質(zhì)子交換膜燃料電池電堆自動化裝配系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及自動化系統(tǒng)，特別涉及一種質(zhì)子交換膜燃料電池電堆自動化裝配系統(tǒng)。
技術(shù)背景
[0002]燃料電池在原理和結(jié)構(gòu)上不同于常規(guī)意義上的電池，它是一種按電化學(xué)方式直接將貯存在燃料和氧化劑的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。在環(huán)境污染越來越嚴(yán)重以及化石能源越來越緊張的今天，人類急需一種新的可持續(xù)無污染的能源來替代現(xiàn)有能源結(jié)構(gòu)。燃料電池由于其環(huán)境友好、轉(zhuǎn)化效率高的特點(diǎn)，有望作為化石燃料的替代能源而越來越受到世界各國政府以及能源動力廠商的重視。燃料電池的分類很多，通常按照電池所采用的電解質(zhì)分類，燃料電池可分為堿性燃料電池、磷酸型燃料電池、質(zhì)子交換膜燃料電池、固體氧化物燃料電池、熔融碳酸鹽型燃料電池等。其中，質(zhì)子交換膜燃料電池由于其采用固態(tài)電解質(zhì)高分子膜作為電解質(zhì)，工作中無電解質(zhì)泄漏、安全、能量密度高、可靠性高，且可在低溫(80°C左右)的環(huán)境中工作，憑借著這些特點(diǎn)質(zhì)子交換膜燃料電池有望成為未來移動電源和固定電源的首選，故目前質(zhì)子交換膜燃料電池成為了燃料電池領(lǐng)域的研宄熱點(diǎn)。
[0003]質(zhì)子交換膜燃料電池電堆主要有膜電極組件(即membrance electrodeassembly,MEA)、雙極板、密封元件、兩側(cè)端板和緊固螺栓等組成。其中雙極板廣泛采用石墨雙極板或金屬雙極板，雙極板兩側(cè)的流場分別是氧化劑(如氧氣)與燃料(如氫氣)的通道，以確保氧化劑和燃料能夠均勻分配到MEA各個部分，然后與MEA上催化層接觸發(fā)生氧化還原反應(yīng)進(jìn)而產(chǎn)生電流。
[0004]在實(shí)際應(yīng)用中，通常需要將多個單電池通過串聯(lián)的方式組裝到一起形成燃料電池電堆來使用。燃料電池電堆在組裝過程中，燃料電池裝配技術(shù)直接影響到電堆密封性能、接觸性能以及傳質(zhì)性能，最終影響到電池的輸出性能。同時，燃料電池電堆在工作過程中還需保證燃料電池內(nèi)部氧化劑和燃料要嚴(yán)格隔離，不能互竄，以免發(fā)生危險。同時，隨著對燃料電池電堆功率的要求逐漸提高，大型電堆越來越受到人們的關(guān)注。
[0005]圖1所示為現(xiàn)有的質(zhì)子交換膜電池電堆的結(jié)構(gòu)示意圖，由多個單電池201串聯(lián)，被兩側(cè)的端板202夾在中間。根據(jù)燃料電池電堆的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工作特性要求，在燃料電池裝配過程中需要保證燃料電池電堆每個單電池對齊裝配，電堆能夠正常高效地工作的前提是電堆密封性以及MEA壓縮量得到有效的保證，故需準(zhǔn)確地將電堆縱向尺寸壓縮到合適的大小，同時電堆所需的縱向尺寸隨著電堆單電池數(shù)量以及MEA型號的變化也隨之發(fā)生相應(yīng)的變化。在目前的電堆裝配設(shè)備中，重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)的是將燃料電池電堆各組件通過壓力結(jié)合在一起，并不能保證電堆各組件具有合適的壓縮量。同時，需要利用定位銷保證電堆裝配過程中電堆各組件的對齊，在電堆裝配結(jié)束后需將定位銷拔出以免影響燃料電池電堆的正常工作，但是隨著電堆縱向尺寸的越來越大，強(qiáng)行將定位銷拔出將會損壞電堆組件如極板、MEA等；其次，對于大型電堆裝配，定位銷已經(jīng)不能有效起到定位的作用，裝配壓緊時容易因?yàn)槊芊馊七M(jìn)而造成電堆歪斜失穩(wěn)。此外，在現(xiàn)有的電堆裝配工作中，基本都是通過人工將電堆組件組合在一起，裝配一個大型電堆則需花費(fèi)較長時間，且人工操作難以保證電堆裝配質(zhì)量的穩(wěn)定性。再者，在目前的裝配中，需要將電堆完全裝配好后再進(jìn)行電堆的密封性檢測，這樣不僅降低了電堆裝配效率，同時往往因?yàn)殡姸涯骋还?jié)單電池出現(xiàn)密封問題將導(dǎo)致整個電堆的重新裝配，極大地較低了電堆裝配效率。
