CN212209669U - 电堆生产线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电堆生产线通过电极预处理装置使用压力装置和电极对位装置压合定位电极板，保证电极板的一致性，然后由电极阻抗检测装置的阻抗检测装置检查电极板的电阻抗特性，再由电极气密检测装置的气密检测装置检测电极板的气密特性，通过这一方案可以完全保证电极板的阻抗特性和气密性，使得电堆堆叠精度和成品率都有提高。

Description

电堆生产线

技术领域

本发明涉及电池生产设备技术领域，具体是涉及一种电堆生产线。

背景技术

燃料电池电堆是整个燃料动力***的核心部件，其成品质量直接关系到整个燃料电池动力***的稳定性。膜电极的来料质量可对电堆成品产生重要影响，其碳纸阻抗均匀性和气密性是其关键技术指标，在电堆生产过程中，如若缺少对原材料的质量检测，后期难以保证电堆的成品质量，造成返工和大量的成本浪费；电堆堆叠对每个组成部分的位置精度要求很高，手工堆叠难以满足要求，且人工参与的堆叠工作，会对MEA、双极板等零件造成污染损坏，大大降低了成品质量和堆叠效率。由于电堆内部存在数吨的内部压力，NG电堆难以人工直接拆解，合格零件难以回收利用。

发明内容

本发明需要解决的现有的技术问题是如何检测膜电极原料质量以及如何保证电极板堆叠精度和效率。

为了解决上述技术问题本发明提供一种电堆生产线，包括：电极预处理装置，电极预处理装置包括第一底板，第一底板上活动设置有电极对位装置，电极对位装置上方设置有第一压力装置，第一压力装置对电极进行压合定位；电极阻抗检测装置，电极阻抗检测装置包括第二底板，第二底板上滑动设置有第一电极承载件，第一电极承载件上方设置有阻抗检测器用于检测电极的阻抗特性；电极气密检测装置，电极气密检测装置包括第三底板，第三底板上滑动设置有第二电极承载件，第二电极承载件上设置有气密检测器用于检测电极的气密特性。

进一步的，电极预处理装置的第一底板上固定设置有垫块，垫块上设置有定位销，电极对位装置形成有和垫块的定位销对应的定位孔，电极对位装置通过定位孔穿设在定位销上；第一压力装置包括上压板和连接板，上压板和连接板固定连接，连接板和驱动件的驱动端连接。

进一步的，电极对位装置包括工装板和多个调节块，工装板一面的四个边上活动设置有调节块，用于对电极板进行定位。

进一步的，电极阻抗检测装置的第二底板上设置有导轨，第一电极承载件滑动设置在导轨上并在驱动件的驱动下来回移动，导轨上端设置有接近传感器，接近传感器感应第一电极承载件上的电极板；导轨两侧设置有导柱，导柱上通过直线轴承设置有第二压力装置；第二压力装置包括上压板、连接件和压力缸，上压板和第一电极承载件上下对应设置，阻抗检测装置设置在上压板的下底面，上压板通过连接件和压力缸的驱动端连接。

进一步的，电极气密检测装置的第三底板上设置有导轨，第二电极承载件滑动设置在导轨上并在驱动件的驱动下来回移动，导轨上端设置有接近传感器，接近传感器感应第二电极承载件上的电极板；导轨两侧设置有导柱，导柱上通过直线轴承设置有第三压力装置；第三压力装置包括上压板、连接件和压力缸，上压板和第二电极承载件上下对应设置，气密检测器设置在上压板的下底面，上压板通过连接件和压力缸的驱动端连接。

