一種燃料電池電堆水平裝堆的裝置及裝堆方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種燃料電池領域，具體來說是涉及一種燃料電池的電堆組裝的領域。
【背景技術】
[0002]燃料電池(PEMFC)技術是利用氫能最高效的手段。燃料電池是將氫氣的化學能直接轉化為電能的裝置，具有效率高、低噪音、零污染的優點，在當今的社會中扮演著越來越重要的角色。燃料電池通常需要將多個單體電池通過串聯的方式組裝成電堆。主要構成部件有雙極板、膜電極、端板和緊固件等，其中電堆的組裝過程中力的精準度及均勻度，決定了一個電堆性能的好壞。
[0003]傳統電堆組裝機的自動化程度不高，多為垂直式液壓壓機，如公開號為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堆疊，施壓裝置向堆疊在外定位工裝內的電堆組件施壓至設定壓力值，在壓力值下將集成封裝側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、移動橫梁、壓力傳感器、上壓板、下壓板和臺面組成，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，上壓板沿立柱向下壓板的相對運動施加組裝力。
[0005]上述兩個公開文件都公開了一種垂直式的壓堆裝置，垂直式壓堆裝置會使碳板受力不均，下部碳板會先受到較大的力，導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，單電池數量的增多，電池組高度不斷增加，這種公差不斷累積，在對電池組施加垂直壓力時，電池組會產生微小的扭曲，這種扭曲影響了電池組的裝配和整個電池的性能。
[0006]而公開號為201122630的專利文件公開了一種燃料電池電堆的裝堆壓機，該壓機通過換位支撐系統將在垂直方向加壓裝堆后的電池組，換到水平方向進行整理。該壓機可以使因電堆結構的公差積累，在受力時電池組產生的微小扭曲問題得到解決，然而該壓機在換到水平位置時由于自身重力以及各個部件尺寸的不同，很容易產生位移。
[0007]因傳統壓機種種不足，好多企業甚至是在人工組裝，比如公開號為CN102800885A的專利文件公開的一種電堆組裝用裝置，包括底盤座、引導桿、垂直桿和支撐固定架，底盤座側面沿底盤座中心軸線對稱設有2或4個引導桿，引導桿與底盤座為一體結構，每個引導桿上表面標有尺寸刻度；支撐固定架和垂直桿各有2或4個，每個支撐固定架和垂直桿組裝成一整體，每個支撐固定架底部設有滑塊，滑塊設有螺紋定位孔，滑塊可在引導桿上沿軸線方向來回滑動，滑塊由螺栓通過螺紋定位孔固定于引導桿確定位置，每根垂直桿與底盤座相垂直，每根垂直桿內表面標有尺寸刻度。該裝置通過引導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，浪費時間，同時電堆均一性差，電堆組件受力不均，性能偏低，不利于燃料電池產業化的發展。
【發明內容】
[0008]發明目的:本發明目的在于針對現有技術的不足，提供一種操作簡單，能快速，精準的進行水平裝堆的自動化燃料電池電堆水平裝堆的裝置；
[0009]本發明的另一目的在于提供一種利用該裝置進行燃料電池電堆水平裝堆的方法。
[0010]技術方案:本發明所述燃料電池電堆水平裝堆的裝置，包括驅動裝置、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，所述壓堆裝置設置在所述水平底座上，所述第一壓板和第二壓板的相對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面上分別設置有用于固定燃料電池兩端端板的模板；所述兩個模板上對應設置有若干定位孔，用于安裝燃料電池電堆的外定位桿；所述第二壓板與設置在第二壓板上的模板之間設置有壓力傳感器，用于檢測兩者之間的壓力值；所述裝堆裝置上還設置有用于測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與所述驅動裝置連接，所述驅動裝置與所述第二壓板連接，在控制系統的控制下驅動所述第二壓板向所述第一壓板水平移動，壓緊插入兩個模板之間的電堆組件。
[0011]所述第一壓板和第二壓板的相對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，可以對電堆進行水平裝堆，避免電堆兩端受力不均，導致電堆的兩端性能差異；所述第一壓板和第二壓板的相對面上分別設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，可使端板不會因自身重力影響，發生位移；所述兩個模板上對應設置有若干定位孔，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端板之間時精確的定位；所述第二壓板與設置在第二壓板上的模板之間設置有壓力傳感器，所述裝堆裝置上還設置有用于測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與所述驅動裝置連接，控制系統可設置壓力和位移兩種控制模式，也可同時調用，一個作為主控制參數，另一個為極限保護參數，任一數值達到設定的參數，控制系統自動控制所述驅動裝置停止工作，從而避免誤操作導致電堆損壞。
