CN117747850A - 一种膜电极mea自动制备生产线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种膜电极MEA自动制备生产线，包括边框模切机、边框输送机、膜电极MEA堆叠压合机；边框模切机处设置有模切冲切部；边框输送机上设置有翻转装置；膜电极MEA堆叠压合机包括两GDL料仓、GDL纠偏点胶位、压合工位、CCM制片工位、MEA视觉检测工位、MEA气密检测工位、成品下料工位及高速搬运机械手；本发明的应用除人工上料外均全自动装配；在生产时通过视觉引导及纠偏定位，通过高速搬运机械手完成高精度对位功能；前期小产能可以少投入，后期可根据产能来通过增加标准功能模块实现扩能；通过独有的上下压合治具，完成多片堆叠后压合压力监控补偿，保证压合力均匀从而减少内部残余应力；通过PID算法以及热超导材料的应用，实现温度均匀的功能。

Description

一种膜电极MEA自动制备生产线

技术领域

本发明涉及燃料电池生产技术领域，具体为一种膜电极MEA自动制备生产线。

背景技术

膜电极(Membrane ElectrodeAssembly，MEA)是氢燃料电池最核心的部件，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，直接决定产品的性能、寿命及成本。MEA的结构主要包括气体扩散层、催化层、质子交换膜、支撑层（塑料边框），其中气体扩散层通常包括碳纸/碳布和负载在其上的微孔层。CCM为质子交换膜以及阴、阳极催化剂构成的三层机构；加上两侧边框，我们一般称之为为“五合一”，附加上GDL构成“七合一”。但MEA结构不局限于此，也有单侧边框以及双侧双边框等结构。现在世界都在推动低碳环保，氢燃料电池正符合该提议。

行业内现有MEA制备设备差异较大，比如申请号为CN202010402251.8名为一种连续卷对卷图形格式转印设备及其转印方法的专利申请提供的也是膜电极MEA的生产工艺，这样的卷对卷高产能形式的生产工艺也具有一定的局限性，1.受限于边框抗拉伸性能，对边框的厚度以及材质要求很高；2.连续料带产生静电严重，消除起来困难；3.压合采用对辊形式，限制的是辊间间隙尺寸，MEA五合一成型所受压力不均匀，内部容易产生内应力，成型后可能会出现翘曲；4.辊压容易产生溢胶；5.产能需求不高时一次性投入大。然而传统压合形式却产能及自动化程度低，想要实现设备对产品的高覆盖性，需要凭借自己的技术实力进行研发。

发明内容

本发明的目的在于提供一种膜电极MEA自动制备生产线，以解决上述背景技术中提出的对边框的厚度以及材质要求很高、MEA五合一成型所受压力不均匀、辊压容易产生溢胶、产能需求不高时一次性投入大等问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种膜电极MEA自动制备生产线，包括边框模切机，所述边框模切机的右端设置有与其送料方向垂直设置的边框输送机，所述边框输送机的左侧设置有与所述边框模切机平行设置的膜电极MEA堆叠压合机；所述边框模切机从左至右依次设置有PET放卷部、张力控制部和模切冲切部；所述边框输送机为链式输送机，并在输送链条上间隔相同间距设置有多个定位托盘，所述边框输送机上设置有翻转装置，在所述膜电极MEA堆叠压合机处设置有移动抓手；所述膜电极MEA堆叠压合机从右至左依次设置有第一GDL料仓、GDL纠偏点胶位、第二GDL料仓、压合工位、CCM制片工位、MEA视觉检测工位、MEA气密检测工位、成品下料工位；同时在各个工位的前后两侧共同设置有高速搬运机械手。

进一步的，所述放卷部包括左右并列设置相互平行的第一放卷部和第二放卷部，两放卷部上均设置有一个可更换的附有热熔胶的PET料卷，所述第二放卷部的右侧设置有一个接带结构；所述张力控制部包括多个平行设置的涨紧辊轮。

进一步的，所述模切冲切部包括冲切机，所述冲切机的中间处设置有冲切模具，所述冲切机的后侧设置有下料机械手。

进一步的，所述定位托盘的顶面上可以定位放置正反两个经过冲切后的塑料边框，所述下料机械手抓取冲切后的叠放在一起的塑料边框并将其定位放置在所述定位托盘的左侧；所述翻转装置将上层的塑料边框抓取并进行翻转后，定位放置在所述定位托盘的右侧区域。

进一步的，所述第一GDL料仓内存储有正GDL片料；所述GDL纠偏点胶位处可以定位放置正、反GDL片料并进行精密点胶作业；所述第二GDL料仓内存储有反GDL料片；所述压合工位用于将膜电极MEA多层不同的料片经过精密堆叠后进行压合生产使用，在压合作业时可以进行热压和保压作业。

