭。

本实施例提供的一种双模具三工位的双极板模压装置，解决了现有的燃料电池双极板模压单工位单模具的系统生产效率较低，除了压制过程外的其他过程消耗的时间并不能被充分利用的问题。经实际生产验证，与现有的燃料电池双极板模压单工位单模具相比，本实施例使用燃料电池双极板双模具三工位的模压装置，其生产效率高出1/3以上。

需要说明的是，所述第一双极板模具7和所述第二双极板模具7可以如本实施例的附图一样共用一个所述真空泵12；在一些实施方式中，也可以分别通过相应的所述真空泵管路11连接至不同的真空泵；真空泵根据实际需要的不同甚至可以做成一备一用，以减少真空泵故障带来的影响。

另外需要说明的是，所述第一双极板模具7和所述第二双极板模具7均为可拆卸地固定在所述模具传输轨道10上，根据实际需要的不同，所述第一双极板模具7和所述第二双极板模具8可以为不同电堆的两个阳极板模具，或不同电堆的两个阴极板模具等等。

通过上述的结构和原理的描述，所属技术领域的技术人员应当理解，本发明不局限于上述的具体实施方式，在本发明基础上采用本领域公知技术的改进和替代均落在本发明的保护范围，本发明的保护范围应由各权利要求项及其等同物限定之。具体实施方式中未阐述的部分均为现有技术或公知常识。

Claims (10)

1.一种双模具三工位的双极板模压装置，其特征在于，包括：

模具传输轨道，在所述模具传输轨道上设有第一双极板模具和第二双极板模具；

三工位压机，与所述模具传输轨道对应设置，包括主模压机、第一辅助压机和第二辅助压机；沿所述模具传输轨道的传送方向，所述主模压机位于中间位置，所述第一辅助压机和所述第二辅助压机分设于所述主模压机两侧；

抽真空装置，与所述第一双极板模具和所述第二双极板模具连接，用于实现所述第一双极板模具和所述第二双极板模具的抽真空；

动力机构，与所述模具传输轨道连接，用来实现所述模具传输轨道的来回运转；

控制装置，与所述三工位压机、所述抽真空装置和所述动力机构连接，用来实现协同工作。

2.根据权利要求1所述的一种双模具三工位的双极板模压装置，其特征在于，工作过程如下：

1）利用所述第一辅助压机先对所述第一双极板模具进行开模、入料和合模的操作，完成后利用所述抽真空装置对所述第一双极板模具进行抽真空处理，让所述第一双极板模具完全定位贴合；

2）利用所述动力机构带动所述模具传输轨道正向运转，将所述第一双极板模具送进所述主模压机的工位，开始进行压制；与此同时，所述第二双极板模具进入所述第二辅助压机的工位，利用所述第二辅助压机对所述第二双极板模具进行开模、加料和合模操作，完成后利用所述抽真空装置对所述第二双极板模具进行抽真空处理，让所述第二双极板模具完全定位贴合；

3）利用所述动力机构带动所述模具传输轨道反向运转，将所述第二双极板模具送进所述主模压机的工位，开始进行压制；与此同时，所述第一双极板模具进入所述第一辅助压机的工位，利用所述第一辅助压机对所述第一双极板模具进行开模、脱模、加料和合模的操作，完成后，利用所述抽真空装置对所述第一双极板模具进行抽真空处理，让所述第一双极板模具完全定位贴合；

4）利用所述动力机构带动所述模具传输轨道正向运转，将所述第一双极板模具送进所述主模压机的工位，开始进行压制；与此同时，所述第二双极板模具进入所述第二辅助压机的工位，利用所述第二辅助压机对所述第二双极板模具进行开模、脱膜、加料和合模操作，完成后利用所述抽真空装置对所述第二双极板模具进行抽真空处理，让所述第二双极板模具完全定位贴合；

重复步骤3）和步骤4），直至工作完成。

3.根据权利要求1所述的一种双模具三工位的双极板模压装置，其特征在于，所述模具传输轨道为皮带输送轨道、链条输送轨道或辊轮输送轨道。

4.根据权利要求1所述的一种双模具三工位的双极板模压装置，其特征在于，所述动力机构为步进电机。

5.根据权利要求1所述的一种双模具三工位的双极板模压装置，其特征在于，对应所述主模压机、所述第一辅助压机和所述第二辅助压机分别设有相应的、用来检测模具是否进入工位的位置传感器，各所述位置传感器与所述控制装置连接。

6.根据权利要求1所述的一种双模具三工位的双极板模压装置，其特征在于，抽真空装置包括真空泵和真空泵管路，所述真空泵通过相应的所述真空泵管路与所述第一双极板模具和所述第二双极板模具连接，在两所述真空泵管路上分别设有通断阀。

7.根据权利要求6所述的一种双模具三工位的双极板模压装置，其特征在于，所述第一双极板模具和所述第二双极板模具共用一个所述真空泵。

8.根据权利要求6所述的一种双模具三工位的双极板模压装置，其特征在于，所述第一双极板模具和所述第二双极板模具分别通过相应的所述真空泵管路连接至不同的所述真空泵。

9.根据权利要求6所述的一种双模具三工位的双极板模压装置，其特征在于，所述通断阀为电磁通断阀。

10.根据权利要求1所述的一种双模具三工位的双极板模压装置，其特征在于，所述第一双极板模具和所述第二双极板模具可拆卸地固定在所述模具传输轨道上，所述第一双极板模具和所述第二双极板模具的规格相同或不同。

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