金屬板電堆具有比功率密度高、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高、低溫自啟動(dòng)能力強(qiáng)、量產(chǎn)工藝工序少易于批產(chǎn)、量產(chǎn)成本低等優(yōu)勢，是主流車企的共同選擇。金屬雙極板主要加工工序包括沖壓、焊接、涂層等。焊接是一種高效率低成本的金屬板連接方式，關(guān)系到電堆的密封安全、壽命與可靠性及成本等方面。但在燃料電池領(lǐng)域的焊接要求顯著高于傳統(tǒng)行業(yè)，需要進(jìn)行針對(duì)性的裝備與工藝開發(fā)。

國玉科技是我國生產(chǎn)金屬雙極板加工設(shè)備的激光公司之一，自2016年至今歷經(jīng)6年燃料電池金屬雙極板焊接裝備與工藝開發(fā)和生產(chǎn)實(shí)踐，具備全體系自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)和豐富的各類材質(zhì)、各種板型焊接加工和工程技術(shù)服務(wù)能力。近日，國玉科技成功開發(fā)出第二代金屬雙極板自動(dòng)激光焊接裝備，通過定制化的軟件控制系統(tǒng)升級(jí)，結(jié)合高精度工裝治具設(shè)計(jì)和國際一流的激光器應(yīng)用，在焊接金屬雙極板的密封性、平整度、生產(chǎn)效率、成品率、工藝穩(wěn)定性等方面進(jìn)一步提升，焊接效果可以與國際上任一款相關(guān)設(shè)備媲美。

金屬雙極板焊接的主要工藝指標(biāo)：

一、 雙極板的密封性
密封性是金屬雙極板焊接的首要目的，良好的薄板氣密性同時(shí)也是金屬板較石墨板的優(yōu)勢之一。焊接雙極板如果出現(xiàn)外漏或竄漏，甚至是微量的滲漏，都會(huì)對(duì)電池的性能和安全性造成不利影響。目前燃料電池實(shí)際運(yùn)行過程的操作壓力通常在0-150kPag范圍內(nèi)。考慮設(shè)計(jì)冗余，眾為氫能的金屬焊接雙極板在500kPag壓力下5min后，未發(fā)現(xiàn)氣體泄漏，顯示出極佳的密封效果。

二、 焊接雙極板尺寸
金屬極板受結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、基材、成型等因素影響，通常會(huì)有一定的殘余應(yīng)力，這會(huì)造成單極板的翹曲。通過激光焊接對(duì)金屬板形成整平效果，同時(shí)避免焊接高溫造成額外的應(yīng)力進(jìn)而影響雙極板的平整度，是對(duì)焊接工藝的主要考驗(yàn)。高平整度的雙極板是高可靠性電堆的基礎(chǔ)，同時(shí)也利于提升電池性能和單池一致性。眾為氫能的金屬焊接雙極板總體厚度≤單極板厚度之和，厚度公差<±1%，定位公差<0.01mm。

三、 焊縫影響

在為雙極板提供密封能力的同時(shí)，也要避免焊縫對(duì)雙極板功能產(chǎn)生不利影響。

1. 焊縫寬度
   隨著電堆比功率密度要求的不斷提升，燃料電池操作電流密度不斷增大，相應(yīng)的流道尺寸向細(xì)密化、異型化方向發(fā)展。電流密度增大，需要雙極板增加焊接面積提升導(dǎo)電能力，流場區(qū)增加焊縫成為必然；流道細(xì)密化，則雙極板之間的接觸面積不斷減小，接觸點(diǎn)的寬度只有零點(diǎn)幾毫米；流道異型化，則雙極板之間的接觸由傳統(tǒng)的直線（直流道間的接觸）變成點(diǎn)陣。如何快速在流場區(qū)焊接相互隔離的點(diǎn)陣，成為行業(yè)的新挑戰(zhàn)。目前眾為氫能已經(jīng)完全解決了點(diǎn)陣的快速焊接問題，同時(shí)焊縫寬度控制在≤0.1mm，在提升雙極板導(dǎo)電能力的同時(shí)保證了成品率。
2. 焊縫深度
   當(dāng)前的金屬板基材厚度通常在0.1mm左右，后續(xù)將進(jìn)一步減至0.07mm甚至更薄。焊縫過淺，則焊接的密封性難以保證；焊縫過深則容易對(duì)雙極板造成燒蝕。針對(duì)0.1mm厚基材，眾為氫能的焊縫深度為0.16±0.01mm，可在保護(hù)雙極板不受損失的同時(shí)確保密封性。
3. 厚度減薄
   激光焊接會(huì)造成一定程度的雙極板厚度減薄，嚴(yán)重時(shí)會(huì)影響密封性能與可靠性。眾為氫能的焊縫處減薄<10%。
4. 焊接強(qiáng)度
   雙極板之間的焊接強(qiáng)度對(duì)密封性能和長期運(yùn)行的可靠性有重要影響。眾為氫能的焊縫處結(jié)合強(qiáng)度≥600 MPa。

四、 生產(chǎn)效率與成本
產(chǎn)能與成本，是衡量一項(xiàng)量產(chǎn)技術(shù)的重要指標(biāo)。第四代裝備焊接速度可到1.5m/s，大大提升了生產(chǎn)效率；焊接成品率≥99.8%，量產(chǎn)階段全成本可控制在5元/片。

未來，國玉科技將致力于燃料電池金屬板焊接裝備與工藝的不斷升級(jí)，以及金屬板電堆相關(guān)自動(dòng)化裝備與工藝開發(fā)，為國產(chǎn)燃料電池電堆的產(chǎn)業(yè)化推進(jìn)不斷貢獻(xiàn)力量。

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