CN112271316A - 钒液流电堆组装工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钒液流电堆组装工艺，包括以下步骤：S1组装电堆单元；S2将若干组装好的电堆单元堆叠成电堆后压紧；S3组装封板；S4组装汇流嘴；S5在电堆顶面和底面装配夹板。采用激光焊接的方式进行电堆单元的组装，并利用电堆压装夹具对堆叠好的电堆进行压紧，最后利用激光焊接的形式组装封板和汇流嘴。利用上述步骤可高效的组装好钒液流电堆，并且组装出来的电堆无漏液隐患，大大提高了电堆的质量和使用寿命。

Description

钒液流电堆组装工艺

技术领域

本发明涉及一种生产钒液流电堆的工艺。

背景技术

钒液流电池是一种以钒为活性物质呈循环流动液态的氧化还原电池。钒电池电能以化学能的方式存储在不同价态钒离子的硫酸电解液中，通过外接泵把电解液压入电池堆体内，在机械动力作用下，使其在不同的储液罐和半电池的闭合回路中循环流动，采用质子交换膜作为电池组的隔膜，电解质溶液平行流过电极表面并发生电化学反应，通过双电极板收集和传导电流，从而成电能和化学能的相互转化，实现电池的充电和放电。

现有的钒液流电堆组装工艺生产效率低并且质量不稳定。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种钒液流电堆组装工艺，可以高效高质量的组装钒液流电堆。

为解决以上技术问题，本发明的技术方案为：一种钒液流电堆组装工艺，包括以下步骤：S1组装电堆单元；S2将若干组装好的电堆单元堆叠成电堆后压紧；S3组装封板；S4组装汇流嘴；S5在电堆左右两侧配夹板。

作为一种改进，步骤S1包括：

A、双极板组件的装配：把绝缘框环套在双极板的整个边缘区域的外围，在双极板、绝缘框的一侧先叠加上一个固定框，所述固定框在双极板边缘的整个周向上都与双极板、绝缘框分别贴合，固定框与双极板、绝缘框分别通过激光焊接方式连接得到半成品一；

在双极板、绝缘框的另一侧叠加上另一个固定框，并且该固定框在双极板边缘的整个周向上都与双极板、绝缘框分别贴合，该固定框与双极板、绝缘框分别通过激光焊接方式连接得到成品的双极板组件；

B、双极板组件的一侧叠加上导流板，所述的导流板与双极板组件的固定框贴合，导流板与固定框通过激光焊接方式连接得到半成品二；

在双极板组件的另一侧叠加上另一个导流板，该导流板与双极板组件的固定框贴合，该导流板与固定框通过激光焊接方式连接得到成品的电池单元。

采用激光焊接的方式将绝缘框以及两侧的固定框包在双极板的边缘区域上，有效避免双极板的边缘区域与电解液发生接触，使得双极板的整个边缘区域达到与电解液隔离的状况，避免双极板的边缘区域受到电解液的侵蚀，避免出现电解液泄漏渗透的状况，保障电池能长效稳定的正常使用，延长电池使用寿命，导流板与双极板间接的连接为一体，导流板与固定框的连接密封性好，不易被侵蚀，即使双极板被侵蚀也不会导致密封失效出现电解液泄漏，采用激光焊接的方式，组装效率高，部件之间的连接稳定性好，密封性好，有效保障液流电池的性能和质量。

作为一种改进，步骤A中，所述的固定框与双极板通过激光焊接方式形成环形的焊接处一，所述环形的焊接处一沿着双极板边缘区域的周向方向，并且所述的焊接处一为沿着固定框的中部镂空区域的边缘进行的环形焊接走线；

所述的固定框与绝缘框之间通过激光焊接方式形成环形的焊接处二，所述焊接处二沿着双极板边缘区域的周向方向，并且所述的焊接处二为沿着固定框的边框宽度的中部区域进行的环形焊接走线；

所述固定框与绝缘框两者外围边缘处还通过激光焊接方式形成有焊接处三，所述焊接处三位于导流板的电解液进、出液口所在侧。

在双极板边缘区域的整个周向上保障良好的密封性，避免内部的电解液对双极板的边缘区域造成侵蚀而向外渗透，也避免外部的电解液向内渗透。

作为一种改进，所述的步骤B中，所述导流板面向固定框的一侧表面开设有用于进出电解液的从导流板的外围边缘延伸至中部镂空区域的流道槽，所述导流板面向固定框的一侧表面设置有焊接材料，所述的焊接材料覆盖除流道槽之外的表面，所述导流板通过焊接材料与固定框焊接连接。连接稳定性好、密封性好，并且导流板与固定框之间通过焊接材料实现大面积的焊接连接，相对于传统的线性焊接而言密封性更好，导流板面向固定框一侧的除流道槽之外的表面全部与固定框焊接在一起，从而确保电解液只能沿着流道槽流动，不会渗透到导流板与固定框之间的其他区域导致漏液鼓胀，提高液流电池单元组件防渗透效果和使用稳定性。

作为一种改进，步骤S2中若干电堆单元沿垂直于其顶面或者底面的方向进行堆叠，并且若干电堆单元相互对齐；并从堆叠好的电堆顶面和底面同时施加压力使得若干电堆单元被压紧。

