CN116190740B - 空冷燃料电池电堆的堆叠装置及堆叠方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种空冷燃料电池电堆的堆叠装置及堆叠方法。堆叠装置包括：上料台，上料台用于放置至少一个电池组件；工作台，工作台上设置有堆叠工位和压装工位；送料机构，送料机构与堆叠工位相邻地设置，送料机构用于将电池组件搬运至堆叠工位；限位机构，限位机构设置于堆叠工位处，限位机构用于对电池组件进行限位；定位机构，定位机构设置于堆叠工位处，定位机构用于对电池组件进行定位；压紧机构，压紧机构设置于压装工位处，压紧机构用于将电堆压紧。应用本发明的技术方案，可以实现电池组件的全自动上料、堆叠、测试和堆叠过程中的限位定位，保证定位精度，解决了现有技术中的手工堆叠方式效率低的技术问题，有效提升堆叠效率。

Description

空冷燃料电池电堆的堆叠装置及堆叠方法

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，具体而言，涉及一种空冷燃料电池电堆的堆叠装置及堆叠方法。

背景技术

燃料电池是一种将燃料中的化学能直接转化为电能的化学装置，是继水力发电、热能发电和原子能发电后的第四种发电技术。因其不受卡诺循环限制、反应排放物只有水，具有能量转化效率高、环境污染少的优点，在众多领域具有重大应用潜力，受到国际社会的广泛关注。

燃料电池可以分为空冷冷却燃料电池（简称空冷燃料电池）与液体冷却燃料电池。其中，空冷燃料电池采用空气冷却方式且以常压空气为氧化剂，空气阴极可以开敞设计，无需额外的密封装置，直接利用大气中空气实现对电堆的冷却和供应氧气燃料，大大简化了燃料电池堆的设计，使其具有结构简单紧凑、体积小、功率密度高等优点，被广泛应用于小功率电源场景。因此，研究研制生产常温、常压空冷燃料电池具有重要的意义。

现有技术的燃料电池堆组装工艺是将堆叠物料（如单电池、前端板、后端板及其他类似物料）在设备工装内进行堆叠，然后进行压装，再通过拉杆将燃料电池堆紧固在一起。现有技术中的燃料电池堆组装工艺具有以下缺点：

1、当前燃料电池电堆堆叠多为手工堆叠，效率较低，少数自动堆叠方案为移载机构将物料抓取后移动至堆叠工位，目前这种组装方式消耗人力较多，组装速度慢，无法满足燃料电池批量化生产需求；

2、电池堆叠所用的设备工装适应性不强，不能随意调整工装尺寸；

3、电堆下端板一般是固定不能升降的，整个设备工装使用成本低、适应性低、兼容性不够；

4、产品的堆叠过程复杂，定位装置的拆装导致产品的稳定性低。

针对上述现有空冷燃料电池电堆堆叠效率较低的技术问题，目前尚未提出有效解决方案。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种空冷燃料电池电堆的堆叠装置及堆叠方法，以解决现有技术中的空冷燃料电池电堆堆叠效率较低的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种空冷燃料电池电堆的堆叠装置，堆叠装置包括：上料台，上料台用于放置至少一个电池组件；工作台，工作台上设置有堆叠工位和压装工位；送料机构，送料机构与堆叠工位相邻地设置，送料机构用于将电池组件搬运至堆叠工位；限位机构，限位机构设置于堆叠工位处，限位机构用于对电池组件进行限位；定位机构，定位机构设置于堆叠工位处，定位机构用于对电池组件进行定位；压紧机构，压紧机构设置于压装工位处，压紧机构用于将电堆压紧。

进一步地，定位机构包括：定位支架，定位支架与工作台连接；升降台，升降台与定位支架可活动地连接，升降台位于定位支架的一侧，且升降台位于堆叠工位的下方；定位杆，定位杆为至少一个，至少一个定位杆与升降台连接，定位杆的长度方向沿工作台的高度方向延伸设置，至少部分的定位杆穿设于堆叠工位的定位结构内，升降台相对定位支架移动的过程中可带动定位杆相对工作台移动，以调节定位杆延伸至堆叠工位一侧的长度。

进一步地，定位杆为两个，两个定位杆关于升降台的几何中心对称设置。

进一步地，限位机构包括：工作板，工作板设置于堆叠工位上，工作板用于放置电池组件；限位工装，限位工装为多个，其中，至少一个限位工装与工作板固定连接，其余限位工装中的至少一个与工作板可拆卸地连接，多个限位工装之间形成用于限制电池组件的限位空间。

