一种氢燃料电池电堆活化测试自动化装置及其工作方法与流程

1.本发明涉及氢燃料电池技术领域，具体涉及一种氢燃料电池电堆活化测试自动化装置及其工作方法。


背景技术：

2.氢燃料电池系统是一种将氢气燃料的化学能转换为电能的发电装置，因其反应产物是水，具有高效、清洁的特点，所以氢能是实现碳达峰、碳中和最有利的支撑。近年来氢能及氢燃料电池已经在交通运输、工业和建筑产业中取得成绩，中国在氢燃料电池研发方面步入了高速发展阶段。
3.在氢燃料电池系统中，燃料电池电堆是其最重要的零部件，它是一种将反应物的化学能转化为电能的装置，能量转化是通过将氢气、空气和水这三种物质通入电堆进行化学反应，从而将化学能转化为电能，所以在电堆产品检测中，往往会对电堆通入氢气、空气和水，对电堆进行活化处理。
4.在目前的实际应用中，都是人工搬运、安装电堆，导致在运输过程中存在损坏风险且效率低下，另外，检测装置过于简单没有形成规范，检测过程中也常常因为活化条件不满足或不充分，导致检测结果受到影响，出现检测数据可靠性低、一致性差的情况。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明提供了一种氢燃料电池电堆活化测试自动化装置，目的在于，提供一种集成化、自动化高的氢燃料电池电堆活化测试自动化装置，减少检测过程中的人为因素干扰，并通过实时监控检测反应并根据反馈数据调整测试参数，来保证活化条件充分有效，得到可靠性高，一致性好的检测结果。
6.为达上述目的，本发明采用了如下技术方案，一种氢燃料电池电堆活化测试自动化装置，所述自动化装置包括活化测试控制模块，还包括自动运输上料模块、电堆固定放置模块、电堆测试工作台和上位机；
7.所述自动运输上料模块包括三个不同方向的运动模组和一个控制单元；
8.所述电堆固定放置模块具有多层结构，用于同时放置多个电堆；
9.电堆测试工作台设置在自动运输上料模块和活化测试控制模块之间；
10.所述活化测试控制模块包括进气组件、出气组件和控制柜；
11.所述上位机控制自动运输上料模块将电堆固定放置模块放置在电堆测试工作台上，活化测试控制模块对电堆固定放置模块中的电堆进行电堆活化测试。
12.进一步的，所述自动运输上料模块包括第一运动模组、第二运动模组和第三运动模组；
13.所述第一运动模组包括滑轨、滚轮、外部齿轮链条和电机，电机驱动外部齿轮链条带动滚轮沿滑轨运动；
14.所述第二运动模组包括第一导轨安装座、第一电机以及第一导轨丝杆模组，第一
导轨丝杆模组安装在第一导轨安装座上，滚轮安装在第一导轨安装座下方，第一电机安装在第一导轨丝杆模组上，通过第一电机驱动第一导轨丝杆模组上的滑块在两根滑轨之间往复运动；
15.所述第三运动模组包括第二导轨安装座、第二电机以及第二导轨丝杆模组，第二导轨安装座的一端连接第一导轨丝杆模组上的滑块，另一端连接第二导轨丝杆模组，第二电机安装在第二导轨丝杆模组上，通过第二电机驱动第二导轨丝杆模组上的滑块在竖直方向上做升降运动。
16.进一步的，自动运输上料模块的三个运动模组的指定位置都设置有位置传感器，每个运动模组达到指定位置时都会触发位置传感器信号。
17.进一步的，所述自动运输上料模块还包括电堆托座，电堆托座固定在第二导轨丝杆模组的滑块上。
18.进一步的，所述电堆固定放置模块包括电堆绝缘座、第一电堆托板、托板支柱以及第二电堆托板，电堆绝缘座固定连接在第一电堆托板下方，四个托板支柱的一端固定连接在第一电堆托板上方，另一端可拆卸的连接在第二电堆托板下方。
19.进一步的，所述活化测试控制模块的进气组件包括进气分配块、进气管024以及电堆分配进气歧管；
20.所述活化测试控制模块的出气组件包括出气分配块、出气管以及电堆分配出气歧管。
21.进一步的，所述活化测试控制模块的控制柜包括柜体和设置在柜体内的控制器、电磁阀组、流量计、信息反馈单元。
22.进一步的，活化测试控制模块还包括导轨滑板、导轨和电机，电机驱动导轨滑板沿导轨运动。
23.进一步的，电堆上设置有两个分配腔，分别用于与电堆分配进气歧管和电堆分配出气歧管连接，用于为活化测试提供气体和回收气体。
24.本发明还提供了一种基于上述氢燃料电池电堆活化测试自动化装置的工作方法，所述工作方法包括：