[0012]作為優選，設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構匹配，根據不同結構的端板選用相對應的模板。根據燃料電池兩端的端板的不同尺寸選擇相對應的模板，用以保證在裝堆中，端板不會發生位移。
[0013]作為優選，為了防止電堆組件在受到壓力時發生偏移，在所述第一壓板和所述第二壓板上的模板頂部對應位置設置有上定位孔，用于安裝燃料電池電堆的上定位桿。
[0014]作為優選，所述水平底座上設置有兩個相互平行的導軌，所述第二壓板沿所述導軌作水平位移。水平底座上設置的導軌可使第二壓板的位移過程更加穩定，不會發生偏移，導致電堆受力不均。
[0015]作為優選，所述驅動裝置包括驅動電機、中間板、固定板和導向柱，所述固定板垂直固定在所述水平底座上，所述中間板設置在所述驅動電機與所述固定板之間，且與所述固定板平行；所述導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；所述驅動電機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，用于將驅動電機的扭力轉換為中間板的水平移動力，驅動所述第二壓板向所述第一壓板水平移動。所述固定板可在導向柱水平移動時起穩定作用，同時對中間板位移起到限位作用。
[0016]作為優選，所述水平底座上設置有兩個相互平行的導軌，所述中間板沿所述導軌作水平位移。水平底座上設置的導軌可使中間板的位移過程更加穩定，不會發生偏移，導致電堆受力不均。
[0017]作為優選，所述驅動裝置的導向柱為4個，兩端分別固定在所述第二壓板和所述中間板的四個角處。四個角處分別設置導向柱，可在驅動裝置工作過程中，第二壓板的受力更加均勻。
[0018]作為優選，所述位移傳感器設置在所述第一壓板與第二壓板之間的水平底座上，感應頭固定在所述第二壓板上，用來測量所述第二壓板的位移值。
[0019]作為優選，所述兩個模板的對應位置分別設置有4個定位孔，對稱設置在所述模板相對面的兩側。
[0020]作為優選，所述控制系統為PLC控制系統，所述PLC控制系統與所述驅動裝置、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，控制所述驅動裝置驅動所述第二壓板向所述第一壓板水平移動；所述PLC控制系統還設置有保護及提醒裝置，當位移值未達到設定參數而壓力值達到設定參數或者壓力值未達到設定參數而位移值達到設定參數時，保護及提醒裝置控制壓機停止工作并蜂鳴提醒，用來保護電堆并監測裝堆的異常狀態。
[0021]本發明所述利用該裝堆的裝置進行燃料電池電堆水平裝堆的方法，包括以下步驟:
[0022](I)根據燃料電池電堆的結構選擇相匹配的模板，分別固定在第一壓板和第二壓板的相對面上；
[0023](2)將燃料電池電堆的兩個端板分別固定在所述兩個模板的相對面上，將燃料電池電堆的外定位桿放入所述兩個模板上對應設置的定位孔中；
[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)根據電堆結構在控制系統中設定壓力傳感器和/或位移傳感器的參數；
[0026](5)在控制系統中啟動驅動裝置，驅動第二壓板向第一壓板水平移動，壓緊插入所述兩個模板之間的電堆組件；
[0027](6)在達到控制系統所設定的壓力和/或位移參數后，控制系統自動關閉驅動裝置。
[0028]優選地，所述模板底部的水平底座，與放入所述模板的定位孔內的定位桿形成整體框架結構，用于對碳板和膜電極進行外部定位。水平底座與模板兩側的定位桿形成整體框架結構，碳板和膜電極插入框架結構內，確保碳板和膜電極的位置精確。
[0029]優選地，所述控制系統還設置有保護及提醒裝置，在步驟(5)的壓堆過程中，當位移值未達到設定參數而壓力值達到設定參數或者壓力值未達到設定參數而位移值達到設定參數時，保護及提醒裝置控制壓機停止工作并蜂鳴提醒，用來保護電堆并監測裝堆的異常狀態。所述保護及提醒裝置不僅可在碳板和膜電極數量不足(即壓力值未達到設定參數而位移值達到設定參數)時報警提示，同時也可在碳板和膜電極數量超出(即位移值未達到設定參數而壓力值達到設定參數)時報警提示，并控制系統關閉驅動裝置，避免損壞電堆組件。
[0030]優選地，設置在所述第一壓板和所述第二壓板上的模板頂部對應位置設置有上定位孔，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]優選地，所述控制系統為PLC控制系統，所述PLC控制系統與驅動裝置、壓力傳感器和位移傳感器連接；在PLC控制系統中設定好壓力和/或位移參數后，控制所述驅動裝置開啟，驅動所述第二壓板向所述第一壓板水平移動，壓緊插入兩個模板之間的電堆組件，當壓力和/或位移值達到設定參數時，自動停止壓合。
[0032]有益效果:(I)本發明將第一壓板和第二壓板垂直設置于水平底座上，可對燃料電池的電堆水平裝堆，使電堆組件兩端受力均勻，不會造成電堆兩端性能差異；(2)本發明將壓力傳感器、位移傳感器和驅動裝置與控制系統連接，在控制系