CN114682909A - 双极板焊接装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及燃料电池技术领域，提供一种双极板焊接装置，包括：机架、上盖板、密封盖板、下盖板、运动模组、气路系统和水冷系统；上盖板设置有第一气体通道；密封盖板设置在上盖板上侧；下盖板适于与上盖板配合夹紧双极板，下盖板上设置有第二气体通道和冷却液通道；运动模组适于驱动下盖板与上盖板配合夹紧；气路系统适于向第一气体通道和第二气体通道提供保护气体；水冷系统适于为冷却液通道循环提供冷却液。本发明提供的双极板焊接装置能够通入保护气体，对双极板的焊接区域进行气体保护的同时起到冷却降温的作用。水冷系统为冷却液通道循环提供冷却液时，能够达到更好的冷却效果，尤其对于下方极板受热大所造成的整体翘曲有较好的改善。

Description

双极板焊接装置

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种双极板焊接装置。

背景技术

金属双极板是燃料电池的关键零部件之一，一般采取金属薄板（厚度不大于0.3mm）冲压成型后阴、阳极板激光焊接的工艺进行制备。激光焊接过程中金属极板会产生热变形，给后续电堆的装配和性能造成影响。同时，极板焊接区域在高温、空气环境下会出现氧化现象，降低焊接区域机械性能且影响产品的表观质量。因此，设计一种焊接过程的气体保护和受热区域的有效冷却装置十分必要。

现有技术中，存在带气体保护的双极板激光焊接工装方案，该方案在焊接工程中仅靠常温气体流动对焊接区域进行冷却，冷却效果有限，尤其对于下方极板受热大于上方极板而造成的双极板整体翘曲不能起到防护作用。并且部分气体保护方案在焊接过程中双极板背面气体不能形成有效循环流动，无法避免极板的受热变形。

发明内容

本发明提供一种双极板焊接装置，用以解决现有技术中双极板焊接工装无法保证双极板焊接区域的冷却效果的问题。

本发明提供一种双极板焊接装置，包括：

机架；

上盖板，固定设置在所述机架上，所述上盖板设置有第一气体通道；

密封盖板，设置在所述上盖板上侧；

下盖板，位于所述上盖板下方，适于与所述上盖板配合夹紧双极板，所述下盖板上设置有第二气体通道和冷却液通道；

运动模组，连接所述下盖板，适于驱动所述下盖板与所述上盖板配合夹紧；

气路系统，连接所述第一气体通道和所述第二气体通道，并适于向所述第一气体通道和所述第二气体通道提供保护气体；以及

水冷系统，连接所述冷却液通道，适于为所述冷却液通道循环提供冷却液。

根据本发明提供的一种双极板焊接装置，所述冷却液通道由所述下盖板的一端延伸至下盖板的另一端，所述冷却液通道的一端连接所述水冷系统的供液管道，另一端连接所述水冷系统的回液管道。

根据本发明提供的一种双极板焊接装置，所述冷却液通道关于垂直于所述下盖板的宽度方向的平面对称设置有两个，两个所述冷却液通道分别连接所述水冷系统。

根据本发明提供的一种双极板焊接装置，所述第一气体通道和所述第二气体通道沿所述双极板的焊接路径设置。

根据本发明提供的一种双极板焊接装置，所述第一气体通道沿所述上盖板的厚度方向贯穿所述上盖板，所述第二气体通道在靠近所述双极板的一侧贯穿所述下盖板。

根据本发明提供的一种双极板焊接装置，所述气路系统包括供气装置、进气管和冷却装置，所述进气管的一端连接所述供气装置，另一端连接所述第一气体通道和所述第二气体通道，所述进气管经过所述冷却装置，由所述冷却装置进行气体降温。

根据本发明提供的一种双极板焊接装置，所述进气管上设置有盘管段，所述盘管段位于所述进气管上穿过所述冷却装置的部分。

根据本发明提供的一种双极板焊接装置，所述上盖板包括第一板体和第二板体，所述第一板体和所述第二板体分别与所述机架固定连接，且分别适于与所述下盖板配合夹紧所述双极板，所述第一板体和所述第二板体上分别对应设置有密封盖板，所述第一板体上的第一气体通道和所述第二板体上的第一气体通道拼合形成所述双极板的焊接路径。

