CN209561548U - 一种燃料电池堆的自动装配装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种燃料电池堆的自动装配装置，包括：导轨、第一工作平台、第二工作平台、热压单元和若干个容置槽，每个容置槽对应一个拾取单元；若干个容置槽依次位于导轨的一侧，用于放置不同的基材；每个拾取单元分别位于其对应的容置槽的上方，用于将对应的基材放置到第一工作平台或第二工作平台内；第一工作平台和第二工作平台依次设置在导轨上，且可沿导轨滑动至与容置槽平行的设定工位；所述热压单元位于导轨的上方，用于对在第一工作平台内堆叠完成的基材进行热压成型。在燃料电池堆的装配装置上采用每个容置槽内的基材对应一个拾取单元，有效避免基材表面颗粒脱落之后附着在其它基材表面的可能性，提高了燃料电池堆的工作可靠性。

Description

一种燃料电池堆的自动装配装置

技术领域

本实用新型涉及一种燃料电池堆的自动装配装置。

背景技术

目前通行的燃料电池堆的生产方法主要是用一个机械手连通的真空吸盘在预置好不同组件(双极板、碳纸和涂覆催化剂由质子交换膜等)的叠槽内部抓取不同的组件向固定的工作位置按照特定的顺序投放组件堆叠在一起，最后盖上端板。

上述方法主要有两个缺点：第一、由于整个过程中只有一个真空吸盘在工作，真空吸盘在抓取不同材料构成的组件时，难免会有表面微小的颗粒脱落并附着在吸盘表面，再次抓取其他组件的时候，该颗粒有可能再次附着在其他组件表面，对其功能产生不良效应。这样的情况累加起来的结果可能对燃料电池堆的工作寿命和可靠性产生负面的影响；第二、由于各组件尺寸不一，真空吸盘在抓取并释放的堆叠过程当中难免会产生定位上的误差，误差如不及时修正，累积起来对电池堆的可靠性和工作状态也会产生极为严重的后果。

实用新型内容

本实用新型提出一种可以有效避免基材表面颗粒脱落后附着在其他基材表面的燃料电池堆的自动装配装置。

本实用新型提出的一种燃料电池堆的自动装配装置，包括：导轨、第一工作平台、第二工作平台、热压单元和若干个容置槽，每个所述容置槽对应一个拾取单元；若干个所述容置槽依次位于所述导轨的一侧，用于放置不同的基材；每个所述拾取单元分别位于其对应的所述容置槽的上方，用于将对应的所述基材放置到所述第一工作平台或所述第二工作平台内；所述第一工作平台和所述第二工作平台依次设置在所述导轨上，且可沿所述导轨滑动至与所述容置槽平行的设定工位；所述热压单元位于所述导轨的上方，用于对在所述第一工作平台内堆叠完成的基材进行热压成型。

优选地，每个所述拾取单元包括真空海绵吸盘和多个视觉定位装置，所述多个视觉定位装置设置在所述真空海绵吸盘的边角位置且不干涉所述真空海绵吸盘的工作表面，所述多个视觉定位装置被配置成检测所述基材的各个顶点和/或各边缘的位置。

优选地，所述导轨上依次设有七个工位，所述第一工作平台可在第一至第六工位之间往复运动，所述第二工作平台可在第六至第七工位之间往复运动，所述热压单元位于第五工位的上方；所述容置槽包括第一容置槽、第二容置槽、第三容置槽、第四容置槽、第五容置槽、第六容置槽及第七容置槽，相应地，所述拾取单元包括第一拾取单元、第二拾取单元、第三拾取单元、第四拾取单元、第五拾取单元、第六拾取单元和第七拾取单元；所述第一至第五拾取单元用于依次逐个将所述第一至第五容置槽内的基材堆叠在所述第一工作平台内，所述热压单元用于对在第一工作平台内堆叠完成的基材进行热压；热压后的基材被放置在所述第二工作平台内，所述第六拾取单元用于将所述第六容置槽内的基材放置在所述第二工作平台内，所述第七拾取单元用于将所述第七容置槽内的基材放置在所述第二工作平台内。