25.通过上位机界面控制，下达测试指令，命令反馈到自动运输上料模块的控制单元，控制单元下达指令，将电堆固定放置模块放置在电堆测试工作台上，上料工作完成；
26.自动运输上料模块完成上料工作后，反馈信号给上位机，测试工位测试人员将活化测试控制模块与电堆连接，开始进行测试工位操作控制，通过上位机发送指令给活化测试控制模块的控制柜，控制柜控制测试参数，且控制柜实时反馈信号和检测数据给上位机
27.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
28.(1)通过将氢燃料电池电堆活化测试自动化装置的结构与控制系统集成化，在活化测试过程中，自动运输上料模块完全替代人工搬运，减少人为因素干扰，运输过程安全准确；具有多层结构的电堆固定放置模块可同时固定多个电堆，在一个测试工位可同时完成多个电堆的活法测试，提高工作效率；活化测试控制模块的控制器可精确控制测试参数，信息反馈单元可实时反馈检测数据，从而根据反馈信息调整不同工况下的数据变化，使活化条件满足且充分，提高电堆活化检测数据可靠性、一致性。
29.(2)通过设置自动运输上料模块，使生产现场的电堆运输规范性提升、操作简单、
效率提高，且安全性增加。
30.(3)通过在生产现场布置多个测试工位，每个测试工位设置一个电堆测试工作台，在每个电堆测试工作台后设置一个活化测试控制模块，在每个电堆测试工作台前铺设滑轨，自动运输上料模块可分别为每个测试工位运输待测电堆，能够进行快速实现自动化作业，多个测试工位共用一个自动运输上料模块，有利于生产线布局，极大提高生产效率。
31.本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。
附图说明
32.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
33.图1示出了本发明实施例氢燃料电池电堆活化测试自动化装置的立体图；
34.图2示出了本发明实施例自动运输上料模块的立体图；
35.图3示出了本发明实施例电堆固定放置模块的立体图；
36.图4示出了本发明实施例活化测试控制模块的立体图；
37.图5示出了本发明实施例氢燃料电池电堆活化测试自动化装置的工作方法逻辑图。
38.图中：01、自动运输上料模块；02、电堆固定放置模块；03、活化测试控制模块；04、电堆测试工作台；05、电堆；06、分配腔；001、滑轨；002、滚轮；003、第一导轨安装座；004、第一电机；005、第一导轨丝杆模组；006、第二导轨安装座；007、第二导轨丝杆模组；008、手摇杆；009、第二电机；010、电堆托座；011、定位销；012、电堆绝缘座；013、第一电堆托板；014、第一托板把手；015、托板支柱；016、第二电堆托板；017、第二托板把手；018、出气分配块；019、出气管；020、电堆分配出气歧管；021、控制柜；022、电堆分配进气歧管；023、穿板接头、024、进气管；025、进气分配块；026、导轨滑板；027、导轨。
具体实施方式
39.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
40.如图1-4所示，本发明实施例提出了一种氢燃料电池电堆活化测试自动化装置，所述自动化装置包括活化测试控制模块03、自动运输上料模块01、电堆固定放置模块02、电堆测试工作台04和上位机；
41.所述自动运输上料模块01包括三个不同方向的运动模组和一个控制单元，以实现多个维度的运动，用以将料检区域的电堆05运输至测试工位；
42.所述电堆固定放置模块02具有多层结构，用于同时放置多个电堆；
43.电堆测试工作台04设置在自动运输上料模块01和活化测试控制模块03之间；
44.所述活化测试控制模块03包括进气组件、出气组件和控制柜021；
45.所述上位机控制自动运输上料模块01将电堆固定放置模块02放置在电堆测试工作台04上，活化测试控制模块03对电堆固定放置模块02中的电堆05进行电堆活化测试。
46.上位机控制自动运输上料模块01和活化测试控制模块03完成上料和电堆活化测试。
47.自动运输上料模块01用以运输电堆固定放置模块02，将电堆固定放置模块02放置在电堆测试工作台04上；