进一步的，还包括：筛选压合装置，筛选压合装置包括筛选装置和压合装置，电极板经过筛选装置筛选后搬运到压合装置进行压合；堆叠装置，堆叠装置包括了第六底板，第六底板的一面设置有底座，底座的两端分别设置有导轨，导轨上设置有快速夹钳，快速夹钳上用于夹持电堆的一端设置有加强筋和限位柱组成的限位板，所述堆叠装置将膜电极和双极板层叠设置进行堆叠；拆解装置，拆解装置包括第四底板，第四底板上滑动设置有电堆承载台，第四底板上固定设置有第三压力装置，拆解装置用于压住电堆方便拆解；夹持装置，夹持装置包括主体，主体上设置有定夹爪和动夹爪，夹持装置用于夹持搬运电堆。

进一步的，筛选装置包括：物料盒、搬运装置和检测装置，电极板经过搬运装置从物料盒搬运至检测装置进行检测，检测合格后搬运到压合装置进行压合。

进一步的，压合装置包括第五底板，第五底板上对立设置有两个立柱，立柱的另一端设置有安装板，安装板下端通过直线轴承设置有压头，压头处设置有压力传感器，压头和传动杆连接，传动杆和驱动件的驱动端连接。

进一步的，第四底板上设置有导轨，电堆承载台在导轨上来回运动，第四底板的一端固定设置有两个立柱，立柱上设置有第三压力装置；第三压力装置包括压头、测距传感器、传动杆和驱动件，压头和电堆承载台对应设置，测距传感器设置在压头上，压头通过传动杆和驱动件驱动端连接。

进一步的，主体的一侧面设置有导轨，动夹爪设置在导轨上通过夹持驱动件来回移动，主体的中部设置有翻转轴，主体通过翻转驱动件绕着翻转轴进行翻转。

本发明通过电极预处理装置使用压力装置和电极对位装置压合定位电极板，保证电极板的一致性，然后由电极阻抗检测装置的阻抗检测装置检查电极板的电阻抗特性，再由电极气密检测装置的气密检测装置检测电极的气密特性，通过这一方案可以完全保证电极的阻抗特性和气密性，使得电堆堆叠精度和成品率都有提高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明电堆生产线的方框示意图；

图2是本发明电堆生产线中电极预处理装置的结构示意图；

图3是本发明电堆生产线中电极阻抗检测装置的结构示意图；

图4是本发明电堆生产线中电极气密检测装置的结构示意图；

图5是本发明电堆生产线中筛选装置的结构示意图；

图6是本发明电堆生产线中堆叠装置的结构示意图；

图7是本发明电堆生产线中压合装置的结构示意图；

图8是本发明电堆生产线中拆解装置的结构示意图；

图9是本发明电堆生产线中夹持装置的结构示意图；

图10是本发明电堆生产线中夹持装置的翻转状态结构示意图；

图11是本发明电堆生产线布局示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明作进一步的详细描述。特别指出的是，以下实施例仅用于说明本发明，但不对本发明的范围进行限定。同样的，以下实施例仅为本发明的部分实施例而非全部实施例，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它实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明中的术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。本申请实施例中的术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、***、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或组件。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

请参阅图1，是本发明电堆生产线的方框示意图。请参阅图11，是本发明电堆生产线布局示意图。

本发明公开了一种电堆生产线，其中包括了电极预处理装置100、电极阻抗检测装置101和电极气密检测装置102。使用电极预处理装置100对电极板进行定位压合处理，使得电极板表面平整，然后再使用电极阻抗检测装置101检测电极板的阻抗特性，然后使用电极气密检测装置102检测电极的气密特性，如果经检测电极板的阻抗和气密特性都合格，则该电极板为合格产品，可用于电堆的堆叠。否则该电极板为次品，不能用于电堆的堆叠。在本实施例中电极板为膜电极，在其他实施例中也为膜电极，在此不一一赘述。