优选地，各所述拾取单元分别位于各所述容置槽的正上方。

优选地，所述多个视觉定位装置对称地设置在所述真空海绵吸盘的边角位置。

本实用新型的有益效果包括：在燃料电池堆的自动装配装置上采用每个容置槽内的基材对应一个拾取单元，有效避免基材表面颗粒脱落之后附着在其它基材表面的可能性，提高了燃料电池堆的工作可靠性。

附图说明

图1为本实用新型实施例的结构示意图。

图2为电池单元的构成示意图。

图3为膜电极的构成示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式并对照附图对本实用新型作进一步详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本实用新型的范围及其应用。

参照以下附图，将描述非限制性和非排他性的实施例，其中相同的附图标记表示相同的部件，除非另外特别说明。

燃料电池堆(以下简称电池堆)是燃料电池发电机的核心部分，电池堆包括若干电池单元及其他附件。本实施例中以30kW的质子交换膜氢燃料电池为例，该电池堆包括120组串联的电池单元，每组电池单元包括不同功能的基材组成，具体地，如图2所示，每组电池单元包括一对单极板(即阳极单极板71和阴极单极板72)和一个膜电极6。如图3所示，膜电极6包括一对气体扩散层(气体扩散层选用具有微孔层和基底层的碳纸，即一对气体扩散层包括：一片微孔面朝上、基底面朝下放置的阴极碳纸61，一片微孔面朝下、基底面朝上放置的阳极碳纸65)、一对树脂材料制成的阴极边框62和阳极边框64和一片涂覆有催化剂的质子交换膜63(质子交换膜的阴极面和阳极面的催化剂种类和密度不同)。相邻两组电池单元的阴极单极板和阳极单极板构成一个双极板。上述的质子交换膜氢燃料电池共包括120片质子交换膜、120片阴极边框、120片阳极边框、120片阴极碳纸、120片阳极碳纸、119枚双极板、一对单极板(阴极单极板和阳极单极板)、一对集电板(负极集电板和正极集电板)、一对绝缘板(负极绝缘板和正极绝缘板)和一对端板(下端板和上端板)。

本实施例提出一种燃料电池堆的自动装配装置，如图1-2所示，包括导轨4、第一工作平台31、第二工作平台32、热压单元5和若干个容置槽，每个容置槽对应一个拾取单元；若干个容置槽依次位于导轨4的一侧，不同的基材分别放置在不同的容置槽内；第一工作平台31和第二工作平台32依次设置在导轨4上，并且可以沿导轨4滑动到与容置槽平行的相应设定工位；每个拾取单元吸取其对应的容置槽内的基材，避免基材表面颗粒脱落之后附着在其他基材表面的可能性。热压单元5位于导轨4的上方(优选在正上方)，当第一工作平台31被堆叠完所需基材后，热压单元5对上述堆叠的基材进行热压成型。本实施例中，容置槽设为七个，分别为：(1)第一容置槽11，放置120片阴极碳纸61；(2)第二容置槽12，放置120片阴极边框62；(3)第三容置槽13，放置120片涂覆有催化剂的质子交换膜63，质子交换膜的阴极面朝下、阳极面朝上，各片质子交换膜之间由隔离纸分隔，避免不同种类的催化剂之间相互影响；(4)第四容置槽14，放置120片阳极边框64；(5)第五容置槽15，放置120片阳极碳纸65；(6)第六容置槽16，按照从下往上的顺序依次放置一块负极绝缘板、一块负极集电板、一块阳极单极板(阳极面朝下)、119枚双极板(双极板的阳极面朝上，阴极面朝下)及一块阴极单极板(阴极面朝上)、一块正极集电板和一块正极绝缘板；(7)第七容置槽17，按照从上到下的顺序放置下端板和上端板。上述第一至第五容置槽内基材的放置方式除实现电池堆中基材的正反面堆叠要求外，可以缩短第一工作平台31在第一至第五容置槽之间的往复运动周期，增加工作效率。相应配合拾取各个容置槽内的基材，拾取单元分别设置为第一拾取单元21、第二拾取单元22、第三拾取单元23、第四拾取单元24、第五拾取单元25、第六拾取单元26和第七拾取单元27。第二工作平台32的底部开设有容纳下端板的第一凹槽，可防止后续堆叠过程中下端板发生晃动。下端板采用注塑工艺获得，其表面有容纳负极绝缘板及负极集电板的第二凹槽。

