CN111318803A - 一种散热装置及金属双极板的焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明是关于一种散热装置及金属双极板的焊接方法，涉及燃料电池技术领域。主要采用的技术方案为：一种散热装置，用于在金属双极板焊接时，对焊缝进行散热；金属双极板具有相对设置的第一侧部和第二侧部，且金属双极板的第一侧部的焊接处形成焊缝；其中，散热装置包括散热垫板；其中，散热垫板在与金属双极板的焊缝对应的位置处设置成凸起部分；其中，在金属双极板焊接时，所述散热垫板的凸起部分用于接触所述金属双极板的第二侧部上的与所述焊缝对应的位置处。本发明主要用于在确保金属双极板的焊接密封性的前提下，能减小金属双极板的焊接变形量。

Description

一种散热装置及金属双极板的焊接方法

技术领域

本发明涉及一种燃料电池技术领域，特别是涉及一种散热装置及金属双极板的焊接方法。

背景技术

质子交换膜燃料电池能把氢气直接转化为电能，且具有零污染、较高的能量转化效率和较低的工作温度等优点，被认为是未来最有前景的新能源技术之一。

金属双极板是质子交换膜燃料电池中最主要的部件之一，它占了整个电堆80％的重量，几乎所有的体积。其在电堆中主要作用是分隔反应气体、支撑质子交换膜、收集电流和排除反应产生的热量和水。

一般情况下，如图1和图2所示，金属双极板1是由两块0.1mm厚的阳极金属单板12(即，氧气侧板)和阴极金属单板11(即，氢气侧板)通过激光焊接的方式焊在一起，形成中间腔13为水、两侧为氢气和空气流道的金属双极板。金属双极板在激光焊接处会形成焊缝14。

但是，本发明的发明人发现：在金属双极板的焊接过程中，焊接能量的大小对金属双极板的变形量影响非常大；如果采用较小的焊接能量，虽然金属双极板会有较小的变形量(即，较好的平整度)，但是金属双极板会存在漏气和漏水风险；如果采用较大的焊接能量，虽然能确保金属双极板的焊接密封性，但是会造成金属双极板由于热应力大于其屈服强度而产生较大变形，该变形问题又会减小金属双极板与气体扩散层的有效接触面积，从而提高其接触电阻；在较多金属双极板的装配中，存在较大的变形量会造成误差叠加，最终影响装堆的精度。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种散热装置及金属双极板的焊接方法，主要目的在于在确保金属双极板的焊接密封性的前提下，能减小金属双极板的焊接变形量。

为达到上述目的，本发明主要提供如下技术方案：

一方面，本发明的实施例提供一种散热装置，用于在金属双极板焊接时，对焊缝进行散热；金属双极板具有相对设置的第一侧部和第二侧部，且金属双极板的第一侧部的焊接处形成焊缝；其中，所述散热装置包括：

散热垫板，所述散热垫板在与金属双极板的焊缝对应的位置处设置成凸起部分；

其中，在金属双极板焊接时，所述散热垫板用于接触金属双极板的第二侧部；所述凸起部分用于接触所述金属双极板的第二侧部上的与所述焊缝对应的位置处。

优选的，在金属双极板焊接时，所述散热垫板用于接触所述金属双极板的第二侧部。

优选的，所述散热垫板包括：

板体，所述凸起部分位于所述板体的第一面上；

石墨烯涂层，所述凸起部分上涂设有石墨烯涂层；优选的，所述板体的第一面上涂设有石墨烯涂层。

优选的，所述板体的材质为导热材质；优选的，所述板体的材质为铜。

优选的，所述散热垫板的内部设置有冷却液流道。

优选的，所述冷却液流道的进口位于所述散热垫板的一侧，所述冷却液流道的出口位于散热垫板的另一侧。

优选的，所述冷却液通道包括一个S型流道；或所述冷却液通道包括多个依次连通的S型流道。

优选的，所述散热垫板上设置有定位销，用于配合金属双极板的阳极金属单板、阴极金属单板上的定位孔，实现所述散热垫板与金属双极板上的定位。

另一方面，本发明实施例提供一种金属双极板的焊接方法，其中，在金属双极板的焊接过程中，采用上述任一项所述的散热装置对金属双极板上形成的焊缝进行散热。

优选的，所述金属双极板的焊接方法，包括如下步骤：

将金属双极板定位在散热垫板上，且使散热垫板的凸起部分接触金属双极板的第二侧部上的第一位置处；其中，所述第一位置处与金属双极板的第一侧部上的焊接处相对应；所述金属双极板包括阳极金属单板和阴极金属单板；

