CN109768311A - 一种燃料电池电堆的装配设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及燃料电池技术领域，具体公开了一种燃料电池电堆的装配设备，包括支架、压紧装置和两组上料装置，所述支架内部中空，其上端设有水平设置的工作平台，所述工作平台的上端中部为堆料位，所述压紧装置设置在所述堆料位的上方，两组上料装置分别设置在所述堆料位的左右两侧，其中，一组所述上料装置用于将双极板输送至所述堆料位上，另一组所述上料装置用于将MEA输送至所述堆料位上，所述压紧装置用于将所述堆料位上的电堆压紧。本发明公开的一种燃料电池电堆的装配设备，具有工作速度快、生产效率高、节省人力、降低工人工作强度和提高生产质量等优点。

Description

一种燃料电池电堆的装配设备

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域。更具体地说，本发明涉及一种燃料电池电堆的装配设备。

背景技术

燃料电池是将燃料中的化学能直接转化为电能的一种化学反应装置。由于燃料的比能量高，燃料电池***结构简单等优点，燃料电池在车用电源、便携式移动电源等领域具有广阔的应用前景。而在实际应用中，通常需要将多个单体电池通过串联的方式组装到一起形成燃料电池电堆来使用，目前燃料电池装堆多采用人工堆叠，人工堆叠存在装堆效率低、工人劳动强度大、质量难以保证和高度不一致等问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种燃料电池电堆的装配设备，解决了以上所述问题。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种燃料电池电堆的装配设备，包括支架、压紧装置和两组上料装置，所述支架内部中空，其上端设有水平设置的工作平台，所述工作平台的上端中部为堆料位，所述压紧装置设置在所述堆料位的上方，两组上料装置分别设置在所述堆料位的左右两侧，其中，一组所述上料装置用于将双极板输送至所述堆料位上，另一组所述上料装置用于将MEA输送至所述堆料位上，所述压紧装置用于将所述堆料位上的电堆压紧。

进一步地，还包括多根限位柱和升降机构，多根所述限位柱均竖直设置，且其间隔设置在所述堆料位的下方，所述限位柱的上端均穿过所述堆料位并向上延伸至所述堆料位的上方，多根所述限位柱位于所述堆料位的上方的部分，其形成了一个用于夹持双极板和MEA的空间，所述升降机构设置在所述堆料位的下方，所述升降机构设置在所述堆料位的下方，并与所述限位柱传动连接，所述升降机构驱动多根所述限位柱上下移动。

进一步地，所述升降机构包括连接板和驱动单元，所述驱动单元设置在所述堆料位的下方，所述连接板水平设置，并与所述驱动单元传动连接，多根所述限位柱均竖直设置在所述连接板的上端，其下端分别与所述连接板的上端固定连接，所述驱动单元可驱动所述连接板和多根所述限位柱上下移动。

进一步地，所述驱动单元包括滚珠丝杠和电机，所述滚珠丝杠竖直设置在所述堆料位的下方，其上端与所述堆料位的下端中部转动连接，所述滚珠丝杠的周向环绕并竖直设置有多根导向杆，所述导向杆的上端均与所述堆料位的下端固定连接，其下端均向下延伸，所述连接板的中部设有与所述滚珠丝杠的螺母对应的第一通孔，以及与多根导向杆一一对应的第二通孔，所述滚珠丝杠的螺母固设在所述第一通孔中，所述导向杆贯穿所述第二通孔设置，多根所述限位柱分别绕所述滚珠丝杠的周向设置在所述滚珠丝杠和多根导向杆之间，所述电机设置在所述滚珠丝杠的下方，其驱动轴朝上设置，并与所述滚珠丝杠的下端转动连接，所述电机驱动滚珠丝杠带动所述连接板和多根所述限位柱上下移动，所述电机与所述控制器电连接。