请参阅图2，是本发明电堆生产线中电极预处理装置的结构示意图。

电极预处理装置包括了第一底板1，第一底板1上固定设置有垫块2，垫块2上设置有定位销4，电极对位装置3形成有和垫块2的定位销4对应的定位孔，电极对位装置3通过定位孔穿设在定位销4上。电极对位装置3上方设置有第一压力装置，第一压力装置用于对电极板进行压合定位。第一压力装置包括上压板5和连接板6，上压板5和连接板6固定连接，连接板6和驱动件的驱动端连接。在本实施例中驱动件可以为电机或者气缸，在其他实施例中驱动件也可以为电机或者气缸，在此不一一赘述。在本实施例中，电极对位装置3包括工装板和多个调节块7，工装板一面的四个边上活动设置有调节块7，用于对电极板进行定位，其中调节块7可以使用螺栓活动设置在工装板的一面。

使用时，首先调节调节块7在工装板的一面形成预设的电极板尺寸的工位，再人工将电极板放置在工装板的工位上，驱动件的驱动端移动，使得上压板5对电极板进行压合定位，使得电极板表面平整，保证了极板的对位精度。

请参阅图3，是本发明电堆生产线中电极阻抗检测装置的结构示意图。

电堆生产线还包括电极阻抗检测装置。电极阻抗检测装置包括第二底板8，第二底板8上设置有导轨9，第一电极承载件12滑动设置在导轨9上并在驱动件10的驱动下来回移动，导轨9上端设置有接近传感器11，接近传感器11感应第一电极承载件12上的电极。导轨9两侧设置有导柱14，导柱14上通过直线轴承13设置有第二压力装置。第二压力装置包括上压板15、连接件和压力缸16，上压板15和第一电极承载件12上下对应设置，阻抗检测器设置在上压板15的下底面，阻抗检测器用于检测电极板的阻抗特性，上压板15通过连接件和压力缸16的驱动端连接。

使用时，将经过电极预处理装置处理过的电极板手动放置在伸出的第一电极承载件12上，然后驱动件10驱动第一电极承载件12收回，当第一电极承载件12回归到预设位置后，导轨9上端设置的接近传感器11感应到第一电极承载件上12的电极板，从而带动第二压力装置下压。第二压力装置的压力缸16的驱动端下压，带动上压板15下压，上压板15和第一电极承载件12上下对应设置，当上压板15下降到固定位置后，设置在上压板15的下底面的阻抗检测器可以检测电极板的阻抗特性，通过这一方案可以检测电极板的阻抗特性。

请参阅图4，是本发明电堆生产线中电极气密检测装置的结构示意图。

电堆生产线还包括电极气密检测装置。电极气密检测装置包括第三底板17，第三底板17上设置有导轨18，第二电极承载件21滑动设置在导轨18上并在驱动件20的驱动下来回移动，导轨18上端设置有接近传感器19，接近传感器19用于感应第二电极承载件21上的电极。导轨18两侧设置有导柱23，导柱23上通过直线轴承22设置有第三压力装置。第三压力装置包括上压板24、连接件和压力缸25，上压板2和第二电极承载件21上下对应设置，气密检测器设置在上压板24的下底面，气密检测器用于检测电极板的气密特性，上压板2通过连接件和压力缸25的驱动端连接。

使用时，将经过电极阻抗检测装检测过的电极板手动放置在伸出的第二电极承载件21上，然后驱动件20驱动第二电极承载件21收回，当第二电极承载件21回归到预设位置后，导轨18上端设置的接近传感器19感应到第二电极承载件21上的电极板，从而带动第三压力装置下压。第三压力装置的压力缸25的驱动端下压，带动上压板24下压，上压板24和第二电极承载件21上下对应设置，当上压板2下降到固定位置后，设置在上压板24的下底面的气密检测器可以检测电极的气密特性，通过这一方案可以检测电极板的气密特性。

经过电极阻抗检测装置和电极气密检测装置检测之后获取了电极板的阻抗数据和气密性数据，然后将电极板的阻抗数据和气密性数据发送至PC端进行存储、变化曲线的绘制、合格与否的判定。并将电极板的阻抗数据和气密性数据与电极板绑定，方便后期可对此片电极板的阻抗数据和气密性数据进行追溯查看。