在金属双极板的第一侧部上进行激光焊接处理，以使金属双极板中的阳极金属单板和阴极金属单板焊接在一起；其中，金属双极板上形成的焊缝与散热垫板上的凸起部分对应。

优选的，在将金属双极板定位在散热垫板上之后，还包括：在散热垫板上的冷却液通道中通入冷却液的步骤。

与现有技术相比，本发明的一种散热装置及金属双极板的焊接方法至少具有下列有益效果：

本发明实施例提供的散热装置，通过在金属双极板的焊接过程中，使散热垫板上的凸起部分与金属双极板上的焊缝的背面相接触，以对焊缝进行很好地散热；这样在对金属双极板进行激光焊接时，可以采用较大的焊接能量，以确保金属双极板的焊接密封性，在此由于散热垫板的散热作用，能尽可能的减小焊接热量传递到金属双极板的内部，从而能减小金属双极板的焊接变形量。在此，优选的，散热垫板与金属双极板的第二侧部接触，能进一步提高散热效果。

进一步地，本发明实施例提供的散热装置，通过在散热垫板的凸起部分或散热垫板的整个设有凸起部分第一面(包括凸起部分的表面)上涂设石墨烯层，由于石墨烯层具有较好的导热性能和散热性能，能进一步减少金属双极板的焊接变形量。

进一步地，本发明实施例提供的散热装置，通过在散热垫板的内部设置冷却液流道，以通过冷却液对焊缝进行散热，以进一步避免焊接热量传递到金属双极板内部，能进一步减小金属双极板的焊接变形量。

进一步地，本发明实施例提供的散热装置，为了使散热垫板与金属双极板(阳极金属单板、阴极金属单板)之间能很好地定位，本实施例通过在散热垫板上设置与阳极金属单板、阴极金属单板上的定位孔适配的定位销，来提高定位精度。

另一方面，本发明实施例还提供一种金属双极板的焊接方法，在对金属双极板进行焊接时，通过采用上述的散热装置对金属双极板的焊缝进行散热。因此，本发明实施例提供的金属双极板的焊接方法具有上述任一项所述有益效果，在此不一一赘述。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1是金属双极板的结构示意图；

图2是金属双极板的侧视图；

图3是本发明实施例提供的一种散热装置的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的一种散热装置与金属双极板的配合示意图；

图5是本发明实施例提供的一种散热装置在金属双极板焊接时的使用示意图；

图6是图5所示结构中A处的结构放大图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明申请的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。

实施例1

一方面，本实施例提供一种散热装置，用于在金属双极板焊接(即，优选激光焊接)时(即，将如图1所示金属双极板的阳极金属单板12和阴极金属单板11焊接在一起时)，对焊缝进行散热。金属双极板具有相对设置的第一侧部和第二侧部，且金属双极板的第一侧部的焊接处形成焊缝。其中，如图3至图6所示，本实施例中的散热装置包括散热垫板2；其中，散热垫板2在与金属双极板1的焊缝14对应的位置处设置成凸起部分21。其中，在金属双极板1焊接时，散热垫板2的凸起部分21用于接触金属双极板的第二侧部上的与焊缝14对应的位置处(即，凸起部分21与焊缝适配，以使金属双极板的焊缝的背面与凸起部分21接触)。优选的，散热垫板2用于接触金属双极板1的第二侧部。