进一步地，所述上料装置包括第一直线模组、第二直线模组、旋转气缸、连接臂和吸盘；

所述第一直线模组通过门型支撑架水平设置在所述工作平台上端，其滑块朝前设置；

所述第二直线模组竖直设置在所述第一直线模组的前侧，其滑块朝前设置，所述第二直线模组与所述第一直线模组的滑块固定连接，所述第一直线模组可带动所述第二直线模组左右滑动；

所述旋转气缸固定在所述第二直线模组的滑块上，其旋转端朝下设置，所述第二直线模组可带动所述旋转气缸上下滑动；

所述连接臂水平设置在所述旋转气缸旋转端的下端，其一端与所述旋转气缸的旋旋转端固定连接，所述吸盘固定在所述连接臂的另一端，其吸盘面朝下设置，所述旋转气缸的旋转端可带动所述连接臂和所述吸盘绕其旋转端180°转动。

进一步地，所述压紧装置包括气缸和压柱，所述气缸设置在所述堆料位的上方，其伸缩端朝下设置，所述压柱竖直设置，并固定在所述气缸的伸缩端的下端，所述气缸驱动所述压柱向下移动至所述堆料位的上方。

本发明的有益效果是：本发明所述公开的一种燃料电池电堆的装配设备，可实现装堆和电堆装配工序均在同一设备上完成，具有简化生产工序的有点，且本设备取代了传统的手动装堆和压紧方式，全自动化操作，具有工作速度快、生产效率高、节省人力、降低工人工作强度和提高生产质量等优点。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本发明所述一种燃料电池电堆的装配设备的结构示意图；

图2为图1中A的局部放大图；

图3为本发明所述升降机构的结构示意图；

图4为本发明所述一种燃料电池电堆的装配设备的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

需要说明的是，下述实施方案中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得；在本发明的描述中，术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

如图1-图4所示，本发明的实施例提供一种燃料电池电堆的装配设备，包括支架10、压紧装置和两组上料装置，所述支架10内部中空，其上端设有水平设置的工作平台11，所述工作平台11的上端中部为堆料位12，所述压紧装置设置在所述堆料位12的上方，两组上料装置分别设置在所述堆料位12的左右两侧，其中，一组所述上料装置用于将双极板输送至所述堆料位12上，另一组所述上料装置用于将MEA输送至所述堆料位12上，所述压紧装置用于将所述堆料位12上的电堆压紧。

在上述实施例中，双极板和MEA分别放置在支架10的左右两端，位于工作平台11上端左端的上料装置先一块双极板输送至堆料位12上，位于工作平台11上端右端的上料装置再输送一块MEA至双极板的上方，如此依次操作，直至将电堆组装完毕。待电堆组装后，启动压紧装置，压紧装置将堆料位12上的电堆压紧，已完成燃料电池电堆装配工序。其中，工作平台11的下方设有水平设置的底板，底板与工作平台11的大小尺寸一致，底板的四个直角处的下端均设有万向轮。本实施例所述公开的一种燃料电池电堆的装配设备，可实现装堆和电堆装配工序均在同一设备上完成，具有简化生产工序的有点，且本设备取代了传统的手动装堆和压紧方式，具有工作速度快、生产效率高、节省人力、降低工人工作强度和提高生产质量等优点。

在另一种技术方案中，上述实施例还包括控制***，包括控制器和压力传感器，所述压力传感器设置在所述压紧装置上，所述控制器设置在支架10内，所述控制器分别与传感器、两组所述上料装置和压紧装置电连接。其中，控制器分别控制两组上料装置依次将双极板和MEA输送至堆料位12的上端，待电堆组合完毕后，控制器控制压紧装置对电堆进行压紧并完成装配工作。其中，通过在控制器中输入程序，以分别控制两组上料装置分别输送双极板和MEA的速度和顺序；其中，压力传感器可以检测到压紧装置作用于电堆的压力值；控制器为PLC控制器，其设置在支架10内。本实施例所公开的控制***，无需人力监控，可自动控制各个装置的工作过程，可提高装配设备的智能化和工作效率。

