一種燃料電池電堆水平裝堆的裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種燃料電池領(lǐng)域，具體來說是涉及一種燃料電池的電堆組裝的領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]燃料電池(PEMFC)技術(shù)是利用氫能最高效的手段。燃料電池是將氫氣的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的裝置，具有效率高、低噪音、零污染的優(yōu)點(diǎn)，在當(dāng)今的社會(huì)中扮演著越來越重要的角色。燃料電池通常需要將多個(gè)單體電池通過串聯(lián)的方式組裝成電堆。主要構(gòu)成部件有雙極板、膜電極、端板和緊固件等，其中電堆的組裝過程中力的精準(zhǔn)度及均勻度，決定了一個(gè)電堆性能的好壞。
[0003]傳統(tǒng)電堆組裝機(jī)的自動(dòng)化程度不高，多為垂直式液壓壓機(jī)，如公開號(hào)為CN103633359A的專利公開了一種燃料電池堆組裝方法，將電堆組裝外定位工裝固定在施壓裝置上，將電堆組件按次序放入外定位工裝內(nèi)堆疊，施壓裝置向堆疊在外定位工裝內(nèi)的電堆組件施壓至設(shè)定壓力值，在壓力值下將集成封裝側(cè)板分別緊固在電堆四周封裝，撤掉施壓裝置的壓力和外定位工裝，取出封裝完的電堆，組裝完成。
[0004]公開號(hào)為CN202333047U的專利文件公開了一種燃料電池電堆組裝裝置，該裝置由立柱、移動(dòng)橫梁、壓力傳感器、上壓板、下壓板和臺(tái)面組成，將堆疊好的燃料電池電堆放置在下壓板上，由電腦程序控制橫梁上下移動(dòng)，上壓板沿立柱向下壓板的相對(duì)運(yùn)動(dòng)施加組裝力。
[0005]上述兩個(gè)公開文件都公開了一種垂直式的壓堆裝置，垂直式壓堆裝置會(huì)使碳板受力不均，下部碳板會(huì)先受到較大的力，導(dǎo)致電堆兩端性能差異。而且，每片單電池都存在有加工公差，隨著電池組功率增加，單電池?cái)?shù)量的增多，電池組高度不斷增加，這種公差不斷累積，在對(duì)電池組施加垂直壓力時(shí)，電池組會(huì)產(chǎn)生微小的扭曲，這種扭曲影響了電池組的裝配和整個(gè)電池的性能。
[0006]而公開號(hào)為201122630的專利文件公開了一種燃料電池電堆的裝堆壓機(jī)，該壓機(jī)通過換位支撐系統(tǒng)將在垂直方向加壓裝堆后的電池組，換到水平方向進(jìn)行整理。該壓機(jī)可以使因電堆結(jié)構(gòu)的公差積累，在受力時(shí)電池組產(chǎn)生的微小扭曲問題得到解決，然而該壓機(jī)在換到水平位置時(shí)由于自身重力以及各個(gè)部件尺寸的不同，很容易產(chǎn)生位移。
[0007]因傳統(tǒng)壓機(jī)種種不足，好多企業(yè)甚至是在人工組裝，比如公開號(hào)為CN102800885A的專利文件公開的一種電堆組裝用裝置，包括底盤座、引導(dǎo)桿、垂直桿和支撐固定架，底盤座側(cè)面沿底盤座中心軸線對(duì)稱設(shè)有2或4個(gè)引導(dǎo)桿，引導(dǎo)桿與底盤座為一體結(jié)構(gòu)，每個(gè)引導(dǎo)桿上表面標(biāo)有尺寸刻度；支撐固定架和垂直桿各有2或4個(gè)，每個(gè)支撐固定架和垂直桿組裝成一整體，每個(gè)支撐固定架底部設(shè)有滑塊，滑塊設(shè)有螺紋定位孔，滑塊可在引導(dǎo)桿上沿軸線方向來回滑動(dòng)，滑塊由螺栓通過螺紋定位孔固定于引導(dǎo)桿確定位置，每根垂直桿與底盤座相垂直，每根垂直桿內(nèi)表面標(biāo)有尺寸刻度。該裝置通過引導(dǎo)桿和垂直桿上刻度來確定電堆組裝的高度，依靠人工操作裝堆，浪費(fèi)時(shí)間，同時(shí)電堆均一性差，電堆組件受力不均，性能偏低，不利于燃料電池產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]發(fā)明目的:本實(shí)用新型目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種操作簡(jiǎn)單，能快速，精準(zhǔn)的進(jìn)行水平裝堆的自動(dòng)化燃料電池電堆水平裝堆的裝置；
[0009]本實(shí)用新型的另一目的在于提供一種利用該裝置進(jìn)行燃料電池電堆水平裝堆的方法。
