一种用于燃料电池活化测试的快速连接装置和方法
阅读说明：本技术 一种用于燃料电池活化测试的快速连接装置和方法 (Quick connection device and method for activation test of fuel cell ) 是由 高鹏 盛武林 于 2021-08-26 设计创作，主要内容包括：本发明属于燃料电池生产领域,公开了一种用于燃料电池活化测试的快速连接装置和方法。相对现有技术,能够加快电堆安装速度,减小测试装置占用的空间体积,还可以使活化测试的电堆安装准备时间和拆卸时间都得到缩短,提高测试装置的运行效率,降低燃料电池电堆的生产运行成本。(The invention belongs to the field of fuel cell production, and discloses a quick connection device and a quick connection method for a fuel cell activation test. Compared with the prior art, the fuel cell stack mounting device has the advantages that the stack mounting speed can be increased, the space volume occupied by the testing device is reduced, the stack mounting preparation time and the dismounting time of the activation test can be shortened, the operating efficiency of the testing device is improved, and the production and operation cost of the fuel cell stack is reduced.)
技术领域
本发明属于燃料电池生产领域，具体涉及一种用于燃料电池生产线上活化与测试工序中，被测电堆与活化测试台之间的气液管道快速连接结构和运行方法。
背景技术
当前，燃料电池处于快速发展阶段。特别是PEMFC类型燃料电池具有很大的应用前景和生产需求。燃料电池的生产过程具有活化和测试工序，需要将电堆连接到活化台上完成活化和测试。连接项目包括气液管道、电堆所需的电力输入输出电缆、电堆运行的检测和控制信号线缆与部件等，这些内容由具体电堆决定，但是具有共性的需求。
特别是进入工业化生产的电堆，都是根据工艺原理、功能和制造等技术特点和要求进行优化，电堆实际设计出的各种接口已经成组布置。例如，电气检测和控制联系、电力连接等，都是以成组的接头插件方式完成，流体管道的氢气、空气和冷却接头也是形成空间邻近状态。
在电堆的活化测试等环节，电堆运行需要氢气、空气和冷却液的输送，一般采用多条挠性管道，这些管道由具有一定的压力和保温加热控制等结构构成。工业化技术要求生产尽量快速和低成本进行，因此，改进被测电堆与测试台的安装与拆卸技术，降低安装难度和减少安装时间，减小测试的空间体积占用，提高自动化程度，势在必行。
目前尚未见到专门针对电堆活化测试的自动化安装的结构优化，检索到的名称或技术略有接近的专利如下：
CN100392900C和CN207501966U，采用压机将多个单电池压装在一起，但是两种技术是用于电堆单电池叠片组装阶段的快速测试，不是用于完整电堆的测试。CN110021772A和CN209860063U，主要用于装配阶段的生产线自动化装配和整体装配管理，涉及到装配类部件配合正确的气密性检测。上述都不是用于电堆的活化或者电力输出性能测试，更不是用于成品电堆的活化测试的流体管路快速安装与拆卸。
发明内容
现有管道是分散的、不成组、不具有成组联动的特性，电堆与测试台相互位置不直接与管道长度相关、管道随意弯折后连接到电堆、连接后管道的刚性是正常具有的、管道不是专属的、连续生产中，管道的连接不具有位置的继承性。
针对上述不足，本发明提供一种用于燃料电池活化测试的快速连接装置和方法，上述目的是通过以下技术方案实现的：