作为一种优选，步骤S2中采用电堆压装夹具对电堆进行压紧；所述电堆压装夹具包括拉杆组件和两块相互平行的压板，压板上设置有向压板边缘外侧延伸出的连接座，所述的连接座在压板边缘的整个周向上间隔设置有若干个，拉杆组件的两端分别与两个压板上的连接座连接，以使两个压板将位于压板之间的并且层叠方向垂直于压板的电堆压紧固定。电堆压装夹具能在层叠的电池单元和隔膜的整个平面上能施加均匀而稳定的压紧力，确保层叠的电池单元和隔膜能够充分并均匀的紧密贴合，提高层叠质量，提高电堆的装配质量，保障液流电池的性能可靠性。

作为一种改进，步骤S3中包括普通封板的组装工艺和汇流嘴一侧封板的组装工艺。

作为一种改进，所述普通封板的组装工艺包括以下步骤：采用激光焊接将封板的局部与电堆的层叠方向的侧面焊接连接，以将封板预连接在电堆上；采用激光焊接沿着封板的表面进行焊接走线，所述焊接走线覆盖封板与电堆侧面之间的整个焊接区域，并且在焊接走线的同时施加垂直于封板的用于将封板向电堆侧面贴靠的第一作用力，最终完成封板装配。电堆封板装配工艺先将封板预连接到电堆上，确保封板位置稳定而不会发生移位，无需增加额外的对封板的固定装置，使得封板装配过程更加方便简单、高效，并且有效的保障后续的在焊接区域上的焊接作业能够精确进行，在实施整个焊接区域的焊接作业时，第一作用力确保封板能紧密的贴合在电堆侧面，避免封板与电堆侧面之间出现间隙，实现紧密的焊接连接，进而提高连接稳定性，并且提高连接密封性，有效避免液流电池出现电解液渗透泄漏的状况，第一作用力提高封板装配后的平整度，避免发生翘曲，从而使得封板在整个面上都与电堆侧面紧密连接，进一步的保障封板装配的密封性，提高液流电池的可靠性，延长液流电池的使用寿命。

作为一种改进，所述汇流嘴一侧封板的组装工艺包括以下步骤： A、在封板与电堆贴合的一侧粘贴助焊层；B、在封板未涂覆助焊剂的一侧加装透光的固定层，所述固定层上开有与封板上的流道口对应的孔；C、将流道塞贯穿固定层插入封板流道口中；D、利用压装模具将带有固定层和流道塞的封板固定在电堆上，并将流道塞插入电堆的流道口中，使得封板的流道口与电堆的流道口位置对应；E、对封板施压，使其与电堆紧密接触；F、对封板进行激光焊接。通过流道塞使得封板和电堆之间精准的定位，避免封板歪斜以及焊接式将流道口封闭。透光的压紧层可以对封板进行预紧，保证封板的平整，并且加装压紧层后使得流道塞不会过于深入流道口，方便拆卸。利用本发明公开的焊接工艺可以将封板很好的固定在电堆上，方便快捷，大大提高了生产效率。

作为一种改进，步骤S4中采用激光焊接的方式来组装汇流嘴；并且焊接时利用汇流嘴焊接工装对汇流嘴进行辅助。汇流嘴焊接工装专为汇流嘴激光焊接设计，能够方便快捷的定位并且将汇流嘴压紧在侧封板上从而快速的进行焊接。大大减轻了工人的劳动强度，提高了焊接质量。

作为一种改进，所述的汇流嘴焊接工装包括框形的汇流嘴压装模具，所述汇流嘴压装模具上固定有由透光材料制作的汇流嘴压装透光层I；汇流嘴压装模具后方为由透光材料制成的汇流嘴压装透光层II；所述汇流嘴压装透光层II上设置有与汇流嘴电解液腔形状吻合的镂空。

作为一种改进，步骤S5中先将右夹板平放，然后将电堆置于右夹板上；再把左夹板放置在电堆上方，最后从紧固通孔处穿入螺杆并与对应的紧固螺孔连接。利用上夹板对电堆进行夹持并利用螺杆进行紧固，用于抵抗电堆内部液压以及材料本身的反作用力，避免电堆鼓胀变形带来的一些列问题，提高电堆的使用寿命。

本发明的有益之处在于：采用激光焊接的方式进行电堆单元的组装，并利用电堆压装夹具对堆叠好的电堆进行压紧，最后利用激光焊接的形式组装封板和汇流嘴。利用上述步骤可高效的组装好钒液流电堆，并且组装出来的电堆无漏液隐患，大大提高了电堆的质量和使用寿命。