通过上述三个实施例，可以实现检测电极板的阻抗特性和气密特性，但是电堆堆叠的过程还需要电极板的堆叠压合，而且在电堆的加工过程中需要使用机器进行搬运以克服人工搬运产生的弊端，所以本发明的电堆生产线还包括了筛选压合装置、拆解装置和夹持装置。其中筛选压合装置又包括了筛选装置和压合装置用于将经电极阻抗检测装置和电极气密检测装置检测过的电极板筛选分类进行压合。

请参阅图5，是本发明电堆生产线中筛选装置的结构示意图。

筛选装置包括：物料盒26、搬运装置27和检测装置28，电极经过搬运装置27从物料盒26搬运至检测装置27进行检测，检测合格后搬运到堆叠装置进行堆叠，然后再搬运到压合装置进行压合。

在本实施例中，物料盒26放置在物料盒架子上，搬运装置27为堆叠机器人、堆叠机器人设置有复合吸盘，检测装置28设置有CCD定位组件。其工作流程如下：首先，操作人员按照指示将对应的电极板放入指定物料盒26中，在本实施例中共设有10个料盒位，其中有6个为正常工作料位，2个NG料位，2个备用料位。然后，堆叠机器人按照事先设定好的程序通过复合吸盘依次抓取电极板，抓取电极板后，机器人将电极板移至检测装置28上的CCD定位组件。CCD定位组件由光源和相机组成，相机集成扫码功能，电极板到位后，视觉相机通过背光方式对电极板进行姿态识别、扫码录入和位置检测。如果电极板方向摆放和规格有误、缺少前段工序等不符合要求的情况，检测装置28会判定该电极板为NG物料，堆叠机器人会将该电极板放置到NG料位，而后继续抓取电极板进行判定。当电极板合格后，堆叠机器人会移送电极板至堆叠装置。物料盒26下方设置有接近传感器，可感知物料盒26有无电极板，当物料盒26缺料时，***通过灯光和声音告知操作人员再次进行上料。

请参阅，图6是本发明电堆生产线中堆叠装置的结构示意图。

堆叠装置包括了第六底板29，第六底板29的一面设置有底座30用于放置经检测装置检测合格的电极板，底座30的两端分别设置有导轨31，导轨31上设置有快速夹钳33，快速夹钳33用于夹持电堆的一端设置有加强筋34和限位柱32组成的限位板。其中，电极板包括了膜电极，堆叠机器人将双极板和膜电极层叠设置放在指定的底座30上，快速夹钳33迅速闭合限位板将双极板和膜电极定位堆叠。

请参阅图7，是本发明电堆生产线中压合装置的结构示意图。

压合装置包括第五底板35，第五底板35上对立设置有两个立柱36，立柱36的另一端设置有安装板，安装板下端通过直线轴承39设置有压头37，压头37处设置有压力传感器38，压头37和传动杆40连接，传动杆40和驱动件43的驱动端连接。驱动件43处设置有减速器42，当堆叠机器人完成电极板的叠放工作后，由操作人员将电极板放置在第五底板35上，启动驱动件43。驱动件43由伺服电机驱动，通过减速器42带动传动杆40转动，压头37在导柱41和直线轴承39的限制下竖直移动，进而将电极板压合形成电堆。整个下压过程可通过压力传感器38实现闭环控制，并可实现压装过程中数据的实时采集整理，将整个压合过程中的参数曲线绘制在显示屏上，同时可以对其进行存储上传，与该电堆进行绑定。

上一个实施例说明了电堆的堆叠方案，往往在电堆的堆叠过程中由于人为的失误或者其他原因可能会造成电堆的堆叠不精准，形成次品电堆，此时需要对电堆进行拆解。请参阅图8，是本发明电堆生产线中拆解装置的结构示意图。