进一步的，所述CCM制片工位包括CCM放卷部，所述CCM放卷部上设置有可更换的CCM料卷，所述CCM放卷部的后侧设置有料卷张力控制部，所述料卷张力控制部的后侧设置有CCM裁切部。

进一步的，所述MEA视觉检测工位处可以定位放置经过压合完成的膜电极MEA，在膜电极MEA的正上方及正下方配置有CCD相机，所述CCD相机竖直向膜电极MEA拍摄，对压合完成的膜电极MEA进行拍照并通过电脑检测对齐度以及尺寸。

进一步的，所述MEA气密检测工位的中心处设置有气密检测接口和电阻检测头。

进一步的，所述压合工位为模块化设计，可以根据实际的生产需求以及生产节拍灵活的设置压合工位的数量在一至八个之间，所述MEA视觉检测工位、MEA气密检测工位、成品下料工位均为模块化设置，可以根据产能需求进行加模块扩能。

进一步的，所述膜电极MEA堆叠压合机可以根据产能需求在所述边框输送机的左侧平行设置多组。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.本发明除人工上原材料外，其余均为全自动装配功能；

2.通过视觉引导及纠偏定位，通过高速搬运机械手完成的高精度对位的功能；

3.根据需求，前期小产能可以少投入，后期可根据产能来通过增加标准功能模块实现扩能的高可拓展性；

4.通过独有的上下压合治具，完成多片堆叠后压合压力监控补偿，保证压合力均匀从而减少内部残余应力；

5.通过PID算法以及热超导材料的应用，实现温度均匀的功能。

附图说明

图1为本发明示意图；

图2为边框模切机示意图；

图3为膜电极MEA堆叠压合机示意图；

图中：边框模切机-1，PET放卷部-11，第一放卷部-111，第二放卷部-112，接带结构-113，张力控制部-12，涨紧辊轮-121，模切冲切部-13，冲切机-131，下料机械手-132，边框输送机-2，定位托盘-21，翻转装置-22，移动抓手-23，膜电极MEA堆叠压合机-3，第一GDL料仓-31，GDL纠偏点胶位-32，第二GDL料仓-33，压合工位-34，CCM制片工位-35，CCM放卷部-351，料卷张力控制部-352，CCM裁切部-353，MEA视觉检测工位-36，CCD相机-361，MEA气密检测工位-37，气密检测接口-371，电阻检测头-372，成品下料工位-38，高速搬运机械手-39。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

请参考图1-3，图1为本发明示意图；图2为边框模切机示意图；图3为膜电极MEA堆叠压合机示意图。

本发明提供一种膜电极MEA自动制备生产线，用于膜电极MEA的高效自动化生产使用，包括用于塑料边框进行快速冲切使用的边框模切机1，所述边框模切机1的右端设置有与其送料方向垂直设置的边框输送机2，用于将已经冲切完成的塑料边框从后向前侧进行输料使用，所述边框输送机2的左侧设置有与所述边框模切机1平行设置的膜电极MEA堆叠压合机3，用于将膜电极MEA进行压合生产使用。

所述边框模切机1从左至右依次设置有PET放卷部11、张力控制部12和模切冲切部13；所述放卷部11包括左右并列设置相互平行的第一放卷部111和第二放卷部112，两放卷部上均设置有一个可更换的附有热熔胶的PET料卷，所述第二放卷部112的右侧设置有一个接带结构113，两个PET料卷一用一备交替使用，通过所述接带结构113在两个放卷部进行更换时将PET料卷进行接带，从而保证PET料卷供料的持续性；所述张力控制部12包括多个平行设置的涨紧辊轮121，通过涨紧辊轮121控制PET料卷的拉伸的张力，使其始终保持拉紧状态；所述模切冲切部13包括冲切机131，所述冲切机131的中间处设置有冲切模具，用于对PET料卷进行快速冲切使用，在进行冲切时上下两层的PET料卷一次性冲切，可以保证两个塑料边框的一致性；所述冲切机131的后侧设置有下料机械手132，用于将冲切完成的双层的塑料边框一次性抓取并移至边框输送机2处。

