CN117954665A - 一种燃料电池装配装备和使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种燃料电池装配装备和使用方法，包括底板和设置在底板上的定位机构，底板下方转动设置有凸轮，定位机构对称设置在凸轮的两侧，定位机构包括旋转臂、铰链轴、导向杆、伸缩弹簧、上限位板、下限位板、复位弹簧，旋转臂一端通过铰链轴转动连接在底板下方，旋转臂另一端与凸轮的转动面相切，导向杆与旋转臂上端面固定连接，伸缩弹簧套接在导向杆上，上限位板和下限位板套接在导向杆上且与伸缩弹簧固定连接，凸轮两侧的旋转臂之间连接有复位弹簧；本发明在电堆装配时，只需要进行简单预装配，不需要人工反复定位，且在电堆层叠压紧时，定位机构保证了电堆受力均匀，有效提高了电堆生产效率。

Description

一种燃料电池装配装备和使用方法

技术领域

本发明属于燃料电池技术领域，具体为一种燃料电池装配装备和使用方法。

背景技术

氢燃料电池，是一种通过化学反应来利用氢能的发电装置，工作过程中只生成水，实现了真正意义的零排放；氢燃料电池电堆是发生电化学反应的场所，为燃料电池系统（或燃料电池发动机）的核心部分，由多个燃料电池单体以串联方式层叠组合构成，其中，双极板与膜电极MEA交替叠合，各单体之间嵌入密封件，经前、后端板压紧后用螺杆紧固或者用包扎钢带拴牢。目前这种装置在电池电堆装配时需要人工定位，装配效率低，且在电堆未受压时电堆高度高出治具，使压力机着力点受限，电堆压紧叠合时也无法保证电堆受力均匀，无法保证电堆的一致性和密封性，生产效率低，不适合电堆大批量生产。

发明内容

本发明的目的在于提供一种燃料电池装配装备和使用方法，以解决上述背景技术提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种燃料电池装配装备及使用方法，包括底板和设置在底板上的定位机构，所述底板下方转动设置有凸轮，底板上端面设置有与燃料电池的电堆下端板匹配的凹槽，所述定位机构设置有两个且两个定位机构对称设置在所述凸轮的两侧，所述定位机构包括旋转臂、铰链轴、导向杆、伸缩弹簧、上限位板、下限位板及复位弹簧，所述旋转臂一端通过铰链轴转动连接在所述底板下方，旋转臂另一端与所述凸轮的转动面相切，所述导向杆的下端穿过所述底板上的弧形槽并与所述旋转臂上端面固定连接，所述伸缩弹簧套接在所述导向杆上，所述上限位板和下限位板自上至下活动套接在所述导向杆上，且上限位板的下端与所述伸缩弹簧的上端固定连接，下限位板的上端与所述伸缩弹簧的下端固定连接，所述凸轮两侧的旋转臂之间连接有复位弹簧。

进一步的，所述旋转臂一端与轴承的内圈固定连接，且轴承外圈与所述凸轮的转动面相切；

通过设置轴承减小旋转臂与凸轮的摩擦，防止旋转臂磨损影响定位精度。

进一步的，所述凸轮通过固定座与所述底板转动连接，所述固定座固定连接在所述底板下方，所述凸轮转动连接在固定座上，且固定座上设置有多个限位孔，所述凸轮上设置有多个与所述限位孔对应的柱销孔，所述柱销孔内固定设置有柱销，所述柱销顶部通过弹簧连接有限位钢珠，所述限位钢珠的尺寸与所述限位孔匹配。

通过设置固定座，在定位机构闭合状态下，柱销顶部的弹簧将限位钢珠顶入固定座上的限位孔内，防止凸轮因振动自由转动影响定位机构定位精度。

进一步的，所述底板底部固定设置有挡板，所述旋转臂上通过螺纹连接有限位螺柱，所述限位螺柱与所述挡板抵触；

设置限位螺柱和挡板，通过转动限位螺柱调整定位机构闭合时的位置，提高定位机构调整的便捷性。

进一步的，所述下限位板底部设置有支撑钢珠孔，所述支撑钢珠孔内设置有支撑钢珠且支撑钢珠的球面高于所述下限位板底面；

设置支撑钢珠，支撑钢珠的球面高于下限位板底面，定位机构闭合时，支撑钢珠沿下端板边沿滚动到下端板顶面上，限位板抬升将伸缩弹簧压缩，从而使支撑钢珠将下端板压紧在底板的凹槽中，防止下端板晃动。

