CN114530611B

CN114530611B - 燃料电池双极板冷却路点胶粘合方法

Info

Publication number: CN114530611B
Application number: CN202210141811.8A
Authority: CN
Inventors: 潘陈兵; 邓高明; 高冀; 潘立升; 周宏运; 曹金龙
Original assignee: Anhui Ruihydrogen Power Technology Co ltd
Current assignee: Anhui Ruihydrogen Power Technology Co ltd
Priority date: 2022-02-16
Filing date: 2022-02-16
Publication date: 2022-09-13
Anticipated expiration: 2042-02-16
Also published as: CN114530611A

Abstract

本发明公开了一种燃料电池双极板冷却路点胶粘合方法，包括步骤：S1、对阳极板进行加热整平；S2、在阴极板3密封槽两侧各加工一圈余料溢胶槽；S3、由点胶机在阴极板的密封槽内涂胶；S4、对阴极板与阳极板进行装配。本发明的燃料电池双极板冷却路点胶粘合方法，能够降低单极板接触电阻，提高粘结性能的可靠性，保证了密封性能，实现了单极板间高精度对合，为电堆装配后单电池性能的一致性提供了基础。

Description

燃料电池双极板冷却路点胶粘合方法

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冷却路点胶粘合方法。

背景技术

燃料电池是一种环境友好、运行安静的能源转换装置，其运行产物只有水，没有任何氮化物、碳化物的产生。燃料电池的单电池由膜电极和双极板组成，单电池通过串联获得所需的电压，双极板由阴、阳单极板组成，为了保证冷却剂不与外界环境发生泄漏，双极板之间通常需要作一定的密封处理。双极板通常为金属板、石墨板或复合板。金属板之间通常焊接在一起，出于耐久性考虑也可采有粘接胶粘接；石墨板及复合板因材料物性，一般使用能够满足燃料电池运行环境的粘接胶粘合密封在一起，现有技术中，采用丝网印刷的方式将粘结胶涂覆到阳极板的光面上，并通过手工装配的方式将阴极板粘贴到光面单极板上。使用这种工艺存在如下几个问题：

1.粘接胶中含有一定量的环氧树脂成分，光面涂胶会造成阳极板间接触电阻的增加，在电堆组装完成后降低了功率密度，另外涂胶量无法精准控制会导致多余的胶量溢出到单极板之间，导致单极板间的间隙增大，增加了接触电阻；

2.在双极板粘接过程中需要保证双极板的平面度，以及控制单极板间的错位误差，以降低单极板间的接触电阻，保证电堆成组后的叠加误差叠加在许可范围内，现有技术通常以人工进行手动粘接，工作强度高、操作误差大，不利于保证电堆性能的高效及稳定。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：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冷却路点胶粘合方法，目的是提高操作精度，保证产品一致性，降低单极板接触电阻。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：燃料电池双极板冷却路点胶粘合方法，包括步骤：

S1、对阳极板进行加热整平；

S2、提供阴极板，阴极板密封槽两侧各设置一圈余料溢胶槽；

S3、由点胶机在阴极板的密封槽内涂胶；

S4、对阴极板与阳极板进行对合装配。

所述步骤S1中，设置整平隔板，将多个所述阳极板与多个整平隔板依次堆叠后，放入烘箱中进行热压整平。

所述步骤S1中，所述烘箱内温度设置为140～160℃，加热时间为50～60min。

所述整平隔板的材质为316L不锈钢板材，整平隔板的轮廓较所述阳极板最小包络尺寸外延5～10mm。

所述步骤S2中，所述余料溢胶槽距所述密封槽边缘0.3～0.5mm，余料溢胶槽的深度为0.2～0.5mm，余料溢胶槽的宽度为0.8～1.2mm。

所述步骤S3中，所述点胶机的胶料最小吐出量0.1mL，最小吐出时间0.1S。

所述步骤S3中，所述密封胶内粘接胶的上胶厚度为0.3±0.05mm，上胶宽度为2+0.15mm。

所述步骤S4包括：

S401、由四轴机械手将阴极板抓取后放入限位工装内，然后继续抓取阳极板，经视觉系统的定位后，将阳极板与阴极板对合进行预粘合；

S402、将载有双极板的限位工装放入热压机上，进行预固化，预固化过程中，所述密封槽内多余的粘结胶溢出到所述余料溢胶槽内。

S403、将热压完成后的双极板放入烘箱内，进行密封固化，固化完成后，得到双极板成品。

所述步骤S402中，设置热压固化的压力为0.8MPa～1.2MPa。

所述步骤S403中，设置温度为100℃～120℃，加热时间为80min～100min。

本发明的燃料电池双极板冷却路点胶粘合方法，能够降低单极板接触电阻，提高粘结性能的可靠性，保证了密封性能，实现了单极板间高精度对合，为电堆装配后单电池性能的一致性提供了基础。

