CN112531183A - 燃料电池膜电极密封组件、封装工艺以及连续封装用设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种燃料电池膜电极密封组件，其扩散层面积大于密封边框通槽口的面积，且催化电极层和密封边框上均设有限位通孔，从而实现五合一的层层叠加式初步限位；还公开了一种膜电极密封组件的封装工艺，采用了夹具实现膜电极密封组件的连续化运输，并结合焊接的封装工艺，解决了现有技术常用热压封装技术中，膜电极密封组件搬运过程中出现错位、松散等不良现象；还公开了一种连续封装用设备，包括膜电极密封组件的组装线，焊接线，冷却线，均在传送带的传送过程中一步完成，从而实现膜电极的连续封装，解决了现有膜电极密封组件不能连续封装的问题。

Description

燃料电池膜电极密封组件、封装工艺以及连续封装用设备

技术领域

本发明涉及燃料电池领域，尤其涉及一种燃料电池膜电极密封组件、封装工艺以及连续封装用设备。

背景技术

目前燃料电池行业发展参差不齐，我国与发达国家的技术水平和生产水平存一定距离，燃料电池电堆的型号和尺寸无法统一。在此基础上，如今相关公司或研究机构所加工生产的膜电极的特点一般是尺寸繁杂，数量不大且大多需要独家定做，因此一些为大规模、标准化生产的设计无法得到很好的施展。

膜电极组件，即MEA(Membrane Electrode Assemblies)是氢燃料电池的核心组件，它是由氢燃料电池的催化电极层，以及位于催化电极层两侧的气体扩散层组合而成的。现有技术中，氢燃料电池膜电极组件是将催化电极层与位于催化电极层两侧的气体扩散层热压而成的，而热压的效果直接影响着膜电极组件的良品率，其中属膜电极组件在热压时，产生的气泡跟褶皱对膜电极组件的影响最为严重。

目前膜电极密封组件的普遍情况是操作工人手工加工生产，即工人在组装膜电极时将裁切好的质子交换膜封入密封保护边框中，一般使用三明治型的装封方法，即将质子交换膜封于两层密封保护边框之中。

专利CN103887519A公开了一种膜电极压合模具及其操作方法。该模具在上、下定位板开设通孔和凹槽来定位气体扩散层和膜电极，但是带有边框的膜电极易于扭曲、变形，无法在凹槽中平铺，导致压合时发生位移。

专利CN106785071A提供一种电池单元的热复合工艺，将第一隔膜、第一电极、第二隔膜、第二电极依次至下而上层层堆叠；将堆叠好的四层单元层送入热压机中热压，形成热压单元。

现有的用于燃料电池膜电极生产的热压成型工艺中，存在热压质量差和热压精度低的问题。其中现有的热压操作大多为一次成型，易出现压力不均或压力过大等情况，而胶料在固化过程中，易发生粘连的情况；且不能够保证待热压部件在取放便捷的同时，不会在热压过程中发生偏移的情况，而采用上下压板贴白卡纸方式，对膜电极组件进行平热压的，也不能很好地保证彻底除尽膜电极组件内气泡和平热压时膜电极组件的形态。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种燃料电池膜电极密封组件，对膜电极密封组件的结构进行改进，可以实现膜电极密封组件层与层之间的初步限位，便于整体运输；本发明的另一目的提供一种燃料电池膜电极密封组件的封装工艺，具备连续封装的特点，具有较高的工作效率，并且可以达到更好的密封特性；本发明再一目的提供一种燃料电池膜电极密封组件的连续封装用设备，可以实现膜电极密封组件的整体运输，完成限位的膜电极密封组件可以在本设备下实现连续化运输以及连续性封装。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

首先，本发明提供了一种燃料电池膜电极密封组件，包括由催化电极层和分别置于催化电极层两侧面的扩散层构成的膜电极，以及分别置于两个扩散层非涂覆面外，并将膜电极密封在内的两张密封边框，即膜电极密封组件从下至上依次为第一张密封边框、第一张扩散层、催化电极层、第二张扩散层以及第二张密封边框；

所述密封边框上均设有供扩散层非涂覆面裸露在外的通槽口，所述扩散层的面积大于通槽口的面积，具体指的是，第一张密封边框和第二张密封边框的中间位置均设有通槽口，所述第一张扩散层、催化电极层和第二张扩散层与所述通槽口同心放置；所述第一张扩散层和第二张扩散层的面积大于通槽口的面积；

所述催化电极层以及密封边框上靠近角端位置处均设有多个位置对应且同轴的限位通孔，所述密封边框与膜电极接触的一面均涂覆有胶面层，具体是指所述催化电极层、第一张密封边框、和第二张密封边框上靠近角端位置处均设有多个位置互相对应且同轴的限位通孔；第一张密封边框上、并与第一张扩散层接触的一面以及第二张密封边框上、并与第二张扩散层接触的一面均涂覆有胶面层。

本发明进一步设置为：所述扩散层外边端与通槽口边端之间的距离均为1-2mm。

另一方面，本发明提供了一种燃料电池膜电极密封组件的封装工艺，所述膜电极密封组件定位于夹具中，所述夹具包括支撑板，以及分布在靠近支撑板四个角端处的定位柱，所述工艺包括以下步骤：

