CN110518269A - 燃料电池金属双极板的焊接方法 - Google Patents

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朱峥栩
沈润
王海峰
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Abstract

本发明提供一种燃料电池金属双极板的焊接方法。其中燃料电池金属双极板的焊接方法，所述金属双极板包括阳极板、阴极板，包括如下步骤：将所述阳极板与所述阴极板贴合，并确定密封焊接路径；在所述阳极板与所述阴极板贴合后，在所述密封焊接路径的两侧施行定位焊接，所述定位焊接的焊接功率为第一功率；沿所述密封焊接路径施行密封焊接，所述密封焊接的焊接功率为第二功率，所述第一功率低于所述第二功率。根据本发明的燃料电池金属双极板的焊接方法，能够有效降低焊接变形的程度及焊接缺陷，保证焊接质量，提高双极板的成品率。

Description

燃料电池金属双极板的焊接方法
技术领域
本发明属于燃料电池制造技术领域，具体涉及一种燃料电池金属双极板的焊接方法。
背景技术
燃料电池电堆是将燃料通过电化学反应直接生成电能的装置，其由一片一片燃料电池单电池堆叠而成。燃料电池的单电池主要由阳极板、阴极板、膜电极以及密封件等核心部件组装而成。而在组装为电堆之前，通常还会将阳极板和阴极板进行焊接，形成双极板，一面为阳极流道，一面为阴极流道，而中间为冷却流道，这样在双极板上形成三种介质区域，氢气区域、空气区域和冷却水区域。在电堆结构中，通过激光焊接线和密封件，将三个区域分隔开，严禁三个区域之间的介质互相泄露或者是泄漏到外界环境。
在使用激光焊接方法制作双极板时，发明人发现，激光焊接机由于焊接时产生较高的温度而导致金属板变形，而且在一段焊线的开始和结束点容易出现输出控制不好的情况。如果输出过高，则容易将金属板烧穿，形成小孔；如果输出过低，则有可能导致焊接不牢固或者没有完全焊接上，为了解决这种不足，提出本发明。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于提供一种燃料电池金属双极板的焊接方法，能够有效降低焊接变形的程度及焊接缺陷，保证焊接质量，提高双极板的成品率。
为了解决上述问题，本发明提供一种燃料电池金属双极板的焊接方法，所述金属双极板包括阳极板、阴极板，包括如下步骤：
将所述阳极板与所述阴极板贴合，并确定密封焊接路径；
在所述阳极板与所述阴极板贴合后，在所述密封焊接路径的两侧施行定位焊接，所述定位焊接的焊接功率为第一功率；
沿所述密封焊接路径施行密封焊接，所述密封焊接的焊接功率为第二功率，所述第一功率低于所述第二功率。
优选地，
所述密封焊接路径在施行密封焊接后形成密封焊线，所述密封焊线长度为L，5cm≤L≤50cm。
优选地，
所述密封焊接路径具有多条，多条所述密封焊接路径中的任意两条之间的最小距离为d，d≥5cm。
优选地，
所述阳极板与所述阴极板之间形成第一密封区及非密封区，所述密封焊线包括第一焊线及第二焊线，且所述第一焊线与所述第二焊线处于所述第一密封区与所述非密封区之间的区域，所述第一焊线与所述第二焊线相交，且所述第一焊线的至少一端与所述第二焊线的至少一端处于所述非密封区内。
优选地，
所述阳极板与所述阴极板之间还形成第二密封区，所述密封焊线还包括第三焊线，所述第一焊线、第二焊线及第三焊线形成所述第一密封区、第二密封区及非密封区分隔边界，所述第一焊线的至少一端、第二焊线的至少一端及第三焊线的至少一端皆处于所述非密封区内。
优选地，
当所述第一焊线、第二焊线、第三焊线不相交时，所述密封焊线还包括第四焊线，所述第四焊线与所述第一焊线、第二焊线、第三焊线皆相交，使所述第一焊线的至少一端、第二焊线的至少一端及第三焊线的至少一端处于所述第四焊线的一侧。
优选地，
所述阳极板与所述阴极板之间形成第一密封区、第二密封区、第三密封区，所述密封焊线包括第一焊线、第二焊线、第三焊线、第四焊线，所述第一焊线、第二焊线、第三焊线形成所述第一密封区、第二密封区、第三密封区的分隔边界，所述第四焊线为封闭区域，所述第一焊线的至少一端、第二焊线的至少一端及第三焊线的至少一端皆处于所述封闭区域内。
优选地，
所述第四焊线的两端处于所述封闭区域内。
