CN114464838A - 燃料电池双极板制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种燃料电池双极板制作方法，包括步骤：S1、阴极板缓存；S2、阳极板热压整平；S3、阴极板和阳极板同步进行密封胶点胶；S4、阴极板和阳极板同步进行密封胶胶型检测；S5、阴极板和阳极板同步进入烘箱进行密封胶加热固化；S6、阳极板缓存；S7、阴极板翻转；S8、阴极板点冷却面粘结胶；S9、双极板对合；S10、双极板粘结胶固化；S11、双极板错位检测；S12、密封性能检测。本发明的燃料电池双极板制作方法，优化了工艺流程，降低了产品从上线到下线的加工时间，降低了生产成本，提高了生产效率和产品一致性，为燃料电池的商业化发展提供了基础。
Description
技术领域
本发明属于燃料电池技术领域，具体地说，本发明涉及一种燃料电池双极板制作方法。
背景技术
近年来，全球气候变暖已经成为全人类共同面对的严峻问题之一，碳减排已成为重要课题。燃料电池作为一种无碳的能源转换系统，越来越多的研究已经在开展，其以氢气作为燃料，空气作为氧化剂，反应产生电和水，不对环境造成任何影响，是理想的能源类型。燃料电池堆作为反应发生的产所，主要以膜电极和双极板组成，为满足用电器电压要求，通常有几十上百片单电池串联成电堆，为保证反应气体、冷却剂不向外泄漏，密封是一项重要却又易被忽视的工作。现有技术中，往往由人工或半人工的方式进行双极板的密封处理，其具有操作误差大、工作强度高的问题，不仅合格率得不到保证，密封条胶型的一致性也得不到保证。此外，在对双极板进行点胶的过程中，通常是完成一侧点胶后在对另一侧进行点胶，一个完成的双极板通常需要经过三次点胶，中间物料的转运需要人工进行，自动化程度低且转运途中易受环境二次污染，不利于大批量生产。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提供一种燃料电池双极板制作方法，目的是提高产品一致性。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：燃料电池双极板制作方法，包括步骤：
S1、阴极板缓存；
S2、阳极板热压整平；
S3、阴极板和阳极板同步进行密封胶点胶；
S4、阴极板和阳极板同步进行密封胶胶型检测；
S5、阴极板和阳极板同步进入烘箱进行密封胶加热固化；
S6、阳极板缓存；
S7、阴极板翻转；
S8、阴极板点冷却面粘结胶；
S9、双极板对合；
S10、双极板粘结胶固化；
S11、双极板错位检测；
S12、密封性能检测。
所述步骤S1中，在阴极板缓存工序，由第一执行器推动位于滚筒传输线上的阴极板缓存载具至吸料工位，然后阴极板缓存载具流转至密封胶喷涂工序，第一执行器为无杆气缸。
所述步骤S2中，通过堆垛吸盘依次吸取阳极板和热压整平隔板到热压整平载具上，形成一极板一隔板的堆叠形式，由滚筒传输线带动，进入烘箱进行热整平，热压整平完成后，热压整平载具回流，阳极板流转至阳极板点胶工序。
所述步骤S2中，所述烘箱为单温区烘箱，烘箱温度控制为140～160℃，所述热压整平载具的传输速度控制为4～6m/h，对外设置密封自动门保证箱内温度。
所述步骤S5中，所述阴极板和所述阳极板同步进入烘箱进行密封胶的加热固化，烘箱为三温区隧道烘箱，烘箱内的三温区分别为预热区、高温区和冷却区，烘箱的各温区之间为自动门密封。
所述步骤S5中，所述预热区的温度设定为70～90℃，所述高温区的温度设定为110～130℃，冷却区的温度设定为50～70℃。
所述步骤S7中，在阴极板翻转工序，由分料吸盘将烘干完成后的阴极板吸取至翻盘机构工作台，阴极板烘干载具回流，翻盘机构旋转180°，由第二执行器推动流转至点冷却面粘结胶工序，第二执行器为无杆气缸。