S1，利用限位通孔结构，将第一张密封边框置于夹具中，其胶面层朝上，之后将第一张扩散层的非涂覆面覆盖于第一张密封边框胶面层的正中间处；

S2，利用限位通孔结构，将催化电极层置于夹具中并覆盖于第一张扩散层涂覆面上；

S3，将第二张扩散层的涂覆面覆盖于催化电极层的正中间处，之后再次利用限位通孔结构，将第二张密封边框的胶面层覆盖于第二张扩散层的非涂覆面上，完成五者的叠加以及限位，形成膜电极密封组件；

S4，采用激光焊接工艺对膜电极密封组件进行焊接，焊接头沿扩散层外周边端3-5mm处进行焊接，形成一圈预先焊缝；

S5，采用超声波线性扫描焊接工艺，对完成S4的膜电极密封组件中，扩散层与密封边框的叠加位置处进行扫描式超声焊接，形成扩散层处的第一密封区；

S6，继续采用超声波线性扫描焊接工艺，对完成S5的膜电极密封组件中区域一和区域二之间的区域进行第二次扫描式超声焊接，形成第二密封区；所述区域一为由各限位通孔直线相连后，所构成的封闭圈内的区域，所述区域二为第一密封区；

S7，将完成S6的膜电极密封组件进行冷固处理，完成对膜电极密封组件的封装。

其中，扩散层的一面涂覆有浆料，为涂覆面，扩散层的涂覆面与催化电极的涂覆面直接接触。

本发明进一步设置为：S5和S6超声波线性扫描焊接工艺中，焊接头对膜电极密封组件的压力均为0.05-0.2MPa，振动频率为15-40kHz。

本发明进一步设置为：S4激光焊接工艺中，激光功率参数为0.1-0.3W。

本发明进一步设置为：S4-S6激光焊接工艺和超声波线性扫描焊接工艺中，焊接工艺均在氮气保护下进行，所述氮气输出流量为15-30L/min，压力为0.2-0.5Mpa。

本发明进一步设置为：S7中所述冷固处理采用冷却水对膜电极密封组件进行冷却处理，所述冷却水的水温为10-20℃。

再一方面，本发明提供了一种燃料电池膜电极封装工艺的连续封装用设备，包括机架体以及Plc系统，所述机架体上设有传送机构，沿所述传送机构的进料端至出料端的传送方向，依次设有膜电极密封组件叠加限位区、膜电极密封组件焊接区、以及对膜电极密封组件作用的辊压冷固区；

所述膜电极密封组件叠加限位区内包括两组实现扩散层精准放置的扩散层辅助放置用限位机构；

所述膜电极密封组件焊接区内包括对膜电极密封组件焊接的激光焊接设备、超声波线性扫描焊接设备，以及分布于传送带传送方向两侧的氮气输入机构。

本发明进一步设置为：所述超声波线性扫描焊接设备内沿传送带的传送方向依次设有对第一密封区焊接的焊头组一、对第二密封区焊接的焊头组二，所述焊头组一包括长条形焊接头一以及设置在长条形焊接头一两端的方形焊接头一，所述焊头组二包括长条形焊接头二以及设置在长条形焊接头二两端的方形焊接头二，所述长条形焊接头二可沿两个方形焊接头二做上下滑移运动。

本发明进一步设置为：所述方形焊接头一的一端沿厚度方向的两侧分别设有对扩散层识别从而控制焊头组一工作的第一传感器和第二传感器，所述第一传感器到长条形焊接头一的直线距离、第二传感器到长条形焊接头一的直线距离，均等于第一密封区的宽度；所述方形焊接头二上设有第三传感器，所述夹具上远离膜电极组件处并沿其长度方向阵列设有四个与第三传感器信号连接的接收器；所述激光焊接设备包括激光焊接头，激光焊接头上沿传送带传送方向位于激光焊接头的前工位处，所述第一传感器、第二传感器、第三传感器、第四传感器以及接收器构成所述识别传感器控制组件，所述识别传感器控制组件均与plc系统电路信号连接。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

1、本发明公开了一种膜电极密封组件，膜电极密封组件中扩散层的面积大于密封边框中通槽口的面积，从而可以采用层层叠加式堆积的方法，并配合密封边框上的胶面层可以实现五者整体的初步定位，在此过程中，密封边框和催化电极层上的限位通孔实现五者叠加过程中，层与层之间的位置初步限定，有利于后期的运输以及封装工艺；