本发明提供的一种燃料电池金属双极板的焊接方法，在施行密封焊接之前施行定位焊接，且第一功率应保证低于所述第二功率，处于所述密封焊接路径两侧的所述定位焊接的施行目的在于保证所述阳极板与阴极板相对位置不会因为密封焊接的较大功率导致的温度上升发生变动变形，也即这能够有效保证在密封焊接过程中对双极板的变形控制，有效降低焊接变形的程度及焊接缺陷，保证焊接质量，提高双极板的成品率。
附图说明
图1为本发明实施例的燃料电池金属双极板的焊接方法中对焊线的一种处理方式；
图2为本发明实施例的燃料电池金属双极板的焊接方法中对焊线的另一种处理方式；
图3为本发明实施例的燃料电池金属双极板的焊接方法中对焊线的再一种处理方式。
附图标记表示为：
1、第一密封区；2、第二密封区；3、第三密封区；4、非密封区；51、第一焊线；52、第二焊线；53、第三焊线；54、第四焊线。
具体实施方式
结合参见图1至图3所示，根据本发明的实施例，提供一种燃料电池金属双极板的焊接方法，所述金属双极板包括阳极板、阴极板，包括如下步骤：
将所述阳极板与所述阴极板贴合，并确定密封焊接路径；在所述阳极板与所述阴极板贴合后，在所述密封焊接路径的两侧施行定位焊接，所述定位焊接的焊接功率为第一功率；沿所述密封焊接路径施行密封焊接，所述密封焊接的焊接功率为第二功率，所述第一功率低于所述第二功率，而可以理解的是，所述定位焊接以及密封焊接过程中采用的焊机在参数例如占空比、焊接速度、焊接功率皆可以依据于现有技术中的相应操作规程即可，以焊接过程不击穿并保证焊接连接强度为原则，而在焊接功率方面，所述第一功率应保证远低于所述第二功率为最优，在施行密封焊接之前施行定位焊接，处于所述密封焊接路径两侧的所述定位焊接的施行目的在于保证所述阳极板与阴极板相对位置不会因为密封焊接的较大功率导致的温度上升发生变动变形，也即这能够有效保证在密封焊接过程中对双极板的变形控制，有效降低焊接变形的程度及焊接缺陷，保证焊接质量，提高双极板的成品率。具体例如，要保证0.1mm的不锈钢板焊接，激光焊接机的功率优选范围在60W至150W之间，占空比范围20％～80％，焊接速度约50mm/s，而对于定位焊接，可以选择60W焊接功率，40％占空比；而对于密封焊接，可以选择80W焊接功率，80％占空比，或者150W焊接功率，40％占空比。
而为了进一步避免单次密封焊接长度过长带来的发热量过大问题进而导致双极板变形过大的问题产生，优选地，所述密封焊接路径在施行密封焊接后形成密封焊线，所述密封焊线长度为L，5cm≤L≤50cm。更进一步的，当所述密封焊接路径具有多条时，多条所述密封焊接路径中的任意两条之间的最小距离为d，d≥5cm，具体的，可以将所述双极板的焊接面侧划分为多个区域，多个区域例如彼此间隔，假定为A、B、C区域，其中B区域处于A区域与C区域之间，此时，可以先焊接A区域，完成后焊接C区域，最后焊接B区域，而具体的，所述各个区域前后两次的多条密封焊接路径中的先后施行密封焊接(也即前一条密封焊接路径密封焊接结束后，紧接着开始进行后一条密封焊接路径密封焊接)的任意两条之间的最小距离最好的不低于5cm，从而防止彼此距离过近导致的温度局部积累过高带来的变形问题。
更进一步的，针对所述密封焊接在所述密封焊接路径的起始点或者结束点输出不易控制的问题，可以采用如下几种方式：
例如，当所述阳极板与所述阴极板之间形成第一密封区1及非密封区4时，所述密封焊线包括第一焊线51及第二焊线52，且所述第一焊线51与所述第二焊线52处于所述第一密封区1与所述非密封区4之间的区域，所述第一焊线51与所述第二焊线52相交，且所述第一焊线51的至少一端与所述第二焊线52的至少一端处于所述非密封区4内，此时，将所述第一焊线51的至少一端与所述第二焊线52的至少一端控制形成在所述非密封区4内，这样大大降低了所述焊线在起始点或者结束点的控制要求，防止端点处在密封区内可能带来的产品缺陷，而可以理解的是，前述的第一焊线51的至少一端与所述第二焊线52的至少一端可以是其对应于起始点的起始端或者对应于结束点的结束端，当然亦可以是其起始端和结束端皆处于所述非密封区4内(本发明的图1-图3皆示出了一端处于非密封区内的情形，而未示出两端同时示出的情形)。
进一步地，所述阳极板与所述阴极板之间还形成第二密封区2，所述密封焊线还包括第三焊线53，所述第一焊线51、第二焊线52及第三焊线53形成所述第一密封区1、第二密封区2及非密封区4分隔边界，所述第一焊线51的至少一端、第二焊线52的至少一端及第三焊线53的至少一端皆处于所述非密封区4内。