进一步地，限位工装为四个，四个限位工装分别对应电池组件中的后端板组件的四个角设置。

进一步地，限位机构还包括：导轨组件，导轨组件设置在工作板上，导轨组件为至少一个，与工作板可拆卸连接的限位工装中的至少一个与导轨组件对应设置，导轨组件用于调节限位工装的位置；锁紧组件，锁紧组件与导轨组件和工作板中的至少一个连接，锁紧组件与导轨组件对应设置，限位工装通过锁紧组件与导轨组件锁紧或释放。

进一步地，导轨组件沿工作板的长度方向或工作板的宽度方向延伸设置。

进一步地，锁紧组件为卡钳。

进一步地，压紧机构包括：伺服压机，伺服压机用于将电堆压紧至预设压紧高度；机械臂，机械臂用于将电堆上穿设的紧固件锁紧或释放。

进一步地，上料台包括：第一上料台，第一上料台用于放置金属单电池；第二上料台，第二上料台用于放置密封圈；第三上料台，第三上料台用于放置石墨单电池；第一上料台、第二上料台、第三上料台均靠近工作台设置。

进一步地，送料机构包括送料机械手，送料机械手为至少一个，送料机械手用于抓取电池组件并搬运至指定位置。

进一步地，堆叠装置还包括：检测机构，检测机构与压装工位相邻地设置，检测机构至少用于检测电堆的气密性。

进一步地，堆叠装置还包括：控制器，控制器与送料机构、限位机构、定位机构、压紧机构中的至少一个电性连接。

根据本发明的另一方面，提供了一种空冷燃料电池电堆的堆叠方法，方法采用上述的空冷燃料电池电堆的堆叠装置进行堆叠作业，方法包括：控制送料机构抓取电池组件的后端板组件并搬运至工作台的堆叠工位上；控制限位机构对放置于堆叠工位上的后端板组件进行限位；按照预设堆叠顺序依次抓取电池组件的电池主体，并堆叠在后端板组件上；检测到电池主体堆叠至预设个数或者预设堆叠高度的情况下，控制定位机构对已经堆叠好的电池主体进行定位；控制送料机构抓取电池组件的前端板组件并搬运至堆叠好的电池主体的上方，以使前端板组件、电池主体和后端板组件之间形成电堆；调节限位机构对电堆进行固定；将固定好的电堆和限位机构转运至压装工位，控制压紧机构对固定好的电堆进行压紧并锁定。

进一步地，控制压紧机构对固定好的电堆进行压紧并锁定，包括：通过压紧机构将固定好的电堆压紧至预设压紧高度；将紧固件穿设至电堆的锁紧结构内；拆除限位机构；通过压紧机构锁紧紧固件，获得压装并锁定后的电堆。

进一步地，控制限位机构对放置于堆叠工位上的后端板组件进行限位，包括：将后端板组件紧靠与限位机构的工作板固定连接的限位工装；将其余可拆卸连接的限位工装与工作板连接，限位工装与后端板组件之间具有距离地设置。

进一步地，控制定位机构对已经堆叠好的电池主体进行定位，包括：定位机构的升降台相对定位机构的定位支架移动，带动定位机构的定位杆相对工作台移动，以使得定位杆穿过后端板组件、电池主体上开设的定位孔，直至至少部分的定位杆延伸至电池主体的远离工作台的一侧。

进一步地，将固定好的电堆和限位机构转运至压装工位前，方法还包括：定位机构的升降台相对定位机构的定位支架移动，带动定位机构的定位杆相对工作台移动，直至定位杆脱离电堆。

进一步地，控制压紧机构对固定好的电堆进行压紧并锁定后，方法还包括：对压紧并锁定后的电堆进行气密性检测，在电堆的气密性检测结果满足预设条件的情况下，确定电堆为合格电堆成品。

应用本发明的技术方案，通过设置送料机构、压紧机构，可以实现电池组件的自动上料、自动堆叠、自动压紧，通过设置限位机构和定位机构，可以实现堆叠过程中对电池电堆的限位定位，保证定位精度，解决了现有技术中的手工堆叠方式效率低的技术问题，有效提升堆叠效率。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本发明的空冷燃料电池电堆的堆叠装置的实施例的结构示意图；

图2示出了根据本发明的限位机构的实施例的结构示意图；

图3示出了根据本发明的定位机构的实施例的结构示意图；

图4示出了根据本发明的空冷燃料电池电堆的实施例的结构示意图；

图5示出了根据本发明的上料台的实施例的结构示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

1、第三上料台；2、石墨单电池；3、第二上料台；301、密封圈定位部；4、密封圈；5、金属单电池；6、第一上料台；7、第一机械手；14、第二机械手；

8、堆叠工位；801、第一限位工装；802、第一运动导轨；803、卡钳；804、第二移动导轨；805、工作板；806、第二限位工装；807、固定限位工装；809、第三限位工装；810、第三移动导轨；

9、电堆；901、后端板组件；902、密封圈双极板；903、前端板组件；904、紧固件；

10、压装工位；

11、定位机构；1101、升降台；1102、定位杆。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的术语在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