2、本发明还公开了一种膜电极密封组件的封装工艺，设置了带有定位柱的夹具，在不需要贴胶带的繁杂工序前提下，可以实现膜电极密封组件在实际封装生产中不能精确定位生产的问题，节约了膜电极密封组件的组装时间以及工作量；同时采用焊接的封装工艺，可以对带有夹具的膜电极密封组件直接运输以及封装，解决了现有技术常用热压封装技术中，膜电极密封组件搬运过程中出现错位、松散等不良现象进而影响了热压封装效果；同时本工艺中使用激光焊接对膜电极密封组件距离扩散层四周一段距离处进行初步的焊接线固定，由于激光焊接的密封效果远远大于热封效果，因此预焊接大大提高了电极的密封效果可以加强本膜电极密封组件在夹具上的定位效果，避免扩散层偏移，之后再使用超声波线性扫描焊接的扫描式面接触焊接，完成对膜电极密封组件密封的同时，不会出现气泡、皱褶等影响其性能的现象，具备更佳的封装效果；

3、本膜电极密封组件的超声波线性扫描焊接工艺中，采用两组焊接头先后对第一密封区、第二密封区的分开焊接处理，避免一次性超声波扫描时对扩散层有挤压现象，同时也避免扩散层与密封边框叠加处的多次密封挤压导致扩散层损坏现象；

4、本发明还公开了一种燃料电池膜电极密封组件的连续封装用设备，包括膜电极密封组件的组装线，焊接线，冷却线，均在传送带的传送过程中一步完成，从而实现膜电极的连续封装，解决了现有膜电极密封组件不能连续封装的问题；

5、本连续封装用设备中采用针对膜电极密封组件第一密封区、第二密封区处焊接的专用焊头，可以实现对膜电极密封组件的精准焊接，并结合识别传感器控制组件，实现焊接区的智能自动化工作。

附图说明

图1是膜电极密封组件的结构示意图；

图2是连续封装用设备的整体结构示意图；

图3是图2中A的局部放大图；

图4也是连续封装用设备的整体结构示意图，也是出气长管、光栅传感器、位置传感器的示意图；

图5是处于机架体内并位于两层传送带之间的连接辅助定位机构的结构示意图；

图6是膜电极密封组件置于夹具中并进行激光焊接的示意图；

图7是膜电极密封组件置于夹具中对第一密封区进行超声波线性扫描焊接中的示意图；

图8为第一传感器、第二传感器分别至长条形焊接头一的直线距离以及第一密封区的宽度的局部放大图；

图9是膜电极密封组件置于夹具中对第二密封区进行超声波线性扫描焊接中的示意图。

图中：1、膜电极密封组件；1-1、密封边框；1-1-1、通槽口；1-1-2、胶面层；1-2、催化电极层；1-2-1、催化剂层；1-3、扩散层；1-4、限位通孔；2、夹具；2-1、支撑板；2-2、定位柱；2-3、接收器；3、机架体；3-1、电动升降门；4、传送带；5、扩散层辅助放置用限位机构；5-1、连接板；5-2、定位板；5-3、半框通槽；5-4、限位缺口；5-5、延伸壁；5-6、气缸二；5-7、位置传感器；6、辊压冷固区；6-1、转动式柔性浮辊；6-2、水管；6-3、冷却水箱；7、激光焊接头；7-1、第四传感器；8、焊头组一；8-1、长条形焊接头一；8-2、方形焊接头一；8-3、第一传感器；8-4、第二传感器；9、焊头组二；9-1、长条形焊接头二；9-2、方形焊接头二；9-3、第三传感器；10、连接辅助定位机构(位于焊接区传送带内部)；10-1、电磁支撑座；10-2、电机一；10-3、电机二；10-4、滑杆；10-5、滑块；10-6、螺杆；11、出气长管；11-1、连接气管；12、位置调节机构；12-1、光栅传感器；12-2、红外光束；12-3、气缸一；12-4、调节推板；13、夹具存储台；14、预先焊缝；15、第一密封区；16、第二密封区。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

一种燃料电池膜电极密封组件1，包括在质子交换膜两面涂覆催化剂层1-2-1后形成的催化电极层1-2、两张分别置于两催化剂层1-2-1上的扩散层1-3，催化电极层1-2和两张扩散层1-3构成燃料电池的核心组件-膜电极。

在本密封组件中，在膜电极的两侧分别覆盖具有高熔点、高阻隔性的PEN材料制成的密封边框1-1，密封边框1-1的正中心处均设有供扩散层1-3非涂覆面裸露在外的通槽口1-1-1，在本膜电极密封组件1中，通槽口1-1-1的面积小于扩散层1-3的面积，扩散层1-3外周边端与通槽口1-1-1边端之间的距离均为1-2mm，在本实施例中具体为1mm，以便密封边框1-1覆盖于扩散层1-3上时可以实现对扩散层1-3的覆盖限位，且催化电极层1-2以及密封边框1-1上靠近四个角端位置处均设有4个位置对应且同轴的限位通孔1-4，以便实现催化电极层1-2与密封边框1-1之间的位置关系固定，进而使膜电极密封组件1层与层之间的位置关系固定，同时密封边框1-1与膜电极接触的一面均涂覆有熔点100℃以下的胶面层1-1-2，例如热敏胶等。

如图1所示，本膜电极密封组件1从下至上依次为第一张密封边框1-1、置于第一张密封边框1-1上并与通槽口1-1-1同中心放置的扩散层1-3、催化电极层1-2、置于催化电极层1-2中心位置处的第二张扩散层1-3以及第二张密封边框1-1，两张密封边框1-1之间的胶面层1-1-2可以实现五者合一时的初步限位。

