一种燃料电池电堆组装装置及控制方法制造方法及图纸

一种燃料电池电堆组装装置、方法及组装的电堆，电堆组装装置由伺服压力机构、滑轨导向机构、压力控制机构、机身和电堆固定板和螺钉紧固风批组成。所述的压力控制机构的控制方法为压力与长度监控相结合方法。电堆组装方法为：(1)将电堆置于电堆固定板上；(2)设定电堆的封装压力值，伺服电机开始工作，到达压力时停止运动；(3)静置一段时间并维持电堆内部压力恒定，静置结束后设定电堆限制长度；(4)锁紧电堆紧固螺钉；(5)取出电堆，完成组装。利用此方法组装的电堆降低了膜电极及极板损坏发生概率，同时还可提高电堆的放电性能。

【技术实现步骤摘要】
一种燃料电池电堆组装装置及控制方法
本专利技术属于燃料电池
，具体涉及一种燃料电池电堆组装装置、方法及组装的电堆。
技术介绍
燃料电池是一种通过电化学反应将化学能直接转化为电能的发电装置，具有能量转化效率高，环境友好等特点，被认为是21世纪首选的洁净、高效的发电技术。电堆是燃料电池的核心部件，此处发生的电化学反应将化学能直接转化为电能，被称为燃料电池系统的心脏。电堆一般由数十节至上百节单电池组成，单电池则由膜电极，极板和密封组件构成。这些单电池通过直叠或者平铺的方式堆叠在一起，再加上集流板、绝缘板和端板，利用螺杆或卡条紧固，组成燃料电池电堆。燃料电池电堆组装质量对电池的性能有着非常重要影响。电堆组装过程会影响电堆内阻以及由于应力作用产生的燃料分配不均。现有技术主要存在以下不足：1.每个单电池在组装时如果没有良好的定位，容易发生组装错位，这会导致燃料电池电堆内部受力不均，影响密封甚至损坏膜电极组件以及极板。2.定位及加工公差累计会造成对电池组施加的垂直力产生微小的扭曲，这种扭曲会使MEA组件和双极板之间发生相对位移，影响公用管道大小和形状，造成单池间流体分配不均。3.封装过程中施加压力可控性差，容易造成膜电极和极板的损坏。4.在利用螺杆紧固过程中，螺杆会提供一定的压紧力，压力传感器不能真实反应电堆内部实际压力，此时如果简单依靠压力传感器反馈控制对电堆施加恒定压力方法进行电堆组装，很容易造成膜电极和极板的损坏。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术存在的不足，目的在于提供一种燃料电池电堆组装装置、方法及组装的电堆，以实现燃料电池电堆的精确组装，提高生产过程中一致性、可靠性以及生产效率。本专利技术采用以下技术方案来实现：一种燃料电池电堆组装装置，其特征在于：包括伺服电机、丝杠、平台；于平台上设有二个平行的竖板，于二个竖板间的平台上设有带内螺纹的通孔，丝杠穿置于通孔内，于二个竖板的相对面上分别设有一竖向的滑轨，二滑轨相对设置，于二个竖板间设有一滑块，滑块的二端分别设有与滑轨相对应的滑槽，滑轨置于滑槽内，滑块可沿滑轨上下滑动，于滑块下方设有一平板，滑块与平板间设有压力传感器，丝杠上端与平板固接、下端与伺服电机传动连接，于二个竖板的上方设有一与二个竖板固接的压板，滑块位于压板下方，伺服电机经开关通过导线与电源相连。所述电池电堆组装装置，还包括有数控器，数控器通过导线与压力传感器和开关相连。所述电池电堆组装装置的控制方法，其可对组装电堆的压力与长度进行监控，组装过程中电堆到达设定的压力值时，进行补偿控制，维持电堆内部压力的稳定；电堆到达设定的长度值时，伺服压力机构停止动作，保持电堆的长度；在不同的长度区间，电堆固定板的移动速度可以调节。所述的补偿控制为利用压力传感器监控电堆内部压力，当压力减少时，利用伺服压力机构对其进行补偿。具体步骤包括，1)首先根据电堆尺寸调节好滑块与压板的间距，然后将离线层叠好的电堆置于滑块上；开启伺服电机，电堆到达设定的压力值时，停止伺服电机的工作；2)静置时间为10秒-10分钟，开启伺服电机进行补偿压力控制，再次使电堆到达设定的压力值，停止伺服电机的工作；重复上述静置和补偿压力控制2-50次；3)保持电堆的长度进行电堆紧固，紧固后取下电堆。所述电堆压力值为膜电极中扩散层与极板接触面积乘以封装压强，封装压强值的范围为0.1-5MPa。所述压强值的范围优选区间为1.65-1.95Mpa。本专利技术具有如下优点：1.伺服电机对电堆施加压力，可以精确地控制丝杠的转速，进而有效的控制电堆的压力，避免膜电极或极板由于压力过大而损坏；在不同的长度区间设定不同的丝杠转速，可以提高组装速率，提高生产效率。2.压力补偿功能可以维持电堆内部封装压力恒定，结合静置的方式可以有效的改善电堆内部的应力分布不均，提高电堆的放电性能。3.利用压力和长度结合的方法可以避免螺钉紧固过程中螺钉分担电堆封装压力，进而压力增大造成的膜电极和极板受损；同时利用螺钉紧固过程中的压力变化控制风批的扭矩与转速可以维持封装压力的稳定。4.本专利技术对电堆封装压力值和压力恒定静置时间这两个参数进行了优化，提高了电堆放电性能。