根据本发明提供的一种双极板焊接装置，在所述上盖板的厚度方向上，所述第一板体上的第一气体通道在所述双极板上对应的焊接路径与所述第二板体上的第一气体通道在所述双极板上对应的焊接路径至少部分区段重合。

根据本发明提供的一种双极板焊接装置，所述运动模组包括：

升降驱动装置，连接所述下盖板，以适于驱动所述下盖板升降；

平移驱动装置，连接所述机架和所述升降驱动装置，以适于驱动所述升降驱动装置平移。

本发明提供的双极板焊接装置，上盖板的第一气体通道和第二气体通道均能够通入保护气体，对双极板的焊接区域进行气体保护的同时起到冷却降温的作用。下盖板上还设置有冷却液通道，水冷系统为冷却液通道循环提供冷却液时，能够达到更好的冷却效果，尤其对于下方极板受热大所造成的整体翘曲有较好的改善。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的一种双极板焊接装置的整体结构爆炸示意图；

图2是本发明提供的一种双极板焊接装置的第一板体结构示意图之一；

图3是本发明提供的一种双极板焊接装置的第一板体结构示意图之二（图中虚线表示不可见线条）；

图4是本发明提供的一种双极板焊接装置的第二板体结构示意图之一；

图5是本发明提供的一种双极板焊接装置的第二板体结构示意图之二（图中虚线表示不可见线条）；

图6是本发明提供的一种双极板焊接装置中下盖板的结构示意图之一；

图7是本发明提供的一种双极板焊接装置中下盖板的结构示意图之二（图中虚线表示不可见线条）；

图8是本发明提供的一种双极板焊接装置中气路系统的结构示意图；

附图标记：

1、机架；11、支撑框架；12、固定板；13、支撑板；2、下盖板；21、第二气体通道；22、冷却液通道；23、定位销；3、上盖板；3a、第一板体；3b、第二板体；31、第一气体通道；4、双极板；5、密封盖板；6、运动模组；61、升降驱动装置；62、平移驱动装置；7、气路系统；71、供气装置；72、进气管；721、盘管段；73、冷却装置。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。

在本发明实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

下面结合图1至图8描述本发明实施例的双极板焊接装置，该双极板焊接装置能够夹紧上极板和下极板，以便于实现双极板4的焊接。在焊接过程中，双极板焊接装置能够在双极板4的焊接区域通入保护气体，该保护气体为氩气或氮气等惰性气体，能够防止双极板4焊接过程中与空气接触，同时带走部分焊接热量，进而防止双极板4焊接过程中发生氧化。本发明实施例的双极板焊接装置还具备水冷功能，通过水冷的方式对双极板4进行降温。

本发明的双极板焊接装置包括机架1、上盖板3、密封盖板5、下盖板2、运动模组6、气路系统7和水冷系统。

机架1包括支撑框架11和设置在支撑框架11上的固定板12、支撑板13。支撑框架11可以通过工字钢、角钢或方钢等型钢焊接形成。支撑板13位于固定板12的下方。固定板12上设置有安装孔，该安装孔竖向贯穿固定板12。

上盖板3固定设置在机架1的固定板12上，具体地，上盖板3水平安装在安装孔位置，并通过焊接、卡接或螺栓连接等方式与固定板12固定。上盖板3设置有第一气体通道31，该第一气体通道31适于通入保护气体，对双极板4进行保护。

密封盖板5设置在上盖板3上侧，能够与上盖板3形成密封，防止空气进入第一气体通道31。密封盖板5采用石英等透明材质，在进行焊接时，焊接设备的激光束可以穿过密封盖板5。

下盖板2位于上盖板3下方，下盖板2的上侧能够承托双极板4，当下盖板2与上盖板3贴合时适于夹紧双极板4，为双极板4的焊接做准备。下盖板2上设置有第二气体通道21和冷却液通道22，第二气体通道21适于通入保护气体对双极板4的下侧进行保护，冷却液通道22适于通入冷却液，对下盖板2和双极板4进行冷却降温。下盖板2上可设置定位销23，能够通过定位销23对双极板4进行定位，保证焊接的准确性。