附图说明

图1为电池单元的分解结构示意图；

图2为电池单元的剖面结构示意图；

图3为导流板的平面示意图；

图4为双极板组件的焊接示意图；

图5为组装治具的俯视结构示意图；

图6为电堆压装夹具的结构示意图；

图7为封板预固定到电堆的示意图；

图8为焊接走线第一种方式的示意图；

图9为焊接走线第二种方式的示意图；

图10为焊接走线第三种方式的示意图；

图11为焊接走线第四种方式的示意图；

图12为S3中压装模具的结构示意图；

图13为流道塞的结构示意图；

图14为具有汇流嘴一侧封板的结构示意图；

图15为S4中汇流嘴焊接工装的结构示意图；

图16为汇流嘴压装透光层II的俯视图；

图17为装配好夹板的电堆结构示意图；

图18为左夹板的结构示意图；

图19为右夹板的结构示意图；

图20为装配完成后的电堆示意图。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

电堆a的结构如图20所示。

本发明提供一种钒液流电堆组装工艺，包括以下步骤：

S1组装电堆单元1。

如图1-5所示，电池单元的组装步骤主要包括：

A、双极板组件装配：

A1、将绝缘条一121和绝缘条二122拼合环套在双极板11的整个边缘区域的外围以构成绝缘框12，绝缘框12中部镂空区域的边缘紧贴双极板11的外围，即，绝缘条一121和绝缘条二122紧贴双极板11，在双极板11、绝缘框12的一侧先叠加上一个固定框13，所述固定框13在双极板11边缘的整个周向上都与双极板11、绝缘框12分别贴合，固定框13 与双极板1、绝缘框12分别通过激光焊接方式连接得到半成品一；

具体的，所述的固定框13与双极板1通过激光焊接方式形成环形的焊接处一14，所述环形的焊接处一14沿着双极板1边缘区域的周向方向，并且所述的焊接处一14为沿着固定框13的中部镂空区域的边缘进行的环形焊接走线；

所述的固定框13与绝缘框12之间通过激光焊接方式形成环形的焊接处二15，所述焊接处二15沿着双极板11边缘区域的周向方向，并且所述的焊接处二15为沿着固定框13的边框宽度的中部区域进行的环形焊接走线；

所述固定框13与绝缘框12两者外围边缘处还通过激光焊接方式形成有焊接处三16，所述焊接处三16位于导流板17的电解液进、出液口所在侧；

焊接处一14、焊接处二15、焊接处三16全部加工完成后即得到半成品一；为了保证密封性，焊接处一14、焊接处二15、焊接处三16三处的焊线宽度要达到1mm以上，最好在1～10mm之间。

A2、然后将半成品一翻面继续进行加工，在双极板11、绝缘框12的另一侧叠加上另一个固定框13，并且该固定框13在双极板1边缘的整个周向上都与双极板11、绝缘框12分别贴合，该固定框13与双极板11、绝缘框12分别通过激光焊接方式连接得到成品的双极板组件；

具体的，再次进行A1中所述的焊接处一14、焊接处二15、焊接处三 16的加工，以使第二个固定框13也分别与双极板11、绝缘框12焊接连接，最终得到成品的双极板组件，该双极板组件中的双极板边缘区域在整个周向上都被绝缘框12、固定框13包裹住，有效避免双极板的边缘区域受到电解液的侵蚀。

B、电池单元装配：

B1、双极板组件的一侧叠加上导流板17，所述的导流板17与双极板组件的固定框13贴合，导流板17与固定框13通过激光焊接方式连接得到半成品二；

具体的，导流板17具有流道槽171的一侧表面覆盖上焊接材料，然后将导流板17叠加在双极板组件的一侧，确保导流板17与固定框13准确对接并贴合，通过激光焊接方式使得焊接材料熔融以将导流板7与固定框13有效焊接连接，导流板17的除流道槽171之外的表面全部通过焊接材料与固定框13焊接在一起；

B2、然后将半成品二翻面继续进行加工，在双极板组件的另一侧叠加上另一个导流板17，该导流板17与双极板组件的固定框13贴合，该导流板17与固定框13通过激光焊接方式连接得到成品的电池单元；

具体的，导流板17具有流道槽171的一侧表面覆盖上焊接材料，然后将导流板17叠加在双极板组件的一侧，确保导流板17与固定框13准确对接并贴合，通过激光焊接方式使得焊接材料熔融，从而导流板17的除流道槽171之外的表面全部通过焊接材料与固定框13焊接在一起。

所述步骤A和步骤B中采用的激光焊接方式的激光频率为40～100Hz，焊接头压力为0.1～0.5MPa，焊接效率高，连接强度高，密封性好，最终得到电池单元具有良好的密封防泄漏性能，双极板通过保护框来与导流板间接连接，双极板的边缘区域被充分包裹保护，有效避免双极板的边缘区域被电解液侵蚀，从而避免出现密封失效导致电解液泄漏的状况，有效提高液流电池的生产质量，提高液流电池的性能，延长使用寿命。

另一种液流电池单元的成型工艺，采用组装治具来辅助进行焊接作业，步骤主要包括：

A、双极板组件装配：

A1、调节活动限位部b3使得活动限位部b3与固定限位部b2之间的间距达到所需的尺寸，然后将双极板、绝缘框放入到活动限位部b3与固定限位部b2之间的承载平台b1上，将两者放平整以紧贴承载平台b1，绝缘框位于双极板的外围，绝缘框2采用一体式结构，直接将绝缘框2 套在双极板1的外围，绝缘框2中部镂空区域的边缘紧贴双极板1的外围，绝缘框直接与活动限位部b3与固定限位部b2紧贴接触，然后在双极板、绝缘框之上放置固定框，所述的固定框外围与活动限位部b3与固定限位部b2紧贴接触，然后再放上压板b4以保障双极板、绝缘框和固定框的拼接平整性，再放上压块b5进一步压紧，以确保所述固定框3在双极板1 边缘的整个周向上都与双极板1、绝缘框2分别贴合紧密；