进一步的，所述导向杆与上限位板和下限位板的套接处设置有上下贯通的键槽，所述键槽中设置有滑键，所述导向杆上套接有挡圈，且挡圈分别设置在所述下限位板的下端面处及导向杆与旋转臂连接处的上方，用于限位；

设置键槽和滑键，避免上限位板和下限位板绕导向杆转动，上下贯通的键槽不影响电堆叠合时限位板随电堆压缩下降，设置挡圈便于调节上限位板和下限位板的初始高度。

本发明的具体操作步骤如下：

S1：电堆预装配：将电堆的左侧板与下端板用螺栓及弹性垫圈连接牢固，依次装配下绝缘板、阴极集流板、碳端板，然后用连接螺栓将下端板和右侧板连接牢固；

S2:根据电堆下端板厚度和电堆高度调节上限位板和下限位板的高度，使电堆上端板的下表面与上限位板上表面平齐，电堆下端板上表面与下限位板下表面平齐；

S3：将燃料电池装配装备及装配好的电堆通过传送装置运送至电机转轴上方，用电机驱动凸轮转动，使凸轮带动旋转臂绕铰链轴旋转，从而使定位机构沿底板上的弧形槽张开，将预装配的电堆下端板向下装入底板的凹槽中；

S4：再次用外部电机驱动凸轮反向转动，使定位机构在复位弹簧的拉力作用下沿底板上的弧形槽闭合，交替装入膜电极、双极板，直到达到规定的片数，然后依次装入碳端板、阳极集流板、上绝缘板、上端板；

S5：利用压力机按预设的压力和下压量压紧上端板，然后通气测试电堆密封性能，若电堆密封性能无问题，通过螺栓紧固电堆上端板；

S6：用外部电机驱动凸轮，使定位机构张开，取下电堆，通过传送装置转运燃料电池装配装备进入下一生产循环。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明通过设置具有导向、限位、支撑功能为一体的定位机构，在电堆装配时，只需要进行简单预装配，不需要人工反复定位，且在电堆层叠压紧时，定位机构的导向作用和支撑作用保证了电堆受力均匀，消除了电堆受压和未受压时因电堆高度差导致的定位困难问题，如:叠片冒出，移位等，能够适应模块化、集成化、大批量电堆生产，有效提高了电堆生产效率。

附图说明

图1是本发明实施例提供的燃料电池装配装备整体结构示意图；

图2是本发明实施例提供的燃料电池装配装备爆炸图；

图3是本发明实施例提供的燃料电池装配装备底部结构示意图；

图4是本发明实施例提供的定位机构结构示意图；

图5是本发明实施例提供的电堆爆炸图；

图6是本发明实施例提供的电堆预装配结构示意图；

图中，1-底板，2-定位机构，3-凸轮，4-电堆，5-复位弹簧，11-凹槽，12-弧形槽，13-挡板，21-旋转臂，22-铰链轴，23-轴承，24-限位螺柱，25-连接螺钉，26-导向杆，27-伸缩弹簧，28-上限位板，29-下限位板，210-支撑钢珠，211-键槽，212-滑键，213-挡圈，31-固定座，32-柱销孔，33-限位孔，34-柱销，35-限位钢珠，41-下端板，42-左侧板，43-右侧板，44-下绝缘板，45-阴极集流板，46-碳端板，47-膜电极，48-双极板，49-阳极集流板，410-上绝缘板，411-上端板。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，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，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-图6，本发明提供一种技术方案：一种燃料电池装配装备及使用方法，包括底板1和设置在底板1上的定位机构2，底板1下方转动设置有凸轮3，底板1上端面设置有和燃料电池的电堆4的下端板41匹配的凹槽11，底板1上也可根据生产需要设置与产线其它设备配合的定位孔，定位机构2设置有两个且两个定位机构2对称设置在凸轮3的两侧，定位机构2包括旋转臂21、铰链轴22、导向杆26、伸缩弹簧27、上限位板28、下限位板29及复位弹簧5，旋转臂21一端通过铰链轴22转动连接在底板1下方，旋转臂21另一端与轴承23的内圈固定连接，且轴承23外圈与凸轮3的转动面相切。