一种燃料电池膜电极密封组件的连续封装用设备，包括机架体3以及Plc系统，plc系统内设置有计时程序模块；如图2和4所示，机架体3上设有传送机构，沿传送机构的进料端至出料端的传送方向，依次设置有膜电极密封组件叠加限位区、膜电极密封组件1焊接区、对膜电极密封组件1作用的辊压冷固区6、以及处于膜电极密封组件1焊接区出料端与辊压冷固区6之间的夹具存储台13。

膜电极密封组件叠加限位区内包括多组实现扩散层1-3精准放置的扩散层辅助放置用限位机构5以及控制夹具2传送区域的位置调节机构12，在本实施例中，扩散层辅助放置用限位机构5为两组。

膜电极密封组件1焊接区包括对膜电极密封组件1焊接的激光焊接设备、超声波线性扫描焊接设备、有对传送中的夹具2焊接时作用的连接辅助定位机构10、以及对膜电极密封组件1方位进行识别的、并与plc系统电路信号连接的、进而控制激光焊接设备、超声波线性扫描焊接设备、连接辅助定位机构10工作时序的识别传感器控制组件，膜电极密封组件1焊接区内还设有保护气通入机构。

上述机构、设备、组件的具体设置如下：

传送机构，主要包括设置在机架体3上的传送带4以及实现传送带4传送的驱动电机，传送带4的两端分别为进料端和出料端，如图2或4所示。

扩散层辅助放置用限位机构5，如图2-4所示，包括转动设置在机架体3上并沿传送带4传送方向置于其两侧的连接板5-1，机架体3上设有与连接板5-1表面铰接的气缸二5-6，即连接板5-1通过气缸二5-6的控制实现翻转，两个连接板5-1底部均设有可与夹具2抵触的定位板5-2，定位板5-2底部与传送带4表面之间的距离为1.5cm，避免定位板5-2与传送带4直接接触产生两者的磨损；连接板5-1顶部均设有半框通槽5-3，当两个连接板5-1均平行于传送带4时，两个半框通槽5-3共同构成一个供扩散层1-3通过的限位缺口5-4，并且，扩散层通过时，限位缺口5-4的内壁周边与扩散层1-3的外周边水平距离为0.3mm，以便扩散层1-3的顺利通过，同时连接板5-1上沿限位缺口5-4的内周壁处均设有向靠近传送带4方向沿伸的延伸壁5-5，以实现对通过限位缺口5-4处的扩散层1-3的下落支撑作用，延伸壁5-5的底部与夹具2的定位柱2-2上端表面之间相距1cm，避免对夹具2传送产生抵触，使其不能处于限位缺口5-4的正下方；当连接板5-1平行于传送带4时，连接板5-1的上端表面与夹具2上端表面之间相距3cm，即扩散层1-3的整体下落距离为3cm，较小的下落距离保证扩散层1-3快速落于夹具2上，同时减小下落过程中为的偏移现象；与此同时，在机架体3上沿传送带4的传送方向，位于连接板5-1的前工位处均设有对夹具2识别的位置传感器5-7，位置传感器5-7、气缸二5-6均与plc系统电路信号连接。

夹具2传送过程中，被位置传感器5-7识别后，识别信号被传递至plc系统中，plc系统提供预先设定的程序得到指令即实现与该位置传感器5-7相邻的气缸二5-6的工作，使两连接板5-1翻转至均与传送带4平行，夹具2与定位板5-2抵触后停止继续前进，其上载有的膜电极密封组件1之一的密封边框1-1处于与限位缺口5-4同中心位置处，工作人员可以将扩散层1-3从限位缺口5-4处落下，使扩散层1-3在很短时间内顺利覆于密封边框1-1上，plc系统程序指令5S后，气缸二5-6带动连接板5-1翻转远离传送带4，夹具2继续在传送带4作用下向前传送。

位置调节机构12，如图2和4所示，位置调节机构12包括设置在传送带4表面的、并位于传送带4进料端与膜电极密封组件1焊接区之间的、由光栅传感器12-1发射的两道平行的红外光束12-2，两道红外光束12-2之间构成对夹具2作用的限位区；机架体3上位于传送带4进料端的两侧处，均设有由气缸一12-3驱动的、与红外光束12-2平行的、并对夹具2推动的调节推板12-4；气缸一12-3、光栅传感器12-1均与plc系统电路信号连接。

工作人员通过两条平行的红外光束12-2，尽量将夹具2放置于红外光束12-2之间的限位区内，若夹具2在起始传送时不处于限位区内，即会与红外光束12-2有重合，此时光栅传感器12-1将信号传递至plc系统，plc系统通过程序指令控制气缸一12-3工作，实现调节推板12-4的伸缩运动，调节推板12-4的伸缩过程与夹具2抵触，直至将夹具2完全推送于限位区内后，气缸一12-3停止工作；从而保证夹具2在进料端就严格处于限位区中，保持在限位区内的持续传送；同时，plc系统内也可以接入与光栅传感器12-1电路信号连接的报警器，在夹具2的继续传送过程中，若出现偏离限位区与红外光束12-2重合时，报警器报警给出警告，工作人员可以及时修正。

