CN110534764A - 燃料电池金属双极板焊接夹具 - Google Patents

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Abstract

本申请提供一种燃料电池金属双极板焊接夹具。该燃料电池金属双极板焊接夹具包括吸盘和压板(2)，吸盘上设置有第一凹槽(3)，第一凹槽(3)与双极板的第一极板(5)相适配，压板(2)上设置有第二凹槽(4)，第二凹槽(4)与双极板的第二极板(6)相适配，吸盘与压板(2)相吸合，将双极板压紧在吸盘和压板(2)之间。根据本申请的燃料电池金属双极板焊接夹具，能够避免焊接夹具对激光焊接结构的焊接造成干涉，保证焊接质量。

Description

燃料电池金属双极板焊接夹具
技术领域
本申请涉及燃料电池技术领域，具体涉及一种燃料电池金属双极板焊接夹具。
背景技术
燃料电池是一项非常有前景的能源技术，与现有的传统能量转化技术相比，燃料电池具有许多优点，包括更高的能量转化效率、污染物零排放、无运动部件工作安静等。燃料电池有多种类型，本发明聚焦在质子交换膜燃料电池(PEMFC)领域。虽然质子交换膜燃料电池具有诸多优点，但也存在一些亟待解决的问题。
在质子交换膜燃料电池中，双极板是核心部件，在整个燃料电池电堆重量和成本中中占了相当大的比重，发挥的主要作用如下：①为电堆起结构支撑作用；②为参与反应的氢气、空气及冷却电堆的冷却液三种介质提供流通通道，同时又将三种介质隔离开；③导电作用，将各个单电池串联成一个整堆。
常见的质子交换膜燃料电池双极板材料有石墨板和金属板，对于金属双极板，常用板料厚度0.1mm左右的不锈钢板或钛板来制作。常用的工艺为：每一块双极板由一片阳极板和一块阴极板通过激光焊接形成金属双极板。
金属双极板生产过程中，两片单板焊接成一块双极板的焊接工艺是关键工艺，做好该项工艺需要选择合适的激光焊接机，同时必须保证两片板所焊部位必须紧密贴合在一起。而要保证两片板的紧密贴合，有两个关键因素：①、两片单板必须平整；②、焊接夹具要能将两片板压紧。单板的平整需要严控冲压工序和单板检测来保证；焊接夹具要压紧两片单板，需要夹具有较大的夹紧力和与单板良好的贴合性。
现有技术中一般采用压板、卡扣等方式对金属双极板进行物理接触式压紧，如此一来，在进行焊接过程中，就会导致压紧机构对激光焊接结构的焊接造成干涉，影响双极板的焊接质量。
发明内容
因此，本申请要解决的技术问题在于提供一种燃料电池金属双极板焊接夹具，能够避免焊接夹具对激光焊接结构的焊接造成干涉，保证焊接质量。
为了解决上述问题，本申请提供一种燃料电池金属双极板焊接夹具，包括吸盘和压板，吸盘上设置有第一凹槽，第一凹槽与双极板的第一极板相适配，压板上设置有第二凹槽，第二凹槽与双极板的第二极板相适配，吸盘与压板相吸合，将双极板压紧在吸盘和压板之间。
优选地，吸盘包括电磁吸盘和控制电磁吸盘的磁吸力的磁力控制系统，压板采用导磁材料制成。
优选地，吸盘和/或压板的表面铺设有柔性垫。
优选地，柔性垫胶粘固定在吸盘和/或压板的表面。
优选地，柔性垫平整硫化至吸盘和/或压板的表面。
优选地，吸盘的表面设置有第一定位销，压板上的相应位置设置有第一销孔，第一定位销插设在第一销孔内。
优选地，吸盘的表面设置有第一销孔，压板上的相应位置设置有第一定位销，第一定位销插设在第一销孔内。
优选地，吸盘和/或压板上设置有用于对双极板进行安装定位的第二定位销。
优选地，第一凹槽的外周侧设置有焊接激光避让槽。
优选地，压板的第二凹槽内设置有压紧组件，压紧组件包括底板、压紧软垫和多个压块，压紧软垫固定设置在底板上，并与底板之间形成压紧侧开口的安装空间，多个压块并排设置在安装空间内，且多个压块的压紧面凸出于压紧软垫的表面或者与压紧软垫的表面齐平。
本申请提供的燃料电池金属双极板焊接夹具，包括吸盘和压板，吸盘上设置有第一凹槽，第一凹槽与双极板的第一极板相适配，压板上设置有第二凹槽，第二凹槽与双极板的第二极板相适配，吸盘与压板相吸合，将双极板压紧在吸盘和压板之间。本申请的焊接夹具，利用吸盘和压板的吸合作用对双极板的第一极板和第二极板进行压紧固定，因此能够实现非接触式加压，可以省去物理接触式压紧机构进行压紧所需的多个对激光焊接产生干涉的压紧结构，避免焊接夹具的压紧结构对激光焊接结构的焊接造成干涉，提高焊接效率和焊接质量。
附图说明
图1为金属双极板的结构示意图；
图2为本申请实施例的燃料电池金属双极板焊接夹具的结构原理图；
图3为本申请实施例的燃料电池金属双极板焊接夹具的吸盘的立体结构图；
图4为本申请实施例的燃料电池金属双极板焊接夹具的压紧组件的立体结构图。
附图标记表示为：
1、电磁吸盘；2、压板；3、第一凹槽；4、第二凹槽；5、第一极板；6、第二极板；7、柔性垫；8、第一定位销；9、第一销孔；10、第二定位销；11、焊接激光避让槽；12、压紧组件；13、底板；14、压紧软垫；15、压块；16、压紧块。
具体实施方式
结合参见图1至图4所示，根据本申请的实施例，燃料电池金属双极板焊接夹具包括吸盘和压板2，吸盘上设置有第一凹槽3，第一凹槽3与双极板的第一极板5相适配，压板2上设置有第二凹槽4，第二凹槽4与双极板的第二极板6相适配，吸盘与压板2相吸合，将双极板压紧在吸盘和压板2之间。