附图说明

图1为本发明燃料电池双极板冷却路点胶粘合方法的流程图；

图2为1为阳极板整平示意图；

图3为阴极板及溢胶槽结构示意图；

图4为冷却路粘结胶示意图；

图5为对合后的双极板结构示意图；

上述图中的标记均为：1、整平隔板；2、阳极板；3、阴极板；4、密封槽；5、第一溢胶槽；6、第二溢胶槽；7、粘结胶；8、热压后的溢胶。

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冷却路点胶粘合方法，包括如下的步骤：

S1、对阳极板2进行加热整平；

S2、提供阴极板3，阴极板3密封槽4两侧各设置一圈余料溢胶槽；

S3、由点胶机在阴极板3的密封槽4内涂胶；

S4、对阴极板3与阳极板2进行对合装配。

具体地说，阳极板2为厚度较小的薄板，在上述步骤S1中，如图2所示，设置整平隔板1，将多个阳极板2与多个整平隔板1依次堆叠后，放入烘箱中进行热压整平。也即将各个阳极板2分别放置在一个整平隔板1上，然后进行堆叠，堆叠后将所有整平隔板1连同阳极板2一起放入烘箱内进行加热整平。整平隔板1的数量与阳极板2的数量相同，整平隔板1的尺寸大于阳极板2的尺寸，整平隔板1的外边缘与阳极板2的外边缘之间具有一定的距离。整平完成后，取出整平隔板1和阳极板2。

作为优选的，在上述步骤S1中，烘箱内温度设置为140～160℃，加热时间为50～60min。在此温度以及时间的作用下，阳极板2材料基体中的改性材料受热向熔融态转变，经过整平隔板1自身重量的施加力作用，均匀化阳极板2所受载荷，使内应力分布更为均匀，达到整平的效果。

作为优选的，在上述步骤S1中，整平隔板1的材质为316L不锈钢板材，整平隔板1的轮廓较阳极板2最小包络尺寸外延5～10mm，也即整平隔板1的外边缘与阳极板2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。

作为优选的，在上述步骤S2中，余料溢胶槽距密封槽4边缘0.3～0.5mm，余料溢胶槽的深度为0.2～0.5mm，余料溢胶槽的宽度为0.8～1.2mm。如图3所示，余料溢胶槽和密封槽4设置在阴极板3的同一表面上，余料溢胶槽和密封槽4均为环形槽，密封槽4位于两个余料溢胶槽之间。

作为优选的，在上述步骤S3中，如图4所示，采用点胶机进行点胶作业，将阴极板3放到点胶机的点胶平台上，点胶机的视觉系统对阴极板3进行定位后，点胶机开始工作，料头开始出胶，在阴极板3的密封槽4内注入粘接胶。在点胶过程中，点胶机的胶料最小吐出量0.1mL，最小吐出时间0.1S。点胶机采用数控编程，点胶机上设置有四轴机械手和视觉系统，计算机视觉定位后可以进行全自动点胶。

作为优选的在，上述步骤S3中，密封胶内粘接胶的上胶厚度为0.3±0.05mm，上胶宽度为2+0.15mm。此规格尺寸下，可以保证双极板粘接的强度及气密性要求，同时用胶量控制在一个较低的范围内，降低了成本，避免了胶量过多对接触电阻的不利影响。

上述步骤S4包括：

S401、由四轴机械手将阴极板3抓取后放入限位工装内，然后继续抓取阳极板2，经视觉系统的定位后，将阳极板2与阴极板3对合进行预粘合，形成双极板；

S402、将载有双极板的限位工装放入热压机上，进行密封固化，固化过程中，密封槽4内多余的粘结胶7溢出到两侧的余料溢胶槽内；

S403、将热压完成后的双极板放入烘箱内，完成双极板的密封固化，最终形成的双极板如图5所示。

在上述步骤S401中，采用基于计算机视觉的四轴机械手进行单极板的对合操作。首先由四轴机械手将阴极板3抓取后放入限位工装内，然后四轴机械手继续抓取阳极板2放置在阴极板3上，并由视觉系统对阳极板2进行定位，最后对阳极板2与阴极板3进行预粘合，通过密封槽4中的粘接胶将阳极板2与阴极板3粘接在一起，初步形成双极板。

在上述步骤S402中，设置热压固化的压力为0.8MPa～1.2MPa，

在上述步骤S403中，设置温度为100℃～120℃，加热时间为80min～100min。在压力作用下，可以保证密封槽内的密封胶充分流动，密封结构致密可靠，溢胶向溢胶槽流动，避免了多余的胶料对双极板间接触面积的影响。设定的温度和时间可以保证粘结胶在此条件下产生交联反应，提高固化效率，加快生产节拍。