激光焊接设备，如图4和6所示，采用市场上可以实现微小功率调节的塑料激光焊接设备，主要包括激光焊接头7以及控制激光焊接头7X/Y/Z轴方向运动的驱动台(图中未显示)，同时，沿传送带4的传送方向，激光焊接设备上位于激光焊接头7的前工位处设有与plc系统电路信号连接的第四传感器7-1，用以感应膜电极密封组件1中裸露在外的扩散层1-3，扩散层1-3的感应手段可以通过第四传感器7-1与扩散层1-3之间距离调试得到距离数值范围输入plc程序中；当夹具2传送至膜电极密封组件1焊接区内后，第四传感器7-1感应到扩散层1-3，plc系统指令激光焊接头7按照程序路径实现对膜电极密封组件1中距离扩散层1-3外周边端所设定的尺寸范围形成一圈预先焊缝14，在本实施例中，激光焊接头7的焊接功率设定为0.1W，焊接温度可达到300℃。

超声波线性扫描焊接设备，如图4和7和8所示，在本发明中，超声波线性扫描焊接设备主要包括两组对膜电极密封组件1焊接的焊接头，分别为针对膜电极密封组件1尺寸所定制的焊头组一8和焊头组二9以实现对第一密封区以及第二密封区的完全焊接，焊头组一8包括长条形焊接头一8-1以及设置在长条形焊接头一8-1两端的方形焊接头一8-2，焊头组二9包括长条形焊接头二9-1以及设置在长条形焊接头二9-1两端的方形焊接头二9-2，超声波线性扫描焊接设备中也设有分别控制焊头组一8、焊头组二9X/Y/Z方向移动的X-Y-Z驱动台，同时长条形焊接头一8-1可以另设置小型X-Y-Z驱动台，使其沿两个方形焊接头一8-2做单独的上下滑移运动，同理，长条形焊接头二9-1也可沿两个方形焊接头二9-2做上下滑移运动；在本实施例中，焊接头与待焊接的膜电极密封组件接触的面可以设置为圆弧面，从而使其与待焊接膜电极密封组接触时为线与面接触，从而在保证对膜电极密封组件顺利超声焊接的同时减少两者的相对摩擦。

与此同时，长条形焊接头8-1沿其厚度的两侧分别设有对扩散层1-3识别从而控制焊头组一8工作的第一传感器8-3和第二传感器8-4，第一传感器8-3、第二传感器8-4的间距均可以实现调节，使用前，需使第一传感器8-3到长条形焊接头一8-1的距离相加、第二传感器8-4到长条形焊接头一8-1的距离相加，均等于第一密封区15的宽度，如图8所示，15L与8-3L、8-4L的距离相等；方形焊接头二9-2上设有第三传感器9-3，支撑板2-1上表面长度方向的侧棱处并远离膜电极组件处并延其长度方向阵列设有四个与第三传感器9-3信号连接的接收器2-3，如图9所示；第一传感器8-3、第二传感器8-4均可以采用距离传感器，通过本设备使用前的调试确定多层结构的膜电极中扩散层与传感器中信号接收器的距离，从而获知扩散层的“到来”与“离开”的信号。

第一传感器8-3、第二传感器8-4、第三传感器9-3，激光焊接设备内的第四传感器7-1以及接收器2-3构成识别传感器控制组件，识别传感器控制组件均与plc系统电路信号连接，并通过plc系统中的程序写入控制焊接运动。

在超声波线性扫描焊接设备对膜电极密封组件1的焊接工艺中，控制焊接头对膜电极密封组件1的压力为0.1MPa，振动频率为25kHz，温度处于200℃左右，从而熔化密封边框1-1内的胶面层1-1-2，并在此压力作用下实现膜电极密封组件1的封装。

连接辅助定位机构10设置于传送带内部同时位于膜电极密封组件焊接区处(传送带4包括由上层传送带和下层传动带组成的传动回路，连接辅助定位机构位于膜电极密封组件1焊接区处的上层传送带和下层传动带之间)，如图5所示，连接辅助定位机构10包括两根互相平行且分别由两个电机一10-2控制转动的滑杆10-4，所述滑杆10-4上均滑移连接有滑块10-5，所述滑块10-5远离滑杆10-4的一端均固定连接有对夹具2吸附的电磁支撑座10-1，两个电磁支撑座10-1相对设置并处于同一高度水平面内，同时两个电磁支撑座10-1分别螺纹连接在两根与滑杆10-4平行的螺杆10-6上，两根螺杆10-6则分别由两个电机二10-3控制转动，同时，两个电机二10-3则分别与电机一10-2固定连接；即电机一10-2可以控制滑杆10-4、滑块10-5、电磁支撑座10-1以及电机二10-3的整体转动，电机二10-3则控制电磁支撑座10-1沿螺杆10-6的直线滑移运动；在本实施例中，电磁支撑座10-1设置为两块，同时电磁支撑座10-1内均设有与plc系统电路信号连接的压力传感器(图中未表示出)，电机一10-2、电机二10-3也均与plc系统电路信号连接，根据程序控制电磁支撑座10-1的方位以及工作状态；在本设备刚启动状态下，应有一个电磁支撑座10-1处于与传送带4水平状态下以等待夹具2的到来，其他电磁支撑座10-1则处于与传送带4垂直状态，便于处于水平状态的电磁支撑座10-1与夹具2吸附后顺利沿传送带4传送方向同步运动；由于两个或者多个电磁支撑座10-1均处于同一水平高度位置处，同时交错设置，即实现一电磁支撑座10-1吸附一夹具2的一一对应定位传送工作。