现在，将参照附图更详细地描述根据本申请的示例性实施方式。然而，这些示例性实施方式可以由多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的实施方式。应当理解的是，提供这些实施方式是为了使得本申请的公开彻底且完整，并且将这些示例性实施方式的构思充分传达给本领域普通技术人员，在附图中，为了清楚起见，有可能扩大了层和区域的厚度，并且使用相同的附图标记表示相同的器件，因而将省略对它们的描述。

结合图1至图5所示，根据本申请的具体实施例，提供了一种空冷燃料电池电堆的堆叠装置。

堆叠装置包括上料台、工作台、送料机构、限位机构、定位机构11和压紧机构，上料台用于放置至少一个电池组件；工作台上设置有堆叠工位8和压装工位10；送料机构与堆叠工位8相邻地设置，送料机构用于将电池组件搬运至堆叠工位8；限位机构设置于堆叠工位8处，限位机构用于对电池组件进行限位；定位机构11设置于堆叠工位8处，定位机构11用于对电池组件进行定位；压紧机构设置于压装工位10处，压紧机构用于将电堆9压紧。

应用本实施例的技术方案，通过设置送料机构、压紧机构，可以实现电池组件的自动上料、自动堆叠、自动压紧，通过设置限位机构和定位机构11，可以实现堆叠过程中对电池电堆的限位定位，保证定位精度，解决了现有技术中的手工堆叠方式效率低的技术问题，有效提升堆叠效率。

具体地，定位机构11包括定位支架、升降台1101和定位杆1102，定位支架与工作台连接；升降台1101与定位支架可活动地连接，升降台1101位于定位支架的一侧，且升降台1101位于堆叠工位8的下方；定位杆1102为至少一个，至少一个定位杆1102与升降台1101连接，定位杆1102的长度方向沿工作台的高度方向延伸设置，至少部分的定位杆1102穿设于堆叠工位8的定位结构内，升降台1101相对定位支架移动的过程中可带动定位杆1102相对工作台移动，以调节定位杆1102延伸至堆叠工位8一侧的长度。通过升降台1101带动定位杆1102移动，使得定位杆1102延伸至堆叠工位8一侧的长度可调节，当堆叠工位8上的电池组件的堆叠高度变化时，可以根据实际的电池组件的堆叠高度，调整定位杆1102上移或下移，以实现对电池组件的堆叠定位。

在本申请的一个示范性实施例中，堆叠工位8的定位结构为开设于堆叠工位8的定位孔或导向槽，在本实施例中，电池组件上也设置有相应的定位结构，以便于定位杆1102穿过堆叠工位8和电池组件，实现堆叠过程中的定位。定位结构可以开设于电池组件的边缘，也可以开设于电池组件的中心处。

优选地，定位杆1102为两个，两个定位杆1102关于升降台1101的几何中心对称设置。这样设置可使得堆叠电池组件时，两个定位杆1102同时对电池组件进行定位，提升定位精度。

应当明白的是，在实际应用中，根据升降台1101的尺寸、电池组件的尺寸、定位杆1102自身的尺寸重量等实际尺寸条件，定位杆1102的数量、位置均可以调节，例如，定位杆1102可以设置为一个、三个、四个、六个等数量，设置三个时可以沿升降台1101的长度方向或宽度方向的中心线布置，设置四个时可以对应电池组件的四个角设置，设置六个时可以沿电池组件的周向均匀设置，设置一个时可以根据电池组件的几何中心所在的轴向中心线设置。

具体地，限位机构包括工作板805和限位工装，工作板805设置于堆叠工位8上，工作板805用于放置电池组件；限位工装为多个，其中，至少一个限位工装与工作板805固定连接，其余限位工装中的至少一个与工作板805可拆卸地连接，多个限位工装之间形成用于限制电池组件的限位空间。与工作板805固定连接的限位工装可以用于对电池组件的预定位，与工作板805可拆卸地连接的限位工装可便于放置电池组件，即避免预先将全部限位工装连接引起的后续放置电池组件不便的问题，同时，可拆卸设置也便于取出已经堆叠完成的电堆9。

优选地，限位工装为四个，四个限位工装分别对应电池组件中的后端板组件901的四个角设置。设置四个限位工装以分别对应后端板组件901的四个角，可使得后端板组件901受力均衡，且实现多个方向的限位，限位效果更好。

应当明白的是，在实际应用中，根据限位工装的尺寸大小、电池组件尺寸大小、体积重重量大小等，限位工装的个数也可以设置为两个、六个、八个、十个等，以实现对电池组件的限位和抱紧功能。

