用于组装燃料电池堆的方法和设备技术

公开了用于组装燃料电池堆的方法和设备，其中所述设备包括多个行李盒，所述多个行李盒适合于与多个容器、夹具和组装装置协作，以将多个膜电极组件与多个双极板同时组装在一起。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及组装燃料电池堆的方法。更具体地，本专利技术涉及能从小批量升级到大批量生产的模块化生产方法，和用于将多个 双极板与多个膜电极组件组装在 一起的设备。
技术介绍
燃料电池系统在广泛应用中日益增加地用作功率源。燃 料电池系统已经被提出用于功率消耗件(例如车辆)中，作为例如内 燃机的替代。燃料电池也可以用作建筑物和住宅中的固定电功率装 置，作为摄像机、计算机等中的便携式电源。通常，燃料电池产生电， 用于给蓄电池充电或者提供功率给电动马达。燃料电池是电化学装置，将燃料(如氢)和氧化剂(如 氧)直接结合以产生电。氧通常由空气流提供。氢和氧结合形成水。 能够使用其它燃料，例如天然气、甲醇、汽油和煤制合成燃料。根据 使用环境，术语燃料电池，，通常用于指代单个电池或多个电池。多个 电池通常捆扎在一起并设置为形成具有通常以电串联方式设置的多 个电池的燃料电池堆。由于单个燃料电池能够组装成具有各种尺寸的 燃料电池堆，因而系统能够设计成产生希望能量输出水平，从而对于 不同应用提供设计灵活性。 能够提供不同的燃料电池类型，例如磷酸、碱性、熔融 碳酸盐、固体氧化物和质子交换膜(PEM) 。 PEM型燃料电池的基本 部件是由聚合物膜电解质隔开的两个电极。每个电极一侧上用薄催化 剂层涂覆。电极、催化剂、和膜一起形成膜电极组件(MEA)。 在典型PEM型燃料电池中，MEA夹在阳极和阴极 扩散介质(下文称为DM)或扩散层之间，扩散介质或扩散层由弹 性、导电和透气材料(如碳纤维或纸)形成。DM用作阳极和阴极的 主集电器，以及提供MEA的机械支撑。DM和MEA (下文一起称为 MEA)在一对导电板(如双极板)之间受压，所述导电板用作次集电 器，用于从主集电器收集电流。 MEA和双极板都是柔性薄的，约小于l.Omm，且由于特定涂层和/或流体通道而非常精细。因而，每个MEA和双极板用保护性分离器单独包装以防止在运输期间的损坏。因而，常规组装需要从单独包装移开和卸堆(de-stack)每个MEA和双极板且然后用手动或自动提取和放置装置再次堆叠。除了 MEA和双极板的精细性质和有限处理区域之外，卸堆和再次堆叠操作导致緩慢的组装过程和/或昂贵的工具。此外，保护性分离器的包装和处置增加了制造循环的时间和成本。希望发展一种能从小批量升级到大批量生产的模块化生产方法，和生产用于组装燃料电池堆的MEA和双极板的设备，其中其成本最小化且其效率最大化。
技术实现思路
根据本专利技术，令人惊奇地发现能从小批量升级到大批量生产的模块化生产方法，和用于组装燃料电池堆的MEA和双极板的设备，其中其成本最小化且其效率最大化。在一个实施例中，用于组装燃料电池堆的方法包括步骤提供多个行李盒(dunnage cassette),所述多个行李盒适合于在其中接收膜电极组件和双极板中的一个；提供多个容器，所述多个容器适合于在其中接收所述行李盒；提供夹具，所述夹具适合于在其中接收所述行李盒；提供组装装置，所述组装装置具有在其上设置的多个定位杆，所述定位杆适合于将至少 一个膜电极组件与至少 一个双极板组装在一起；将所述至少一个膜电极组件放置到所述行李盒中；将所述至少一个双极板放置到所述行李盒中；将所述行李盒插入到所述容器中；将所述容器放置成靠近所述夹具的相对侧；使得所述行李盒从所述容器滑动到所述夹具中；使得所述组装装置的所述定位杆延伸穿过所述行李盒；和使得所述行李盒和所述容器从所述夹具退回，所述至少一个膜电极组件和所述至少一个双极板保持在所述组装装置上。 