拆解装置包括第四底板44，第四底板44上设置有导轨45，电堆承载台46在导轨45上来回运动，第四底板44的一端固定设置有两个立柱47，立柱47上设置有第三压力装置。第三压力装置包括压头48、测距传感器49、传动杆51和驱动件50，压头48和电堆承载台46对应设置，测距传感器49设置在压头48上，压头48通过传动杆51和驱动件50驱动端连接。第三压力装置用于压住电堆方便拆解次品电堆。操作人员将次品电堆放置在电堆承载台46，电堆承载台46沿着导轨45移动至第三压力装置下方，驱动件50的驱动端带动压头48下压压住电堆方便工人拆解电堆。

请参阅图9，是本发明电堆生产线中夹持装置的结构示意图。请参阅图10，是本发明电堆生产线中夹持装置的翻转状态结构示意图。

夹持装置包括主体52，主体52的一侧面设置有导轨55，动夹爪53设置在导轨55上通过夹持驱动件58来回移动和定夹爪54配合夹住电堆，主体52的中部设置有翻转轴56，主体52通过翻转驱动件57绕着翻转轴56进行翻转。当夹持装置夹持电堆进行搬运时，夹持驱动件58驱动动夹爪53移动夹住电堆，但是电堆在放置到另一个工位时可能需要改变姿势，此时就需要夹持装置翻转调整电堆姿势，翻转驱动件57驱动主体52绕着翻转轴56翻转，改变电堆姿势。

请参阅图11，是本发明电堆生产线布局示意图。

本发明公开的电堆生产线包括了用于检测极板的电极预处理装置100、电极阻抗检测装置101和电极气密检测装置102。使用电极预处理装置100对电极板进行定位压合处理，使得电极板表面平整，然后再使用电极阻抗检测装置101检测电极板的阻抗特性，然后使用电极气密检测装置102检测电极的气密特性，如果经检测电极板的阻抗和气密特性都合格，则该电极板为合格产品，可用于电堆的堆叠。否则该电极板为次品，不能用于电堆的堆叠。在本实施例中电极板包括了膜电极(MEA Membrane Electrode Assembly)，在检测过程中，使用搬运装置27将膜电极和双极板从物料盒26中搬运至筛选装置105进行筛选，筛选出合格的膜电极和双极板层叠放置在堆叠装置104中进行堆叠，然后搬运至压合装置103压合形成电堆。电堆压合形成后，其中某些由于人工操作的不规范或者电极板不合格导致电堆压合失败形成报废品，使用夹持装置107将电堆调整搬运到拆解装置106进行人工拆解。

本发明通过电极预处理装置使用压力装置和电极对位装置压合定位电极，保证电极板的一致性，然后由电极阻抗检测装置的阻抗检测装置检查电极的电阻抗特性，再由电极气密检测装置的气密检测装置检测电极的气密特性，通过这一方案可以完全保证电极的阻抗特性和气密性，使得电堆堆叠精度和成品率都有提高。

以上所述仅为本发明的部分实施例，并非因此限制本发明的保护范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效装置或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种电堆生产线，其特征在于，包括：

电极预处理装置，所述电极预处理装置包括第一底板，所述第一底板上活动设置有电极对位装置，所述电极对位装置上方设置有第一压力装置，所述第一压力装置对电极板进行压合定位；

电极阻抗检测装置，所述电极阻抗检测装置包括第二底板，所述第二底板上滑动设置有第一电极承载件，所述第一电极承载件上方设置有阻抗检测器用于检测所述电极板的阻抗特性；

电极气密检测装置，所述电极气密检测装置包括第三底板，所述第三底板上滑动设置有第二电极承载件，所述第二电极承载件上设置有气密检测器用于检测所述电极板的气密特性。

2.根据权利要求1所述的电堆生产线，其特征在于，所述电极预处理装置的所述第一底板上固定设置有垫块，所述垫块上设置有定位销，所述电极对位装置形成有和所述垫块的定位销对应的定位孔，所述电极对位装置通过所述定位孔穿设在所述定位销上；