进一步地，限位机构还包括导轨组件和锁紧组件，导轨组件设置在工作板805上，导轨组件为至少一个，与工作板805可拆卸连接的限位工装中的至少一个与导轨组件对应设置，导轨组件用于调节限位工装的位置；锁紧组件与导轨组件和工作板805中的至少一个连接，锁紧组件与导轨组件对应设置，限位工装通过锁紧组件与导轨组件锁紧或释放。通过设置导轨组件，可以实现对限位工装的导向作用，且调节过程更简便顺畅，锁紧组件可便于将限位工装锁止或释放，实现对限位空间的调节的同时，避免了后续加工过程中限位工装滑动造成的加工失误。

在本申请的一个示范性实施例中，限位工装沿导轨组件可滑动地设置以调节限位工装的位置，例如，可以令导轨组件上设置滑槽，滑槽的槽壁上设置有连接孔，限位工装通过连接孔与导轨组件连接，限位工装沿滑槽滑动，锁紧组件可以设置于滑槽的槽壁上或工作板805，待限位工装滑动至指定位置时将限位工装锁止。

其中，导轨组件沿工作板805的长度方向或工作板805的宽度方向延伸设置。这样设置可从电池组件的长度方向、宽度方向对电池组件限位固定，为提升限位固定效果，可令部分的导轨组件沿工作板805的长度方向，另一部分的导轨组件沿工作板805的宽度方向延伸设置。

可选地，导轨组件还可以沿工作板805的对角线方向延伸设置，或者，可以沿与工作板805的中心线呈任意角度的直线方向延伸设置。

具体地，锁紧组件为卡钳803。设置卡钳803可便于着力，操作更简便。优选地，卡钳803内设置有弹性件（例如弹簧）避免结构之间卡死，在对电池组件限位固定时限位工作的调节更灵活，提升堆叠精度，也使得后续对电堆9进行压装时，弹性件可以为电堆9向周向挤压提供预留空间，避免损坏电堆9。

在本申请的一个示范性实施例中，共设置四个限位工装，包括第一限位工装801、第二限位工装806、固定限位工装807和第三限位工装809，其中，固定限位工装807与工作板805固定连接，第一限位工装801、第二限位工装806、第三限位工装809均与工作板805可拆卸地连接。如图2所示，固定限位工装807可以限制电堆9向左和向后的移动。相应地，在本实施例中，设置三个导轨组件，包括第一运动导轨802、第二移动导轨804和第三移动导轨810，其中，第一运动导轨802用于带动第一限位工装801前后移动，第二移动导轨804用于带动第二限位工装806前后移动，第三移动导轨810用于带动第三限位工装809左右移动。本实施例中，左右指工作板805的长度方向。前后指工作板805的宽度方向。

具体地，压紧机构包括伺服压机和机械臂，伺服压机用于将电堆9压紧至预设压紧高度；机械臂用于将电堆9上穿设的紧固件904锁紧或释放。优选地，伺服压机具备自锁功能，机械臂为高精度机械臂，以使得加工精度更高。

进一步地，上料台包括第一上料台6、第二上料台3和第三上料台1，第一上料台6用于放置金属单电池5；第二上料台3用于放置密封圈4；第三上料台1用于放置石墨单电池2；第一上料台6、第二上料台3、第三上料台1均靠近工作台设置。这样设置可使得本实施例中的空冷燃料电池电堆的堆叠装置可以兼容两种不同的电堆，即金属板电堆和金属板/石墨板混合电堆。第一上料台6、第二上料台3和第三上料台1具有兼容性，可以兼容不同尺寸的金属单电池5、密封圈4和石墨单电池2。第二上料台3上还可以设置密封圈定位部301，密封圈定位部301除了用于固定放置密封圈4，还可以兼容密封圈双极板902的定位放置，密封圈双极板902可以为闭式阴极双极板。

具体地，送料机构包括送料机械手，送料机械手为至少一个，送料机械手用于抓取电池组件并搬运至指定位置。需要说明的是，指定位置可以包含多种位置，例如堆叠工位8的工作板805、压装工位10、上料台以及根据实际需要设定的电堆的堆放区（此处的堆放区可以根据电堆类别进行分区、根据电堆是否合格进行分区，即是说，此处的堆放区不对堆放区的个数和用途进行限制）等。

在本申请的一个示范性实施例中，送料机械手设置两个，分别为第一机械手7和第二机械手14。第一机械手7和第二机械手14可以同步工作，也可以先后工作，例如，可以令按照先后顺序令第一机械手7抓取金属单电池5、第二机械手14抓取密封圈4。

进一步地，堆叠装置还包括检测机构，检测机构与压装工位10相邻地设置，检测机构至少用于检测电堆9的气密性。具体地，检测机构可以包括气密检测机构，气密检测机构可以为自动化在线气密检测装置，并且，检测机构也可以直接与压装工位10连接，或者，检测机构放置于压装工位10。基于实际应用需要，检测机构还可以包括其余电堆性能测试机构，例如电堆温度检测机构等。