在本实施例中，每个拾取单元包括真空吸盘和多个视觉定位装置，多个视觉定位装置对称地设置在真空吸盘的边角位置，但不干涉真空海绵吸盘的工作表面，用于检测基材的各个顶点位置和/或各边缘位置，将检测结果传送至控制器，以保证定位精度。为了保证不损坏基材，吸盘采用真空海绵吸盘，针对不同尺寸的基材，制作相应尺寸的真空海绵吸盘，各真空吸盘的孔径、形状及所需要的吸附力可根据吸附对象进行相应调整。在导轨4上设有七个工位A～G，各个工位与对应的各个容置槽平行，有利于缩短拾取单元的工作时长。第一工作平台31可在工位A～F之间往复运动，第二工作平台32可在工位F～G之间往复运动，热压单元5位于工位E的上方，第一工作平台31内堆叠的基材在工位E被热压单元5加热加压成一个整体。

燃料电池堆的自动装配按如下步骤进行：

S1、首先第七拾取单元27拾取第七容置槽17中的下端板，运动至位于工位G的第二工作平台32上方，然后向下运动并释放下端板至第二工作平台32开设的凹槽内，第七拾取单元27复位。

S2、第二工作平台32运动至工位F，对应于第六容置槽16的第六拾取单元26吸附正极绝缘板，运动至第二工作平台32上方，然后向下运动并释放正极绝缘板至第二工作平台32内，第六拾取单元26复位；第六拾取单元26再次拾取正极集电板，重复上述动作将正极集电板叠放在第二工作平台32内；第六拾取单元26复位，然后再次拾取阴极单极板并重复上述动作将其叠放在第二工作平台32内，第六拾取单元26复位，第二工作平台32复位至工位G。

S3、对应于第一容置槽11的第一拾取单元21吸附一片阴极碳纸61，运动至位于工位A的第一工作平台31上方，然后向下运动并释放阴极碳纸61至第一工作平台31内，第一拾取单元21运动复位。

S4、第一工作平台31运动至工位B，对应于第二容置槽12的第二拾取单元22与上述第一拾取单元21动作相同，拾取一片阴极边框62并放置在第一工作平台31内，然后第二拾取单元22复位。

S5、第一工作平台31运动至工位C，相应的第三拾取单元23拾取一片质子交换膜63并放置在第一工作平台31内，然后第三拾取单元23复位。

S6、第一工作平台31运动至工位D，相应的第四拾取单元24拾取一片阳极边框64并放置在第一工作平台31内，然后第四拾取单元24复位。

S7、第一工作平台31运动至工位E，相应的第五拾取单元25拾取一片阳极碳纸65并放置在第一工作平台31内，然后第五拾取单元25复位。

S8、热压单元5运动至在工位E的第一工作平台31的正上方，且向下运动对第一工作平台31内堆叠的五层基材施以一定时长的压力和温度，使堆叠的五层基材成型为一体，构成膜电极6(如图2所示)，热压成型完成后热压单元5复位。第一工作平台31运动至工位F，第六拾取单元26将热压成型的膜电极6从第一工作平台31内吸附出来，第一工作平台31回到最初的工位A。

