氢燃料电池膜电极护边手动压合工装的制作方法

1.本实用新型属于燃料电池生产设备技术领域，具体地说，本实用新型涉及一种氢燃料电池膜电极护边手动压合工装。


背景技术：

2.当前，质子交换膜燃料电池受到越来越多的关注，其具有运行稳定、环境友好等优点。膜电极作为燃料电池电堆最核心零部件之一，是燃料电池电化学反应的基本单元，占电堆总成本的50％及以上。膜电极的设计和制备首先要遵循电池电化学反应的基本原理和特性，并且与电池最终的使用条件相结合来综合考虑。膜电极主要由质子交换膜、催化剂层、气体扩散层以及护边“七合一结构”组成，护边可以提高有效面积外的膜的强度，并稳定质子膜的外形尺寸，合理的护边设计及制备工艺可以极大的提升膜电极的可靠性与运行稳定性。
3.现有技术中，在产品先期样件制作或新产品验证时，通常采用热敏胶或压敏胶材料进行护边的制作。使用热敏胶制作护边的方法需要热压机进行辅助加热加压，设备投入大；而压敏材料在面式压合时易带入大量的气泡，影响膜电极机械稳定性及密封可靠性，降低了成品合格率。


技术实现要素：

4.本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本实用新型提供一种氢燃料电池膜电极护边手动压合工装，目的是提高成品合格率。
5.为了解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是：氢燃料电池膜电极护边手动压合工装，包括底座、设置于底座上的下压板、设置于下压板上且用于与第一护边接触的第一衬垫、与下压板相配合进行压合的上压板和设置于上压板上且用于与第二护边接触的第二衬垫，第一衬垫和第二衬垫为软质胶垫，下压板上设置用于抽真空的第一气腔，上压板上设置用于抽真空的第二气腔，第一衬垫上设置与第一气腔连通的第一透气孔，第二衬垫上设置与第二气腔连通的第二透气孔。
6.所述底座上设置用于抽真空的第三气腔，第三气腔与所述第一气腔连通。
7.所述下压板上设置与所述第一气腔和所述第一透气孔连通的第一气道，第一气道位于第一气腔和第一透气孔之间，所述上压板上设置与所述第二气腔和所述第二透气孔连通的第二气道，第二气道位于第二气腔和第二透气孔之间。
8.所述下压板上设置用于支撑膜电极的有效区域的支撑板。
9.所述底座上设置用于对护边进行定位的角撑板，角撑板设置多个且所有角撑板分布在所述下压板的外侧四周。
10.所述上压板与所述下压板通过转轴转动连接，两个相对设置的所述角撑板上设置让转轴插入的孔。
11.所述角撑板共设置四个，四个角撑板呈矩形分布。
12.所述上压板上设置用于在上料时对护边进行定位的护边限位块。
13.所述第一衬垫和第二衬垫采用硅胶垫支撑，第一衬垫与所述下压板粘接连接，第二衬垫与所述上压板粘接连接。
14.所述上压板上设置有用于封闭所述第二气腔的气腔上盖板，气腔上盖板通过粘结胶与上压板固定连接。
15.本实用新型的氢燃料电池膜电极护边手动压合工装，不需要热压机进行加热加压，简化了工艺流程、节省成本，可以实现护边精确定位，提高成品合格率；在压合过程中，软质胶垫可以补偿上下压板因加工误差而形成的缝隙，从而减少气泡的产生，结合的更加紧实；同时工装特定的开合机构可以对护边逐步施压，将过程中产生的气泡及时挤出。工装操作简单，使用方便。
附图说明
16.图1是膜电极护边手动压合工装爆炸图；
17.图2是压合工装闭合时轴测图；
18.图3是压合工装60度展开轴测图；
19.图4是压合工装120度展开轴测图；
20.图5是压合工装完全展开状态时轴测图；
21.图6是压合工装完全展开状态时左视图；
22.图7是压合工装闭合时正视图；
23.图8是压合工装闭合时左视图；
24.图9是压合工装闭合时俯视图；
25.图10是气腔上盖板轴测图；
26.图11是上压板顶部轴测图；
27.图12是上压板底部轴测图；
28.图13是上胶垫轴测图；
29.图14是膜电极示意图；
30.图15是下胶垫轴测图；
31.图16是上压板顶部轴测图；
32.图17是下压板底部轴测图；
33.图18是膜电极有效区域支撑板轴测图；
34.图19是底座轴测图；
35.图20是角撑板轴测图；
36.图21是焊接手柄轴测图；
37.图22是转轴销轴测图；
38.图23是转轴转动副结构示意图；
39.上述图中的标记均为：1、底座；2、角撑板；3、螺栓；4、下压板；5、支撑板；6、第一衬垫；7、膜电极；8、第二衬垫；9、手柄；10、上压板；11、气腔上盖板；12、转轴销；13、第二接头；14、第一接头；15、第二气腔；16、护边定位块；17、手柄焊接位；18、上压板气腔管螺纹；19、第二气槽；20、转轴；21、转轴销安装孔；22、第一气槽；23、电极有效区域支撑板枕位；24、第一