然后，固定框13与双极板11、绝缘框12分别通过激光焊接方式连接得到半成品一，焊接用的激光穿过压板b5然后作用在固定框13与双极板1、绝缘框12的焊接连接处，以使固定框13与双极板1、绝缘框12 分别熔融焊接在一起；

具体的，所述的固定框13与双极板11通过激光焊接方式形成环形的焊接处一14，所述环形的焊接处一14沿着双极板11边缘区域的周向方向，并且所述的焊接处一14为沿着固定框13的中部镂空区域的边缘进行的环形焊接走线；

所述的固定框13与绝缘框12之间通过激光焊接方式形成环形的焊接处二15，所述焊接处二15沿着双极板1边缘区域的周向方向，并且所述的焊接处二15为沿着固定框13的边框宽度的中部区域进行的环形焊接走线；

所述固定框13与绝缘框12两者外围边缘处还通过激光焊接方式形成有焊接处三16，所述焊接处三16位于导流板17的电解液进、出液口所在侧；

焊接处一14、焊接处二15、焊接处三16全部加工完成后即得到半成品一；

A2、取下压块b5和压板b4，然后将该半成品一翻一面再放置到活动限位部b3与固定限位部b2之间的承载平台b1上，半成品一的固定框3 所在一侧贴靠在承载平台b1上，半成品一由活动限位部b3与固定限位部b2进行限位，在双极板11、绝缘框12的另一侧叠加上另一个固定框13，然后再依次放上压板b4和压块b5，确保该固定框13在双极板11边缘的整个周向上都与双极板11、绝缘框12分别贴合紧密，该固定框13与双极板11、绝缘框12分别通过激光焊接方式连接得到成品的双极板组件，再取下压板b4和压块b5即可取出双极板组件；

具体的，再次进行A1中所述的焊接处一14、焊接处二15、焊接处三 16的加工，以使第二个固定框13也分别与双极板11、绝缘框12焊接连接，最终得到成品的双极板组件，该双极板组件中的双极板边缘区域在整个周向上都被绝缘框12、固定框13包裹住，有效避免双极板的边缘区域受到电解液的侵蚀。

B、电池单元装配：

B1、调节活动限位部b3使得活动限位部b3与固定限位部b2之间的间距达到所需的尺寸，先将双极板组件放入到活动限位部b3与固定限位部b2之间的承载平台b1上，双极板组件需放平整以紧贴承载平台b1，双极板组件的外围与活动限位部b3与固定限位部b2紧贴接触，然后在双极板组件之上放置导流板，导流板外围与活动限位部b3与固定限位部b2 紧贴接触，然后再放上压板b4和压块以将导流板与双极板组件压紧，使得导流板与双极板组件在整个平面上都均匀紧密贴合，，导流板7与固定框3通过激光焊接方式连接得到半成品二；

具体的，导流板17具有流道槽171的一侧表面覆盖上焊接材料，然后将导流板7叠加在双极板组件的一侧，确保导流板17与固定框13准确对接并贴合，通过激光焊接方式使得焊接材料熔融以将导流板17与固定框13有效焊接连接，导流板17的除流道槽171之外的表面全部通过焊接材料与固定框13焊接在一起；

B2、取下压块b5和压板b4，然后将该半成品二翻一面再放置到活动限位部b3与固定限位部b2之间的承载平台b1上，半成品二的导流板所在一侧贴靠在承载平台b1上，半成品二由活动限位部b3与固定限位部 b2进行限位，在双极板组件的另一侧叠加上另一个导流板17，再放上压板b4和压块b5，以使该导流板17与双极板组件的固定框13贴合紧密，该导流板17与固定框3通过激光焊接方式连接得到成品的电池单元；具体的，导流板17具有流道槽171的一侧表面覆盖上焊接材料，然后将导流板17叠加在双极板组件的一侧，确保导流板17与固定框13准确对接并贴合，通过激光焊接方式使得焊接材料熔融，从而导流板17的除流道槽171之外的表面全部通过焊接材料与固定框13焊接在一起。

S2将若干组装好的电堆单元1堆叠成电堆a后压紧。

若干电堆单元1沿垂直于其顶面或者底面的方向进行堆叠，并且若干电堆单元1相互对齐；并从堆叠好的电堆a顶面和底面同时施加压力使得若干电堆单元1被压紧。最好采用电堆压装夹具对电堆a进行压紧；如图 6所示，电堆压装夹具包括拉杆组件22和两块相互平行的压板21，压板 21上设置有向压板21边缘外侧延伸出的连接座23，压板21具体呈矩形，所述的连接座23在压板21的四个顶角处分别设置有一个，连接座通过焊接的方式固定在压板21上，拉杆组件22的两端分别与两个压板21上的连接座23连接，以使两个压板21能够相向运动实现压紧功能。