导向杆26的下端穿过底板1上的弧形槽12并与旋转臂21上端面固定连接，伸缩弹簧27套接在导向杆26上，上限位板28和下限位板29自上至下活动套接在导向杆26上，且上限位板28的下端与伸缩弹簧27的上端固定连接，下限位板29的上端与伸缩弹簧27的下端固定连接，旋转臂21上横向穿设有连接螺钉25，凸轮3两侧的旋转臂21之间通过连接螺钉25连接有复位弹簧5。

凸轮3上方设置有固定座31，固定座31固定连接在底板1下方，凸轮3转动连接在固定座31上，且固定座31上设置有多个限位孔33，凸轮3上设置有多个与限位孔33对应的柱销孔32，柱销孔32内固定设置有柱销34，柱销34顶部通过弹簧连接有限位钢珠35，限位钢珠35的尺寸与限位孔33匹配，当限位钢珠35与限位孔33对准时，弹簧将限位钢珠35顶入限位孔33内，在实际应用时，应合理设置限位孔33的尺寸和弹簧长度，使限位钢珠35与限位孔33配合时，限位钢珠35的下半部分露出限位孔33，这样设置时，在定位机构2闭合时，限位钢珠35进入限位孔33，对凸轮3形成限位作用，防止凸轮3自由转动影响定位效果，当凸轮3在电机驱动作用下转动时，限位钢珠35沿球面从限位孔33内滑出，不影响凸轮3转动。

在本实施例中，为了便于控制两个定位机构2之间的距离，方便电堆4固定并防止定位机构2闭合时对电堆4形成夹持力损毁电堆4，底板1底部固定设置有挡板13，旋转臂21上通过螺纹连接有限位螺柱24，限位螺柱24与挡板13抵触，当限位螺柱24与挡板13抵触时，旋转臂21无法进一步转动使定位机构2继续闭合，从而无法对电堆4形成夹持力，避免了对电堆造成的夹持损坏。

在本实施例中，为了避免电堆4装配时电堆4下端板41晃动影响电堆4装配的一致性和密封性，在下限位板29底部设置有支撑钢珠孔，支撑钢珠孔内设置有支撑钢珠210且支撑钢珠210的球面高于下限位板29底面，当定位机构2闭合时，支撑钢珠210沿下端板41边沿滚动到下端板41顶面上，并在伸缩弹簧27的弹力作用下使支撑钢珠210压紧在下端板41上，避免下端板41晃动。

在本实施例中，为了避免上限位板28和下限位板29在水平方向转动影响限位效果，在上限位板28和下限位板29的套接处设置上下贯通的键槽211，键槽211中设置滑键212，其中，上限位板28和下限位板29上的键槽211上下贯通，且为了方便调节上限位板28和下限位板29的初始高度，在导向杆26上套接有挡圈213，且挡圈213分别设置在下限位板29的下端面处及导向杆26与旋转臂21连接处的上方，用于限位。

在具体实施过程中，本发明的使用步骤如下：

S1：电堆4预装配：将电堆4的左侧板42与下端板41用螺栓及弹性垫圈连接牢固，依次装配下绝缘板44、阴极集流板45、碳端板46，然后用连接螺栓将下端板41和右侧板43连接牢固；

S2:根据电堆4下端板41厚度和电堆4高度调节上限位板28和下限位板29的高度，使电堆4上端板411的下表面与上限位板28上表面平齐，电堆4下端板41上表面与下限位板29下表面平齐；

S3：将燃料电池装配装备及装配好的电堆通过传送装置运送至电机转轴上方，用电机驱动凸轮3转动，使凸轮3带动旋转臂21绕铰链轴22旋转，从而使定位机构2沿底板1上的弧形槽12张开，将预装配的电堆4下端板41向下装入底板1的凹槽11中；

S4：再次用电机驱动凸轮3反向转动，使定位机构2在复位弹簧5的拉力作用下沿底板1上的弧形槽12闭合，交替装入膜电极47、双极板48，直到达到规定的片数，然后依次装入碳端板46、阳极集流板49、上绝缘板410、上端板411；

S5：利用压力机按预设的压力和下压量压紧上端板411；然后通气（一般为空气或氮气）测试电堆4密封性能，若电堆4密封性能无问题，通过螺栓紧固电堆4上端板411；在压力机下压过程中，导向杆26对上端板411的位移具有导向作用，且上限位板28在伸缩弹簧27的弹力作用下在上端板411底部形成支撑，并随着上端板411同步向下移动，保证压力机对电堆4形成垂直向下压力及压力的均匀性，从而保证了电堆4的一致性和密封性能；