本申请的焊接夹具，利用吸盘和压板2的吸合作用对双极板的第一极板5和第二极板6进行吸合压紧固定，因此能够实现对两个极板的非接触式加压，可以省去物理接触式压紧机构进行压紧所需的多个对激光焊接产生干涉的压紧结构，使得吸盘和压板2之间无需额外的连接结构，从而有效避免焊接夹具增加压板、卡扣等物理接触式压紧结构而对激光焊接结构的焊接造成干涉，提高焊接效率和焊接质量。
在本实施例中，吸盘包括电磁吸盘1和控制电磁吸盘1的磁吸力的磁力控制系统，压板2采用导磁材料制成。电磁吸盘1的尺寸和磁吸力参数可以根据双极板产品进行设计，从而保证对双极板的压紧效果。由于压板2采用导磁材料制成，因此当电磁吸盘1通电产生电磁作用时，能够与压板2相互作用形成磁吸力，从而利用磁吸力将第一极板5和第二极板6压紧，整个过程靠磁吸力实现，无需额外的连接压紧结构。
磁力控制系统主要用于控制电磁吸盘1的磁吸力，使得电磁吸盘1的磁吸力大小可调，能够选择合适的磁吸力，实现对第一极板5和第二极板6的压紧配合。压板也可以采用电磁吸盘的结构，从而能够与电磁吸盘1形成相互吸合作用，提供更大的吸合作用力。
上述的吸盘和压板的吸合结构也可以采用除了电磁吸盘之外的其它结构。
由于被压的双极板并不是绝对的平整，往往有的部位高些，有些部位低些，如果单块压板面积较大，往往会被极板上少数几个凸起的部位“扛起”，而低洼的部位就不能被压紧。如果刚好低洼部分也需要激光焊接的话，那么就会因为两片极板没被压紧，有间隙，而焊接不良。
为了解决该问题，优选地，吸盘和/或压板2的表面铺设有柔性垫7。具体而言，在吸盘的与压板2相配合的吸合面上可以设置一层柔性垫7，从而补偿双极板或者压板2或者是电磁吸盘1的表面的局部不平，使得被焊接的两块单板之间能够紧密贴合在一起，保证了两块极板的压紧贴合效果，进而能够有效保证焊接质量。在压板2的表面铺设一层柔性垫7也可以起到相同的效果。
柔性垫7可以胶粘固定在吸盘和/或压板2的表面。
柔性垫7也可以平整硫化至吸盘和/或压板2的表面。
上述的柔性垫7可以采用橡胶软垫，也可以采用类似海绵泡沫之类的软性材料，只要能够保证一定的形变能力，使得第一极板5和第二极板6可以压紧贴合在一起即可。
在其中一个实施例中，吸盘的表面设置有第一定位销8，压板2上的相应位置设置有第一销孔9，第一定位销8插设在第一销孔9内。
在另外一个实施例中，吸盘的表面设置有第一销孔9，压板2上的相应位置设置有第一定位销8，第一定位销8插设在第一销孔9内。
吸盘和压板之间通过销轴进行定位，能够精确定位压板位置，从而使得需要焊接的部位暴露出来，同时能够保证焊接位置更加精确，有效提高焊接质量。
优选地，吸盘和/或压板2上设置有用于对双极板进行安装定位的第二定位销10。
在双极板上设置有与第二定位销10相配合的第二销孔，使得双极板与吸盘或者是压板2之间形成销轴导向配合，从而能够精确定位两片单板，使得单板上需要焊接的部位对齐，保证双极板的焊接精度。
第一凹槽3的外周侧设置有焊接激光避让槽11。通过在第一凹槽3的外周侧设置焊接激光避让槽11，能够在进行激光焊接时，有效避免激光能量因过早接触金属台面而产生能量衰减，提高激光能量利用效率。焊接激光避让槽11对应于双极板的焊接位置设置，可以保证激光焊接时双极板在焊接位置处的焊接质量。
优选地，压板2的第二凹槽4内设置有压紧组件12，压紧组件12包括底板13、压紧软垫14和多个压块15，压紧软垫14固定设置在底板13上，并与底板13之间形成压紧侧开口的安装空间，多个压块15并排设置在安装空间内，且多个压块15的压紧面凸出于压紧软垫14的表面或者与压紧软垫14的表面齐平。压紧组件12可以通过可拆卸连接的方式固定设置在压板2的第二凹槽4内，能够在电磁吸盘1吸合压板2时，压紧在第二极板6上，进而将第二极板6压紧在第一极板5上，实现第一极板5和第二极板6的压紧贴合。
此外，由于压紧组件12采用可拆卸方式固定设置在第二凹槽4内，因此也能够方便对压紧组件12内的不同的压块15进行更换，或者是整体更换不同类型的压块15，使得压块15能够与第二极板6之间实现更加良好的压紧效果。
多个压块15相互之间能够发生相对运动，且各压块15之间不相连接，仅是拼合在一起，形成多块组合式的板块结构，其目的在于，大块的压板2会被双极板上凸出的部位“扛起”，可能存在局部无法压紧双极板的情况，切割成组合式的压块后，这种被“扛起”的情况会缓解，有利于将两片双极板压紧。大块压板2切割成小块压块15时的形状、数量由焊接实际情况确定。
在第二凹槽4内对应于双极板的进气口和出气口的位置还设置有压紧块16，这样一来，压紧块16和压紧组件12分别对应于双极板的不同压紧区域，能够形成分散式的压紧结构，可以更好地与双极板上的结构相适配，使得双极板能够压合更加紧密，从而更加有效地保证双极板的焊接质量。
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。
以上仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。以上仅是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本申请的保护范围。

