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国玉科技金属双极板焊接解决方案

金属板电堆具有比功率密度高、结构强度高、低温自启动能力强、量产工艺工序少易于批产、量产成本低等优势,是主流车企的共同选择。金属双极板主要加工工序包括冲压、焊接、涂层等。焊接是一种高效率低成本的金属板连接方式,关系到电堆的密封安全、寿命与可靠性及成本等方面。但在燃料电池领域的焊接要求显著高于传统行业,需要进行针对性的装备与工艺开发。

国玉科技是我国生产金属双极板加工设备的激光公司之一,自2016年至今历经6年燃料电池金属双极板焊接装备与工艺开发和生产实践,具备全体系自主知识产权和丰富的各类材质、各种板型焊接加工和工程技术服务能力。近日,国玉科技成功开发出第二代金属双极板自动激光焊接装备,通过定制化的软件控制系统升级,结合高精度工装治具设计和国际一流的激光器应用,在焊接金属双极板的密封性、平整度、生产效率、成品率、工艺稳定性等方面进一步提升,焊接效果可以与国际上任一款相关设备媲美。

国玉科技金属双极板焊接解决方案
氢燃料电池金属双极板焊接设备

金属双极板焊接的主要工艺指标

一、 双极板的密封性
密封性是金属双极板焊接的首要目的,良好的薄板气密性同时也是金属板较石墨板的优势之一。焊接双极板如果出现外漏或窜漏,甚至是微量的渗漏,都会对电池的性能和安全性造成不利影响。目前燃料电池实际运行过程的操作压力通常在0-150kPag范围内??悸巧杓迫哂?,众为氢能的金属焊接双极板在500kPag压力下5min后,未发现气体泄漏,显示出极佳的密封效果。


二、 焊接双极板尺寸
金属极板受结构设计、基材、成型等因素影响,通?;嵊幸欢ǖ牟杏嘤α?,这会造成单极板的翘曲。通过激光焊接对金属板形成整平效果,同时避免焊接高温造成额外的应力进而影响双极板的平整度,是对焊接工艺的主要考验。高平整度的双极板是高可靠性电堆的基础,同时也利于提升电池性能和单池一致性。众为氢能的金属焊接双极板总体厚度≤单极板厚度之和,厚度公差<±1%,定位公差<0.01mm。


三、 焊缝影响


在为双极板提供密封能力的同时,也要避免焊缝对双极板功能产生不利影响。

  1. 焊缝宽度
    随着电堆比功率密度要求的不断提升,燃料电池操作电流密度不断增大,相应的流道尺寸向细密化、异型化方向发展。电流密度增大,需要双极板增加焊接面积提升导电能力,流场区增加焊缝成为必然;流道细密化,则双极板之间的接触面积不断减小,接触点的宽度只有零点几毫米;流道异型化,则双极板之间的接触由传统的直线(直流道间的接触)变成点阵。如何快速在流场区焊接相互隔离的点阵,成为行业的新挑战。目前众为氢能已经完全解决了点阵的快速焊接问题,同时焊缝宽度控制在≤0.1mm,在提升双极板导电能力的同时保证了成品率。
  2. 焊缝深度
    当前的金属板基材厚度通常在0.1mm左右,后续将进一步减至0.07mm甚至更薄。焊缝过浅,则焊接的密封性难以保证;焊缝过深则容易对双极板造成烧蚀。针对0.1mm厚基材,众为氢能的焊缝深度为0.16±0.01mm,可在?;に宀皇芩鹗У耐比繁C芊庑?。
  3. 厚度减薄
    激光焊接会造成一定程度的双极板厚度减薄,严重时会影响密封性能与可靠性。众为氢能的焊缝处减薄<10%。
  4. 焊接强度
    双极板之间的焊接强度对密封性能和长期运行的可靠性有重要影响。众为氢能的焊缝处结合强度≥600 MPa。

四、 生产效率与成本
产能与成本,是衡量一项量产技术的重要指标。第四代装备焊接速度可到1.5m/s,大大提升了生产效率;焊接成品率≥99.8%,量产阶段全成本可控制在5元/片。

未来,国玉科技将致力于燃料电池金属板焊接装备与工艺的不断升级,以及金属板电堆相关自动化装备与工艺开发,为国产燃料电池电堆的产业化推进不断贡献力量。

进一步了解燃料电池金属板电堆焊接设备:http://www.moustt.com/jinshuhanjie/4060.html

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