保护气通入机构，如图4所示，主要包括设置在膜电极密封组件1焊接区内位于传送带4传送方向的两侧的出气长管11，出气长管11上沿其长度方向阵列设有多个出气孔，出气长管11均通过气管密封贯穿机架体3后与氮气瓶连接。

辊压冷固区6，如图2或4所示，包括一对转动设置在机架体3上，并与传送带4相通的供膜电极密封组件1传送并贯穿的转动式柔性浮辊6-1，转动式柔性浮辊6-1可以选择橡胶等材料制成，同时机架体内部设置可以控制两转动式柔性浮辊升降或者转动的驱动件，例如液压缸、驱动电机等，以便供膜电极密封组件传送至两转动式柔性浮辊6-1之间，同时转动式柔性浮辊6-1分别与膜电极密封组件1上表面、下表面相切，转动式柔性浮辊6-1内均通过水管6-2与冷却水箱6-3循环连接，即完成焊接的膜电极组件可以置于辊压冷固区6的传送带4上，之后通过传送带4的传送至两转动式柔性浮辊6-1之间，两转动式柔性浮辊6-1对膜电极密封组件1的辊压以及传送过程实现对其的冷却，加强封装效果。

夹具存储台13，如图2或4所示，设置在辊压冷固区6与膜电极密封组件1焊接区出料端之间，其内部也有储水腔，通过水管6-2与冷却水箱6-3连通，实现储水腔内冷却水的循环使用，便于对置于夹具存储台13上的夹具2水冷，以便等待下一次的使用，冷却水箱6-3内冷却水的水温为15℃。

在本实施例中，机架体3上位于膜电极密封组件1焊接区的进料端和出料端处均设有将膜电极密封组件1焊接区封闭的电动升降门3-1，如图2所示，用以在焊接过程中关闭，起到一定的保护作用；同时机架体3靠近膜电极密封组件1焊接区处，以及电动升降门3-1内均设有隔音棉(图中未表示出)，工作区的噪音污染。

一种采用本实施例中连续封装用设备的膜电极密封组件1的封装工艺，本工艺采用一个定制夹具2，如图6所示，夹具2包括支撑板2-1，以及分布在靠近支撑板2-1四个角端处的定位柱2-2，对本实施例中膜电极密封组件1的密封工艺包括以下步骤：

S1，将夹具2放置在传送带4的进料端处进行传送，在位置调节机构12的作用下，夹具2可以被推送至两条红外光束12-2构成的限位区内保持传送。

S2，传送过程中，工作人员利用限位通孔1-4结构，将第一张密封边框1-1的四个限位通孔1-4分别贯穿于夹具2的定位柱2-2上，实现第一张密封边框1-1在夹具2中的定位，此时使第一张密封边框1-1的胶面层1-1-2朝上。

S3，当机架体3上沿传送带4传送方向的第一个位置传感器5-7感应到夹具2后，plc系统控制第一组扩散层辅助放置用限位机构5中气缸二5-6工作，使两个连接板5-1均翻转至与传送带4平行，此时定位板5-2与传送带4垂直，当夹具2传送至与定位板5-2抵触后，夹具2将无法随传送带4的传送而继续前进，此时工作人员从两个连接板5-1的半框通槽5-3所构成的限位缺口5-4处，将扩散层1-3水平落下，扩散层1-3即垂直落于第一密封边框1-1的中心位置处(此处允许有0.3-0.5mm的误差)，此时第一张扩散层1-3涂覆面朝上；plc系统内计时程序控制在夹具2与定位板5-2抵触开始5S后，气缸二5-6带动连接板5-1翻转远离传送带4处，实现夹具2的继续传送。

S4，对完成S3后继续传送的夹具2，工作人员再次利用限位通孔1-4结构，将催化电极层1-2的四个限位通孔1-4分别贯穿于夹具2的定位柱2-2上，实现催化电极层1-2在夹具2中的定位，此时催化电极层1-2中的催化剂层1-2-1也处于扩散层1-3的中间位置处。

S5，完成S4的夹具2继续传送，当再次遇到位置传感器5-7时，plc系统控制第二组扩散层辅助放置用限位机构5中气缸二5-6工作，重复S3动作，使第二张扩散层1-3置于催化电极的中心位置处，之后连接板5-1撤离，夹具2继续传送。