附图说明图1电堆组装装置示意图。具体实施方式下面结合附图及实施例进一步说明本专利技术的燃料电池电堆组装装置、方法。实施例1燃料电池电堆组装装置由伺服压力机构(伺服压力机构由伺服电机1和丝杠2组成)、滑轨导向机构3、压力控制机构(压力控制机构包括压力传感器4和数控器5)、机身6和电堆固定板7和螺钉紧固风批8组成。压力控制机构的控制方法为压力与长度监控相结合方法，组装过程中电堆到达设定的压力值时，进行补偿控制，维持电堆内部压力的稳定；电堆到达设定的长度值时，伺服压力机构停止动作，保持电堆的长度；在不同的长度区间，电堆固定板的移动速度可以调节。补偿控制具体为：利用压力传感器监控电堆内部压力，当压力减少时，利用伺服压力机构对其进行补偿。利用上述装置组装直接甲醇燃料电池电堆，具体过程为：首先根据电堆尺寸调节好电堆固定挡板，然后将离线层叠好的电堆置于电堆固定板上；设计封装压强为1.8MPa，根据膜电极的扩散层与极板接触面积计算，设定电堆的封装压力值为900kgf，启动伺服电机，由滑轨导向机构实现上下移动向电堆施压，待压力传感器达到900kgf时伺服电机停止运动；静置15min，与此同时利用补偿控制方法维持电堆内部压力恒定，静置结束后将此时电堆实际长度值设定为电堆限制长度；随后人工取出电堆定位杆，利用风批锁紧电堆紧固螺钉；完成电堆锁紧后电堆固定板下降取出电堆，完成组装。利用此装置与参数组装10个燃料电池电堆，组装过程中膜电极和石墨双极板损坏的发生率为0，电堆在5A恒电流放电制度下，单节电堆平均放电电压为539.4mV，电压值标准偏差为4.27。实施例2本实施例的实施方式与实施例1基本相同，只是设计封装压强改为1.5MPa，利用此装置与参数组装10个燃料电池电堆，组装过程中膜电极和石墨双极板损坏的发生率为0，电堆在5A恒电流放电制度下，单节电堆平均放电电压为535.2mV，标准偏差为6.14。实施例3本实施例的实施方式与实施例1基本相同，只是设计封装压强改为2.5MPa，利用此装置与参数组装10个燃料电池电堆，组装过程中膜电极和石墨双极板损坏的发生率为0，电堆在5A恒电流放电制度下，单节电堆平均放电电压为531.6mV，标准偏差为5.67。实施例4本实施例的实施方式与实施例1基本相同，只是静止时间改为1小时，利用此装置与参数组装10个燃料电池电堆，组装过程中膜电极和石墨双极板损坏的发生率为0，电堆在5A恒电流放电制度下，单节电堆平均放电电压为536.2mV，标准偏差为4.51。对比实施例1本实施例的实施方式与实施例1基本相同，只是压力控制机构的控制方法只选择压力控制，即压力稳定后没有将电堆实际长度值设定为电堆限制长度，利用此参数组装10个燃料电池电堆，组装过程中石墨双极板损坏的发生率为2.1％。对比实施例2本实施例的实施方式与实施例1基本相同，没有采用压力补偿静止放置电堆，利用此参数组装10个燃料电池电堆，电堆在5A恒电流放电制度下，单节电堆平均放电电压为528.9mV，标准偏差为10.02。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃料电池电堆组装装置，其特征在于：包括伺服电机、丝杠、平台；于平台上设有二个平行的竖板，于二个竖板间的平台上设有带内螺纹的通孔，丝杠穿置于通孔内，于二个竖板的相对面上分别设有一竖向的滑轨，二滑轨相对设置，于二个竖板间设有一滑块，滑块的二端分别设有与滑轨相对应的滑槽，滑轨置于滑槽内，滑块可沿滑轨上下滑动，于滑块下方设有一平板，滑块与平板间设有压力传感器，丝杠上端与平板固接、下端与伺服电机传动连接，于二个竖板的上方设有一与二个竖板固接的压板，滑块位于压板下方，伺服电机经开关通过导线与电源相连。

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池电堆组装装置，其特征在于：包括伺服电机、丝杠、平台；于平台上设有二个平行的竖板，于二个竖板间的平台上设有带内螺纹的通孔，丝杠穿置于通孔内，于二个竖板的相对面上分别设有一竖向的滑轨，二滑轨相对设置，于二个竖板间设有一滑块，滑块的二端分别设有与滑轨相对应的滑槽，滑轨置于滑槽内，滑块可沿滑轨上下滑动，于滑块下方设有一平板，滑块与平板间设有压力传感器，丝杠上端与平板固接、下端与伺服电机传动连接，于二个竖板的上方设有一与二个竖板固接的压板，滑块位于压板下方，伺服电机经开关通过导线与电源相连。2.根据权利要求1所述电池电堆组装装置，其特征在于：还包括有数控器，数控器通过导线与压力传感器和开关相连。3.一种权利要求1或2所述电池电堆...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙公权，魏伟，孙海，麻胜南，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：辽宁,21