气腔；25、下压板连接螺纹孔；26、第三气腔；27、底座气腔管螺纹；28、角撑板安装位；29、角撑板连接螺纹孔；30、底座连接沉孔；31、角撑板连接通孔；32、转轴销配合孔；33、第二透气孔；34、第一透气孔。
具体实施方式
40.为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对本实用新型进行更加全面的描述，附图中给出了本实用新型的若干实施例，但是本实用新型可以通过不同的形式来实现，并不限于文本所描述的实施例，相反的，提供这些实施例是为了使对本实用新型公开的内容更加透彻全面。
41.需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上也可以存在居中的元件，当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件，本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”以及类似的表述只是为了说明的目的。
42.在下述的实施方式中，所述的“第一”、“第二”和“第三”并不代表结构和/或功能上的绝对区分关系，也不代表先后的执行顺序，而仅仅是为了描述的方便。
43.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常连接的含义相同，本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语知识为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型，本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
44.如图1至图23所示，本实用新型提供了一种氢燃料电池膜电极护边手动压合工装，包括底座1、设置于底座1上的下压板4、设置于下压板4上且用于与第一护边接触的第一衬垫7、与下压板4相配合进行压合的上压板10和设置于上压板10上且用于与第二护边接触的第二衬垫8，第一衬垫7和第二衬垫8为软质胶垫，下压板4上设置用于抽真空的第一气腔24，上压板10上设置用于抽真空的第二气腔15，第一衬垫7上设置与第一气腔24连通的第一透气孔34，第二衬垫8上设置与第二气腔15连通的第二透气孔33。
45.具体地说，如图1、图7和图19所示，底座1上开有用于抽真空的第三气腔26，下压板4的底部同样开用用于抽真空的第一气腔24，下压板4位于底座1的顶面上，底座1上设置的第三气腔26与下压板4上设置的第一气腔24相连保证气路连通。下压板4与底座1通过下压板4上的螺纹孔25以及底座1的沉头孔30进行螺栓连接，同时为了保证下压板4与底座1之间的气密性，下压板4与底座1之间涂密封胶或放置密封垫进行密封处理。底座1通过管螺纹27与第一接头连接，第一接头与第三气腔26连通，第一接头用于连接抽真空装置。为了保证工装的稳定性，底座1可以采用铸铁或不锈钢材质，使其具有一定的重量，在使用时不发生滑动，保证可靠性。下压板4可以采用铝合金或不锈钢材质。
46.如图1、图15和图16所示，在下压板4另一侧加工有第一气槽22，第一气槽22通过通孔与一侧的第一气腔24连接，保证气路的连通性。在下压板4上部铺有第一衬垫7，第一衬垫7上设置的第一透气孔34的位置与下方的第一气槽22的位置相对应，使得气流可以通过第一透气孔34传递。第一衬垫7与下压板4通过粘接胶固定。第一衬垫7与下压板4的粘结胶可以选用环氧树脂胶。第一气道和第一透气孔34设置多个，第一气道位于第一气腔24和第一透气孔34之间，第一透气孔34为在第一衬垫7上沿第一衬垫7的厚度方向贯穿设置的通孔。
47.如图1和图16所示，在下压板4上设置有电极有效区域支撑板枕位23，用于安装支撑板，支撑板可以支撑膜电极的有效区域，防止膜电极坍塌破坏，支撑板对上方放置在第一衬垫7上质子交换膜起到一定的保护作用。支撑板采用环氧树脂材料制作而成。下压板4的中心处设置容纳支撑板的容置孔，支撑板为矩形板，容置孔为矩形孔，所有第一气道分布在支撑板的外侧四周。
48.如图1、图19和图20所示，在底座1的四个直角处加工有角撑板安装位28，角撑板安装位28处安装有角撑板2，角撑板2一方面可以用于组成膜电极的第一护边定位，另一方面可以消除当工装闭合时避免因转轴晃动而引起的误差，保证两侧护边的定位精度。角撑板2与底座1通过螺栓固定连接，底座1上设置螺纹孔29，角撑板31上设置让螺栓穿过的通孔。底座1为矩形结构，角撑板2共设置四个，四个角撑板2分别设置在底座1的四个直角拐角处，角撑板2的顶面的高度大于底座1的顶面的高度且大于第一衬垫7的顶面的高度，角撑板2为l形结构，在将第一护边放置在第一衬垫7上后，四个角撑板2分布在第一护边的外侧四周。