优选的，还包括多根限位柱41和升降机构，多根所述限位柱41均竖直设置，且其间隔设置在所述堆料位12的下方，所述限位柱41的上端均穿过所述堆料位12并向上延伸至所述堆料位12的上方，多根所述限位柱41位于所述堆料位12的上方的部分，其形成了一个用于夹持双极板和MEA的空间，所述升降机构设置在所述堆料位12的下方，所述升降机构设置在所述堆料位12的下方，并与所述限位柱41传动连接，所述升降机构驱动多根所述限位柱41上下移动。

在上述实施例中，当两组上料装置将双极板和MEA依次堆放在堆料位12的上时，升降机构同步驱动多根限位柱41向上移动，以将电堆夹持在多根限位柱41的上端之间，防止随着堆料位12上的电堆的高度越来越高时，电堆的高度方向上发生倾斜甚至倾倒，影响双极板和MEA的装堆过程。其中，限位柱41设有4根，4根限位柱41分别设置在堆料位12的四周，堆料位12的四周设有4个与4根限位柱41一一对应的通孔，每根限位柱41贯穿对应的通孔设置；每根限位柱41的上端端部均设有锥度，以避免限位柱41的上端端部刮花双极板和MEA，影响燃料电池电堆的质量，其中，升降机构与控制器电连接，控制器控制升降机构带动多根限位柱41向上移动的速度，保证两组上料装置上料的速度和限位柱41上移的速度保持一致。

优选的，所述升降机构包括连接板40和驱动单元，所述驱动单元设置在所述堆料位12的下方，所述连接板40水平设置，并与所述驱动单元传动连接，多根所述限位柱41均竖直设置在所述连接板40的上端，其下端分别与所述连接板40的上端固定连接，所述驱动单元可驱动所述连接板40和多根所述限位柱41上下移动。

在上述实施例中，驱动单元与控制器电连接，上料装置将双极板或MEA输送至堆料位12上时，控制器控制驱动单元驱动连接板40向上移动，进而带动4根限位柱41向上移动。驱动单元和连接板40可根据电堆的高度不断变高而调整限位柱41上端伸出堆料位12上方的高度，以始终将电堆显著在4根限位柱41之间。

优选的，所述驱动单元包括滚珠丝杠42和电机43，所述滚珠丝杠42竖直设置在所述堆料位12的下方，其上端与所述堆料位12的下端中部转动连接，所述滚珠丝杠42的周向环绕并竖直设置有多根导向杆44，所述导向杆44的上端均与所述堆料位12的下端固定连接，其下端均向下延伸，所述连接板40的中部设有与所述滚珠丝杠42的螺母对应的第一通孔，以及与多根导向杆44一一对应的第二通孔，所述滚珠丝杠42的螺母固设在所述第一通孔中，所述导向杆44贯穿所述第二通孔设置，多根所述限位柱41分别绕所述滚珠丝杠42的周向设置在所述滚珠丝杠42和多根导向杆44之间，所述电机43设置在所述滚珠丝杠42的下方，其驱动轴朝上设置，并与所述滚珠丝杠42的下端转动连接，所述电机43驱动滚珠丝杠42带动所述连接板40和多根所述限位柱41上下移动，所述电机43与所述控制器电连接。

在上述实施例中，控制器可控制电机43的开启和关闭，以控制电机43驱动滚珠丝杠42带动其螺母和连接板40向上移动或将连接板40固定在某一高度，进而带动4根限位柱41和多根导向杆44向上移动和将4根限位柱41和多根导向杆44固定在某一高度。其中，导向杆44用于限制连接板40的移动轨迹，防止滚珠丝杠42的螺母带动连接板40转动，引发设备使用故障。导向杆44设有4根，对应的，第二通孔设有4个，并分别设置在所述连接板40的四个直角处，而为了减少导向杆44和连接板40之间的摩擦力，第二通孔的上下端均安装轴承；电机43通过电机安装座固定在滚珠丝杠42的下端。