进一步地，堆叠装置还包括控制器，控制器与送料机构、限位机构、定位机构11、压紧机构中的至少一个电性连接。结合前述实施例，控制器还可以与检测机构电性连接，以实现对堆叠过程的全过程控制。控制器可以固定设置于加工场地内，例如设置于加工场地处的总控制器，该总控制器直接与送料机构、限位机构、定位机构11、压紧机构、检测机构等电性连接，该总控制器可基于预先设置的机制向上位机发送生产报告，也可以接收上位机发送的控制指令，根据指令调整生产过程。另外，控制器也可以为安装于多种电子设备上的软件，该软件与送料机构、限位机构、定位机构11、压紧机构、检测机构等通信连接，直接通过通信进行生产过程的调控。

上述实施例中的空冷燃料电池电堆的堆叠装置，具备送料机构、限位机构、定位机构11、压紧机构、检测机构，可实现电池组件的送料、堆叠、定位、限位、压装、紧固、气密性检测过程的自动化，其中，限位机构的限位空间大小可调，使得堆叠装置具备尺寸可调的优点，可以兼容多种燃料电池电堆的堆叠方案，实用性较高。应用本实施例中的堆叠装置进行提升空冷燃料电池电堆堆叠，可有效提升空冷燃料电池电堆产品的成品率和生产效率，实现电堆产品的批量化生产。

根据本申请的另一具体实施例，提供了一种空冷燃料电池电堆的堆叠方法，方法采用上述的空冷燃料电池电堆的堆叠装置进行堆叠作业，方法包括：

步骤S1，控制送料机构抓取电池组件的后端板组件901并搬运至工作台的堆叠工位8上；

步骤S2，控制限位机构对放置于堆叠工位8上的后端板组件901进行限位；

步骤S3，按照预设堆叠顺序依次抓取电池组件的电池主体，并堆叠在后端板组件901上；

在步骤S3中，预设堆叠顺序可以为单电池-密封圈-单电池依次堆叠的顺序，其中，单电池可以为金属单电池5和石墨单电池2中的任意一种，例如，可以按照“金属单电池5-密封圈4-金属单电池5”的堆叠顺序仅抓取金属单电池5和密封圈4，也可以抓取金属单电池5和石墨单电池2实现金属/石墨板混合电堆的组装。

步骤S4，检测到电池主体堆叠至预设个数或者预设堆叠高度的情况下，控制定位机构11对已经堆叠好的电池主体进行定位；

需要说明的是，在步骤S4中，控制定位机构11对已经堆叠好的电池主体进行定位的过程可以是持续性的，即定位机构11根据电池主体堆叠的过程（如当前堆叠个数、堆叠高度）即时调整定位。

步骤S5，控制送料机构抓取电池组件的前端板组件903并搬运至堆叠好的电池主体的上方，以使前端板组件903、电池主体和后端板组件901之间形成电堆9；

在步骤S5中，电堆9中沿工作台向上的方向依次为后端板组件901、金属单电池5-密封圈4-金属单电池5、密封圈4、前端板组件903，根据需要，电池组件还可以包括密封圈双极板902，则电堆9中沿工作台向上的方向依次为后端板组件901、金属单电池5-密封圈4-金属单电池5-密封圈双极板902、密封圈4、前端板组件903。

步骤S6，调节限位机构对电堆9进行固定；

具体地，在步骤S6中，第一限位工装801沿第一运动导轨802、第二限位工装806沿第二移动导轨804，向后紧贴电堆9，第三限位工装809在第三移动导轨810的驱动作用下，向左紧贴电堆9，夹紧卡钳803，以保持第一限位工装801、第二限位工装806、第三限位工装809的位置，使得第一限位工装801、第二限位工装806、第三限位工装809与电堆9夹紧，实现电堆9的精确定位，确保转运过程中电堆9的各组件相对位置不变。

步骤S7，将固定好的电堆9和限位机构转运至压装工位10，控制压紧机构对固定好的电堆9进行压紧并锁定。

应当明白的是，步骤S7中，将固定好的电堆9和限位机构转运至压装工位10这一过程，可以人工进行，也可以由机器进行，例如，可以令送料机构中的送料机械手抓取电堆9并放置在压装工位10上，还可以设置自动传送机构（如皮带运输、滑轨运输等多种可以实现物体位移的机构）进行转运，转运过程中为避免发生脱落现象，还可以设置吸附结构、卡紧结构对电堆9和限位机构进行锁紧。

通过步骤S1-步骤S7，本实施例实现了对电池组件的自动上料、自动堆叠、自动压紧，并在堆叠过程中采用限位机构和定位机构11进行限位定位，保证定位精度，解决了现有技术中的手工堆叠方式效率低的技术问题，提升堆叠效率，有效地保证空冷燃料电池电堆产品的一致性与稳定性，极大提升产品的合格率与生产效率。

