[发明专利]一种燃料电池自动化装堆装置

说明书

本发明涉及一种燃料电池自动化装堆装置，包括装堆机构、机械手和控制机构，所述装堆机构包括工作台、安装台、定位架和压堆架，所述定位架包括移动板、极板安装基座、定位柱、定位柱导轨和推紧气缸组，所述压堆架包括移动梁、压力机和收紧架，所述机械手用于抓放燃料电池组件，所述控制机构包括电脑，用于控制机械手的抓放、压力机的压抬，以及推紧气缸的伸缩。本发明的燃料电池自动化装堆装置具有由定位架和压堆架构成的外定位装置，可在压堆和穿内定位杆前，对燃料电池电堆各边角压紧对齐和精确定位，有利于精确安装内定位杆，同时实现了装堆后电堆的升降和传送的全自动操作过程，大大提高了燃料电池电堆的装堆效率。

技术领域

本发明涉及燃料电池自动化生产领域，特别是一种燃料电池自动化装堆装置。

背景技术

质子交换膜燃料电池(PEMFC)是一种直接利用氢能的发电装置，PEMFC把贮存在氢燃料和氧化剂中的化学能直接转化为电能，能量转化效率高，燃料电池对环境友好，唯一排放物是水。因此，燃料电池技术被认为是21世纪首选的洁净、高效的发电技术。质子交换膜燃料电池由多个单电池串联层叠而成，通过内定位螺杆或卡条紧固，组成燃料电池电堆。电堆工作时，氢气和氧气分别由进口引入，经电堆气体主通道分配至各单电池的双极板，双极板导流均匀分配至电极，通过电极支撑体与催化剂接触进行电化学反应。叠合时必须保证各个极板间相互压紧防止漏气，并确保各个极板的气体主通道对正，以便氢气和氧气能顺利到达每一节单电池。

燃料电池电堆的装堆质量与电池产品的性能息息相关，每个单电池在组装时如果没有良好的定位装置，组装时存在组装错位，这将导致燃料电池堆受力不均，将影响电堆的密封性能、接触性能和传质特性，最终影响电池的输出特性。现有技术主要是通过人工对电堆进行装配，在安装台上手动码放好由阴阳极板和膜电极构成的单电池及安装板等部件，借助定位块确保各物料在层叠时边角对齐。但由于螺母上紧的次序有先后，各个螺栓最终的紧固力难以平衡控制，导致端板不能均匀下压，电堆内部双极板与MEA之间接触压力难以均匀；再加上双极板存在制造公差，多个单电池组装引起的公差累积更为严重，使得电堆内部各处压力不均匀程度增加。一方面，如果电堆内部某些区域接触压力过大，则容易使双极板变形，甚至损坏质子交换膜而导致电堆失效；另一方面，某些区域接触压力过小，密封不牢固，容易发生氧化剂、燃料、冷却剂的泄露或串气，此外MEA与双极板接触电阻会增大，电堆内阻增加，最终影响整个电池的性能。

公布号为CN102157747A的发明专利，提供了一种燃料电池电堆的自动化装配装置，该装置包括机架、压力可调压紧装置、自动拔定位杆装置和自动拧螺母装置。该发明虽然可以实现电堆部件组合与装配一体化，但装置中缺乏对电堆极板进行辅助对位的外定位装置，在进行穿定位杆过程中，很难一次就对间距较长、中间无辅助支撑的两孔进行中间穿杆作业，无法保证极板和膜电极各个边角对齐，穿定位杆作业无法一次成功，且气体通道无法对正，氢气和氧气的流通性和气体密封性会变差；另外，各个装配机构集中安装在机架横梁上，对机架的负担太重，稳定性也会因此受到影响；再者，随着技术进步，在金属定位杆上装有绝缘套，不需要在测试时将其拔出，因而自动拔定位杆装置也不是必要。

专利号为CN102800885A发明专利，提供了一种燃料电池电堆组装用装置，该装置包括底盘座、引导杆、垂直杆和支撑固定架，底盘座侧面沿底盘座中心轴线对称设有2或4上引导杆，每个引导杆上表面标有尺寸刻度，引导杆上设有滑块，滑块上固定连接支撑固定架和垂直杆，垂直杆内表面上标注有尺寸刻度。该装置虽然具有对电堆极板进行辅助对位的外定位装置，但是整个装置重心较高且稳定性差，由于电堆的尾板一般比极板宽一些，用该装置进行校正时垂直杆很可能仅与安装板接触，对改善电堆极板的码放整齐度效果甚微；其次，该装置尺寸固定，无法因极板电堆大小及规格的改变而及时进行调整，适应性差；最后，该装置非自动化装置，依然要借助人工推动滑块在引导杆上滑动来移动支撑固定架和垂直杆，人工将螺杆固定在螺纹定位孔中，人工读取引导杆和垂直杆上的尺寸刻度，不仅造成装配成本较高，而且装配速度慢，效率低下。

发明内容