所述步骤S10中，在双极板粘结胶固化工序，采用的烘箱为单温区烘箱，烘箱温度控制为100～120℃，滚筒传输线的传输速控制为3～5m/h，对外设置密封自动门保证箱内温度。
所述步骤S8中，点胶机视觉系统对各阴极板进行拍照定位，计算机完成误差修正后针头出胶，点胶机三轴联动开始点胶；点胶完成后，转运吸盘将阴极板转运至极板对合平台上，流转至双极板对合工序。
本发明的燃料电池双极板制作方法，优化了工艺流程，降低了产品从上线到下线的加工时间，降低了生产成本，提高了生产效率和产品一致性，为燃料电池的商业化发展提供了基础。
附图说明
图1为本发明燃料电池双极板制作方法的流程图。
具体实施方式
下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，目的是帮助本领域的技术人员对本发明的构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解，并有助于其实施。
如图1所示，本发明提供了一种燃料电池双极板制作方法，包括如下的步骤：
S1、阴极板缓存；
S2、阳极板热压整平；
S3、阴极板和阳极板同步进行密封胶点胶；
S4、阴极板和阳极板同步进行密封胶胶型检测；
S5、阴极板和阳极板同步进入烘箱进行密封胶加热固化；
S6、阳极板缓存；
S7、阴极板翻转；
S8、阴极板点冷却面粘结胶；
S9、双极板对合；
S10、双极板粘结胶固化；
S11、双极板错位检测；
S12、密封性能检测。
具体地说，在上述步骤S1中，在阴极板缓存工序，由第一执行器推动位于滚筒传输线上的阴极板缓存载具至吸料工位，阴极板缓存载具上载有阴极板，然后阴极板缓存载具流转至密封胶喷涂工序。作为优选的，第一执行器为无杠气缸。
在上述步骤S2中，在阳极板热压整平工序，需要使用到阳极板载具、热压整平隔板、热压整平隔板载具、堆垛吸盘、热压整平载具、滚筒传输线和烘箱。通过堆垛吸盘依次吸取阳极板和热压整平隔板到热压整平载具上，在热压整平载具上形成一极板一隔板的堆叠形式，也即将多个阳极板与多个热压整平隔板依次堆叠，各个阳极板分别位于一个热压整平隔板上，然后进行堆叠，堆叠后将所有热压整平隔板连同阳极板一起放在热压整平载具，然后由滚筒传输线带动，使热压整平载具进入烘箱进行热整平，热压整平完成后，热压整平载具回流，阳极板流转至阳极板点胶工序。
作为优选的，热压整平隔板的材质为316L不锈钢板材，热压整平隔板的轮廓尺寸较阳极板最小包络尺寸外延5～10mm，也即热压整平隔板的外边缘与阳极板的外边缘之间的距离为5～10mm。整平隔板1尺寸较阳极板2稍大，提高了整平隔板堆叠的容错率，避免因操作误差导致阳极板2部分区域未被覆盖，进而影响整平效果。
在上述步骤S2中，烘箱为单温区烘箱，烘箱温度控制为140～160℃，热压整平载具的传输速度控制为4～6m/h，对外设置密封自动门保证箱内温度。
作为优选的，在上述步骤S2中，烘箱温度控制为150℃，热压整平载具的传输速度控制为5m/h，对外设置密封自动门保证箱内温度。通过控制载具在烘箱内的传输速度，保证了阳极板受热时长，在规定的温度联合作用下，阳极板材料基体中的改性材料受热向熔融态转变，通过外部施加的载荷，使内应力分布更为均匀，达到整平的效果。
在上述步骤S3中，阴极板和阳极板同步进行密封胶点胶，在阳极板点胶工序，需要使用分料吸盘将阳极板转运至点胶机的点胶平台上，点胶机的视觉系统开始对阳极板进行拍照定位，计算机完成误差修正后针头出胶，点胶机三轴联动开始点胶。在阴极板点胶工序，需要使用分料吸盘将阴极板转运至另一点胶机的点胶平台上，点胶机的视觉系统开始对阴极板进行拍照定位，计算机完成误差修正后针头出胶，点胶机三轴联动开始点胶。点胶完成后，转运吸盘将阴极板、阳极板转运至对应胶型检测平台上，流转至密封胶胶型检测工序。
在上述步骤S3中，密封胶点胶机胶料最小吐出量0.1mL，最小吐出时间0.1S。