优选的，所述上料装置包括第一直线模组20、第二直线模组21、旋转气缸22、连接臂23和吸盘24；

所述第一直线模组20通过门型支撑架25水平设置在所述工作平台11上端，其滑块朝前设置；

所述第二直线模组21竖直设置在所述第一直线模组20的前侧，其滑块朝前设置，所述第二直线模组21与所述第一直线模组20的滑块固定连接，所述第一直线模组20可带动所述第二直线模组21左右滑动；

所述旋转气缸22固定在所述第二直线模组21的滑块上，其旋转端朝下设置，所述第二直线模组21可带动所述旋转气缸22上下滑动；

所述连接臂23水平设置在所述旋转气缸22旋转端的下端，其一端与所述旋转气缸22的旋旋转端固定连接，所述吸盘24固定在所述连接臂23的另一端，其吸盘24面朝下设置，所述旋转气缸22的旋转端可带动所述连接臂23和所述吸盘24绕其旋转端180°转动。

在上述实施例中，上料装置处于未工作状态时，第一直线模组20的滑块和第二直线模组21均位于第一直线模组20的最左或者最右端，吸盘24也位于支架10的最左或最右端；上料时，控制器控制第二直线模组21驱动旋转气缸22向下移动至吸盘24位于双极板或MEA的上方，吸盘24吸住双极板或MEA后，控制器再控制旋转气缸22工作，旋转气缸22驱动连接臂23带动吸盘24绕其驱动端旋转180°，使吸盘24旋转至靠近堆料位12的方向后，控制器控制第一直线模组20带动其滑块和第二直线模组21向左或向右移动，再控制第二直线模组21带动其滑块和旋转气缸22向下移动，直至将吸盘24移动至堆料位12的上方，吸盘24将双极板或MEA放在堆料位12的上端后，控制器再反向控制旋转气缸22、第二直线模组21和第一直线模组20重复以上的操作，直至完成整个电堆的组合工作；其中，吸盘24为海绵吸盘，海绵吸盘可以防止将双极板或MEA刮花；吸盘24抓紧和放下双极板或MEA的过程均通过负压***控制，负压***控制吸嘴24吸取双极板或MEA的过程均为现有技术，在此不再赘述；同理，控制器控制负压***、旋转气缸22、第二直线模组21和第一直线模组20的过程均为脉冲信号控制，该种控制方法及工作原理均为现有技术，在此不再赘述。本实施例所公开的上料装置，可自动将双极板或MEA输送至堆料位12上，能够有效克服人工手动堆放产生的误差和提高电堆组合的质量，保证每个电堆的高度一致和电堆的生产质量，具有输送方向准确，输送速度快和工作效率高等优点。

优选的，所述压紧装置包括气缸30和压柱31，所述气缸30设置在所述堆料位12的上方，其伸缩端朝下设置，所述压柱31竖直设置，并固定在所述气缸30的伸缩端的下端，所述气缸30驱动所述压柱31向下移动至所述堆料位12的上方。

在上述实施例中，当电堆组合工作完成后，控制器控制气缸30的伸缩端向下移动，以带动压柱31移动至电堆的上方，对将电堆压紧并完成装配工作。设置在压柱31下端的传感器可检测压柱31在压紧电堆时的压力大小，使控制器可随时调整气缸30的驱动速度，以避免气缸30驱动速度过快，损伤电堆，影响电堆的生产质量。本实施例所公开的一种压紧装置可将电堆整体平稳下压，以保证电堆内部各区域受力均匀，使得接触电阻更均匀，电池性能更优。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例/实施例。

Claims (6)

1.一种燃料电池电堆的装配设备，其特征在于，包括支架(10)、压紧装置和两组上料装置，所述支架(10)内部中空，其上端设有水平设置的工作平台(11)，所述工作平台(11)的上端中部为堆料位(12)，所述压紧装置设置在所述堆料位(12)的上方，两组上料装置分别设置在所述堆料位(12)的左右两侧，其中，一组所述上料装置用于将双极板输送至所述堆料位(12)上，另一组所述上料装置用于将MEA输送至所述堆料位(12)上，所述压紧装置用于将所述堆料位(12)上的电堆压紧。

