一种燃料电池技术领域的燃料电池电堆的自动化装配装置，包括：机架、压力可调压紧装置、自动拔定位导杆装置和自动拧螺母装置，压力可调压装置和自动拔定位导杆装置分别固定在机架的两端，自动拧螺母装置活动设置于机架上。本发明专利技术可实现电堆部件组合与装配的一体化，自动化程度更高，操作方便快速，可提高燃料电池装配效率；通过更换上压块和托盘可以适用于多种规格尺寸的燃料电池电堆，通用性强，可降低不同型号燃料电池装配的设备成本；通过上压块可以提供均匀装配压力，从而使得电堆内部双极板与MEA接触均匀，减小接触电阻，提高燃料电池性能。
Automatic assembly device for fuel cell stack
The invention relates to a fuel cell fuel cell stack assembly automation device comprises a machine frame, adjustable pressure pressing device, automatic positioning device and automatic pull rod nut device, pressure adjustable pressure device and automatic positioning guide rod pulling device are respectively fixed on the two end of the rack, automatic screw nut device set on the rack. The invention can realize the integration of stack components and assembly, higher degree of automation, easy operation, can improve the assembly efficiency of the fuel cell; the fuel cell by replacing the upper pressing block and the tray can be applied to a variety of sizes of the heap, strong versatility, is not the same type of fuel cell can reduce the assembly cost of the equipment; the upper pressing block can provide uniform assembly pressure, so that the internal stack bipolar plate and MEA uniform contact, the contact resistance is reduced, to improve the performance of fuel cell.
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉 及的是一种燃料电池
的装置，具体是一种燃料电池电堆的自动化装配装置。
技术介绍
燃料电池在原理和结构上不同于常规意义上的电池，它是一种按电化学方式直接将贮存在燃料和氧化剂的化学能转化为电能的装置。在环境污染和能源紧张的今天，燃料电池由于其环境友好、能量转化效率高等特点，有望作为化石燃料的替代能源而越来越受到各国政府的重视。燃料电池的分类方法很多，通常按照电池所采用的电解质分类，燃料电池可分为碱性燃料电池、磷酸型燃料电池、质子交换膜燃料电池、熔融碳酸盐型燃料电池、 固体氧化物燃料电池。质子交换膜燃料电池由于采用固态电解质高分子膜作为电解质，工作过程中无电解质无泄露，安全、能量密度高，且可在低温(80°C左右)环境下工作，因此成为未来移动电源及固定电站等领域的首选电源，也成为燃料电池领域的研究热点。质子交换膜燃料电池电堆主要由膜电极组件(即 membrane-electrode-membrane, MEA)、双极板、密封元件、两侧端板和紧固螺栓等组成。其中双极板广泛采用石墨极板或金属极板，双极板两侧的流场分别是氧化剂(如氧气)与燃料(如氢气)的通道，以确保氧化剂和燃料能均勻分配到MEA各处，发生还原和氧化反应而产生电流。运行过程中，燃料电池内部发生的氧化还原反应会产生大量的热量，因而在电堆端板和双极板上设置冷却剂通道来散热。在燃料电池内部，氧化剂、燃料和冷却剂必须严格隔离，不能互窜。在实际应用中，通常需要将多个单体电池通过串联的方式组装到一起形成燃料电池电堆来使用。燃料电池装配技术决定电堆密封性能、接触性能和传质特性等，最终影响电池输出特性。如图1所示为现有的质子交换膜燃料电池电堆，多个单电池1串联，被两侧的端板2夹在中间，电堆的紧固是依靠端板之间的紧固螺栓3压紧实现，在电堆部件组合时需要定位导杆4对数量众多的单电池1进行定位。传统的电堆装配采用扭力扳手上紧螺母的办法，但由于螺母上紧的次序有先后，各个螺栓最终的紧固力难以平衡控制，导致端板不能均勻下压，电堆内部MEA与双极板之间接触压力难以均勻；再加上双极板存在制造公差，多个单电池组装引起的公差累积更为严重，使得电堆内部各处压力不均勻程度增加。一方面， 如果电堆内部某些区域接触压力过大，则容易使双极板变形，甚至损坏质子交换膜而导致电堆失效；另一方面，某些区域接触压力过小，密封不牢固，容易发生氧化剂、燃料、冷却剂的泄露或串气，此外MEA与双极板接触电阻会增大，电堆内阻增加，最终影响整个电池的性能。