一种用于燃料电池活化测试的快速连接装置，包括电堆放置台、手动操纵手柄、气液连接口、塑胶的管节组，设置电推的气液连接口与电堆放置台的气液连接口相对，电堆气液接口R与测试台气液接口A相对，电堆气液接口L与测试台气液接口B相对，管节组A两端分别设有连接管接口A和连接管接口R，连接管接口A与测试台气液接口A连接，连接管接口R与电堆气液接口R连接，管节组B两端分别设有连接管接口B和连接管接口L，连接管接口B与测试台气液接口B连接，连接管接口L与电堆气液接口L连接，电堆放置台具有传送段托板，传送段托板表面带有滚动轮组，电堆在其表面水平移动。
进一步的，所述气液连接口设在电堆立面的两侧或电堆的同一个侧面或电堆下方。
进一步的，所述手动操纵手柄布置在电堆放置台上，包括传送段托板的前后位移手柄、传送段左右位移手柄、垂直定位手柄、接口R组密封手柄、接口L组密封手柄、接口B组位移手柄。
进一步的，所述管节组A一端连接到电堆气液接口R，另一端连接到测试台气液接口A，管节组A在连接件A的固定下便于统一微调修改位置；管节组B一端连接到电堆气液接口L，一端连接到测试台气液接口B，管节组B在连接件B的固定下便于统一微调修改位置。
进一步的，管节组A的各个管头上，具有对连接的液压紧固结构，测试台气液接口A具有接口A管凹槽，过盈配合的管节组A上具有液压传动管和液压膨胀紧固管，液压膨胀紧固管位置对应接口A管凹槽，管节组B结构与管节组A相同。
进一步的，管节组A的各个管头上，具有对管头的拉力紧固结构，管节组A上具有开环形状的弹簧紧固夹，弹簧紧固夹下部设有夹柄，管节组B的结构与管节组A相同。
一种用于燃料电池活化测试的快速连接方法，操作者面向电堆放置台，左侧是测试台的接口B组，右侧是测试台的接口A组，设定管口连接的接口R组对应接口A组，之间采用管节组A连接，接口B组对应接口L组，之间采用管节组B连接，电堆从传送带运输来，旋转方向正确，到达测试台的传送段托板，调整电堆平移，确认方位上接口R组对应不移动的接口A组，接口L组对应可以移动的接口B组，拆掉接口R组和L组的接头封口件，将封口件放置在指定配件盒内；
以下在测试台内的操作过程分安装、测试、拆卸三部分：
步骤S1安装环节：
对于首台待测电堆，采用上述预置的连接管，人工匹配完成连接，以后的测试自动沿用这些位置调节结果；
输送带将电堆传送到测试台可以移动的传送带托板上；调节传送段托板的前后位移手柄、传送段左右位移手柄、垂直定位手柄，完成垂直定位，压合电堆垂直定位手柄，将电堆固定到传送段托板上；拨动传送段左右位移手柄，电堆接口R组接口推向接口A组，调节管节组A位置，完成接口R组对接口A组定位；压合接口R组封闭手柄，完成接口R组对接口A组连接和密封；
控制接口B组位移手柄，移动接口B组带动管节组B移向接口L组，调节管节组B与接口L组对接；压合接口L组封闭手柄，完成接口L组对接口B组连接和密封，完成管节组A和管节组B的连接和密封。
步骤S2测试环节：
根据具体测试工艺要求，按照使用者规定进行。
步骤S3拆卸环节：
松开接口L组密封手柄，解除接口L组对接口B组的闭合；控制接口B组位移手柄，移动接口B组带动管节组离开接口L组；
松开接口R组密封手柄，解除接口R组对接口A组闭合；拨动传送段左右位移手柄，电堆接口R组接口离开接口A组，解除接口R组对接口A组的闭合；
取出放置在配件盒内的封口件，还原封闭接口L组和接口R组的接头管口；
松开垂直定位手柄，垂直定位器离开电堆底部安装孔，电堆在传送段托板上移动；电堆经过传送带托板移动到输送带上，电堆推回传送带系统，完成整个测试工序环节。
进一步的，步骤S1中管节组A和管节组B的连接和密封具体为：管节组A插在测试台气液接口A上，按动接口R组密封手柄后，液压传动管对液压膨胀紧固管输入液压，挤压管节组A，形成在接口A管凹槽位置的紧固，完成管节定位和密封，管节组B的定位和密封与上述管节组A相同。
进一步的，步骤S1中管节组A和管节组B的连接和密封具体为：按动接口R组密封手柄后，拉力传送管对夹柄拉力付拉力点产生拉力，夹柄的夹柄间距变化，传递到弹簧夹，对管头的压紧力发生变化，形成在接口A管凹槽位置的紧固，完成管节定位和密封，管节组B的定位和密封与上述管节组A相同。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
本发明相对现有技术，提高自动化程度，减小测试装置占用的空间体积，降低设备投入，使活化测试的电堆安装准备时间和拆卸时间都得到缩短，从而降低生产运行成本。
测试台管路直接设计在电堆气液接口附近，不需要绕电堆的长气液管道，其有益结果是相对于常规的挠性连接，管道短，散热少；本发明以成组的操作改进分散的单个管路操作，使连接和拆卸简单，操作动作少、耗时少，连接工作流体的管道长度和整套装置的占用空间都可以大幅度减少。