Claims (10)

1.一种燃料电池金属双极板焊接夹具，其特征在于，包括吸盘和压板(2)，所述吸盘上设置有第一凹槽(3)，所述第一凹槽(3)与所述双极板的第一极板(5)相适配，所述压板(2)上设置有第二凹槽(4)，所述第二凹槽(4)与所述双极板的第二极板(6)相适配，所述吸盘与所述压板(2)相吸合，将所述双极板压紧在所述吸盘和所述压板(2)之间。
2.根据权利要求1所述的燃料电池金属双极板焊接夹具，其特征在于，所述吸盘包括电磁吸盘(1)和控制所述电磁吸盘(1)的磁吸力的磁力控制系统，所述压板(2)采用导磁材料制成。
3.根据权利要求1所述的燃料电池金属双极板焊接夹具，其特征在于，所述吸盘和/或所述压板(2)的表面铺设有柔性垫(7)。
4.根据权利要求3所述的燃料电池金属双极板焊接夹具，其特征在于，所述柔性垫(7)胶粘固定在所述吸盘和/或所述压板(2)的表面。
5.根据权利要求3所述的燃料电池金属双极板焊接夹具，其特征在于，所述柔性垫(7)平整硫化至所述吸盘和/或所述压板(2)的表面。
6.根据权利要求1所述的燃料电池金属双极板焊接夹具，其特征在于，所述吸盘的表面设置有第一定位销(8)，所述压板(2)上的相应位置设置有第一销孔(9)，所述第一定位销(8)插设在所述第一销孔(9)内。
7.根据权利要求1所述的燃料电池金属双极板焊接夹具，其特征在于，所述吸盘的表面设置有第一销孔(9)，所述压板(2)上的相应位置设置有第一定位销(8)，所述第一定位销(8)插设在所述第一销孔(9)内。
8.根据权利要求1所述的燃料电池金属双极板焊接夹具，其特征在于，所述吸盘和/或所述压板(2)上设置有用于对所述双极板进行安装定位的第二定位销(10)。
9.根据权利要求1所述的燃料电池金属双极板焊接夹具，其特征在于，所述第一凹槽(3)的外周侧设置有焊接激光避让槽(11)。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的燃料电池金属双极板焊接夹具，其特征在于，所述压板(2)的第二凹槽(4)内设置有压紧组件(12)，所述压紧组件(12)包括底板(13)、压紧软垫(14)和多个压块(15)，所述压紧软垫(14)固定设置在所述底板(13)上，并与所述底板(13)之间形成压紧侧开口的安装空间，所述多个压块(15)并排设置在所述安装空间内，且所述多个压块(15)的压紧面凸出于所述压紧软垫(14)的表面或者与所述压紧软垫(14)的表面齐平。
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