本实施例提供的散热装置，通过在金属双极板的焊接过程中，使散热垫板2上的凸起部分21与金属双极板上的焊缝14的背面相接触，能对焊缝进行很好地散热；这样在对金属双极板进行激光焊接时，可以采用较大的焊接能量，以确保金属双极板的焊接密封性，关键由于散热垫板的散热作用，能尽可能的减小焊接热量传递到金属双极板的内部，从而能减小金属双极板的焊接变形量。在此，优选的，散热垫板2与金属双极板的第二侧部接触，能进一步提高散热效果。

实施例2

较佳地，本实施例提供一种散热装置，与上一实施例相比，为了进一步提高散热垫板的散热效果，如图3至图6所示，本实施例进一步进行如下设计：

本实施例中的散热垫板包括：板体和石墨烯涂层；其中，凸起部分21位于板体的第一面上。凸起部分及板体的第一面均涂设有石墨烯涂层，优选的，所述板体的表面均涂设有石墨烯涂层。

在此，板体上凸起部分21的形状、尺寸与金属双极板上焊缝的形状、尺寸适配。

较佳地，板体的材质为导热材质；优选的，板体的材质为铜。

在此，本实施例通过在散热垫板的凸起部分或散热垫板的整个第一面上涂设石墨烯层，由于石墨烯层具有较好的导热性能和散热性能，能进一步减少金属双极板的焊接变形量。

实施例3

较佳地，本实施例提供一种散热装置，与上述实施例相比，为了进一步提高散热垫板的散热效果，如图3至图6所示，本实施例进一步进行如下设计：

本实施例中的散热垫板2的内部设置有冷却液流道22。较佳地，冷却液流道22的进口位于散热垫板的一侧，冷却液流道22的出口位于散热垫板的另一侧。较佳地，冷却液通道22包括一个S型流道；或所述冷却液通道包括多个依次连通的S型流道。

较佳地，本实施例中的冷却液通道22为冷却水通道，在散热装置使用时，使冷却液通道与冷水机连通。

本实施例提供的散热装置，通过在散热垫板2的内部设置冷却液流道，以通过冷却液对焊缝14进行散热，以进一步避免焊接热量传递到金属双极板的内部，进一步减小金属双极板的焊接变形量。

实施例4

较佳地，本实施例提供一种散热装置，与上述实施相比，本实施例还进行如下设计：

本实施例中的散热垫板上设置有定位销，用于配合阳极金属单板、阴极金属单板上的定位孔，实现散热垫板与金属双极板上的定位。

在此，为了使散热垫板与金属双极板(阳极金属单板、阴极金属单板)之间能很好地定位，本实施例通过在散热垫板上设置与阳极金属单板、阴极金属单板上的定位孔适配的定位销，来提高定位精度。

实施例5

另一方面，本发明实施例提供一种金属双极板的焊接方法，在对金属双极板进行焊接时(在此的金属双极板焊接指的是：将阳极金属单板和阴极金属单板焊接在一起，优选采用激光焊接)，采用实施例1-实施例4任一实施例所述的散热装置对金属双极板上形成的焊缝进行散热。

较佳地，如图3至图6所示，本实施例中的金属双极板的焊接方法，主要包括如下步骤：

1)将金属双极板1定位在散热垫板2上，且使散热垫板2接触金属双极板的第二侧部上的第一位置处，其中，所述第一位置处与金属双极板的第一侧部上的焊接处相对应(相对设置)；所述金属双极板包括阳极金属单板12和阴极金属单板11；

较佳地，使散热垫板2上的冷却液通道中通入冷却液。

2)在金属双极板的第一侧部上进行激光焊接处理，以使金属双极板中的阳极金属单板12和阴极金属单板11焊接在一起；其中，金属双极板上形成的焊缝14与散热垫板2上的凸起部分21对应。