本发明还避免了绕至测试台的另外一端操作，可以使操作定点在小范围内，有利于单人完成操作，降低双人操作的必要性，并容易将之转化为自动化操作。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是常规技术示意图；
图2是电堆的气液接口在电堆两侧对面的连接方式示意图；
图3是电堆的气液接口在电堆同侧的连接方式示意图；
图4是电堆的气液接口在电堆的下方的连接方式示意图；
图5是管节组A连接测试台和电堆的局部(左)及其爆炸(右)示意图；
图6是图3中接口局部连接方式的原理A示意图；
图7是图3中接口局部连接方式的原理B示意图；
图中：1.测试台，2.接口A组，3.测试台气液接口A，4.连接管接口A，5.连接管A，6.接口B组，7.测试台气液接口B，8.连接管接口B，9.连接管B，10.接口L组，11.连接管接口L，12.电堆气液接口L，13.电堆放置台，14.电堆，15.接口R组，16.电堆气液接口R，17.连接管接口R，18.传送段托板，19.配件盒，20.接口R组密封手柄，21.传送段左右位移手柄，22.传送段前后位移手柄，23.垂直定位手柄，24.接口L组密封手柄，25.接口B组位移手柄，26.管节组A，27.管节组B，28.吊装点，29.弹簧紧固夹，30.夹柄，31.夹柄拉力付拉力点，32.拉力传送管，33.夹柄间距，34.接口A管凹槽，35.连接件A，36.连接件B，37.液压传动管，38.液压膨胀紧固管。
具体实施方式
下面通过具体实施例详述本发明，但不限制本发明的保护范围。如无特殊说明，本发明所采用的实验方法均为常规方法，所用实验器材、材料、试剂等均可从商业途径获得。
对于连续化生产的待测电堆，测试的气液管路具有一定的柔性，如增强的耐压耐热塑胶管道或金属波纹管，可以包括多层结构，最内是具有一定温度的工艺流体管道层，中间是加热控温层，最外是保温层。加热控温层采用电加热控温，或液体循环控温。特别是对于大功率电堆，如100kw以上的电堆，由于本发明使得连接管路大幅度缩短，优选地仅保留工艺流体管道层，和最外的保温层，取消中间的加热控温层。
实施例1
参见图2。
待测电堆14的气液接口在电堆立面的两侧，为表述方便，相对命名为接口L组10和接口R组15，包括氢气进出和空气进出、冷却剂的进出。
电堆14从传送带运输来，旋转方向正确后，到达测试台1的传送段托板18，调整电堆14平移，确认方位上接口R组15对应不移动的接口A组2，接口L组10对应可以移动的接口B组6。拆掉接口L组10和R组15的接头封口件，将封口件放置在指定配件盒19内。
以下在测试台内的操作过程分安装、测试、拆卸，共3部分。
1)安装环节：
对于首台待测电堆，采用预置的连接管，人工匹配完成连接，以后的测试自动沿用这些位置调节结果。
手动操纵手柄布置在电堆放置台13上，包括传送段托板18的前后位移手柄22、传送段左右位移手柄21、垂直定位手柄23、接口R组密封手柄20、接口L组密封手柄24、接口B组位移手柄25。
输送带将电堆14传送到测试台1可以移动的传送带托板18上；调节传送段托板18的前后位移手柄22、传送段左右位移手柄21，将电堆14输送到初步调节位置的垂直定位器上方，垂直定位器受垂直定位手柄23的控制，上下移动，垂直定位器与电堆14底部安装孔定位，数量为至少2个，完成垂直定位，压合电堆垂直定位手柄23，将电堆14固定到传送段托板18上；拨动传送段左右位移手柄21，电堆14的接口R组15接口推向接口A组2，调节管节组A26的位置，完成接口R组15对接口A组2；压合接口R组封闭手柄20，完成接口R组15对接口A组2的连接和密封。
控制接口B组位移手柄25，移动接口B组6带动管节组B27移向接口L组10，调节管节组B27与接口L组10对接；压合接口L组封闭手柄24，完成接口L组10对接口B组6的连接和密封。
管节组A26和管节组B27的连接与密封有以下两种方式：
方式一：管节组A26的各个管头上，具有对连接的液压紧固结构。测试台气液接口A3与管节组A26相对是内管，具有接口A管凹槽34。连接时，管节组A26插在测试台气液接口A3上，过盈配合的管节组A26上具有液压传动管37和液压膨胀紧固管38，液压膨胀紧固管38位置对应接口A管凹槽34。接口R组密封手柄20按动后，液压传动管37对液压膨胀紧固管38输入液压，挤压管节组A26，形成在接口A管凹槽34位置的紧固，完成管节定位和密封。管节组B27的定位和密封与上述管节组A26相同。