[0006]中國專利CN200969374Y記載了“一種用于裝配燃料電池堆的壓緊設(shè)備”。該設(shè)備的技術(shù)特點(diǎn)在于:設(shè)備工作時，壓力可調(diào)壓緊裝置推動第二模板以及墊塊和燃料電池堆一起向第一模板方向運(yùn)動，將燃料電池電堆的兩端板壓緊。該壓緊設(shè)備雖然適用于裝配多種尺寸規(guī)格的燃料電池電堆，能夠保證裝配過程中燃料電池堆端板上每個區(qū)域的受力均勻性。但是，該機(jī)構(gòu)依然采用定位銷進(jìn)行電堆電池間的橫向定位，在電堆電池數(shù)量較多時，難以有效地限制電堆橫向因?yàn)槊芊馊Φ幕瑒釉斐傻碾姸淹嵝爆F(xiàn)象；其次，電堆壓緊后拔出定位銷時容易損壞電堆內(nèi)部結(jié)構(gòu)。
[0007]中國專利CN201110065618，名稱為燃料電池電堆的自動化裝配裝置，提出了一種能夠?qū)θ剂想姵仉姸堰M(jìn)行半自動裝配的設(shè)備。該設(shè)備通過壓力可調(diào)壓裝置對電堆進(jìn)行預(yù)壓緊，然后通過自動擰螺栓裝置對電堆上的裝配螺栓進(jìn)行自動擰緊操作。該發(fā)明解決了因?yàn)槭謩訑Q緊螺栓造成的電堆不同位置螺栓扭矩大小不一致，從而導(dǎo)致電堆組件受力不對稱等問題。但是，實(shí)際裝配中，裝配力不能有效地確定，需多次調(diào)節(jié)所需要的壓縮量，裝配效率低。
[0008]中國專利CN201134470Y，名稱為一種燃料電池電堆裝配機(jī)，提出了一種可調(diào)式燃料電池電堆裝配機(jī)。該裝置的技術(shù)特點(diǎn)在于:該裝置采用橫向壓機(jī)放置的裝配模式，并利用可升降工作臺調(diào)整使電堆中心和壓力調(diào)節(jié)裝置的軸心一致。該發(fā)明具有使電堆受力均勻、適用于不同規(guī)格電堆的裝配等優(yōu)點(diǎn)。但是，該裝置利用升降平臺難以準(zhǔn)確保證電堆中心和壓力可調(diào)節(jié)裝置軸心的一致性，易發(fā)生電堆歪斜，損壞電堆組件。
[0009]由以上專利可知，現(xiàn)有的燃料電池電堆裝配機(jī)構(gòu)普遍存在裝配效率低、人工操作誤差大、可重復(fù)性較低、較難有效控制電堆壓縮位移等不足。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明的目的，就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提供一種新的質(zhì)子交換膜燃料電池電堆自動化裝配系統(tǒng)。
[0011]為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案:一種質(zhì)子交換膜燃料電池電堆自動化裝配系統(tǒng)，包括機(jī)架、組件傳送機(jī)構(gòu)、組件拾取機(jī)構(gòu)、電堆裝配機(jī)構(gòu)、在線密封檢測器、位移控制機(jī)構(gòu)、橫向限位機(jī)構(gòu)、電堆推出機(jī)構(gòu)、電堆轉(zhuǎn)移機(jī)構(gòu)及相應(yīng)控制系統(tǒng)；其中:組件拾取機(jī)構(gòu)、電堆裝配機(jī)構(gòu)、在線密封檢測器、位移控制機(jī)構(gòu)和橫向限位機(jī)構(gòu)分別安裝在機(jī)架的不同位置，電堆推出機(jī)構(gòu)安裝在機(jī)架底部的一側(cè)，組件傳送機(jī)構(gòu)設(shè)置在機(jī)架的組件入口處，電堆轉(zhuǎn)移機(jī)構(gòu)設(shè)置在機(jī)架的電堆出口處。
[0012]所述機(jī)架包括機(jī)架上平臺、機(jī)架底座、導(dǎo)軌和支撐型材，導(dǎo)軌和支撐型材分別垂直連接在機(jī)架上平臺和機(jī)架底座之間。
[0013]所述的組件傳送機(jī)構(gòu)包括組件傳送支架和架設(shè)在組件傳送支架上的組件傳送平臺，組件傳送機(jī)構(gòu)將裝配電堆所需組件精確傳送到組件拾取裝置的拾取位置，實(shí)現(xiàn)組件自動、連續(xù)輸送。
[0014]所述的組件拾取機(jī)構(gòu)包括水平直線電機(jī)組件、豎直直線電機(jī)組件和組件拾取器，豎直直線電機(jī)組件安裝在機(jī)架上平臺上，水平直線電機(jī)組件安裝在豎直直線電機(jī)組件上，組件拾取器安裝在水平直線電機(jī)組件上；組件拾取機(jī)構(gòu)拾取組件傳送平臺傳送過來的電堆組件并精確旋轉(zhuǎn)到裝配位置。
[0015]所述電堆裝配機(jī)構(gòu)包括動力缸、頂桿、推動平臺和電堆裝配平臺，動力缸固定在機(jī)架上平臺上并依次與頂桿和推動平臺相連，電堆裝配平臺設(shè)置在推動平臺的下方，推動平臺和電堆裝配平臺分別通過直線軸承與機(jī)架導(dǎo)軌連接，推動平臺上設(shè)置有與電池電堆的陰極、陽極的進(jìn)氣口和出氣口相對應(yīng)的氣路及對應(yīng)的密封結(jié)構(gòu)，配合在線密封檢測器實(shí)現(xiàn)對電堆的密封性檢測。
[0016]所述在線密封檢測器安裝在機(jī)架上平臺上并通過氣管與電堆裝配機(jī)構(gòu)中的推動平臺上的氣路相連，實(shí)現(xiàn)電堆的在線密封檢測。