在另一实施例中，用于组装燃料电池堆的方法包括步骤提供至少一个膜电极组件；提供至少一个双极板；提供多个行李盒，所述多个行李盒包括在其上形成的至少一个突片，和凸起部、至少一个保持夹和保持唇缘中的至少一种，其中，所述行李盒适合于在其中接收所述至少一个膜电极组件和所述至少一个双极板中的一个，所述行李盒还包括在其中形成的至少一个槽；提供多个容器，所述多个容器具有在其中形成的多个通道，所述通道适合于在其中接收所述行李盒，其中所述通道中的每个的一端包括在其中形成的挡块；提供夹具，所述夹具具有在其中形成的多个通道，所述通道适合于在其中接收所述行李盒；提供组装装置，所述组装装置具有在其上设置的多个定位杆，所述定位杆适合于将所述至少一个膜电极组件与所述至少一个双极板组装在一起；将所述至少一个膜电极组件放置到所述行李盒中；将所述至少 一 个双极板放置到所述行李盒中；将所述行李盒插入到所述容器的通道中；将所述容器放置成靠近所述夹具的相对侧，其中，所述容器中的至少一个从所述夹具的边缘偏置预定距离；使得所述行李盒从所述容器滑动到所述夹具的所述通道中；使得所述组装装置的所述定位杆延伸穿过所述行李盒；使得所述定位杆的鼻部释放所述行李盒的所述至少一个保持夹；和使得所述行李盒和所述容器从所述夹具退回，所述至少 一个膜电极组件和所述至少 一个双极板保持在所述组装装置上。在一个实施例中，用于组装燃料电池堆的设备包括多个行李盒，所述多个行李盒适合于在其中接收膜电极组件和双极板中的一个，所述行李盒包括在其中形成的至少一个槽；多个容器，所述多个容器具有在其中形成的多个通道，所述通道适合于在其中接收所述行李盒；夹具，所述夹具具有在其中形成的多个通道，所述通道适合于在其中接收所述行李盒，其中，所述容器的通道与所述夹具的交替通道大致对齐；和组装装置，所述组装装置具有在其上设置的多个定位杆，所述定位杆适合于将所述至少一个膜电极组件与所述至少一个双极板组装在一起；其中，所述行李盒的所述至少一个槽允许所述行李盒从所述定位杆移开。附图说明图1是根据本专利技术的一个实施例的用于組装燃料电池堆的设备的分解透视图；图2是图1所示的用于组装燃料电池堆的设备的行李盒的放大侧视透视图，MEA和双极板中的 一 个设置在所述行李盒中；图3是图2所示的行李盒的放大部分俯视截面图，其中所述行李盒包括在其上形成的凸起部和保持唇缘；图4是图1所示的用于组装燃料电池堆的设备的容器的侧视透视图，多个行李盒设置在所述容器中；图5是图4所示的容器的截面图6是图1所示的设备的部分分解透视图7是图2所示的行李盒的放大部分俯视截面图，其中组装装置的定位杆从MEA和双极板中的一个释放行李盒的保持夹；和图8是图1和6所示的设备的部分分解透视图，其中致动器使得MEA和双极板设置到夹具中。具体实施例方式以下详细说明和附图描述和图示了本专利技术的示例性实施例。所述说明和附图用于使得本领域技术人员能够制造和使用本专利技术，且不旨在以任何方式限制本专利技术的范围。关于所公开的方法，所述步骤在本质上是示例性的，因而步骤的顺序不是必要的或者关键的。图1示出了根据本专利技术的一个实施例的用于组装燃料电池堆12的设备10。设备10包括多个行李盒14、 一对容器16， 18、夹具20和组装装置22。所示行李盒14中的每个是适合于在其中接收MEA 25和双极板26中的一个的托盘23。应当理解的是，行李盒14中的每个也能够是包括托盘23的蛤壳式包装，盖可枢转地附连到托盘23上。行李盒14的形状是大致矩形，但是应当理解的是，行李盒14能够根据希望具有任何尺寸和形状。如图2所示，第一突片28在托盘23的上边缘32上靠近其外边缘36形成。