S6，完成S5后，重复S1动作，将第二张密封边框1-1的胶面层1-1-2覆盖于第二张扩散层1-3的非涂覆面上，完成五者的叠加以及限位，形成膜电极密封组件1。

S7，完成S6后，夹具2在传送带4的继续传送下进入膜电极密封组件1焊接区，处于膜电极密封组件1焊接区内的电磁支撑座10-1在受到来自夹具2的压力后，实现对夹具2的电磁吸附，之后并随夹具2的传送而滑移，形成对夹具2的支撑以及局部限位。

S8，S7的继续传送过程中，当激光焊接头7上的第四传感器7-1感应到扩散层1-3时，激光焊接设备实现对膜电极密封组件1的激光焊接，激光焊接头7在预设定的程序下，快速绕扩散层1-3外周边3mm处一圈，即形成一圈预先焊缝14，激光焊接头7的焊接功率为0.1W；与此同时，膜电极密封组件1焊接区进料端和出料端的电动升降门3-1均下降关闭，并且与氮气瓶连通的出气长管11不断向膜电极密封组件1焊接区内供入保护气，氮气输出流量控制为20L/min，压力为0.3Mpa，如图6所示。

S9，完成S8的激光焊接头7移动至原位等待，该夹具2继续被传送，当超声波线性扫描焊接设备中焊头组一8中第一传感器8-3感应到膜电极密封组件1中裸露在外的扩散层1-3时，PLC系统接收到来自第一传感器8-3发出的信号后则触发下一个程序指令动作，即plc系统控制焊头组一8下降开始对膜电极密封组件1第一密封区15内进行接触式焊接，当PLC系统中的第一传感器8-3和第二传感器8-4均消失，则表明第一传感器8-3和第二传感器8-4均显示未感应到扩散层1-3，此时plc系统中的程序指令焊头组一8结束对膜电极密封组件1的焊接，及焊头组上升远离膜电极密封组件，如图7所示。

S10，完成S9的夹具2继续传送，当超声波线性扫描焊接设备中焊头组二9中第三传感器9-3接受到夹具2上第一个接收器2-3时，焊头组二9开始对膜电极密封电极扫描式焊接，当接收到第二个接收器2-3时，长条形焊接头二9-1上升远离膜电极密封组件1，两个方形焊接头二9-2继续对膜电极密封组件1焊接，当接收到第三个接收器2-3的信号时，长条形焊接头二9-1再次下降实现对膜电极密封组件1的焊接，当接收到第四个接收器2-3的信号时，焊头组二9全部结束对膜电极密封组件1的焊接，此时已完成对膜电极密封组件1第二密封区16的超声波扫描式焊接，如图9所示，与此同时，电磁支撑座10-1撤销对夹具2的吸附，并在电机一10-2控制下转动90°后，反向传送至膜电极密封组件1焊接区的进料端处等待，同时膜电极密封组件1焊接区出料端的电动升降门3-1开启，如图2所示。

超声波线性扫描焊接中，焊接头对膜电极密封组件1的压力为0.05MPa。

S11，夹具2带动完成焊接的膜电极密封组件1落于夹具存储台13上，工作人员将膜电极密封组件1从夹具2上取下，并置于辊压冷固区6的传送带4上，膜电极密封组件1被传送至两个转动式柔性浮辊6-1处，在转动式柔性浮辊6-1的辊压传送过程中，实现对其冷却固化，加强密封效果，同时处于夹具存储台13的夹具2也在冷却水箱6-3的循环冷却水作用下得到冷却，等待再次使用。

S12，将完成S10的膜电极密封组件1收集。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (10)

1.一种燃料电池膜电极密封组件，所述膜电极密封组件从下至上依次为第一张密封边框(1-1)、第一张扩散层(1-3)、催化电极层(1-2)、第二张扩散层(1-3)以及第二张密封边框(1-1)；其特征在于：

第一张密封边框(1-1)和第二张密封边框(1-1)的中间位置均设有通槽口(1-1-1)，所述第一张扩散层(1-3)、催化电极层(1-2)和第二张扩散层(1-3)与所述通槽口(1-1-1)同心放置；

所述第一张扩散层(1-3)和第二张扩散层(1-3)的面积大于通槽口(1-1-1)的面积，所述第一张密封边框(1-1)上、并与第一张扩散层(1-3)接触的一面，第二张密封边框(1-1)上、并与第二张扩散层(1-3)接触的一面均涂覆有胶面层(1-1-2)；

所述催化电极层(1-2)、第一张密封边框(1-1)和第二张密封边框(1-1)上靠近角端位置处均设有多个位置互相对应且同轴的限位通孔(1-4)。

2.根据权利要求1所述的一种燃料电池膜电极密封组件，其特征在于：所述扩散层(1-3)外边端与通槽口(1-1-1)边端之间的距离均为1-2mm。

3.一种权利要求1-2任一项所述的燃料电池膜电极密封组件的封装工艺，其特征在于：所述膜电极密封组件(1)定位于夹具(2)中，所述夹具(2)包括支撑板(2-1)，以及分布在靠近支撑板(2-1)四个角端处的定位柱(2-2)，所述工艺包括以下步骤：