49.如图1、图19和图20所示，在角撑板2开有用连接转轴销12的盲孔31，其与转轴销12之间为间隙配合。转轴销12另一头连接上压板10，转轴销12与上压板10为过盈配合。装配时，转轴销12先安装入上压板10上设置的转轴20后，再将角撑板2套入转轴销12，然后通过螺栓将角撑板2固定在底座1上。转轴销12采用45#钢，保证一定的耐磨性。
50.如图1和图12所示，上压板10与下压板4通过转轴20转动连接，转轴20的轴线与上压板10、下压板4和底座1的长度方向相平行，转轴20除了可以有用于完成转动动作外，还可实现当工装上压板10和下压板4处于完全展开时，工装上表面与工装下表面为平齐状态，即在同一平面内。如图5和图6所示，在工装处于完全展开状态时，底座1、气腔上盖板、上压板10和下压板4处于水平状态，第一衬垫7和第二衬垫8也处于水平状态，气腔上盖板位于上压板10的下方，气腔上盖板的底面与底座1的底面处于同一平面内，这样当处于完全展开状态的工装放在工作台上，就不会产生翘曲，稳定性好，可以保护铰链避免受力。
51.如图1和图11所示，在上压板10上同时也加工有护边限位块16，护边限位块16设置多个，所有护边限位块16分布在第二衬垫8的外侧，护边限位块16用于上料时对护边原材料进行定位，保证成品精度。同时通过焊接将手柄9安装到上压板10上，提高操作便利性。上压板10采用铝合金材质，降低质量提高操作便利性。
52.如图1和图11所示，上压板10的一侧加工有第二气腔15，在上压板10另一侧加工有第二气槽19，第二气槽19通过通孔与一侧的第二气腔15连接，保证气路的连通性。在上压板10上部铺有第二衬垫8，第二衬垫8上设置的第二透气孔33的位置与第二气槽19的位置相对应，使得气流可以通过第二透气孔33传递。第二衬垫8与上压板10通过粘接胶固定。第二衬垫8与上压板10的粘结胶可以选用环氧树脂胶。第二气道和第二透气孔33设置多个，第二气道位于第二气腔15和第二透气孔33之间，第二透气孔33为在第二衬垫8上沿第二衬垫8的厚度方向贯穿设置的通孔。在上压板10上固定设置有用于封闭第二气腔15的气腔上盖板，气腔上盖板通过粘结胶与上压板10固定连接，用于密封，保证第二气腔15内的气体不外漏。上压板10通过管螺纹13与第二接头连接，第二接头与第二气腔15连通，第二接头用于连接抽真空装置。上盖板可以采用铝合金或环氧树脂板制作，降低一定的重量，提高操作便利性。
53.如图7和图8所示，当工装处于完全闭合状态时，上压板10压在下压板4上，第一衬垫7、第二衬垫8以及第一护边、第二护边和质子交换膜夹在上压板10和下压板4之间，第一
护边、第二护边和质子交换膜夹在第一衬垫7和第二衬垫8之间。在工装闭合过程中，在压合过程中，软质胶垫可以补偿上压板10、下压板4因加工误差而形成的缝隙，从而减少气泡的产生，结合的更加紧实；特定的开合机构可以对第一护边和第二护边逐步施压，将过程中产生的气泡及时挤出。
54.采用压敏材质的薄膜作为第一护边和第二护边的材料，在工装上压板10和下压板4上附着有打满小孔的硅胶垫，硅胶垫的厚度设计为当工装压合时其处于合适的压缩状态，小孔与上压板10和下压板4的气腔相连，通过外部抽真空装置，在工作时硅胶垫上的小孔可以将护边原材料紧紧的吸附在硅胶垫上；上压板10和下压板4通过铰链连接，当工装处于打开状态时，工装上半部分与工装下半部分平齐，护边原材料放置面均为水平状态，通过底座1四周设置的角撑板2可以十分方便的将第一护边放置在第一衬垫7上。将第一护边和质子交换膜放置在第一衬垫7上，将第二护边放置在第二衬垫8上，通过对第一气腔24抽真空，第一气腔24内真空负压的产生，使得第一衬垫7能够吸附第一护边和质子交换膜；在上压板10翻转时，通过对第二气腔15抽真空，第二气腔15内真空负压的产生，使得第二衬垫8能够吸附第二护边，可以避免护边滑落及因摩擦力产生的滑移；当上压板10和下压板4之的间角度小于90
°
时，通过硅胶垫的压缩产生一定的弹性力，第一护边和第二护边开始贴合，弹性状态的硅胶垫一方面可以压缩产生弹性力，另一方面可以通过一定的变形弥补上压板10、下压板4平面误差产生的间隙，减少第一护边和第二护边之间气泡的产生。通过在上下压板逐步压合的过程中将气泡挤出，形成合格的成型护边。
55.当第一护边为阴极护边时，则第二护边为阳极护边；当第二护边为阴极护边时，则第一护边为阳极护边。第一护边与第二护边压合完成后，初步形成膜电极。
56.上面结合附图对本实用新型进行了示例性描述，显然本实用新型具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本实用新型的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本实用新型的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本实用新型的保护范围之内。