具体的，压板21平行于电堆a中的电池单元和隔膜，也就是压板21 垂直于电堆a的层叠方向，在电堆a层叠方向的两侧分别设置压板21，两个压板21在拉杆组件22的作用下将位于压板之间的电堆a压紧固定，所述的拉杆组件22沿着电堆a的层叠方向，所述的拉杆组件22具体包括拉杆和螺帽，所述的拉杆为直线杆状，并且一端设置有外围尺寸大于拉杆直径的限位帽部，另一端设置有螺纹段，拉杆一端的限位帽部卡在一个压板的连接座上，拉杆的另一端则在套装上螺帽后卡在另一个压板的连接座上，通过旋拧螺帽以将两个压板拉进，从而将位于两个压板之间的电堆压紧固定，并且，在连接座23的边缘开设与拉杆组件22配合的缺口槽27，拉杆组件22的拉杆沿着压板21的平面方向卡入缺口槽即可，提高拉杆组件22的装拆便捷性。

在本实施例中，下侧的压板21的边缘处还连接有垂直于压板21的限位挡件，利用所述的限位挡件用于对电堆a边缘进行限位对齐，电堆包括若干的层叠在一起的电池单元和隔膜，电池单元和隔膜的边缘靠在限位挡件上从而实现对齐，提高电池单元和隔膜层叠的精度，避免电池单元与隔膜错位过多，确保电池单元被隔膜有效隔离开，避免出现正负极的电解液相互渗流的状况，保障电堆装配质量，具体的，所述压板21的边缘开设用于连接限位挡件的螺孔，所述的限位挡件包括限位挡板24和限位挡条 25，所述的限位挡板24位于矩形压板1的长边边缘处并覆盖整个长边的长度，所述的限位挡条25位于压板1的短边边缘处并覆盖短边的局部长度，所述的限位挡板24与两侧的限位挡条25连接构成U形结构，进一步的，在压板21的两侧的长边边缘分别都设置有限位挡板4，并且限位挡板24都连接有限位挡条25，从而能对层叠在一起的电池单元和隔膜的四个边缘都进行限位，提高电池单元和隔膜的层叠装配精度。

在本实施例中，所述压板21的背对电堆a的一侧表面还设置有加强条26，所述的加强条26平行间隔设置有三条，提高压板的结构强度，提高压板的平整性，从而保障层叠在一起的电池单元和隔膜在整个平面上都能均匀而紧密的贴合，提高层叠装配质量。

S3组装封板；包括普通封板的组装工艺和汇流嘴一侧封板的组装工艺。

如图7-图11所示，普通封板2组装工艺：

对电堆a的层叠方向的侧面先进行平面加工以使电堆的侧面达到平整度要求，可采用镗床、铣床来对电堆的侧面进行平面加工，平面度达到要求后清除毛刺和飞边，然后再进行封板装配，电堆的侧面达到平面度要求后才能确保封板的整个面都能与电堆的侧面进行充分的贴合，才能确保封板与电堆侧面充分焊接连接，避免封板与电堆侧面残留间隙，提高装配密封性；

在整个封板装配过程中保持对电堆施加沿电堆层叠方向的第二作用力，第二作用力使得电堆中的电池单元与隔膜能够紧密贴合，使得正负极的电解液有效分隔开，保障电堆内部的密封隔离效果，避免出现正负极的电解液渗透混流的状况，保障液流电池的可靠性，在保持第二作用力的作用下进行封板的焊接装配，封板与电堆中的电池单元充分焊接连接后，封板起到保持电池单元与隔膜紧密贴合的作用，在封板装配完成后撤销第二作用力，电池单元与隔膜也不会发生相对的位移，依然在封板的作用下保持紧密贴合状态，从而保障长效稳定的密封隔离效果，保障液流电池的性能和使用寿命；

然后，先采用激光焊接将封板的局部与电堆的层叠方向的侧面焊接连接，以将封板预连接在电堆上，确保在后续的焊接装配过程中封板位置稳定而不会发生移位，确保后续的焊接装配能精确的进行，提高封板装配精度，采用局部焊接的方式无需增加额外的对封板的固定装置，操作更加方便简单、高效；

再采用激光焊接沿着封板的表面进行焊接走线，所述焊接走线覆盖封板与电堆侧面之间的整个焊接区域，并且在焊接走线的同时施加垂直于封板的用于将封板向电堆侧面贴靠的第一作用力，焊接走线覆盖完整个焊接区域后完成封板装配。

在本实施例中，为了提高效率，缩短加工时间，同时在电堆的两个侧面进行封板装配，具体而言，在电堆的两对侧面同时进行封板的装配，即，同时按照前述的电堆封板装配工艺同时对电堆的两对侧面进行封板装配，还能的提高封板的装配精度，提高装配密封性。

在本实施例中，如图7所示，将封板2预连接在电堆时，封板与电堆侧面之间通过激光焊接出若干条预固定焊线38，所述的预固定焊线38为直线段的焊线，所述的若干条预固定焊线38平行间隔分布，预固定焊线 38一共设置有三条，预固定焊线38为沿着横向的直线段焊线，该三条预固定焊线8在竖向上间隔分布，从而有效的将封板预固定到电堆上，保障后续在进行整个焊接区域的焊接时封板不会发生位移，并且能够保障封板的平整度，避免封板发生过度翘曲，进而确保后续的装配过程中，封板在整个面上都能与电堆的侧面有效的紧密贴合，提高封板的焊接装配精度，保障焊接质量。