48.固定有电堆的电堆固定放置模块02放置在电堆测试工作台04上后，活化测试控制模块03对电堆进行活化测试。
49.自动运输上料模块01的控制单元用于控制三个运动模组按指定要求运动；
50.第一运动模组包括滑轨001、滚轮002、外部齿轮链条和电机，电机驱动外部齿轮链条带动滚轮002沿滑轨001上运动；
51.第二运动模组包括第一导轨安装座003、第一电机004以及第一导轨丝杆模组005，第一导轨丝杆模组005安装在第一导轨安装座003上，滚轮002安装在第一导轨安装座003下方，第一电机004安装在第一导轨丝杆模组005上，通过第一电机004驱动第一导轨丝杆模组005上的滑块在两根滑轨001之间往复运动；
52.第三运动模组包括第二导轨安装座006、第二电机009以及第二导轨丝杆模组007，第二导轨安装座006的一端连接第一导轨丝杆模组005上的滑块，另一端连接第二导轨丝杆模组007，第二电机009安装在第二导轨丝杆模组007上，通过第二电机009驱动第二导轨丝杆模组007上的滑块在竖直方向上做升降运动。
53.进一步的，第三运动模组还可以包括手摇杆008，手摇杆008也可以驱动第二导轨丝杆模组007上的滑块在竖直方向上做升降运动，当第二电机009发生故障时，手摇杆008可以起到替代作用。
54.具体的，第一导轨丝杆模组005和第二导轨丝杆模组007均包括导轨、丝杆、轴承、滑块、限位块、联轴器。
55.进一步的，导轨丝杆模组中的滑块为接触式设计，具有更大的负载能力，刚性更强，且具有很好的运行精度，使控制精度满足设计要求。
56.自动运输上料模块01的三个运动模组的指定位置都设置有位置传感器，每个运动模组达到指定位置时都会触发位置传感器信号。
57.自动运输上料模块01还包括电堆托座010，电堆托座010固定在第二导轨丝杆模组007的滑块上。
58.为了使运输过程中，电堆固定放置模块02更加稳定，在电堆托座010上设置定位销011，防止在运输过程中，电堆固定装置发生晃动，甚至脱落。
59.通过设置自动运输上料模块01，替代人工搬运，使生产现场的电堆运输规范性提升、操作简单、效率提高，且安全性增加。生产下线的电堆通过电堆固定放置模块02固定后，放置在料检区域，自动运输上料模块01收到上料任务指令后，开始动作，通过料检区域地面铺设的底层滑轨001和外部齿轮链条提供的动力，开始运动，将电堆固定放置模块02送至指定的测试工位。
60.电堆固定放置模块02具有多层结构，具体层数可根据实际生产需求进行适应性设计。
61.优选的，电堆固定放置模块02具有双层结构，此种情况下：电堆固定放置模块02包括电堆绝缘座012、第一电堆托板013、第一托板把手014、托板支柱015、第二电堆托板016以及第二托板把手017，电堆绝缘座012固定连接在第一电堆托板013下方，四个托板支柱015的一端固定连接在第一电堆托板013上方，另一端可拆卸的连接在第二电堆托板016下方。第一电堆托板013和第二电堆托板016两侧均设置有托板扳手，便于搬运。电堆固定放置模块02设计成双层结构可同时容纳两个电堆，提高检测效率。
62.为了使电堆05在电堆托板上更加稳定，第一电堆托板013和第二电堆托板016上均设置有定位销，防止电堆在搬运过程中发生位移。
63.活化测试控制模块03的进气组件包括进气分配块025、进气管024以及电堆分配进气歧管022。
64.活化测试控制模块03的出气组件包括出气分配块018、出气管019以及电堆分配出气歧管020。
65.活化测试控制模块03的控制柜021包括柜体和设置在柜体内的控制器、电磁阀组、流量计、信息反馈单元，能实现在不同工况条件下改变和调节氢气、空气、水的参数，可精准控制测试条件并完成数据反馈。
66.氢气、空气、水通过进气分配块025和三条进气管023分别进入控制柜021内，经控制柜021调控后，经由电堆分配进气歧管022进入电堆。电堆进行活化测试后，反应之后的氢气、空气、水通过电堆分配出气歧管020进入控制柜021内，经由三条出气管019和出气分配块018完成气液回收。
67.电堆分配歧管均通过穿板接头022与控制柜021的柜体连接。
68.电堆分配进气歧管022和电堆分配出气歧管020上歧管的数量根据单次进行活化测试的电堆的数量来确定。