S9、第二工作平台32从工位G运动至工位F，第六拾取单元26将吸附的膜电极6释放到第二工作平台32内的阴极单极板上，然后第六拾取单元26吸附第六容置槽16内的双极板并放置在第二工作平台32内的成型的膜电极6上，第二工作平台32复位至工位G。

重复上述步骤S3～S9直至第六容置槽16内的阳极单极板被放置在第二工作平台32内。

S10、第二工作平台32继续停留在工位F，第六拾取单元26依次将第六容置槽16内的负极集电板、负极绝缘板堆叠在第二工作平台32内，第二工作平台32复位至工位G。

S11、第七拾取单元27吸附第七容置槽17内的上端板并将其放置在第二工作平台32内，完成电池堆的自动堆叠过程。另行使用其它设备对上述第二工作平台32内的电池堆进行压紧和密封。

本领域技术人员将认识到，对以上描述做出众多变通是可能的，所以实施例和附图仅是用来描述一个或多个特定实施方式。

尽管已经描述和叙述了被看作本实用新型的示范实施例，本领域技术人员将会明白，可以对其做出各种改变和替换，而不会脱离本实用新型的精神。另外，可以做出许多修改以将特定情况适配到本实用新型的教义，而不会脱离在此描述的本实用新型中心概念。所以，本实用新型不受限于在此披露的特定实施例，但本实用新型可能还包括属于本实用新型范围的所有实施例及其等同物。

Claims (5)

1.一种燃料电池堆的自动装配装置，其特征在于，包括：导轨、第一工作平台、第二工作平台、热压单元和若干个容置槽，每个所述容置槽对应一个拾取单元；若干个所述容置槽依次位于所述导轨的一侧，用于放置不同的基材；每个所述拾取单元分别位于其对应的所述容置槽的上方，用于将对应的所述基材放置到所述第一工作平台或所述第二工作平台内；所述第一工作平台和所述第二工作平台依次设置在所述导轨上，且可沿所述导轨滑动至与所述容置槽平行的设定工位；所述热压单元位于所述导轨的上方，用于对在所述第一工作平台内堆叠完成的基材进行热压成型。

2.如权利要求1所述的燃料电池堆的自动装配装置，其特征在于：每个所述拾取单元包括真空海绵吸盘和多个视觉定位装置，所述多个视觉定位装置设置在所述真空海绵吸盘的边角位置且不干涉所述真空海绵吸盘的工作表面，所述多个视觉定位装置被配置成检测所述基材的各个顶点和/或各边缘的位置。

3.如权利要求1所述的燃料电池堆的自动装配装置，其特征在于：所述导轨上依次设有七个工位，所述第一工作平台可在第一至第六工位之间往复运动，所述第二工作平台可在第六至第七工位之间往复运动，所述热压单元位于第五工位的上方；所述容置槽包括第一容置槽、第二容置槽、第三容置槽、第四容置槽、第五容置槽、第六容置槽及第七容置槽，相应地，所述拾取单元包括第一拾取单元、第二拾取单元、第三拾取单元、第四拾取单元、第五拾取单元、第六拾取单元和第七拾取单元；所述第一至第五拾取单元用于依次逐个将所述第一至第五容置槽内的基材堆叠在所述第一工作平台内，所述热压单元用于对在第一工作平台内堆叠完成的基材进行热压；热压后的基材被放置在所述第二工作平台内，所述第六拾取单元用于将所述第六容置槽内的基材放置在所述第二工作平台内，所述第七拾取单元用于将所述第七容置槽内的基材放置在所述第二工作平台内。

4.如权利要求1-3任意一项所述的燃料电池堆的自动装配装置，其特征在于：各所述拾取单元分别位于各所述容置槽的正上方。

5.如权利要求2所述的燃料电池堆的自动装配装置，其特征在于：所述多个视觉定位装置对称地设置在所述真空海绵吸盘的边角位置。