进一步地，在步骤S7中，控制压紧机构对固定好的电堆9进行压紧并锁定，包括：

步骤S701，通过压紧机构将固定好的电堆9压紧至预设压紧高度；

具体地，在步骤S701中，压紧机构中的伺服压机将电堆9压紧至预设压紧高度后自动锁定位置（即伺服压机具备自锁功能），避免电堆9内部压力作用导致电堆9的高度变化。

步骤S702，将紧固件904穿设至电堆9的锁紧结构内；

需要说明的是，步骤S702可以为人工操作，也可以为机械操作，紧固件904包含但不限于螺栓、螺钉等。

步骤S703，拆除限位机构；

需要说明的是，步骤S703可以为人工操作，也可以为机械操作，拆卸时的一般步骤为：操作锁紧组件（例如卡钳803）以使得限位工装与导轨组件释放，将各个限位工装沿预设的方向移动，以使限位工装远离电堆9，然后将限位工装从导轨组件上拆下。

步骤S704，通过压紧机构锁紧紧固件904，获得压装并锁定后的电堆9。

具体地，在步骤S704中，采用压紧机构的机械臂锁紧紧固件904，在本申请的示范性实施例中，机械臂拧紧螺栓以锁定电堆9，为保证紧固力均匀，本实施例采用两个扭力扳手同步拧紧对角螺栓的方式进行螺栓紧固。

通过步骤S701-步骤S704，固定好的电堆9压紧至预设压紧高度后再拆卸限位工装，避免了压紧过程中电堆9的各部件由于压力作用偏移、滑动、脱离的问题，确保电堆9的堆叠精度，穿设紧固件904并拧紧后，电堆9为一紧固连接的整体，各组件位置固定，不易发生脱离、掉落现象。

进一步地，在步骤S2中，控制限位机构对放置于堆叠工位8上的后端板组件901进行限位，包括：

步骤S201，将后端板组件901紧靠与限位机构的工作板805固定连接的限位工装；

结合前述实施例，后端板组件901紧贴固定限位工装807放置，通过固定限位工装807限制后端板组件901的向左和向后的移动。

步骤S202，将其余可拆卸连接的限位工装与工作板805连接，限位工装与后端板组件901之间具有距离地设置。

结合前述实施例，步骤S202中，安装第一限位工装801、第二限位工装806、第三限位工装809与工作板805上的第一运动导轨802、第二移动导轨804和第三移动导轨810连接，以使得第一限位工装801、第二限位工装806、第三限位工装809可进行后续的调节，根据不同尺寸大小的后端板组件901调节至合适的位置，实现对后端板组件901的限位固定。

通过步骤S201-步骤S202，后端板组件901紧贴固定限位工装807放置后再安装其余限位工装，可使得首先通过固定限位工装807对后端板组件901进行初步的限位固定，再基于后端板组件901的尺寸大小调节其余限位工装的位置，实现限位空间的调节，避免将限位空间预设为固定大小引起的不能适应多种尺寸电池端板的问题，使得堆叠装置的实用性更高。并且，在步骤S202中，限位工装与后端板组件901之间具有距离地设置，可以使得限位工装对后端板组件901进行限位固定的同时，避免后续堆叠电池组件时因为电池组件与限位工装之间距离太小放置不便的问题，提升堆叠效率。

进一步地，在步骤S4中，控制定位机构11对已经堆叠好的电池主体进行定位，包括：

步骤S401，定位机构11的升降台1101相对定位机构11的定位支架移动，带动定位机构11的定位杆1102相对工作台移动，以使得定位杆1102穿过后端板组件901、电池主体上开设的定位孔，直至至少部分的定位杆1102延伸至电池主体的远离工作台的一侧。

在步骤S401中，随着电池主体的堆叠高度升高，升降台1101持续上移，驱动定位杆1102上移，保证定位杆1102的定位精度。

进一步地，在步骤S7中，将固定好的电堆9和限位机构转运至压装工位10前，方法还包括：

步骤S700，定位机构11的升降台1101相对定位机构11的定位支架移动，带动定位机构11的定位杆1102相对工作台移动，直至定位杆1102脱离电堆9。

通过步骤S700令定位杆1102脱离电堆9后，电堆9与限位机构之间保持一定的压力，此时可以直接将电堆9和限位机构整体搬运至压装工位10。

进一步地，在步骤S7中，控制压紧机构对固定好的电堆9进行压紧并锁定后，方法还包括：

步骤S705，对压紧并锁定后的电堆9进行气密性检测，在电堆9的气密性检测结果满足预设条件的情况下，确定电堆9为合格电堆成品。

具体地，在步骤S705中，气密性检测时可采用流量式检漏仪，精确测量气体泄漏量，实现氢腔的气密性检测，气密性检测合格的电堆9即为合格电堆成品。

应当明白的是，气密性检测的过程可以由人工操作相关仪器进行，也可以由机器自动进行，例如，可以在压装工位10附近设置气密性检测仪器和相关的控制机构，由上位机控制控制机构，进一步操作气密性检测仪器进行气密性检测，并上传检测结果。

