国玉科技金属双极板焊接解决方案

氢燃料电池作为一级能源是我国电池发展的另一个重要支撑，现在主要有两个路线；一个是石墨双极板、一个是金属双极板。不同路线焊接的需求也不一致；石墨双极板生产工艺不需要激光密封焊接、金属双极板需要激光密封焊接。两种路线中的电堆生产都可以采用国玉科技开发的电堆自动绑带焊接机（设备集成了自动上绑带、自动按照不同电芯厚度进行下压、绑带调整好后自动焊接、焊接完成后进入流水线的下一个工段）

发布时间： 9月 13, 2021

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。

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。考虑设计冗余，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，通常会有一定的残余应力，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。

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。
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，可在保护双极板不受损失的同时确保密封性。
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%。
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：https://www.nbilaser.com/jinshuhanjie/4060.html

氢燃料电池电堆激光焊接机

适用产品 / Applicable Product

广泛应用于不同规格H2氢能燃料电池电堆绑带和双极板的焊接。

标配功能 / Standard Functions

配备PLC自动控制系统，内定位上料机构，自动搬运输送机构，电缸同步压料机构，钢带自动一次折弯机构，钢带自动二次折弯机构，激光自动焊接机构，CCD视觉系统，钢带自动挡料机构，抽烟机构。

选配功能 / Optional Functions

倍速链输送线，电堆自动上料机构，实现电堆的流水线生产。

技术参数 / Technical Parameters

机台尺寸	200021003950mm
机台重量	5000KG
运动平台	电缸、伺服电机、同步带模组、伺服模组
供电电源	AC380/10KW
激光器功率	2000W
加工幅面	≤300节电堆
焊接材料厚度	≤2mm

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