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揭秘氢燃料电池激光焊接
材料来源:联赢激光           录入时间:2023/11/15 22:52:10

氢燃料电池汽车正驶入发展风口,以北京、上海、广东等示范城市群为基础,我国加快建立燃料电池汽车示范区,与此同时,围绕氢能“制—储—运—加—用”等环节的关键零部件技术链、产业链和创新链,国内各类企业均不断加大投资,推动氢燃料电池汽车产业链上下游的协同发展。北京冬奥会首次实现了氢燃料电池汽车在全球最大规模的集中示范运营,为推广氢燃料电池汽车创造了良好的“窗口效应”。

氢燃料电池技术的最大优势是续航里程高、加氢速度快,且氢是钢铁、化工、航空等行业所需要的,未来氢燃料电池不仅覆盖乘用车和商用车,还有无人机、船舶、轨道交通、电机发电等应用场景。

通常一个燃料电池单元所产生的电量不足1伏特,所以在应用时,需要将许多燃料电池单元并排叠加才能得到足够的电伏。因此,燃料电池由多个小单元体组成,每一个单元体由双极板和MEA为主要组成,通过激光把阴阳极板焊接在一起,形成双极板。

氢燃料电池焊接是一项非常费时的工艺,且完全密封焊接是基本要求,质量低的焊接会严重影响燃料电池的工作性能和使用寿命,甚至导致氢或其它液体泄漏。优化焊接工艺能够大大的降低氢燃料电池生产成本。

金属双极板激光焊接

双极板(简称BPP)主要作用为支撑MEA、提供氢气、氧气和冷却液流体通道并分隔氢气和氧气、收集电子、传导热量。常见的双极板材料有石墨、复合材料和金属。金属材料具有机械强度高、体相电导和热导优良,容易制成薄板并冲压加工成型的特点,其应用最为广泛。

金属双极板由两块冲压成形的金属单极板密封焊接而成,最常采用的材料为钛合金和不锈钢316L,经过冲压后,材料硬力聚集在内部,焊接时得到释放,易造成极板变形、流道焊穿、密封性差等问题。与此同时,金属双极板激光焊接会造成局部金属氧化物的生成,对于该区域的表面涂层性能造成影响,最终影响燃料电池的性能及寿命。

为解决上述系列难题,联赢激光在前期技术和工艺积累的基础上,通过在流道区域焊接(双极板流场有点状流场、平行直流道流场、交指形流道流场以及单通道蛇形流道流场等),杜绝变形等问题,保证两单极板之间的密封性,并将最低至0.05mm的超薄板变形降到最小,使整个氢燃料电池堆焊接变形得到有效的控制的同时,提高金属双极板的导电性能。

氢燃料电池双极板焊接线

工艺流程:机器人上料码盘-正反面检测-自动扫码-治具定位压紧-自动焊接-气密检测-打标-下料。

高速连续焊接的同时,实现最新结构金属双电极板精密焊接不变形、超长焊道、焊缝窄且均匀美观、焊接气密性优异。

如何提高焊接节拍和降低焊接产生的余高,让其余高尽可能的小正成为行业面临的新挑战,为提高产品的稳定性与市场竞争力,联赢激光在基于现有的技术上,展开自主夹具开发等,实现余高小于10um,且焊接效率提高至400mm/s甚至到1000mm/s,确保焊接过程高效稳定。

电堆扎带激光焊接

燃料电池电堆堆栈主要由端板、绝缘板、集流板、双极板、膜电极、紧固件、密封圈这七个部分组成。电堆小单元组件堆叠成子件后,经过预组装后压紧,再使用扎带张紧,通过激光焊接将张紧后的扎带焊接固定,进而达到一个稳定的效果。

不论是石墨电堆还是金属电堆,在压紧工序后都可以采用螺杆固定或者是扎带张紧激光焊接的方式进行固定。传统金属电堆和石墨电堆固定多采用螺杆固定,随着电堆“轻量化”发展的迫切需求,众多电堆行业企业逐步使用激光焊接大固定取代螺杆固定,激光焊接被认为未来张紧固定的主流方式。

针对电堆激光焊接,联赢激光开发了专用激光器和焊接摆动头,同时为适应市场需求还开发了各种适配于不同类型电堆扎带焊接的配置,如单模激光器、多模激光器以及环形激光器;单光纤出射头、单光纤摆动焊接头以及振镜焊接头等配置。

联赢激光电堆扎带焊接方案,在保证焊接拉力满足客户大于10KN的拉力情况下,焊接材料厚度可兼容0.5-2mm的扎带;且焊缝整洁美观,拉力测试时在母材上断裂,焊缝形貌完成,焊缝背面不能焊穿。

全自动智能化氢燃料电池电堆组装线

工艺流程:原材料扫描-自动堆叠-加压-捆扎固定-气密测试-输出电堆-测试;

整线设有多道气密检测、子电堆组装检测、电堆组装检查、裸堆检查,筛选不合格品,大大提高了生产直通率,减少人工返修频次,每道气密检测数据记录并可复查,包括不合格品测试信息溯源,柔性产线具备一键切换功能,选择任意产品配方即可换产。

转自:联赢激光

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