将封板预连接在电堆的方式不限于上述方式，还可以是通过激光焊接出若干间隔分布的焊接点，这些焊接点在封板与电堆侧面之间的整个焊接区域中呈矩阵分布，同样的能起到固定封板避免其在后续的装配过程中发生位移的状况，还能使得封板在整个面上都能与电堆的侧面有效的紧密贴合，保障封板的平整度，避免封板发生过度翘曲，提高封板的焊接装配精度，保障焊接质量。

所述的第一作用力通过激光焊接用的焊接头压在封板上来进行施加，而无需单独设置夹具，具体的所述焊接头施加的压力为0.1～0.5MPa，焊接频率为40～100Hz，第一作用力始终施加于焊接处，可以有效消除焊接处熔融产生的熔池热膨胀产生的热应力，有效消除熔池固化过程中产生的内应力，进而可以有效避免熔池热膨胀导致封板翘曲或变形，从而能保障封板的平面度，使得封板的整个面都能与电堆的侧面达到均匀的贴合，提高封板的装配精度，避免封板与电堆侧面之间出现间隙导致虚焊的状况，提高焊接稳定性，提高焊接密封性。

在本实施例中，所述焊接走线39为平行间隔的直线形走线，相邻直线形走线之间的间距为0.5～2mm，具体的，如图8所示，激光焊接用的焊接头从焊接区域的左上角“0”位置开始从左向右进行横向走线的焊接，形成一条直线焊线，然后焊接头向下位移一定距离再次左向右进行横向走线的焊接形成第二条直线焊线，如此往复实现整个焊接区域的焊接连接，当然，如图9所示，焊接走线39也可以是激光焊接用的焊接头从焊接区域的左上角“0”位置开始从左向右进行横向走线的焊接，形成一条直线焊线，然后焊接头向下位移一定距离后从右向左进行横向走线的焊接形成第二条直线焊线，然后焊接头再向下位移一定距离后从左向右进行横向走线的焊接形成第三条直线焊线，如此往复实现整个焊接区域的焊接连接，第二种方式相对于第一种方式而言，减少了焊接头从右向左返回的空运行过程，从而第二种方式完成整个焊接区域的焊接所需时间更短，加工效率相对更高。

或者，如图10所示，所述焊接走线39为嵌套多层的环形走线，相邻环形走线之间的间距为0.5～2mm，可以是从焊接区域靠外侧区域开始逐步向中心区域焊接，也可以是从焊接区域的中心区域开始逐步向靠外侧区域焊接；或者，如图11所示，所述焊接走线39为螺旋形走线，所述螺旋形走线的间距为0.5～2mm，可以是从焊接区域靠外侧区域开始逐步向中心区域焊接，也可以是从焊接区域的中心区域开始逐步向靠外侧区域焊接，同样能使得封板与电堆侧面在整个焊接区域内均匀而充分的焊接连接，提高连接密封性和连接稳定性，提高封板的装配质量，避免出现电解液渗透泄漏的状况。

如图12-图14汇流嘴一侧封板的组装2a工艺：

A、在封板2a(其结构如图14所示)与电堆a贴合的一侧粘贴助焊层；助焊层的作用在于吸收激光的光能转化为热能，将封板2a通过熔融耦合在电堆a上。助焊层为深色的热塑性高分子材料薄膜。助焊层的材质要与电堆双极板基体以及导流板材料一致。本发明中选用的助焊层可为 0.1～0.5mm厚的PE、PP、PVC薄膜中的一种。粘贴时首先将封板和助焊层清理干净，然后在封板四周边缘贴双面胶，将助焊层临时固定到封板上，最好利用高温的加热抢进行点焊将助焊层平整地固定到封板上。当然在将封板固定在电堆之前应该将电堆待焊接封板的一面处理平整。使得封板能与电堆贴合得更加紧密，避免漏液。

B、在封板2a未涂覆助焊剂的一侧加装透光的固定层45，所述固定层45上开有与封板2a上的流道口对应的孔；固定层45的材质优选高透光性的有机玻璃，如亚克力等，其原因在于固定层5需要开设与流道口对应的长孔，如果用普通玻璃的话加工难度大，而且容易碎裂。该步骤中，固定层45与封板2a只需要流道口对齐即可。

C、将流道塞47贯穿固定层45插入封板2a的流道口中；流道塞47 的结构如图13所示，包括塞体471和连接板472；所述塞体471横截面形状与流道口一致，若干塞体固定排布在连接板上。本实施例中，每个流道塞包含4个塞体。可同时封闭4个流道口，提高工作效率。本步骤的目的在于将封板2a和固定层临时固定。

D、利用压装模具将带有固定层45和流道塞47的封板2a固定在电堆a上，并将流道塞47插入电堆a的流道口中，使得封板2a的流道口与电堆a的流道口位置对应；压装模具的结构如图12所示，包括边框42 以及镶嵌在边框42内的透光层43；所述边框42上开有螺孔，可利用螺栓46将其固定在电堆压装夹具上。透光层42为玻璃制作，保证其高透光性，还有具有一定的刚性，在压紧的时候能保证封板2a和电堆a很好的贴合。