技术特征：
1.氢燃料电池膜电极护边手动压合工装，其特征在于：包括底座、设置于底座上的下压板、设置于下压板上且用于与第一护边接触的第一衬垫、与下压板相配合进行压合的上压板和设置于上压板上且用于与第二护边接触的第二衬垫，第一衬垫和第二衬垫为软质胶垫，下压板上设置用于抽真空的第一气腔，上压板上设置用于抽真空的第二气腔，第一衬垫上设置与第一气腔连通的第一透气孔，第二衬垫上设置与第二气腔连通的第二透气孔。2.根据权利要求1所述的氢燃料电池膜电极护边手动压合工装，其特征在于：所述底座上设置用于抽真空的第三气腔，第三气腔与所述第一气腔连通。3.根据权利要求1所述的氢燃料电池膜电极护边手动压合工装，其特征在于：所述下压板上设置与所述第一气腔和所述第一透气孔连通的第一气道，第一气道位于第一气腔和第一透气孔之间，所述上压板上设置与所述第二气腔和所述第二透气孔连通的第二气道，第二气道位于第二气腔和第二透气孔之间。4.根据权利要求1至3任一所述的氢燃料电池膜电极护边手动压合工装，其特征在于：所述下压板上设置用于支撑膜电极的有效区域的支撑板。5.根据权利要求1至3任一所述的氢燃料电池膜电极护边手动压合工装，其特征在于：所述底座上设置用于对护边进行定位的角撑板，角撑板设置多个且所有角撑板分布在所述下压板的外侧四周。6.根据权利要求5所述的氢燃料电池膜电极护边手动压合工装，其特征在于：所述上压板与所述下压板通过转轴转动连接，两个相对设置的所述角撑板上设置让转轴插入的孔。7.根据权利要求6所述的氢燃料电池膜电极护边手动压合工装，其特征在于：所述角撑板共设置四个，四个角撑板呈矩形分布。8.根据权利要求1至3任一所述的氢燃料电池膜电极护边手动压合工装，其特征在于：所述上压板上设置用于在上料时对护边进行定位的护边限位块。9.根据权利要求1至3任一所述的氢燃料电池膜电极护边手动压合工装，其特征在于：所述第一衬垫和第二衬垫采用硅胶垫支撑，第一衬垫与所述下压板粘接连接，第二衬垫与所述上压板粘接连接。10.根据权利要求1至3任一所述的氢燃料电池膜电极护边手动压合工装，其特征在于：所述上压板上设置有用于封闭所述第二气腔的气腔上盖板，气腔上盖板通过粘结胶与上压板固定连接。

技术总结
本实用新型公开了一种氢燃料电池膜电极护边手动压合工装，包括底座、设置于底座上的下压板、设置于下压板上且用于与膜电极接触的第一衬垫、与下压板相配合进行压合的上压板和设置于上压板上且用于与膜电极接触的第二衬垫，第一衬垫和第二衬垫为软质胶垫，下压板上设置用于抽真空的第一气腔，上压板上设置用于抽真空的第二气腔，第一衬垫和第二衬垫上设置透气孔。本实用新型的氢燃料电池膜电极护边手动压合工装，不需要热压机进行加热加压，简化了工艺流程、节省成本，可以实现护边精确定位，提高成品合格率；在压合过程中，软质胶垫可以补偿上下压板因加工误差而形成的缝隙，从而减少气泡的产生，结合的更加紧实。结合的更加紧实。结合的更加紧实。


技术研发人员：高冀 邓高明 潘立升 陶路路 周林
受保护的技术使用者：奇瑞商用车（安徽）有限公司
技术研发日：2023.01.12
技术公布日：2023/9/1