所述边框输送机2为链式输送机，并在输送链条上间隔相同间距设置有多个定位托盘21，所述定位托盘21的顶面上可以定位放置正反两个经过冲切后的塑料边框，在使用时，所述下料机械手132抓取冲切后的叠放在一起的塑料边框并将其定位放置在所述定位托盘21的左侧，塑料边框定位放置完成后，所述定位托盘21在所述边框输送机2的输送下，开始向前侧输送；所述边框输送机2上设置有翻转装置22，当所述定位托盘21被输送至所述翻转装置22处，所述翻转装置22将上层的塑料边框抓取并进行翻转后，定位放置在所述定位托盘21的右侧区域，待放置完成后，所述定位托盘21继续向前侧输送至所述膜电极MEA堆叠压合机3处，在所述膜电极MEA堆叠压合机3处设置有移动抓手23，通过移动抓手23将两塑料边框同步抓取至膜电极MEA堆叠压合机3处。

所述膜电极MEA堆叠压合机3从右至左依次设置有第一GDL料仓31、GDL纠偏点胶位32、第二GDL料仓33、压合工位34、CCM制片工位35、MEA视觉检测工位36、MEA气密检测工位37、成品下料工位38；同时在各个工位的前后两侧共同设置有高速搬运机械手39，用于部件的搬运使用。

所述第一GDL料仓31内存储有正GDL片料，在进行生产之前预先在所述第一GDL料仓31内存放足量的正GDL片料。

所述GDL纠偏点胶位32处可以定位放置正、反GDL片料，并可以完成对其进行精密点胶作业。

所述第二GDL料仓33内存储有反GDL料片，在进行生产之前预先在所述第二GDL料仓33内存放足量的反GDL片料。

所述压合工位34设置有独有的上下压合治具，可以完成多片堆叠后压合压力监控补偿，保证压合力均匀从而减少内部残余应力；同时通过PID算法以及热超导材料的应用，实现温度均匀的功能；在使用时用于将膜电极MEA多层不同的料片经过精密堆叠后进行压合生产使用，在压合作业时可以进行热压和保压作业。

所述CCM制片工位35包括CCM放卷部351，所述CCM放卷部351上设置有可更换的CCM料卷，所述CCM料卷的两侧分别已经涂覆好阴阳极催化剂用作CCM料片的原料卷使用，所述CCM放卷部351的后侧设置有料卷张力控制部352，用于控制展开后的CCM料卷的拉紧力度，所述料卷张力控制部352的后侧设置有CCM裁切部353，将CCM卷料裁切成所需CCM料片，CCM料片裁切完成后通过高速搬运机械手39将其搬运至压合工位34处。

所述MEA视觉检测工位36处可以定位放置经过压合完成的膜电极MEA，在膜电极MEA的正上方及正下方配置有CCD相机361，所述CCD相机361竖直向膜电极MEA拍摄，对压合完成的膜电极MEA进行拍照并通过电脑检测对齐度以及尺寸，完成后通过高速搬运机械手39搬运至MEA气密检测工位37处。

所述MEA气密检测工位37的中心处设置有气密检测接口371和电阻检测头372，在进行检测时，所述高速搬运机械手39从所述MEA视觉检测工位36处抓取膜电极MEA，并将其移至MEA气密检测工位37处，在此处将膜电极MEA进行固定后，即开始进行气密性检测，待检测完成后通过高速搬运机械手将膜电极MEA搬运至成品下料工位38处，在此处由下料机器人完成下料作业。

在使用时，首先在所述第一GDL料仓31和第二GDL料仓33内放置有足量的正GDL片料和反GDL片料，之后通过高速搬运机械手39从第一GDL料仓31和第二GDL料仓33内抓取正、反GDL片料各一片并将其移至GDL纠偏点胶位32处，在GDL纠偏点胶位32进行精密点胶，点胶完成后通过高速搬运机械手将正GDL片料搬运至最右侧的压合工位34处，之后通过高速搬运机械手39依次搬运正边框、CCM片料、反边框、反GDL片料堆叠在一起，堆叠完成后所述压合工位开始进行压合作业，压合作业的过程中进行热压和保压作业，压合完成后由高速搬运机械手39搬运至MEA视觉检测工位36，MEA视觉检测工位36检测对齐度以及尺寸，完成后通过高速搬运机械手39搬运至MEA气密检测工位37处进行气密以及电阻的检测，完成后通过高速搬运机械手39搬运至成品下料工位38进行收集。

本发明中的压合工位为模块化设计，可以根据实际的生产需求以及生产节拍灵活的设置压合工位的数量在一至八个之间，所述MEA视觉检测工位、MEA气密检测工位、成品下料工位均为模块化设置，可以根据产能需求进行加模块进行扩能。