2.根据权利要求1所述的一种燃料电池电堆的装配设备，其特征在于，还包括多根限位柱(41)和升降机构，多根所述限位柱(41)均竖直设置，且其间隔设置在所述堆料位(12)的下方，所述限位柱(41)的上端均穿过所述堆料位(12)并向上延伸至所述堆料位(12)的上方，多根所述限位柱(41)位于所述堆料位(12)的上方的部分，其形成了一个用于夹持双极板和MEA的空间，所述升降机构设置在所述堆料位(12)的下方，所述升降机构设置在所述堆料位(12)的下方，并与所述限位柱(41)传动连接，所述升降机构驱动多根所述限位柱(41)上下移动。

3.根据权利要求2所述的一种燃料电池电堆的装配设备，其特征在于，所述升降机构包括连接板(40)和驱动单元，所述驱动单元设置在所述堆料位(12)的下方，所述连接板(40)水平设置，并与所述驱动单元传动连接，多根所述限位柱(41)均竖直设置在所述连接板(40)的上端，其下端分别与所述连接板(40)的上端固定连接，所述驱动单元可驱动所述连接板(40)和多根所述限位柱(41)上下移动。

4.根据权利要求3所述的一种燃料电池电堆的装配设备，其特征在于，所述驱动单元包括滚珠丝杠(42)和电机(43)，所述滚珠丝杠(42)竖直设置在所述堆料位(12)的下方，其上端与所述堆料位(12)的下端中部转动连接，所述滚珠丝杠(42)的周向环绕并竖直设置有多根导向杆(44)，所述导向杆(44)的上端均与所述堆料位(12)的下端固定连接，其下端均向下延伸，所述连接板(40)的中部设有与所述滚珠丝杠(42)的螺母对应的第一通孔，以及与多根导向杆(44)一一对应的第二通孔，所述滚珠丝杠(42)的螺母固设在所述第一通孔中，所述导向杆(44)贯穿所述第二通孔设置，多根所述限位柱(41)分别绕所述滚珠丝杠(42)的周向设置在所述滚珠丝杠(42)和多根导向杆(44)之间，所述电机(43)设置在所述滚珠丝杠(42)的下方，其驱动轴朝上设置，并与所述滚珠丝杠(42)的下端转动连接，所述电机(43)驱动滚珠丝杠(42)带动所述连接板(40)和多根所述限位柱(41)上下移动，所述电机(43)与所述控制器电连接。

5.根据权利要求1所述的一种燃料电池电堆的装配设备，其特征在于，所述上料装置包括第一直线模组(20)、第二直线模组(21)、旋转气缸(22)、连接臂(23)和吸盘(24)；

所述第一直线模组(20)通过门型支撑架(25)水平设置在所述工作平台(11)上端，其滑块朝前设置；

所述第二直线模组(21)竖直设置在所述第一直线模组(20)的前侧，其滑块朝前设置，所述第二直线模组(21)与所述第一直线模组(20)的滑块固定连接，所述第一直线模组(20)可带动所述第二直线模组(21)左右滑动；

所述旋转气缸(22)固定在所述第二直线模组(21)的滑块上，其旋转端朝下设置，所述第二直线模组(21)可带动所述旋转气缸(22)上下滑动；

所述连接臂(23)水平设置在所述旋转气缸(22)旋转端的下端，其一端与所述旋转气缸(22)的旋旋转端固定连接，所述吸盘(24)固定在所述连接臂(23)的另一端，其吸盘(24)面朝下设置，所述旋转气缸(22)的旋转端可带动所述连接臂(23)和所述吸盘(24)绕其旋转端180°转动。

6.根据权利要求1所述的一种燃料电池电堆的装配设备，其特征在于，所述压紧装置包括气缸(30)和压柱(31)，所述气缸(30)设置在所述堆料位(12)的上方，其伸缩端朝下设置，所述压柱(31)竖直设置，并固定在所述气缸(30)的伸缩端的下端，所述气缸(30)驱动所述压柱(31)向下移动至所述堆料位(12)的上方。