在上述步骤S4中，阴极板和阳极板同步进行密封胶胶型检测，在阳极板密封胶胶型检测工序，使用轮廓扫描仪对阳极板上的胶型进行检测，检测完成后，不合格品由转运吸盘转运至不合格料下线载具中，合格品由双向转运吸盘流转至阳极板密封胶加热固化工序；同时，在阴极板密封胶胶型检测工序，使用轮廓扫描仪对阴极板上的胶型进行检测，检测完成后，不合格品由转运吸盘转运至不合格料下线载具中，合格品由双向转运吸盘流转至阴极板密封胶加热固化工序。
在上述步骤S4中，在阳极板密封胶胶型检测工序和阴极板密封胶胶型检测工序中，均需使用密封胶胶型检测系统，密封胶胶型检测系统的检测平台使用大理石材质，合格胶型验收标准为直线处胶宽为2±0.05mm，转弯处胶宽为2±0.1mm，直线处胶高为0.63±0.02mm，交接点胶高为0.63±0.05mm。
在上述步骤S5中，阴极板和阳极板同步进入烘箱进行密封胶的加热固化，在阳极板密封胶加热固化工序中，使用堆垛吸盘将阳极板堆叠到烘干载具上，由滚筒传输线推动进入烘箱，烘干完成后，阳极板流转至阳极板缓存工序；同时，在阴极板密封胶加热固化工序中，使用堆垛吸盘将阴极板堆叠到烘干载具上，由滚筒传输线推动进入烘箱，烘干完成后，阴极板流转至阴极板翻转工序。
在上述步骤S5中，采用的烘箱为三温区隧道烘箱，烘箱内的三温区分别为预热区、高温区和冷却区，烘箱的各温区之间为自动门密封，由滚筒传输线实现物料输送，滚筒传输线的传输速度控制为3m/h。
在上述步骤S5中，预热区的温度设定为70～90℃，高温区的温度设定为110～130℃，冷却区的温度设定为50～70℃。
作为优选的，在上述步骤S5中，预热区的温度设定为80℃，高温区的温度设定为120℃，冷却区的温度设定为60℃。液态的密封胶在预热温度下，表面发生交联反应形成较稳定的分子结构，形成一层较为理想的胶型，在随后的高温过程中起到一定的保护作用。密封胶在高温区的作用下表面与密封胶内部完全反应，形成稳定的分子结构。为防止烘箱与环境间较大的温差对成型胶体产生热应力，影响胶型，因此烘箱内设置一处冷却区，可以让温度相对平滑过渡，降低对密封胶形状的影响。
在上述步骤S6中，在阳极板缓存工序中，需要使用分料吸盘。待阴极板点胶检测完成后，烘干载具回流，阳极板流转至双极板对合工序。
在上述步骤S7中，在阴极板翻转工序，由分料吸盘将阴极板烘干载具上完成烘干后的阴极板吸取至翻盘机构的工作台上，阴极板烘干载具回流，然后翻盘机构旋转180°，阴极板由空气面朝上转翻转为冷却面朝上，准备进行冷却面粘结胶点胶动作，最后由第二执行器将阴极板推动流转至阴极板点冷却面粘结胶工序。作为优选的，第二执行器为无杆气缸。点胶机的针头朝下，只有在双极板面朝上的时候才可以进行点胶，阴极板两个面都需要点胶：步骤S3中是在阴极板的A面(空气侧)进行点胶，步骤S7中是在阴极板的B面(冷却侧)进行点胶，因此需要将阴极板进行翻转。
在上述步骤S7中，翻盘机构的工作台由第一平板和第二平板组成，第一平板和第二平板使用铝合金材质，第一平板和第二平板的表面粘贴泡棉，在翻转时第一平板和第二平板锁定(贴泡棉是为了防止阴极板表面磕伤，锁定是指第一平板、第二平板相配合夹住阴极板，可以完成阴极板的置物平台由第一平板向第二平板的变换，同时可以保证在翻转过程中，因吸盘吸力不足导致阴极板掉落)，翻转完成后，第二平板连同阴极板由第二执行器推出，完成工序流转。
在上述步骤S8中，在阴极板点冷却面粘结胶工序，需使用点胶机在阴极板的冷却面上注入粘接胶，点胶机的视觉系统对各阴极板进行拍照定位，计算机完成误差修正后点胶机的针头出胶，点胶机三轴联动开始点胶；点胶完成后，转运吸盘将阴极板转运至胶型检测平台上，流转至冷却面粘接胶胶型检测工序。