可见，如果要使质子交换膜燃料电池能够高效、安全稳定地运行，必须保证端板各处装配压力尽量均勻。另外，由于端板的紧固螺栓数量一般很多，其目前的装配工艺都依靠扭力扳手依次拧紧，工艺过程繁琐，装配压力难以准确控制，且装配效率很低。通常情况下，在燃料电池电堆装配过程中，为防止数量众多的双极板和MEA发生错位，需要采用定位导杆进行定位。而定位导杆一般为金属杆，如果在对电堆进行测试前不将定位导杆拔出，则单电池之间就会发生短路。在实际电堆装配的过程中，定位导杆的拔出往往需要较大的拉力， 同时定位导杆拔出的先后顺序容易导致双极板和MEA的错位，因此如何同步、平稳的拔出定位导杆也将影响电堆最终装配质量。 经对现有文献检索发现，中国专利文献号CN200969374Y，授权日期为2007年10月 31日，记载了“一种用于装配燃料电池堆的压紧设备”。该技术的特点在于设备工作时， 压力可调压紧装置推动第二模板以及垫块和燃料电池堆一起向第一模板方向运动，将燃料电池堆得两端板压紧。该压紧设备虽然适于装配多种尺寸规格的燃料电池堆，能够保证装配过程中燃料电池堆端板上每个区域的受力均勻性。但是，必须在电堆部件组合后再放在压紧设备中，且定位导杆若为金属导杆，则需另行拔定位导杆、拧螺母，工艺繁琐，装配效率低。 进一步检索发现，美国专利号US7，435，501，名称为燃料电池压紧装置(Fuel cellcompression assembly)，该技术包括箱体单元、顶部压紧单元、底部基座，所述的箱体单元至少两相对面有挡板，用来固定燃料电池电堆。所述的顶部压紧装置和挡板有锯齿，可以相互扣合，从而保证将电堆压紧，且不会反向回复。该装置虽然实现了压紧装置和燃料电池电堆的一体化，结构简单，且端板上每个区域受力基本均勻，但是在锯齿的间距固定的情况下，压紧电堆时，顶部压紧单元每下降一格锯齿，所需的力越大，因此，压紧力呈非连续变化，难以达到最佳压紧力。此外，该装置拆装复杂，不利于电堆的维修。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术存在的上述不足，提供一种燃料电池电堆的自动化装配装置，可实现电堆部件组合与装配的一体化，自动化程度更高，操作方便快速，可提高燃料电池装配效率；通过更换上压块和托盘可以适用于多种规格尺寸的燃料电池电堆，通用性强， 可降低不同型号燃料电池装配的设备成本；通过上压块可以提供均勻装配压力，从而使得电堆内部双极板与MEA接触均勻，减小接触电阻，提高燃料电池性能。 本专利技术是通过以下技术方案实现的，本专利技术包括机架、压力可调压紧装置、自动拔定位导杆装置和自动拧螺母装置，其中压力可调压装置和自动拔定位导杆装置分别固定在机架的两端，自动拧螺母装置活动设置于机架上。 所述的机架包括导轨、气缸底座、导向立柱和滑块，其中两根导向立柱分别与气缸底座垂直连接，滑块水平活动设置于两个垂直设置的导向立柱上，两个导轨分别固定设置于滑块的水平两侧。 所述的导向立柱与滑块之间设有直线轴承。 所述的压力可调压紧装置包括气缸、顶杆和压头，其中气缸固定设置于机架上并依次与顶杆和压头相连，压头与机架相连接并实现气缸的压紧和回复动作。 所述的气缸为活塞式气缸或液压式气缸。 所述的自动拔定位导杆装置包括上压块、拉板和用于盛放燃料电池电堆的端板及托盘，其中上压块与机架固定连接，两块端板设置于燃料电池电堆的上、下侧面并位于托盘内，拉板的两端分别与上压块和托盘固定连接并实现燃料电池电堆的位移。 所述的托盘下方设有下垫块，该下垫块正对托盘的一侧设有凸台且与所述托盘的下表面设有的凹槽相匹配。本专利技术通过以下方式进行工作根据设定的压力大小，气缸充入气体，顶杆通过压头推动滑块下移，从而以设定的压力将电堆压紧；保持气缸压力，自动拧螺母装置以设定的扭矩将电堆螺母拧紧；气缸活塞另一侧充气，顶杆回复，带动电堆上移，电堆与定位导杆分离，完成燃料电池电堆的装配。与 现有技术相比，本专利技术具有以下特点可以实现组合和装配电堆在同一设备中完成，工序更简单；采用活塞式气缸按照设定的压力将燃料电池电堆压紧，采用自动拧螺母装置按设定的力矩将螺母拧紧，操作简单。同时可以通过活塞式气缸的回复动作实现燃料电池电堆与定位导杆的分离，自动化程度更高；通过更换上压块和托盘，适用于多种规格尺寸的燃料电池电堆装配，通用性更强；充分利用活塞式气缸的往复运动对燃料电池端板整体平稳下压，可以保证电堆内部各区域受力均勻，使得接触电阻更均勻，电池性能更优。附图说明图1为质子交换膜燃料电池电堆的结构示意图。图2为本专利技术结构示意图。具体实施例方式下面对本专利技术的实施例作详细说明，本实施例在以本专利技术技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种燃料电池电堆的自动化装配装置，其特征在于，包括：机架、压力可调压紧装置、自动拔定位导杆装置和自动拧螺母装置，其中：压力可调压装置和自动拔定位导杆装置分别固定在机架的两端，自动拧螺母装置活动设置于机架上。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：彭林法，邱殿凯，易培云，来新民，林忠钦，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：31
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