在本申请的一个示范性实施例中，控制送料机构抓取电池组件的后端板组件901、按照预设堆叠顺序依次抓取电池组件的电池主体、控制送料机构抓取电池组件的前端板组件903，包括：识别电池组件，并记录电池组件的抓取信息，抓取信息至少包括如下之一：抓取时间、电池组件的编码信息。其中，编码信息预先贴设在电池组件表面的标签上，编码信息可以包含该电池组件的类型。

通过设置识别功能，送料机构抓取电池组件时可以对电池组件进行自动计数，避免堆叠过程中出现重复堆叠、堆叠次序错乱等问题，使得堆叠过程可追溯，提升产品的合格率。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位（旋转90度或处于其他方位），并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

除上述以外，还需要说明的是在本说明书中所谈到的“一个实施例”、“另一个实施例”、“实施例”等，指的是结合该实施例描述的具体特征、结构或者特点包括在本申请概括性描述的至少一个实施例中。在说明书中多个地方出现同种表述不是一定指的是同一个实施例。进一步来说，结合任一实施例描述一个具体特征、结构或者特点时，所要主张的是结合其他实施例来实现这种特征、结构或者特点也落在本发明的范围内。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (17)

1.一种空冷燃料电池电堆的堆叠装置，其特征在于，所述堆叠装置包括：

上料台，所述上料台用于放置至少一个电池组件；

工作台，所述工作台上设置有堆叠工位（8）和压装工位（10）；

送料机构，所述送料机构与所述堆叠工位（8）相邻地设置，所述送料机构用于将所述电池组件搬运至所述堆叠工位（8）；

限位机构，所述限位机构设置于所述堆叠工位（8）处，所述限位机构用于对所述电池组件进行限位；

定位机构（11），所述定位机构（11）设置于所述堆叠工位（8）处，所述定位机构（11）用于对所述电池组件进行定位；

压紧机构，所述压紧机构设置于所述压装工位（10）处，所述压紧机构用于将电堆（9）压紧；

其中，所述定位机构（11）包括：

定位支架，所述定位支架与所述工作台连接；

升降台（1101），所述升降台（1101）与所述定位支架可活动地连接，所述升降台（1101）位于所述定位支架的一侧，且所述升降台（1101）位于所述堆叠工位（8）的下方；

定位杆（1102），所述定位杆（1102）为至少一个，至少一个所述定位杆（1102）与所述升降台（1101）连接，所述定位杆（1102）的长度方向沿所述工作台的高度方向延伸设置，至少部分的所述定位杆（1102）穿设于所述堆叠工位（8）的定位结构内，

所述升降台（1101）相对所述定位支架移动的过程中可带动所述定位杆（1102）相对所述工作台移动，以调节所述定位杆（1102）延伸至所述堆叠工位（8）一侧的长度；

其中，所述限位机构包括：

工作板（805），所述工作板（805）设置于所述堆叠工位（8）上，所述工作板（805）用于放置所述电池组件；

限位工装，所述限位工装为多个，其中，至少一个所述限位工装与所述工作板（805）固定连接，其余所述限位工装中的至少一个与所述工作板（805）可拆卸地连接，多个所述限位工装之间形成用于限制所述电池组件的限位空间。

2.根据权利要求1所述的空冷燃料电池电堆的堆叠装置，其特征在于，所述定位杆（1102）为两个，两个所述定位杆（1102）关于所述升降台（1101）的几何中心对称设置。

3.根据权利要求1所述的空冷燃料电池电堆的堆叠装置，其特征在于，所述限位工装为四个，四个所述限位工装分别对应所述电池组件中的后端板组件（901）的四个角设置。

4.根据权利要求1所述的空冷燃料电池电堆的堆叠装置，其特征在于，所述限位机构还包括：

导轨组件，所述导轨组件设置在所述工作板（805）上，所述导轨组件为至少一个，与所述工作板（805）可拆卸连接的所述限位工装中的至少一个与所述导轨组件对应设置，所述导轨组件用于调节所述限位工装的位置；

锁紧组件，所述锁紧组件与所述导轨组件和所述工作板（805）中的至少一个连接，所述锁紧组件与所述导轨组件对应设置，所述限位工装通过所述锁紧组件与所述导轨组件锁紧或释放。