实施例

在本实施例中，燃料电池双极板冷却路点胶粘合方法的过程如下：

(1)根据双极板的外廓尺寸及流场形状，制作整平隔板1，整平隔板1的轮廓尺寸较阳极板2尺寸外延5～10mm，将阳极板2与整平隔板1依次堆叠，如图2所示，放入烘箱中热压整平，设置温度为150℃，加热时间为50～60min；

(2)在阴极板3的密封槽4两侧，使用机加工方法数铣出两个余料溢胶槽，两个余料溢胶槽分别为第一溢胶槽5和第二溢胶槽6，密封槽4位于第一溢胶槽5和第二溢胶槽6中间，第一溢胶槽5和第二溢胶槽6距密封槽4边缘的距离为0.3～0.5mm，第一溢胶槽5和第二溢胶槽6的深度为0.2～0.5mm，第一溢胶槽5和第二溢胶槽6的宽度为0.8～1.2mm；

(3)将双极板的数模导入点胶机软件操作界面，并选择密封槽4结构，在控制系统上输入工艺参数，依粘结胶7的上胶厚度为0.3±0.05mm，上胶宽度为2+0.15mm为标准设定出胶量、出胶速度以及端点出回流压力；

(4)将阴极板3放到点胶机的点胶平台上，点胶机视觉定位系统定位后，点胶机工作，料头开始出胶，在阴极板3的密封槽4内注入粘接胶。

(5)点胶完成后，先由四轴机械手将阴极板3抓取后放入限位工装内，然后继续抓取阳极板2，经计算机视觉定位后与阴极板3对合进行预粘合。

(7)将载有双极板的限位工装放入热压机上，设置热压固化的压力为0.8MPa～1.2MPa，温度为100℃～120℃，加热时间为80min～100min。多余的粘结胶7溢出到溢胶槽内，在第一溢胶槽5和第二溢胶槽6中产生热压后的溢胶8，完成双极板的密封固化，形成的双极板如图5所示。

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

1.燃料电池双极板冷却路点胶粘合方法，其特征在于，包括步骤：

S1、对阳极板进行加热整平；

S3、由点胶机在阴极板的密封槽内涂胶；

S4、对阴极板与阳极板进行对合装配；

其中，所述步骤S4包括：

S402、将载有双极板的限位工装放入热压机上，进行预固化，预固化过程中，所述密封槽内多余的粘结胶溢出到所述余料溢胶槽内；

2.根据权利要求1所述的燃料电池双极板冷却路点胶粘合方法，其特征在于，所述步骤S1中，设置整平隔板，将多个所述阳极板与多个整平隔板依次堆叠后，放入烘箱中进行热压整平。

3.根据权利要求2所述的燃料电池双极板冷却路点胶粘合方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述烘箱内温度设置为140~160℃，加热时间为50~60min。

4.根据权利要求2所述的燃料电池双极板冷却路点胶粘合方法，其特征在于，所述整平隔板的材质为316L不锈钢板材，整平隔板的外边缘与阳极板的外边缘之间的距离为5~10mm。

5.根据权利要求1至4任一所述的燃料电池双极板冷却路点胶粘合方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述余料溢胶槽距所述密封槽边缘0.3~0.5mm，余料溢胶槽的深度为0.2~0.5mm，余料溢胶槽的宽度为0.8~1.2mm。

6.根据权利要求1至4任一所述的燃料电池双极板冷却路点胶粘合方法，其特征在于，所述步骤S3中，所述点胶机的胶料最小吐出量0.1mL，最小吐出时间0.1S。

7.根据权利要求1至4任一所述的燃料电池双极板冷却路点胶粘合方法，其特征在于，所述步骤S3中，所述密封槽内粘接胶的上胶厚度为0.3±0.05mm。

8.根据权利要求1至4任一所述的燃料电池双极板冷却路点胶粘合方法，其特征在于，所述步骤S401中，首先由四轴机械手将阴极板抓取后放入限位工装内，然后四轴机械手继续抓取阳极板放置在阴极板上，由视觉系统对阳极板进行定位，最后对阳极板与阴极板进行预粘合，通过密封槽中的粘接胶将阳极板与阴极板粘接在一起，初步形成双极板。

9.根据权利要求1至4任一所述的燃料电池双极板冷却路点胶粘合方法，其特征在于，所述步骤S402中，设置热压固化的压力为0.8MPa~1.2 MPa。

10.根据权利要求9所述的燃料电池双极板冷却路点胶粘合方法，其特征在于，所述步骤S403中，设置温度为100℃~120℃，加热时间为80min~100min。