[0010]技術(shù)方案:本實(shí)用新型所述燃料電池電堆水平裝堆的裝置，包括驅(qū)動(dòng)裝置、壓堆裝置和水平底座，所述壓堆裝置包括第一壓板和第二壓板，所述壓堆裝置設(shè)置在所述水平底座上，所述第一壓板和第二壓板的相對(duì)面相互平行并垂直于所述水平底座，所述第一壓板和第二壓板的相對(duì)面上分別設(shè)置有用于固定燃料電池兩端端板的模板；兩個(gè)模板上對(duì)應(yīng)設(shè)置有若干定位孔，用于安裝燃料電池電堆的外定位桿；所述第二壓板與設(shè)置在第二壓板上的模板之間設(shè)置有壓力傳感器，用于檢測(cè)兩者之間的壓力值；所述裝堆裝置上還設(shè)置有用于測(cè)量第二壓板位移值的位移傳感器；所述壓力傳感器與位移傳感器通過控制系統(tǒng)與所述驅(qū)動(dòng)裝置連接，所述驅(qū)動(dòng)裝置與所述第二壓板連接，在控制系統(tǒng)的控制下驅(qū)動(dòng)所述第二壓板向所述第一壓板水平移動(dòng)，壓緊插入兩個(gè)模板之間的電堆組件。
[0011]所述第一壓板和第二壓板的相對(duì)面相互平行并垂直于底座，將電堆組件放置在所述第一壓板和第二壓板之間，可以對(duì)電堆進(jìn)行水平裝堆，避免電堆兩端受力不均，導(dǎo)致電堆的兩端性能差異；所述第一壓板和第二壓板的相對(duì)面上分別設(shè)置有用于固定燃料電池兩端端板的模板，將燃料電池的兩端端板固定在模板上，可使端板不會(huì)因自身重力影響，發(fā)生位移；所述兩個(gè)模板上對(duì)應(yīng)設(shè)置有若干定位孔，用于安裝燃料電池電堆的外定位桿，可在碳板和膜電極插入兩個(gè)端板之間時(shí)精確的定位；所述第二壓板與設(shè)置在第二壓板上的模板之間設(shè)置有壓力傳感器，所述裝堆裝置上還設(shè)置有用于測(cè)量第二壓板位移值的位移傳感器，所述壓力傳感器與位移傳感器通過控制系統(tǒng)與所述驅(qū)動(dòng)裝置連接，控制系統(tǒng)可設(shè)置壓力和位移兩種控制模式，也可同時(shí)調(diào)用，一個(gè)作為主控制參數(shù)，另一個(gè)為極限保護(hù)參數(shù)，任一數(shù)值達(dá)到設(shè)定的參數(shù)，控制系統(tǒng)自動(dòng)控制所述驅(qū)動(dòng)裝置停止工作，從而避免誤操作導(dǎo)致電堆損壞。
[0012]作為優(yōu)選，設(shè)置在所述第一壓板和所述第二壓板上的模板與電堆兩端的端板結(jié)構(gòu)匹配，根據(jù)不同結(jié)構(gòu)的端板選用相對(duì)應(yīng)的模板。根據(jù)燃料電池兩端的端板的不同尺寸選擇相對(duì)應(yīng)的模板，用以保證在裝堆中，端板不會(huì)發(fā)生位移。
[0013]作為優(yōu)選，為了防止電堆組件在受到壓力時(shí)發(fā)生偏移，在所述第一壓板和所述第二壓板上的模板頂部對(duì)應(yīng)位置設(shè)置有上定位孔，用于安裝燃料電池電堆的上定位桿。
[0014]作為優(yōu)選，所述水平底座上設(shè)置有兩個(gè)相互平行的導(dǎo)軌，所述第二壓板沿所述導(dǎo)軌作水平位移。水平底座上設(shè)置的導(dǎo)軌可使第二壓板的位移過程更加穩(wěn)定，不會(huì)發(fā)生偏移，導(dǎo)致電堆受力不均。
[0015]作為優(yōu)選，所述驅(qū)動(dòng)裝置包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)、中間板、固定板和導(dǎo)向柱，所述固定板垂直固定在所述水平底座上，所述中間板設(shè)置在所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)與所述固定板之間，且與所述固定板平行；所述導(dǎo)向柱一端垂直固定在所述中間板上，另一端穿過所述固定板垂直固定在所述第二壓板上；所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)的絲杠穿過所述中間板與所述固定板固定連接，所述絲杠與所述中間板通過套筒連接，用于將驅(qū)動(dòng)電機(jī)的扭力轉(zhuǎn)換為中間板的水平移動(dòng)力，驅(qū)動(dòng)所述第二壓板向所述第一壓板水平移動(dòng)。所述固定板可在導(dǎo)向柱水平移動(dòng)時(shí)起穩(wěn)定作用，同時(shí)對(duì)中間板位移起到限位作用。
[0016]作為優(yōu)選，所述水平底座上設(shè)置有兩個(gè)相互平行的導(dǎo)軌，所述中間板沿所述導(dǎo)軌作水平位移。水平底座上設(shè)置的導(dǎo)軌可使中間板的位移過程更加穩(wěn)定，不會(huì)發(fā)生偏移，導(dǎo)致電堆受力不均。