如图3至图6所示，金属双极板的具体焊接过程如下：将金属双极板的阳极金属单板12(即，空气侧板)通过其上的定位孔与散热垫板2上的定位销的配合定位在散热垫板2上，再将金属双极板的阴极金属单板11(即，氢气侧板)通过其上的定位孔与散热垫板2上的定位销的配合，定位在阳极金属单板12上。上述放置后，散热垫板2上的凸起部分21与阳极金属单板12的第一位置接触，而第一位置则与焊接处对应。向散热垫板中的冷却液通道中不断通入冷却液。然后，通过激光头4发射出的激光41对阳极金属单板12和阴极金属单板11进行激光焊接，且在阴极金属单板11的表面的焊接处形成焊缝。在上述的焊接过程中，散热垫板2上的凸起部分21与金属双极板上的焊缝14的背面相接触，能对焊缝进行很好地散热；这样在对金属双极板进行激光焊接时，可以采用较大的焊接能量，以确保金属双极板的焊接密封性，关键由于散热垫板的散热作用，能尽可能的减小焊接热量传递到金属双极板的内部，从而能减小金属双极板的焊接变形量。并且，散热垫板2与金属双极板的第二侧部(即，阳极金属单板)接触(参见图6所示的散热垫板2与阳极金属单板的接触处3)，能进一步提高散热效果。

综上，本发明实施例提供的散热装置及金属双极板的焊接方法，在保证金属双极板焊接密封性的前提下，尽可能减小焊接热量传递到金属双极板内部，从而减小金属双极板的焊接变形，尽而提高金属双极板的平整度，最终提高金属双极板与气体扩散层的有效接触面积，以及有利于后续金属双极板的较多片数装堆问题。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种散热装置，用于在金属双极板焊接时，对焊缝进行散热；金属双极板具有相对设置的第一侧部和第二侧部，且金属双极板的第一侧部的焊接处形成焊缝；其特征在于，所述散热装置包括：

散热垫板，所述散热垫板在与金属双极板的焊缝对应的位置处设置成凸起部分；

其中，在金属双极板焊接时，所述散热垫板的凸起部分用于接触所述金属双极板的第二侧部上的与所述焊缝对应的位置处。

2.根据权利要求1的散热装置，其特征在于，在金属双极板焊接时，所述散热垫板用于接触所述金属双极板的第二侧部。

3.根据权利要求1或2所述的散热装置，其特征在于，所述散热垫板包括：

板体，所述凸起部分位于所述板体的第一面上；

石墨烯涂层，所述凸起部分上涂设有石墨烯涂层；优选的，所述板体的第一面上涂设有石墨烯涂层。

4.根据权利要求3所述的散热装置，其特征在于，所述板体的材质为导热材质；优选的，所述板体的材质为铜。

5.根据权利要求1-4任一项所述的散热装置，其特征在于，所述散热垫板的内部设置有冷却液流道；

优选的，所述冷却液流道的进口位于所述散热垫板的一侧，所述冷却液流道的出口位于散热垫板的另一侧。

6.根据权利要求5所述的散热装置，其特征在于，所述冷却液通道包括一个S型流道；或所述冷却液通道包括多个依次连通的S型流道。

7.根据权利要求1-6任一项所述的散热装置，其特征在于，所述散热垫板上设置有定位销，用于配合金属双极板的阳极金属单板、阴极金属单板上的定位孔，实现所述散热垫板与金属双极板上的定位。

8.一种金属双极板的焊接方法，其特征在于，在金属双极板的焊接过程中，采用权利要求1-7任一项所述的散热装置对金属双极板上形成的焊缝进行散热。

9.根据权利要求8所述的金属双极板的焊接方法，其特征在于，所述金属双极板的焊接方法，包括如下步骤：

将金属双极板定位在散热垫板上，且使散热垫板的凸起部分接触金属双极板的第二侧部上的第一位置处；其中，所述第一位置处与金属双极板的第一侧部上的焊接处相对应；所述金属双极板包括阳极金属单板和阴极金属单板；

在金属双极板的第一侧部上进行激光焊接处理，以使金属双极板中的阳极金属单板和阴极金属单板焊接在一起；其中，金属双极板上形成的焊缝与散热垫板上的凸起部分对应。

10.根据权利要求9所述的金属双极板的焊接方法，其特征在于，在将金属双极板定位在散热垫板上之后，还包括：

在散热垫板上的冷却液通道中通入冷却液的步骤。

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