在上述步骤S10中，在双极板对合工序，使用四轴机械手先将阴极板抓取放入双极板对合工装内，然后四轴机械手再抓取阳极板放入双极板对合工装内，经计算机视觉系统的定位后将阳极板与阴极板贴合，完成双极板的贴合。对合工装锁紧后，滚筒传输线推动对合工装流转至双极板粘结胶固化工序。
在上述步骤S9中，在双极板对合工序，使用四轴机械手先将阴极板抓取放入双极板对合工装内，然后四轴机械手再抓取阳极板放入双极板对合工装内，经计算机视觉系统的定位后将阳极板与阴极板贴合，完成双极板的贴合。对合工装锁紧后，滚筒传输线推动对合工装流转至双极板粘结胶固化工序。
在上述步骤S10中，在双极板粘结胶固化工序，采用的烘箱为单温区烘箱，烘箱温度控制为100～120℃，滚筒传输线的传输速控制为3～5m/h，对外设置密封自动门保证箱内温度。
作为优选的，在上述步骤S10中，烘箱温度控制为110℃，滚筒传输线的的传输速度控制为4m/h，对外设置密封自动门保证箱内温度。设定的传输速度保证了粘结胶的受热时间，在设定的温度作用下，粘结胶产生交联反应，形成较稳定的分子结构。
在上述步骤S11中，在双极板错位检测工序，使用轮廓扫描仪对双极板进行检测，检测完成后不合格品由转运吸盘转运至不合格料下线载具中，合格品流转至双极板密封性能检测工序。
在上述步骤S11中，使用的错位检测平台采用大理石材质制成，合格双极板验收标准为粘结后错位误差≤0.05mm。
在上述步骤S12中，在双极板密封性能检测工序，合格件验收标准为10000N锁紧力下，阳极腔体100kPa保压2min，压降＜0.1kpa；阴极腔体100kPa保压2min，压降＜0.1kpa；冷却腔体100kPa保压1min，压降＜0.1kpa。
实施例
S1、无杆气缸推动置于滚筒传输线阴极板缓存载具至吸料工位，流转至阴极板点胶工序；
S2、堆垛吸盘依次吸取阳极板和热压整平隔板到热压整平载具上，形成一极板一隔板的堆叠形式，由无滚筒传输线推动，进入隧道烘箱进行热整平。热压整平完成后，热压整平载具回流，阳极板流转至阳极板点胶工序；
S3、分料吸盘分别将阴极板、阳极板转运至对应点胶平台上，点胶机视觉系统开始对各自的单极板进行拍照定位，计算机完成误差修正后针头出胶，点胶机三轴联动开始点胶。点胶完成后，转运吸盘将阴极板、阳极板转运至对应胶型检测平台上，流转至密封胶胶型检测工序；
S4、轮廓扫描仪对胶型进行检测，验收标准为直线处胶宽：2±0.05mm，转弯处胶宽：2±0.1mm，直线处胶高：0.63±0.02mm，交接点胶高：0.63+0.05mm，检测完成后不合格品由转运吸盘转运至不合格料下线载具中，合格品由双向转运吸盘流转至密封胶加热固化工序；
S5、堆垛吸盘分别将阴极板、阳极板堆叠到专用的烘干载具上，由滚筒传输线推动进入隧道烘箱。烘干完成后，流转至下一工序；
S6、待阴极板点胶检测完成后，烘干载具回流，阳极板流转至双极板对合工序；
S7、将烘干完成后的阴极板吸取至翻盘机构工作台，阴极板烘干载具回流，翻盘机构旋转180°，流转至点冷却面粘结胶工序；
S8、点胶机视觉系统各阴极板进行拍照定位，计算机完成误差修正后针头出胶，点胶机三轴联动开始点胶。点胶完成后，转运吸盘将阴极板转运至双极板对合平台上，流转至双极板对合工序；
S9、四轴机械手先将阴极板抓取放入双极板对合工装内，再抓取阳极板，经计算机视觉定位后与阴极板贴合，完成双极板的贴合。对合工装锁紧后，流转至双极板粘结胶固化。
S10、滚筒传输线带动对合工装进入隧道烘箱。烘干完成后，流转至双极板错位检测工序；
S11、轮廓扫描仪对双极板进行检测，验收标准为错位误差≤0.05mm。检测完成后不合格品由转运吸盘转运至不合格料下线载具中，合格品由流转至双极板气密性检测工序；
S12、步骤中双极板气密性检测工序，包括在线气密性仪对双极板进行气密性检测检测，验收标准为10kN锁紧力下，阳极腔体100kPa保压2min，压降＜0.1kpa；阴极腔体100kPa保压2min，压降＜0.1kpa；冷却腔体100kPa保压1min，压降＜0.1kpa。检测完成后不合格品由转运吸盘转运至不合格料下线载具中，合格品下线。