S6：用电机驱动凸轮3，使定位机构2张开，取下电堆4，通过传送装置转运燃料电池装配装备进入下一生产循环。

需要说明的是，电机、压力机为市场上购买的商用部件，其具体的型号规格需根据该装置的实际规格等进行选型确定，电堆4通气测试密封性采用本领域常规技术方案，其原理对本领域技术人员来说是清楚的，在此不予详细说明。

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，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 (7)

1.一种燃料电池装配装备，包括底板和设置在底板上的定位机构，其特征在于：所述底板下方转动设置有凸轮，底板上端面设置有与燃料电池的电堆下端板匹配的凹槽，所述定位机构设置有两个且两个定位机构对称设置在所述凸轮的两侧，所述定位机构包括旋转臂、铰链轴、导向杆、伸缩弹簧、上限位板、下限位板及复位弹簧，所述旋转臂一端通过铰链轴转动连接在所述底板下方，旋转臂另一端与所述凸轮的转动面相切，所述导向杆的下端穿过所述底板上的弧形槽并与所述旋转臂上端面固定连接，所述伸缩弹簧套接在所述导向杆上，所述上限位板和下限位板自上至下活动套接在所述导向杆上，且上限位板的下端与所述伸缩弹簧的上端固定连接，下限位板的上端与所述伸缩弹簧的下端固定连接，所述凸轮两侧的旋转臂之间连接有复位弹簧。

2.如权利要求1所述的燃料电池装配装备，其特征在于：所述旋转臂一端与轴承的内圈固定连接，且轴承外圈与所述凸轮的转动面相切。

3.如权利要求1所述的燃料电池装配装备，其特征在于：所述凸轮通过固定座与所述底板转动连接，所述固定座固定连接在所述底板下方，所述凸轮转动连接在固定座上，且固定座上设置有多个限位孔，所述凸轮上设置有多个与所述限位孔对应的柱销孔，所述柱销孔内固定设置有柱销，所述柱销顶部通过弹簧连接有限位钢珠，所述限位钢珠的尺寸与所述限位孔匹配。

4.如权利要求1所述的燃料电池装配装备，其特征在于：所述底板底部固定设置有挡板，所述旋转臂上通过螺纹连接有限位螺柱，所述限位螺柱与所述挡板抵触。

5.如权利要求1所述的燃料电池装配装备，其特征在于：所述下限位板底部设置有支撑钢珠孔，所述支撑钢珠孔内设置有支撑钢珠且支撑钢珠的球面高于所述下限位板底面。

6.如权利要求1所述的燃料电池装配装备，其特征在于：所述导向杆与上限位板和下限位板的套接处设置上下贯通的键槽，所述键槽中设置有滑键，所述导向杆上套接有挡圈，且挡圈分别设置在所述下限位板的下端面处及导向杆与旋转臂连接处的上方。

7.一种如权利要求1所述的燃料电池装配装备的使用方法，其特征在于，使用步骤如下：

S1：电堆预装配：将电堆的左侧板与下端板用螺栓及弹性垫圈连接牢固，依次装配下绝缘板、阴极集流板、碳端板，然后用连接螺栓将下端板和右侧板连接牢固；

S2:根据电堆下端板厚度和电堆高度调节上限位板和下限位板的高度，使电堆上端板的下表面与上限位板上表面平齐，电堆下端板上表面与下限位板下表面平齐；

S3：将燃料电池装配装备及装配好的电堆通过传送装置运送至电机转轴上方，用电机驱动凸轮转动，使凸轮带动旋转臂绕铰链轴旋转，从而使定位机构沿底板上的弧形槽张开，将预装配的电堆下端板向下装入底板的凹槽中；

S4：再次用电机驱动凸轮反向转动，使定位机构在复位弹簧的拉力作用下沿底板上的弧形槽闭合，交替装入膜电极、双极板，直到达到规定的片数，然后依次装入碳端板、阳极集流板、上绝缘板、上端板；

S5：利用压力机按预设的压力和下压量压紧上端板，然后通气测试电堆密封性能，若电堆密封性能无问题，通过螺栓紧固电堆上端板；

S6：用电机驱动凸轮，使定位机构张开，取下电堆，通过传送装置转运燃料电池装配装备进入下一生产循环。