所述第一压力装置包括上压板和连接板，所述上压板和所述连接板固定连接，所述连接板和驱动件的驱动端连接。

3.根据权利要求2所述的电堆生产线，其特征在于，所述电极对位装置包括工装板和多个调节块，所述工装板一面的四个边上活动设置有所述调节块，用于对电极板进行定位。

4.根据权利要求1所述的电堆生产线，其特征在于，所述电极阻抗检测装置的第二底板上设置有导轨，所述第一电极承载件滑动设置在所述导轨上并在驱动件的驱动下来回移动，所述导轨上端设置有接近传感器，所述接近传感器感应所述第一电极承载件上的电极板；

所述导轨两侧设置有导柱，所述导柱上通过直线轴承设置有第二压力装置；

所述第二压力装置包括上压板、连接件和压力缸，所述上压板和所述第一电极承载件上下对应设置，所述阻抗检测器设置在所述上压板的下底面，所述上压板通过所述连接件和所述压力缸的驱动端连接。

5.根据权利要求1所述的电堆生产线，其特征在于，所述电极气密检测装置的第三底板上设置有导轨，所述第二电极承载件滑动设置在所述导轨上并在驱动件的驱动下来回移动，所述导轨上端设置有接近传感器，所述接近传感器感应所述第二电极承载件上的电极板；

所述导轨两侧设置有导柱，所述导柱上通过直线轴承设置有第三压力装置；

所述第三压力装置包括上压板、连接件和压力缸，所述上压板和所述第二电极承载件上下对应设置，所述气密检测器设置在所述上压板的下底面，所述上压板通过所述连接件和所述压力缸的驱动端连接。

6.根据权利要求1-5任一项所述的电堆生产线，其特征在于，还包括：

筛选压合装置，所述筛选压合装置包括筛选装置和压合装置，所述电极板经过所述筛选装置筛选后搬运到所述压合装置进行压合；

堆叠装置，所述堆叠装置包括了第六底板，所述第六底板的一面设置有底座，所述底座的两端分别设置有导轨，所述导轨上设置有快速夹钳，所述快速夹钳用于夹持电堆的一端设置有加强筋和限位柱组成的限位板，所述堆叠装置将膜电极和双极板层叠设置进行堆叠；

拆解装置，所述拆解装置包括第四底板，所述第四底板上滑动设置有电堆承载台，所述第四底板上固定设置有第三压力装置，所述拆解装置用于压住电堆方便拆解；

夹持装置，所述夹持装置包括主体，所述主体上设置有定夹爪和动夹爪，所述夹持装置用于夹持搬运电堆。

7.根据权利要求6所述的电堆生产线，其特征在于，所述筛选装置包括：物料盒、搬运装置和检测装置，所述电极板经过搬运装置从所述物料盒搬运至所述检测装置进行检测，检测合格后搬运到所述压合装置进行压合。

8.根据权利要求7所述的电堆生产线，其特征在于，所述压合装置包括第五底板，所述第五底板上对立设置有两个立柱，所述立柱的另一端设置有安装板，所述安装板下端通过直线轴承设置有压头，所述压头处设置有压力传感器，所述压头和传动杆连接，所述传动杆和驱动件的驱动端连接。

9.根据权利要求7所述的电堆生产线，其特征在于，所述第四底板上设置有导轨，所述电堆承载台在所述导轨上来回运动，所述第四底板的一端固定设置有两个立柱，所述立柱上设置有第三压力装置；

所述第三压力装置包括压头、测距传感器、传动杆和驱动件，所述压头和所述电堆承载台对应设置，所述测距传感器设置在所述压头上，所述压头通过所述传动杆和所述驱动件驱动端连接。

10.根据权利要求6所述的电堆生产线，其特征在于，所述主体的一侧面设置有导轨，所述动夹爪设置在所述导轨上通过夹持驱动件来回移动，所述主体的中部设置有翻转轴，所述主体通过翻转驱动件绕着所述翻转轴进行翻转。

Images