E、对封板2a施压，使其与电堆a紧密接触；利用螺栓46将压紧模具固定在电堆压紧夹具上，继续旋紧螺栓46为透光层42施加压力，压力透过固定层45传递到封板2a上，使得封板2a能够十分贴合的与电堆a 侧面接触。

F、对封板2a进行激光焊接。本发明选择的激光焊接的频率为 40～100Hz。激光发射器按照逐行或者逐列焊接的方式进行，焊接的速度为 150～300cm/min，每条焊线的距离为0.5～1.5mm。为了方便起见，一般焊接的方向是从左至有，从上至下。当然也可以选择其他焊接方向，比如普通封板的焊接方向。本发明不做限制，只要能将封板2a 4牢固焊接在电堆a上即可。

S4组装汇流嘴4。最好采用激光焊接的方式来组装汇流嘴；并且焊接时利用汇流嘴焊接工装对汇流嘴进行辅助。

如图15-图16所示，具体的，汇流嘴焊接工装包括汇流嘴压装模具 54，所述汇流嘴压装模具54上固定有由透光材料制作的汇流嘴压装透光层 I59；汇流嘴压装透光层I59与汇流嘴压装模具54之间可通过卡接、粘接等方式固定，本申请中不做限制。汇流嘴压装模具54后方为由透光材料制成的汇流嘴压装透光层II55；所述汇流嘴压装透光层II55上设置有与汇流嘴4电解液腔形状吻合的镂空；所述汇流嘴压装模具54固定在电堆压装夹具上。

汇流嘴压装模具54本实施例中优选为方框形，这是由于汇流嘴4本身也为矩形。当然，汇流嘴压装模具54也可以为其他形状，只要能起到压紧和定位的作用即可。

汇流嘴压装透光层II55为左右两块，并利用螺栓56与汇流嘴压装模具54连接定位。汇流嘴压装透光层II55上的镂空551为矩形，与汇流嘴 47的电解液腔形状吻合。所述汇流嘴压装透光层II55上部设置有螺孔58，下部边缘设置有螺栓槽510，方便装配。为了方便脱模，该镂空551的四角可以进行扩孔处理。

对于材质上的选择，本实施例中汇流嘴压装模具54为铝合金制作，汇流嘴压装透光层I59由玻璃制作，述汇流嘴压装透光层II55由亚力克或者其他透明的有机高分子塑料制作。

工作的时候，先将汇流嘴压装透光层I 59嵌入汇流嘴压装模具54固定，然后将汇流嘴压装模具54底部螺栓孔穿入螺栓56，螺栓拧入电堆压装夹具，中间预留空隙。并在汇流嘴47底板背面涂抹助焊剂571。然后将汇流嘴4 嵌入汇流嘴压装透光层II 55，放入汇流嘴压装模具54空隙中。汇流嘴压装透光层II 55底部螺栓槽510对其底部螺栓。上方螺栓依次穿过汇流嘴压装模具54和汇流嘴压装透光层II 55上的螺孔58，拧紧所有螺栓56。注意汇流嘴4的电解液腔要卡接在汇流嘴压装透光层II55的镂空551中。压力通过汇流嘴压装模具54、汇流嘴压装透光层I59、汇流嘴压装透光层II55传递到汇流嘴57上，给汇流嘴提供预压力，使得汇流嘴底板助焊层与封板2a 紧密接触，这样在焊接的时候助焊层升温融化同时使两侧的封板2a、汇流嘴4底板表面熔融软化，在预压力的作用下紧密结合在一起。

S5在电堆a左右两侧装配夹板5。

如图17-19所示，电堆a的两个端面分别设置有左夹板62和右夹板 63，两块夹板之间利用连接件固定连接。本发明中所述的“左”、“右”等方向性词汇均是根据附图为了便于理解和区分来描述的，并不用于限制本发明的保护范围。实际上，只要两块夹板位于电堆a堆叠方向上即可。

具体地，左夹板62边缘开设有若干紧固通孔612，所述右夹板63边缘开设有与紧固通孔612位置对应的紧固螺孔613；所述连接件为螺杆，所述螺杆贯穿通过紧固通孔612后与紧固螺孔613螺纹连接。左夹板62上的紧固通孔612为沉头孔。螺杆外套有套筒64。左夹板62和右夹板63上均设置有固定螺孔611。左夹板62和右夹板63上均设置有2个固定螺孔611，2个固定螺孔611设置在同侧，且左夹板62和右夹板63上的固定螺孔611 位置对应。固定螺孔611用于将电堆a固定在系统中。

左夹板62和右夹板63的侧面连接有用于起吊电堆的挂耳65。所述挂耳65利用左夹板62和右夹板63侧面的螺孔614与左夹板62和右夹板63 连接。

装配的时候，先将右夹板63平放，然后将电堆a置于右夹板63上；再把左夹板62放置在电堆a上方，最后从紧固通孔612处穿入螺杆64并与对应的紧固螺孔613连接即可。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (12)