5.根据权利要求4所述的空冷燃料电池电堆的堆叠装置，其特征在于，所述导轨组件沿所述工作板（805）的长度方向或所述工作板（805）的宽度方向延伸设置。

6.根据权利要求4所述的空冷燃料电池电堆的堆叠装置，其特征在于，所述锁紧组件为卡钳（803）。

7.根据权利要求1所述的空冷燃料电池电堆的堆叠装置，其特征在于，所述压紧机构包括：

伺服压机，所述伺服压机用于将所述电堆（9）压紧至预设压紧高度；

机械臂，所述机械臂用于将所述电堆（9）上穿设的紧固件（904）锁紧或释放。

8.根据权利要求1所述的空冷燃料电池电堆的堆叠装置，其特征在于，所述上料台包括：

第一上料台（6），所述第一上料台（6）用于放置金属单电池（5）；

第二上料台（3），所述第二上料台（3）用于放置密封圈（4）；

第三上料台（1），所述第三上料台（1）用于放置石墨单电池（2）；

所述第一上料台（6）、所述第二上料台（3）、所述第三上料台（1）均靠近所述工作台设置。

9.根据权利要求1所述的空冷燃料电池电堆的堆叠装置，其特征在于，所述送料机构包括送料机械手，所述送料机械手为至少一个，所述送料机械手用于抓取所述电池组件并搬运至指定位置。

10.根据权利要求1所述的空冷燃料电池电堆的堆叠装置，其特征在于，所述堆叠装置还包括：

检测机构，所述检测机构与所述压装工位（10）相邻地设置，所述检测机构至少用于检测电堆（9）的气密性。

11.根据权利要求1所述的空冷燃料电池电堆的堆叠装置，其特征在于，所述堆叠装置还包括：

控制器，所述控制器与所述送料机构、所述限位机构、所述定位机构（11）、所述压紧机构中的至少一个电性连接。

12.一种空冷燃料电池电堆的堆叠方法，所述方法采用权利要求1-11中任一项所述的空冷燃料电池电堆的堆叠装置进行堆叠作业，其特征在于，所述方法包括：

控制送料机构抓取所述电池组件的后端板组件（901）并搬运至所述工作台的堆叠工位（8）上；

控制所述限位机构对放置于所述堆叠工位（8）上的所述后端板组件（901）进行限位；

按照预设堆叠顺序依次抓取所述电池组件的电池主体，并堆叠在所述后端板组件（901）上；

检测到所述电池主体堆叠至预设个数或者预设堆叠高度的情况下，控制所述定位机构（11）对已经堆叠好的电池主体进行定位；

控制所述送料机构抓取所述电池组件的前端板组件（903）并搬运至堆叠好的所述电池主体的上方，以使所述前端板组件（903）、电池主体和后端板组件（901）之间形成电堆（9）；

调节所述限位机构对所述电堆（9）进行固定；

将固定好的所述电堆（9）和所述限位机构转运至所述压装工位（10），控制所述压紧机构对固定好的所述电堆（9）进行压紧并锁定。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，控制所述压紧机构对固定好的所述电堆（9）进行压紧并锁定，包括：

通过所述压紧机构将固定好的所述电堆（9）压紧至预设压紧高度；

将紧固件（904）穿设至所述电堆（9）的锁紧结构内；

拆除所述限位机构；

通过所述压紧机构锁紧所述紧固件（904），获得压装并锁定后的电堆（9）。

14.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，控制所述限位机构对放置于所述堆叠工位（8）上的所述后端板组件（901）进行限位，包括：

将所述后端板组件（901）紧靠与所述限位机构的工作板（805）固定连接的限位工装；

将其余可拆卸连接的所述限位工装与所述工作板（805）连接，所述限位工装与所述后端板组件（901）之间具有距离地设置。

15.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，控制所述定位机构（11）对已经堆叠好的电池主体进行定位，包括：

所述定位机构（11）的升降台（1101）相对所述定位机构（11）的定位支架移动，带动所述定位机构（11）的定位杆（1102）相对所述工作台移动，以使得所述定位杆（1102）穿过所述后端板组件（901）、所述电池主体上开设的定位孔，直至至少部分的所述定位杆（1102）延伸至所述电池主体的远离所述工作台的一侧。

16.根据权利要求12或15所述的方法，其特征在于，将固定好的所述电堆（9）和所述限位机构转运至所述压装工位（10）前，所述方法还包括：

所述定位机构（11）的升降台（1101）相对所述定位机构（11）的定位支架移动，带动所述定位机构（11）的定位杆（1102）相对所述工作台移动，直至所述定位杆（1102）脱离所述电堆（9）。

17.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，控制所述压紧机构对固定好的所述电堆（9）进行压紧并锁定后，所述方法还包括：

对压紧并锁定后的所述电堆（9）进行气密性检测，在所述电堆（9）的气密性检测结果满足预设条件的情况下，确定所述电堆（9）为合格电堆成品。