整平烘箱为单温区烘箱，烘箱温度控制为：150℃，热压整平载具传输速度控制为5m/h，对外设置密封自动门。
翻板平台由上下两块平板组成，使用铝合金材质，表面粘贴泡棉，在翻转时上下平板锁定，翻转完成后的下板在翻转完成后由无杆气缸推出。
密封胶固化烘箱为三温区隧道烘箱，分别为预热区、高温区、冷却区，各温区之间为自动门密封，由滚筒传输线实现物料输送，传输速度控制为3m/h。预热区温度设定为80℃，高温区温度设定为120℃，冷却区设定为60℃。
粘结胶固化烘箱为单温区烘箱，烘箱温度控制为110℃，滚筒传输线的的传输速度控制为4m/h，对外设置密封自动门保证箱内温度。
上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.燃料电池双极板制作方法，其特征在于，包括步骤：
S1、阴极板缓存；
S2、阳极板热压整平；
S3、阴极板和阳极板同步进行密封胶点胶；
S4、阴极板和阳极板同步进行密封胶胶型检测；
S5、阴极板和阳极板同步进入烘箱进行密封胶加热固化；
S6、阳极板缓存；
S7、阴极板翻转；
S8、阴极板点冷却面粘结胶；
S9、双极板对合；
S10、双极板粘结胶固化；
S11、双极板错位检测；
S12、密封性能检测。
2.根据权利要求1所述的燃料电池双极板制作方法，其特征在于，所述步骤S1中，在阴极板缓存工序，由第一执行器推动位于滚筒传输线上的阴极板缓存载具至吸料工位，然后阴极板缓存载具流转至密封胶喷涂工序，第一执行器为无杆气缸。
3.根据权利要求1所述的燃料电池双极板制作方法，其特征在于，所述步骤S2中，通过堆垛吸盘依次吸取阳极板和热压整平隔板到热压整平载具上，形成一极板一隔板的堆叠形式，由滚筒传输线带动，进入烘箱进行热整平，热压整平完成后，热压整平载具回流，阳极板流转至阳极板点胶工序。
4.根据权利要求3所述的燃料电池双极板制作方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述烘箱为单温区烘箱，烘箱温度控制为140～160℃，所述热压整平载具的传输速度控制为4～6m/h，对外设置密封自动门保证箱内温度。
5.根据权利要求1至4任一所述的燃料电池双极板制作方法，其特征在于，所述步骤S5中，所述阴极板和所述阳极板同步进入烘箱进行密封胶的加热固化，烘箱为三温区隧道烘箱，烘箱内的三温区分别为预热区、高温区和冷却区，烘箱的各温区之间为自动门密封。
6.根据权利要求5所述的燃料电池双极板制作方法，其特征在于，所述步骤S5中，所述预热区的温度设定为70～90℃，所述高温区的温度设定为110～130℃，冷却区的温度设定为50～70℃。
7.根据权利要求1至4任一所述的燃料电池双极板制作方法，其特征在于，所述步骤S7中，在阴极板翻转工序，由分料吸盘将烘干完成后的阴极板吸取至翻盘机构工作台，阴极板烘干载具回流，翻盘机构旋转180°，由第二执行器推动流转至点冷却面粘结胶工序，第二执行器为无杆气缸。
8.根据权利要求1至4任一所述的燃料电池双极板制作方法，其特征在于，所述步骤S10中，在双极板粘结胶固化工序，采用的烘箱为单温区烘箱，烘箱温度控制为100～120℃，滚筒传输线的传输速控制为3～5m/h，对外设置密封自动门保证箱内温度。
9.根据权利要求1至8任一所述的燃料电池双极板制作方法，其特征在于，所述步骤S8中，点胶机视觉系统对各阴极板进行拍照定位，计算机完成误差修正后针头出胶，点胶机三轴联动开始点胶；点胶完成后，转运吸盘将阴极板转运至极板对合平台上，流转至双极板对合工序。
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