[0017]作為優(yōu)選，所述驅(qū)動(dòng)裝置的導(dǎo)向柱為4個(gè)，兩端分別固定在所述第二壓板和所述中間板的四個(gè)角處。四個(gè)角處分別設(shè)置導(dǎo)向柱，可在驅(qū)動(dòng)裝置工作過程中，第二壓板的受力更加均勻。
[0018]作為優(yōu)選，所述位移傳感器設(shè)置在所述第一壓板與第二壓板之間的水平底座上，感應(yīng)頭固定在所述第二壓板上，用來測(cè)量所述第二壓板的位移值。
[0019]作為優(yōu)選，所述兩個(gè)模板的對(duì)應(yīng)位置分別設(shè)置有4個(gè)定位孔，對(duì)稱設(shè)置在所述模板相對(duì)面的兩側(cè)。
[0020]作為優(yōu)選，所述控制系統(tǒng)為PLC控制系統(tǒng)，所述PLC控制系統(tǒng)與所述驅(qū)動(dòng)裝置、壓力傳感器、位移傳感器連接，用于接收所述壓力傳感器、位移傳感器的反饋值，控制所述驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)所述第二壓板向所述第一壓板水平移動(dòng)；所述PLC控制系統(tǒng)還設(shè)置有保護(hù)及提醒裝置，當(dāng)位移值未達(dá)到設(shè)定參數(shù)而壓力值達(dá)到設(shè)定參數(shù)或者壓力值未達(dá)到設(shè)定參數(shù)而位移值達(dá)到設(shè)定參數(shù)時(shí)，保護(hù)及提醒裝置控制壓機(jī)停止工作并蜂鳴提醒，用來保護(hù)電堆并監(jiān)測(cè)裝堆的異常狀態(tài)。
[0021]本實(shí)用新型所述利用該裝堆的裝置進(jìn)行燃料電池電堆水平裝堆的方法，包括以下步驟:
[0022](I)根據(jù)燃料電池電堆的結(jié)構(gòu)選擇相匹配的模板，分別固定在第一壓板和第二壓板的相對(duì)面上；
[0023](2)將燃料電池電堆的兩個(gè)端板分別固定在所述兩個(gè)模板的相對(duì)面上，將燃料電池電堆的外定位桿放入所述兩個(gè)模板上對(duì)應(yīng)設(shè)置的定位孔中；
[0024](3)依次將若干碳板和膜電極水平交叉疊放插入兩塊端板之間；
[0025](4)根據(jù)電堆結(jié)構(gòu)在控制系統(tǒng)中設(shè)定壓力傳感器和/或位移傳感器的參數(shù)；
[0026](5)在控制系統(tǒng)中啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置，驅(qū)動(dòng)第二壓板向第一壓板水平移動(dòng)，壓緊插入所述兩個(gè)模板之間的電堆組件；
[0027](6)在達(dá)到控制系統(tǒng)所設(shè)定的壓力和/或位移參數(shù)后，控制系統(tǒng)自動(dòng)關(guān)閉驅(qū)動(dòng)裝置。
[0028]優(yōu)選地，所述模板底部的水平底座，與放入所述模板的定位孔內(nèi)的定位桿形成整體框架結(jié)構(gòu)，用于對(duì)碳板和膜電極進(jìn)行外部定位。水平底座與模板兩側(cè)的定位桿形成整體框架結(jié)構(gòu)，碳板和膜電極插入框架結(jié)構(gòu)內(nèi)，確保碳板和膜電極的位置精確。
[0029]優(yōu)選地，所述控制系統(tǒng)還設(shè)置有保護(hù)及提醒裝置，在步驟(5)的壓堆過程中，當(dāng)位移值未達(dá)到設(shè)定參數(shù)而壓力值達(dá)到設(shè)定參數(shù)或者壓力值未達(dá)到設(shè)定參數(shù)而位移值達(dá)到設(shè)定參數(shù)時(shí)，保護(hù)及提醒裝置控制壓機(jī)停止工作并蜂鳴提醒，用來保護(hù)電堆并監(jiān)測(cè)裝堆的異常狀態(tài)。所述保護(hù)及提醒裝置不僅可在碳板和膜電極數(shù)量不足(即壓力值未達(dá)到設(shè)定參數(shù)而位移值達(dá)到設(shè)定參數(shù))時(shí)報(bào)警提示，同時(shí)也可在碳板和膜電極數(shù)量超出(即位移值未達(dá)到設(shè)定參數(shù)而壓力值達(dá)到設(shè)定參數(shù))時(shí)報(bào)警提示，并控制系統(tǒng)關(guān)閉驅(qū)動(dòng)裝置，避免損壞電堆組件。
[0030]優(yōu)選地，設(shè)置在所述第一壓板和所述第二壓板上的模板頂部對(duì)應(yīng)位置設(shè)置有上定位孔，在碳板和膜電極插入兩塊端板之間后，將燃料電池電堆的上定位桿放入上定位孔中。
[0031]優(yōu)選地，所述控制系統(tǒng)為PLC控制系統(tǒng)，所述PLC控制系統(tǒng)與驅(qū)動(dòng)裝置、壓力傳感器和位移傳感器連接；在PL