方式二：管节组管头的紧固采用的另外一种方法是采用拉力传送管方式。管节组A26的各个管头上，具有对管头的拉力紧固结构。管头上具有弹簧紧固夹29，弹簧紧固夹29是开环，开环具有夹柄30。接口R组密封手柄20按动后，拉力传送管32对夹柄拉力付拉力点31产生拉力，夹柄30的夹柄间距33变化，传递到弹簧夹29，对管头的压紧力发生变化，形成在接口A管凹槽34位置的紧固，完成管节定位和密封。管节组B27的定位和密封与上述管节组A26相同。
根据具体电堆技术，可能有少量其它流体管路、部件等连接操作，此处不做详述。
进行通讯和电力插接件等所有电堆测试连接，完成电堆测试的全部连接。
2)测试环节：
根据具体测试工艺要求，按照使用者规定进行，测试运行环节包括电气安全监测、控制自检、流体测漏、清扫、活化、性能测试等全部或部分；以及，包括系统性能测试完成收尾的气体压力解除、电力电压消除、降温、排水、吹扫等结束状态操作。这些过程不在本发明技术范围内，不做详述。
3)拆卸环节：
与安装相反，先拆卸通讯、电力插接件等流体管路之外的所有电堆测试连接。
根据具体电堆技术，可能有少量其它流体管路、部件等连接需要拆除，此处不做详述。
松开接口L组密封手柄24，解除接口L组10对接口B组6的闭合；控制接口B组位移手柄25，移动接口B组6带动管节组B27离开接口L组10。
松开接口R组密封手柄20，解除接口R组15对接口A组2闭合；拨动传送段左右位移手柄21，电堆14接口R组15接口离开接口A组2，解除接口R组15对接口A组2的闭合。
取出放置在配件盒19内的封口件，还原封闭接口L组10和接口R15组的接头管口。
松开垂直定位手柄23，垂直定位器离开电堆14底部安装孔，电堆14可以在传送段托板18上移动；电堆14经过传送带托板18移动到输送带上，电堆14可以推回传送带系统，完成整个测试工序环节。
实施例2
参见图3。
本方案针对待测电堆的气液接口在同一个侧面的情况。对应地，可以移动的接口B组6在不移动的接口A组2邻近、电堆14的同侧，管节组A26和管节组B27分别连接在接口A组2和接口B组6，开口向待测电堆14方向，即图示的左方向。
与参考实施例1相似，首台测试需要人工调节接口位置，以后的测试沿用这些位置调节结果。
手动操纵手柄布置在测试台的电堆放置台13之外的区域，如图中所示，位于操作者的右手高于电堆放置台13低于人眼高度的正面板面近处。
其它操作与实施例1相同。
实施例3
参考图4。
本方案针对待测电堆的气液接口在电堆的下方的情况。
与参考实施例1相似，首台测试需要人工调节接口位置，以后的测试沿用这些位置调节结果。
参考实施例2，手动操纵手柄布置在测试台的放置台13之外的区域。
测试台的流体接口接口A组2和接口B组6设置在电堆放置台13上，管节组A26和管节组B27分别连接在接口A组2和接口B组6，开口向上方。
电堆14到达测试的位置后，调节传送段托板18上的垂直定位手柄23与电堆14底部安装孔或其它可以框定电堆水平位置的边缘、边角定位，数量为至少2个，完成垂直定位，传送段托板18上升到第二位置，电堆14固定到传送段托板18上；电堆14做平面位置调整，调节接口A组2上的管节组A26对准接口R组15，调节接口B组6上的管节组B27对准接口L组10。
其它操作与实施例1方法相同。
对比例1
参见图1，常规活化中，电堆14一般放置在测试台1的一个端头电堆放置台13上，并且测试台1与电堆14连接的气液进出管道，即接口A组2和接口B组6，大多是设置成与测试台的相同的一个端面上，根据具体电堆结构，一般是把管道绕到电堆的相对两侧，如接口A组2连接到接口R组15，接口B组6连接到接口L组10，连接管道，如其中的连接管5、连接管9等多条管道很长，管道的刚性和弯曲形变对管道的保温和耐用性也带来不利影响，增加了安装的难度和对预留空间的要求。尤其是对于大功率电堆，如100kw以上的电堆，管道直径比较大，单个管道长度甚至超过2米，这种管道带来的问题是刚性、重量以及占用空间大，管道还需要伴热，安装费时费力。
以上所述实施方式仅为本发明的优选实施例，而并非本发明可行实施的全部实施例。对于本领域一般技术人员而言，在不背离本发明原理和精神的前提下对其所作出的任何显而易见的改动，都应当被认为包含在本发明的权利要求保护范围之内。
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