第二突片30在托盘23的下边缘34本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于组装燃料电池堆的方法，包括步骤：　（ａ）提供多个行李盒，所述多个行李盒适合于在其中接收膜电极组件和双极板中的一个；　（ｂ）提供多个容器，所述多个容器适合于在其中接收所述行李盒；　（ｃ）提供夹具，所述夹具适合于在其中 接收所述行李盒；　（ｄ）提供组装装置，所述组装装置具有在其上设置的多个定位杆，所述定位杆适合于将至少一个膜电极组件与至少一个双极板组装在一起；　（ｅ）将所述至少一个膜电极组件放置到所述行李盒中；　（ｆ）将所述至少一个双极板 放置到所述行李盒中；　（ｇ）将所述行李盒插入到所述容器中；　（ｈ）将所述容器放置成靠近所述夹具的相对侧；　（ｉ）使得所述行李盒从所述容器滑动到所述夹具中；　（ｊ）使得所述组装装置的所述定位杆延伸穿过所述行李盒；和　 　（ｋ）使得所述行李盒和所述容器从所述夹具退回，所述至少一个膜电极组件和所述至少一个双极板保持在所述组装装置上。

【技术特征摘要】
US 2008-8-11 12/1892311.一种用于组装燃料电池堆的方法，包括步骤(a)提供多个行李盒，所述多个行李盒适合于在其中接收膜电极组件和双极板中的一个；(b)提供多个容器，所述多个容器适合于在其中接收所述行李盒；(c)提供夹具，所述夹具适合于在其中接收所述行李盒；(d)提供组装装置，所述组装装置具有在其上设置的多个定位杆，所述定位杆适合于将至少一个膜电极组件与至少一个双极板组装在一起；(e)将所述至少一个膜电极组件放置到所述行李盒中；(f)将所述至少一个双极板放置到所述行李盒中；(g)将所述行李盒插入到所述容器中；(h)将所述容器放置成靠近所述夹具的相对侧；(i)使得所述行李盒从所述容器滑动到所述夹具中；(j)使得所述组装装置的所述定位杆延伸穿过所述行李盒；和(k)使得所述行李盒和所述容器从所述夹具退回，所述至少一个膜电极组件和所述至少一个双极板保持在所述组装装置上。2. 根据权利要求1所述的方法，包括使用致动器进行步骤(i)、 (j)和(k)中的至少一个。 >3. 根据权利要求1所述的方法，其中，所述行李盒中的每个包 括在其上形成的至少一个突片，所述突片适合于与容器协作，以在其 中保持行李盒且使得行李盒从夹具退回。4. 根据权利要求1所述的方法，其中，所述行李盒中的每个包 括在其上形成的凸起部、至少 一个保持夹和保持唇缘中的至少 一种， 其适合于在其中保持所述至少一个膜电极组件和所述至少一个双极 板。5. 根据权利要求4所述的方法，还包括步骤使得所述定位杆 释放所述行李盒的所述至少一个保持夹。6. 根据权利要求1所述的方法，其中，所述行李盒中的每个包 括在其中形成的至少 一个槽，所述槽适合于允许行李盒从所述定位杆移开。7. 根据权利要求I所述的方法，其中，所述容器中的每个包括 在其中形成的多个通道，所述通道适合于在其中接收行李盒。8. 根据权利要求1所述的方法，其中，所述夹具包括在其中形 成的多个通道，所述通道适合于在其中接收行李盒。9. 根据权利要求1所述的方法，其中，所述容器中的至少一个 从所述夹具的边缘偏置预定距离。10. —种用于组装燃料电池堆的方法，包括步骤(a) 提供至少一个膜电极组件；(b) 提供至少一个双极板；(c) 提供多个行李盒，所述多个行李盒包括在其上形成的至少一 个突片，和凸起部、至少一个保持夹和保持唇缘中的至少一种，其中， 所述行李盒适合于在其中接收所述至少一个膜电极组件和所述至少 一个双极板中的一个，所述行李盒还包括在其中形成的至少一个槽；(d) 提供多个容器，所述多个容器具有在其中形成的多个通道， 所述通道适合于在其中接收所述行李盒，其中所述通道中的每个的一端包括在其中形成的挡块；(e) 提供夹具，所述夹具具有在其中形成的多个通道，所述通道 适合于在其中接收所述行李盒；(f )提供组装装置，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：KB罗伯，GL琼斯，YT林，JW韦尔斯，
申请(专利权)人：通用汽车环球科技运作公司，
类型：发明
国别省市：US[]