更进一步的，当所述第一焊线51、第二焊线52、第三焊线53不相交时，所述密封焊线还包括第四焊线54，所述第四焊线54与所述第一焊线51、第二焊线52、第三焊线53皆相交，使所述第一焊线51的至少一端、第二焊线52的至少一端及第三焊线53的至少一端处于所述第四焊线54的一侧，可以理解的，所述第四焊线54对所述第一焊线51的至少一端、第二焊线52的至少一端及第三焊线53的至少一端与对应的第一密封区1、第二密封区2进行了再次分隔。
作为另一种具体实施方式，所述阳极板与所述阴极板之间形成第一密封区1、第二密封区2、第三密封区3，所述密封焊线包括第一焊线51、第二焊线52、第三焊线53、第四焊线54，所述第一焊线51、第二焊线52、第三焊线53形成所述第一密封区1、第二密封区2、第三密封区3的分隔边界，所述第四焊线54为封闭区域，所述第一焊线51的至少一端、第二焊线52的至少一端及第三焊线53的至少一端皆处于所述封闭区域内，该技术方案中在所述双极板的密封区域中采用所述第四焊线54形成一个独立于所述第一密封区1、第二密封区2、第三密封区3的封闭区域对所述第一焊线51的至少一端、第二焊线52的至少一端及第三焊线53的至少一端进行有效隔离。进一步地，所述第四焊线54的两端处于所述封闭区域内。
本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种燃料电池金属双极板的焊接方法，所述金属双极板包括阳极板、阴极板，其特征在于，包括如下步骤：
将所述阳极板与所述阴极板贴合，并确定密封焊接路径；
在所述阳极板与所述阴极板贴合后，在所述密封焊接路径的两侧施行定位焊接，所述定位焊接的焊接功率为第一功率；
沿所述密封焊接路径施行密封焊接，所述密封焊接的焊接功率为第二功率，所述第一功率低于所述第二功率。
2.根据权利要求1所述的焊接方法，其特征在于，
所述密封焊接路径在施行密封焊接后形成密封焊线，所述密封焊线长度为L，5cm≤L≤50cm。
3.根据权利要求1所述的焊接方法，其特征在于，
所述密封焊接路径具有多条，多条所述密封焊接路径中的先后施行密封焊接的任意两条之间的最小距离为d，d≥5cm。
4.根据权利要求2所述的焊接方法，其特征在于，
所述阳极板与所述阴极板之间形成第一密封区(1)及非密封区(4)，所述密封焊线包括第一焊线(51)及第二焊线(52)，且所述第一焊线(51)与所述第二焊线(52)处于所述第一密封区(1)与所述非密封区(4)之间的区域，所述第一焊线(51)与所述第二焊线(52)相交，且所述第一焊线(51)的至少一端与所述第二焊线(52)的至少一端处于所述非密封区(4)内。
5.根据权利要求4所述的焊接方法，其特征在于，
所述阳极板与所述阴极板之间还形成第二密封区(2)，所述密封焊线还包括第三焊线(53)，所述第一焊线(51)、第二焊线(52)及第三焊线(53)形成所述第一密封区(1)、第二密封区(2)及非密封区(4)分隔边界，所述第一焊线(51)的至少一端、第二焊线(52)的至少一端及第三焊线(53)的至少一端皆处于所述非密封区(4)内。
6.根据权利要求5所述的焊接方法，其特征在于，
当所述第一焊线(51)、第二焊线(52)、第三焊线(53)不相交时，所述密封焊线还包括第四焊线(54)，所述第四焊线(54)与所述第一焊线(51)、第二焊线(52)、第三焊线(53)皆相交，使所述第一焊线(51)的至少一端、第二焊线(52)的至少一端及第三焊线(53)的至少一端处于所述第四焊线(54)的一侧。
7.根据权利要求2所述的焊接方法，其特征在于，
所述阳极板与所述阴极板之间形成第一密封区(1)、第二密封区(2)、第三密封区(3)，所述密封焊线包括第一焊线(51)、第二焊线(52)、第三焊线(53)、第四焊线(54)，所述第一焊线(51)、第二焊线(52)、第三焊线(53)形成所述第一密封区(1)、第二密封区(2)、第三密封区(3)的分隔边界，所述第四焊线(54)为封闭区域，所述第一焊线(51)的至少一端、第二焊线(52)的至少一端及第三焊线(53)的至少一端皆处于所述封闭区域内。
8.根据权利要求7所述的焊接方法，其特征在于，
所述第四焊线(54)的两端处于所述封闭区域内。
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