69.优选的，当电堆固定放置模块02具有双层结构可同时两个电堆时，每根电堆分配歧管上都设置有两根歧管，以同时给两个电堆提供气体和回收气体。
70.活化测试控制模块03固定设置在电堆测试工作台04旁，当固定有电堆的电堆固定放置模块02放置在电堆测试工作台04上后，活化测试控制模块03可对电堆进行活化测试。
71.每一个电堆05上都设置有两个分配腔06，分别用于与电堆分配进气歧管022和电堆分配出气歧管020连接，用于为活化测试提供气体和回收气体。
72.活化测试控制模块03还包括导轨滑板026、导轨027和电机，电机驱动导轨滑板026沿导轨027运动，便于将电堆分配歧管与电堆固定连接。
73.如图5所示，本发明实施例氢燃料电池电堆活化测试自动化装置的工作方法如下：
74.通过上位机界面控制，下达测试指令，命令反馈到自动运输上料模块01的控制单元，控制单元下达指令，启动齿轮链条电机驱动，待自动运输上料模块01到达指定位置并触发位置传感器信号，位置传感器反馈到达信号至控制单元，控制单元发送信号给第一电机004并启动，待电堆到达工作台上方，到达指定位置并触发位置传感器信号，位置传感器反馈到达信号至控制单元，控制单元发送信号给第二电机009，电堆托座010向下运动，将电堆固定放置模块02放置在电堆测试工作台04上，与此同时触发位置传感器信号，位置传感器
反馈到达信号至控制单元，上料工作完成，自动运输上料模块01将返回原点或进行下一工作任务。
75.自动运输上料模块01完成上料工作后，反馈信号给上位机，测试工位测试人员将电堆分配进气歧管022和电堆分配出气歧管020分别与电堆05上对应的分配腔06固定连接，开始进行测试工位操作控制，通过上位机发送指令给活化测试控制模块03的控制柜021，控制器控制测试参数，可精准控制测试条件并通过信息反馈单元实时反馈信号和检测数据给上位机。
76.通过将氢燃料电池电堆活化测试自动化装置的结构与控制系统集成化，在活化测试过程中，自动运输上料模块01完全替代人工搬运，减少人为因素干扰，运输过程安全准确；具有多层结构的电堆固定放置模块02可同时固定多个电堆，在一个测试工位可同时完成多个电堆的活法测试，提高工作效率；活化测试控制模块03的控制器可精确控制测试参数，信息反馈单元可实时反馈检测数据，从而根据反馈信息调整不同工况下的数据变化，使活化条件满足且充分，提高电堆活化检测数据可靠性、一致性。
77.如需实现批量活化检测，可在生产现场布置多个测试工位，每个测试工位设置一个电堆测试工作台04，在每个电堆测试工作台04后设置一个活化测试控制模块03，在每个电堆测试工作台04前铺设滑轨001，自动运输上料模块01可分别为每个测试工位运输待测电堆，能够进行快速实现自动化作业，多个测试工位共用一个自动运输上料模块01，有利于生产线布局，极大提高生产效率。
78.尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

技术特征：
1.一种氢燃料电池电堆活化测试自动化装置，所述自动化装置包括活化测试控制模块(03)，其特征在于，还包括自动运输上料模块(01)、电堆固定放置模块(02)、电堆测试工作台(04)和上位机；所述自动运输上料模块(01)包括三个不同方向的运动模组和一个控制单元；所述电堆固定放置模块(02)具有多层结构，用于同时放置多个电堆；所述电堆测试工作台(04)设置在自动运输上料模块(01)和活化测试控制模块03之间；所述活化测试控制模块(03)包括进气组件、出气组件和控制柜(021)；所述上位机控制自动运输上料模块(01)将电堆固定放置模块(02)放置在电堆测试工作台(04)上，活化测试控制模块(03)对电堆固定放置模块(02)中的电堆(05)进行电堆活化测试。2.