此外若需要更大的产能需求时，所述膜电极MEA堆叠压合机3可以根据产能需求在所述边框输送机的左侧平行设置多组，从而大大的增加产能需求。

本发明的应用除人工上原材料外，均为全自动装配功能；在生产时通过视觉引导及纠偏定位，通过高速搬运机械手及展平模块完成的高精度对位的功能；根据需求，前期小产能可以少投入，后期可根据产能来通过增加标准功能模块实现扩能的高可拓展性；通过独有的上下压合治具，完成多片堆叠后压合压力监控补偿，保证压合力均匀从而减少内部残余应力；通过PID算法以及热超导材料的应用，实现温度均匀的功能。

尽管已经展示出和描述了本发明的实施例，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下，在没有做出创造性劳动前提下，对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1.一种膜电极MEA自动制备生产线，其特征在于：包括边框模切机（1），所述边框模切机（1）的右端设置有与其送料方向垂直设置的边框输送机（2），所述边框输送机（2）的左侧设置有与所述边框模切机（1）平行设置的膜电极MEA堆叠压合机（3）；所述边框模切机（1）从左至右依次设置有PET放卷部（11）、张力控制部（12）和模切冲切部（13）；所述边框输送机（2）为链式输送机，并在输送链条上间隔相同间距设置有多个定位托盘（21），所述边框输送机（2）上设置有翻转装置（22），在所述膜电极MEA堆叠压合机（3）处设置有移动抓手（23）；所述膜电极MEA堆叠压合机（3）从右至左依次设置有第一GDL料仓（31）、GDL纠偏点胶位（32）、第二GDL料仓（33）、压合工位（34）、CCM制片工位（35）、MEA视觉检测工位（36）、MEA气密检测工位（37）、成品下料工位（38）；同时在各个工位的前后两侧共同设置有高速搬运机械手（39）。

2.根据权利要求1所述的膜电极MEA自动制备生产线，其特征在于：所述放卷部（11）包括左右并列设置相互平行的第一放卷部（111）和第二放卷部（112），两放卷部上均设置有一个可更换的附有热熔胶的PET料卷，所述第二放卷部（112）的右侧设置有一个接带结构（113）；所述张力控制部（12）包括多个平行设置的涨紧辊轮（121）。

3.根据权利要求2所述的膜电极MEA自动制备生产线，其特征在于：所述模切冲切部（13）包括冲切机（131），所述冲切机（131）的中间处设置有冲切模具，所述冲切机（131）的后侧设置有下料机械手（132）。

4.根据权利要求3所述的膜电极MEA自动制备生产线，其特征在于：所述定位托盘（21）的顶面上可以定位放置正反两个经过冲切后的塑料边框，所述下料机械手（132）抓取冲切后的叠放在一起的塑料边框并将其定位放置在所述定位托盘（21）的左侧；所述翻转装置（22）将上层的塑料边框抓取并进行翻转后，定位放置在所述定位托盘（21）的右侧区域。

5.根据权利要求4所述的膜电极MEA自动制备生产线，其特征在于：所述第一GDL料仓（31）内存储有正GDL片料；所述GDL纠偏点胶位（32）处可以定位放置正、反GDL片料并进行精密点胶作业；所述第二GDL料仓（33）内存储有反GDL料片；所述压合工位（34）用于将膜电极MEA多层不同的料片经过精密堆叠后进行压合生产使用，在压合作业时可以进行热压和保压作业。

6.根据权利要求5所述的膜电极MEA自动制备生产线，其特征在于：所述CCM制片工位（35）包括CCM放卷部（351），所述CCM放卷部（351）上设置有可更换的CCM料卷，所述CCM放卷部（351）的后侧设置有料卷张力控制部（352），所述料卷张力控制部（352）的后侧设置有CCM裁切部（353）。

7.根据权利要求6所述的膜电极MEA自动制备生产线，其特征在于：所述MEA视觉检测工位（36）处可以定位放置经过压合完成的膜电极MEA，在膜电极MEA的正上方以及正下方配置有CCD相机（361），所述CCD相机（361）竖直向膜电极MEA进行拍摄，对压合完成的膜电极MEA进行拍照并通过电脑检测对齐度以及尺寸。

8.根据权利要求7所述的膜电极MEA自动制备生产线，其特征在于：所述MEA气密检测工位（37）的中心处设置有气密检测接口（371）和电阻检测头（372）。

9.根据权利要求8所述的膜电极MEA自动制备生产线，其特征在于：所述压合工位（34）为模块化设计，可以根据实际的生产需求以及生产节拍灵活的设置压合工位的数量在一至八个之间，所述MEA视觉检测工位、MEA气密检测工位、成品下料工位均为模块化设置，可以根据产能需求进行加模块扩能。

10.根据权利要求1-9任意一项所述的膜电极MEA自动制备生产线，其特征在于：所述膜电极MEA堆叠压合机（3）可以根据产能需求在所述边框输送机的左侧平行设置多组。