S1，利用限位通孔(1-4)结构，将第一张密封边框(1-1)置于夹具(2)中，所述第一张密封边框(1-1)的胶面层(1-1-2)朝上，之后将第一张扩散层(1-3)的非涂覆面覆盖于第一张密封边框(1-1)胶面层(1-1-2)的正中间处；

S2，利用限位通孔(1-4)结构，将催化电极层(1-2)置于夹具(2)中并覆盖于第一张扩散层(1-3)涂覆面上；

S3，将第二张扩散层(1-3)的涂覆面覆盖于催化电极层(1-2)的正中间处，之后再次利用限位通孔(1-4)结构，将第二张密封边框(1-1)的胶面层(1-1-2)覆盖于第二张扩散层(1-3)的非涂覆面上，完成五者的叠加以及限位，形成膜电极密封组件(1)；

S4，采用激光焊接工艺对膜电极密封组件(1)进行焊接，焊接头沿扩散层(1-3)外周边端3-5mm处进行焊接，形成一圈预先焊缝(14)；

S5，采用超声波线性扫描焊接工艺，对完成S4的膜电极密封组件(1)中，扩散层(1-3)与密封边框(1-1)的叠加位置处进行扫描式超声焊接，形成扩散层(1-3)处的第一密封区(15)；

S6，继续采用超声波线性扫描焊接工艺，对区域一和区域二之间的区域进行第二次扫描式超声焊接，形成第二密封区(16)；所述区域一为由各限位通孔(1-4)直线相连后，所构成的封闭圈内的区域，所述区域二为第一密封区(15)；

S7，将完成S6的膜电极密封组件(1)进行冷固处理，完成对膜电极密封组件(1)的封装。

4.根据权利要求3所述的一种燃料电池膜电极密封组件的封装工艺，其特征在于：S5和S6超声波线性扫描焊接工艺中，焊接头对膜电极密封组件(1)的压力为0.05-0.2Mpa，振动频率为15-40kHz。

5.根据权利要求3所述的一种燃料电池膜电极密封组件的封装工艺，其特征在于：S4激光焊接工艺中，激光功率参数为0.1-0.3W。

6.根据权利要求3所述的一种燃料电池膜电极密封组件的封装工艺，其特征在于：S4-S6激光焊接工艺和超声波线性扫描焊接工艺中，焊接工艺均在氮气保护下进行，所述氮气输出流量为15-30L/min，压力为0.2-0.5Mpa。

7.根据权利要求3所述的一种燃料电池膜电极密封组件的封装工艺，其特征在于：S7中所述冷固处理采用冷却水对膜电极密封组件(1)进行冷却处理，所述冷却水的水温为10-20℃。

8.一种实现权利要求3-7任一项燃料电池膜电极封装工艺的连续封装用设备，包括机架体(3)以及Plc系统，其特征在于：所述机架体(3)上设有传送机构，沿所述传送机构的进料端至出料端的传送方向，依次设有膜电极密封组件叠加限位区、膜电极密封组件焊接区、以及对膜电极密封组件(1)作用的辊压冷固区(6)；

所述膜电极密封组件叠加限位区内包括实现扩散层(1-3)精准放置的扩散层辅助放置用限位机构(5)；

所述膜电极密封组件焊接区内包括对膜电极密封组件(1)焊接的激光焊接设备、超声波线性扫描焊接设备，以及分布于传送带(4)传送方向两侧的氮气输入机构。

9.根据权利要求8所述的一种膜电极封装工艺的连续封装用设备，其特征在于：所述超声波线性扫描焊接设备沿传送带(4)的传送方向依次设有对第一密封区(15)焊接的焊头组一(8)、对第二密封区(16)焊接的焊头组二(9)，所述焊头组一(8)包括长条形焊接头一(8-1)以及设置在长条形焊接头一(8-1)两端的方形焊接头一(8-2)，所述焊头组二(9)包括长条形焊接头二(9-1)以及设置在长条形焊接头二(9-1)两端的方形焊接头二(9-2)，所述长条形焊接头二可沿对应的两个方形焊接头二做上下滑移运动。

10.根据权利要求9所述的一种膜电极封装工艺的连续封装用设备，其特征在于：所述长条形焊接头一的一端(8-1)沿厚度方向的两侧分别设有第一传感器(8-3)和第二传感器(8-4)，所述第一传感器(8-3)到长条形焊接头一(8-1)的直线距离、第二传感器(8-4)到长条形焊接头一(8-1)的直线距离，均等于第一密封区(15)的宽度；

所述方形焊接头二(9-2)上设有第三传感器(9-3)，所述夹具(2)上沿长度方向阵列设有四个与第三传感器(9-3)信号连接的接收器(2-3)；

所述激光焊接设备包括激光焊接头(7)，所述激光焊接头(7)上沿传送带(4)传送方向位于激光焊接头(7)的前工位处，设有第四传感器(7-1)；

所述第一传感器(8-3)、第二传感器(8-4)、第三传感器(9-3)、第四传感器(7-1)以及接收器(2-3)构成识别传感器控制组件，所述识别传感器控制组件均与plc系统电路信号连接。

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