如权利要求1所述的氢燃料电池电堆活化测试自动化装置，其特征在于，所述自动运输上料模块(01)包括第一运动模组、第二运动模组和第三运动模组；所述第一运动模组包括滑轨(001)、滚轮(002)、外部齿轮链条和电机，电机驱动外部齿轮链条带动滚轮(002)沿滑轨(001)运动；所述第二运动模组包括第一导轨安装座(003)、第一电机(004)以及第一导轨丝杆模组(005)，第一导轨丝杆模组(005)安装在第一导轨安装座(003)上，滚轮(002)安装在第一导轨安装座(003)下方，第一电机(004)安装在第一导轨丝杆模组(005)上，通过第一电机(004)驱动第一导轨丝杆模组(005)上的滑块在两根滑轨(001)之间往复运动；所述第三运动模组包括第二导轨安装座(006)、第二电机(009)以及第二导轨丝杆模组(007)，第二导轨安装座(006)的一端连接第一导轨丝杆模组(005)上的滑块，另一端连接第二导轨丝杆模组(007)，第二电机(009)安装在第二导轨丝杆模组(007)上，通过第二电机(009)驱动第二导轨丝杆模组(007)上的滑块在竖直方向上做升降运动。3.如权利要求1所述的氢燃料电池电堆活化测试自动化装置，其特征在于，自动运输上料模块(01)的三个运动模组的指定位置都设置有位置传感器，每个运动模组达到指定位置时都会触发位置传感器信号。4.如权利要求2所述的氢燃料电池电堆活化测试自动化装置，其特征在于，所述自动运输上料模块(01)还包括电堆托座(010)，电堆托座(010)固定在第二导轨丝杆模组(007)的滑块上。5.如权利要求1所述的氢燃料电池电堆活化测试自动化装置，其特征在于，所述电堆固定放置模块(02)包括电堆绝缘座(012)、第一电堆托板(013)、托板支柱(015)以及第二电堆托板(016)，电堆绝缘座(012)固定连接在第一电堆托板(013)下方，四个托板支柱(015)的一端固定连接在第一电堆托板(013)上方，另一端可拆卸的连接在第二电堆托板(016)下方。6.如权利要求1所述的氢燃料电池电堆活化测试自动化装置，其特征在于，所述活化测试控制模块(03)的进气组件包括进气分配块(025)、进气管(024)以及电堆分配进气歧管(022)；所述活化测试控制模块(03)的出气组件包括出气分配块(018)、出气管(019)以及电堆分配出气歧管(020)。7.如权利要求6所述的氢燃料电池电堆活化测试自动化装置，其特征在于，所述活化测
试控制模块(03)的控制柜(021)包括柜体和设置在柜体内的控制器、电磁阀组、流量计、信息反馈单元。8.如权利要求7所述的氢燃料电池电堆活化测试自动化装置，其特征在于，活化测试控制模块(03)还包括导轨滑板(026)、导轨(027)和电机，电机驱动导轨滑板(026)沿导轨(027)运动。9.如权利要求6所述的氢燃料电池电堆活化测试自动化装置，其特征在于，电堆(05)上设置有两个分配腔(06)，分别用于与电堆分配进气歧管(022)和电堆分配出气歧管(020)连接，用于为活化测试提供气体和回收气体。10.一种基于权利要求1-9任一项氢燃料电池电堆活化测试自动化装置的工作方法，其特征在于，所述工作方法包括：通过上位机界面控制，下达测试指令，命令反馈到自动运输上料模块(01)的控制单元，控制单元下达指令，将电堆固定放置模块(02)放置在电堆测试工作台(04)上，上料工作完成；自动运输上料模块(01)完成上料工作后，反馈信号给上位机，测试工位测试人员将活化测试控制模块(03)与电堆(05)连接，开始进行测试工位操作控制，通过上位机发送指令给活化测试控制模块(03)的控制柜(021)，控制柜(021)控制测试参数，且控制柜(021)实时反馈信号和检测数据给上位机。

技术总结
本发明涉及一种氢燃料电池电堆活化测试自动化装置，包括活化测试控制模块，还包括自动运输上料模块、电堆固定放置模块、电堆测试工作台和上位机；自动运输上料模块包括三个不同方向的运动模组和一个控制单元，电堆固定放置模块具有多层结构，用于同时放置多个电堆，活化测试控制模块包括进气组件、出气组件和控制柜，上位机控制自动运输上料模块和活化测试控制模块进行电堆活化测试，通过将氢燃料电池电堆活化测试自动化装置的结构与控制系统集成化，活化测试控制模块的控制器可精确控制测试参数，信息反馈单元可实时反馈检测数据，从而根据反馈信息调整不同工况下的数据变化，使活化条件满足且充分，提高电堆活化检测数据可靠性、一致性。一致性。一致性。


技术研发人员：刘犇 王中国 唐廷江 张凤姣 张明远
受保护的技术使用者：武汉雄韬氢雄燃料电池科技有限公司
技术研发日：2023.07.19
技术公布日：2023/10/7