1.一种钒液流电堆组装工艺，其特征在于包括以下步骤：

S1组装电堆单元；

S2将若干组装好的电堆单元堆叠成电堆后压紧；

S3组装封板；

S4组装汇流嘴；

S5在电堆左右两侧装配夹板。

2.根据权利要求1所述的一种钒液流电堆组装工艺，其特征在于步骤S1包括：

A、双极板组件的装配：把绝缘框环套在双极板的整个边缘区域的外围，在双极板、绝缘框的一侧先叠加上一个固定框，所述固定框在双极板边缘的整个周向上都与双极板、绝缘框分别贴合，固定框与双极板、绝缘框分别通过激光焊接方式连接得到半成品一；

在双极板、绝缘框的另一侧叠加上另一个固定框，并且该固定框在双极板边缘的整个周向上都与双极板、绝缘框分别贴合，该固定框与双极板、绝缘框分别通过激光焊接方式连接得到成品的双极板组件；

B、双极板组件的一侧叠加上导流板，所述的导流板与双极板组件的固定框贴合，导流板与固定框通过激光焊接方式连接得到半成品二；

在双极板组件的另一侧叠加上另一个导流板，该导流板与双极板组件的固定框贴合，该导流板与固定框通过激光焊接方式连接得到成品的电池单元。

3.根据权利要求2所述的一种钒液流电堆组装工艺，其特征在于：步骤A中，所述的固定框与双极板通过激光焊接方式形成环形的焊接处一，所述环形的焊接处一沿着双极板边缘区域的周向方向，并且所述的焊接处一为沿着固定框的中部镂空区域的边缘进行的环形焊接走线；

所述的固定框与绝缘框之间通过激光焊接方式形成环形的焊接处二，所述焊接处二沿着双极板边缘区域的周向方向，并且所述的焊接处二为沿着固定框的边框宽度的中部区域进行的环形焊接走线；

所述固定框与绝缘框两者外围边缘处还通过激光焊接方式形成有焊接处三，所述焊接处三位于导流板的电解液进、出液口所在侧。

4.根据权利要求2所述的一种钒液流电堆组装工艺，其特征在于：所述步骤B中，导流板面向固定框的一侧表面开设有用于进出电解液的从导流板的外围边缘延伸至中部镂空区域的流道槽，所述导流板面向固定框的一侧表面设置有焊接材料，所述的焊接材料覆盖除流道槽之外的表面，所述导流板通过焊接材料与固定框焊接连接。

5.根据权利要求1所述的一种钒液流电堆组装工艺，其特征在于：步骤S2中若干电堆单元沿垂直于其顶面或者底面的方向进行堆叠，并且若干电堆单元相互对齐；并从堆叠好的电堆顶面和底面同时施加压力使得若干电堆单元被压紧。

6.根据权利要求5所述的一种钒液流电堆组装工艺，其特征在于步骤S2中采用电堆压装夹具对电堆进行压紧；所述电堆压装夹具包括拉杆组件和两块相互平行的压板，压板上设置有向压板边缘外侧延伸出的连接座，所述的连接座在压板边缘的整个周向上间隔设置有若干个，拉杆组件的两端分别与两个压板上的连接座连接，以使两个压板将位于压板之间的并且层叠方向垂直于压板的电堆压紧固定。

7.根据权利要求1所述的一种钒液流电堆组装工艺，其特征在于步骤S3中包括普通封板的组装工艺和汇流嘴一侧封板的组装工艺。

8.根据权利要求7所述的一种钒液流电堆组装工艺，其特征在于所述普通封板的组装工艺包括以下步骤：采用激光焊接将封板的局部与电堆的层叠方向的侧面焊接连接，以将封板预连接在电堆上；

采用激光焊接沿着封板的表面进行焊接走线，所述焊接走线覆盖封板与电堆侧面之间的整个焊接区域，并且在焊接走线的同时施加垂直于封板的用于将封板向电堆侧面贴靠的第一作用力，最终完成封板装配。

9.根据权利要求7所述的一种钒液流电堆组装工艺，其特征在于所述汇流嘴一侧封板的组装工艺包括以下步骤：

A、在封板与电堆贴合的一侧粘贴助焊层；

B、在封板未涂覆助焊剂的一侧加装透光的固定层，所述固定层上开有与封板上的流道口对应的孔；

C、将流道塞贯穿固定层插入封板流道口中；

D、利用压装模具将带有固定层和流道塞的封板固定在电堆上，并将流道塞插入电堆的流道口中，使得封板的流道口与电堆的流道口位置对应；

E、对封板施压，使其与电堆紧密接触；

F、对封板进行激光焊接。

10.根据权利要求1所述的一种钒液流电堆组装工艺，其特征在于：步骤S4中采用激光焊接的方式来组装汇流嘴；并且焊接时利用汇流嘴焊接工装对汇流嘴进行辅助。

11.根据权利要求10所述的一种钒液流电堆组装工艺，其特征在于：所述的汇流嘴焊接工装包括框形的汇流嘴压装模具，所述汇流嘴压装模具上固定有由透光材料制作的汇流嘴压装透光层I；汇流嘴压装模具后方为由透光材料制成的汇流嘴压装透光层II；所述汇流嘴压装透光层II上设置有与汇流嘴电解液腔形状吻合的镂空。

12.根据权利要求1所述的一种钒液流电堆组装工艺，其特征在于：步骤S5中先将右夹板平放，然后将电堆置于右夹板上；再把左夹板放置在电堆上方，最后从紧固通孔处穿入螺杆并与对应的紧固螺孔连接。

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