运动模组6连接下盖板2，运动模组6运行时能够带动下盖板2移动，以便于进行双极板4的取放及下盖板2与上盖板3的对接，实现下盖板2与上盖板3配合夹紧双极板4。

气路系统7连接第一气体通道31和第二气体通道21，并适于向第一气体通道31和第二气体通道21提供保护气体，驱赶第一气体通道31和第二气体通道21内的空气，并带走部分焊接热量，对双极板4进行保护。

水冷系统连接冷却液通道22，适于为冷却液通道22循环提供冷却液，冷却液进入冷却液通道22后能够与下盖板2进行热交换，带走下盖板2中的热量，自冷却通道流出的冷却液回流至冷却系统进行散热，实现循环冷却功能。

需要说明的是，冷却液通道22不与第二气体通道21连通，且冷却液不与双极板4接触，能够保证双极板4焊接的顺利进行。

可选地，冷却液通道22由下盖板2的一端延伸至下盖板2的另一端，冷却液通道22的一端连接水冷系统的供液管道，另一端连接水冷系统的回液管道。冷却液通道22位于下盖板2内部，且可具体位于双极板4焊接路径的外侧。水冷系统的出液管连接冷却液通道22的一端，水冷系统的回液管连接冷却通道的另一端，冷却液流经冷却通道时带走下盖板2及双极板4上的热量。

在本发明一些实施例中，冷却液通道22关于垂直于下盖板2的宽度方向的平面对称设置有两个，两个冷却液通道22分别连接水冷系统，同时对下盖板2进行降温，降温速度更快，也避免下盖板2左右两侧温度不同导致翘曲。

本发明实施例中，上盖板3包括第一板体3a和第二板体3b，第一板体3a和第二板体3b沿水平方向间隔布置，且分别与机架1固定连接，第一板体3a和第二板体3b均适于与下盖板2配合夹紧双极板4。运动模组6运行时能够带动下盖板2移动，运动模组6带动下盖板2移动至第一板体3a下方后向上移动，下盖板2与第一板体3a共同夹紧双极板4，此时可进行第一部分的焊接作业。在第一板体3a工位焊接完成后，运动模组6可以带动下盖板2移动，直至与第二板体3b共同夹紧双极板4，此时可以进行第二部分的焊接作业，通过两次焊接作业覆盖双极板4的全部焊接路径。

第一板体3a和第二板体3b上分别对应设置有密封盖板5，无需反复更换密封盖板5的安装位置，有效提高加工效率。第一气体通道31除作为保护气体的流动路径外，还作为双极板4的焊接路径，焊接设备的激光可穿过密封盖板5和第一气体通道31，对双极板4进行焊接。第一板体3a上的第一气体通道31和第二板体3b上的第一气体通道31共同拼合形成双极板4的焊接路径。

可选地，在上盖板3的厚度方向上，第一板体3a上的第一气体通道31在双极板4上对应的焊接路径与第二板体3b上的第一气体通道31在双极板4上对应的焊接路径至少部分区段重合。该重合的区段即为第一部分焊接路径和第二部分焊接路径相接的部分，相接部分设置2mm至3mm的重合，能够避免分步焊接时漏焊。

在一些实施例中，第一板体3a的第一气体通道31未沿第一板体3a的长度方向贯穿第一板体3a。可将第一气体通道31的进气口设置在第一板体3a的端部，并在密封盖板5上设置出气孔，该出气孔位于第一板体3a上的第一气体通道31背离其进气口的一端的上方。通入第一板体3a上的第一气体通道31的保护气体流经第一气体通道31后经过密封盖板5上的出气孔排出。第二板体3b的第一气体通道31沿第一板体3a的长度方向贯穿第二板体3b，可将第二气体通道21的进气口设置在第二板体3b的一端，出口设置在第二板体3b的另一端。通入第一板体3a上的第一气体通道31的保护气体由第二板体3b的一端进入，另一端排出。

可选地，第二气体通道21同样沿双极板4的焊接路径设置。由于在两步的焊接过程中使用同一块下盖板2，因此下盖板2需与第一板体3a和第二板体3b的组合形式相对应。即第二气体通道21的路径为第一板体3a上的第一气体通道31和第二板体3b上的第一气体通道31的组合。将第一板体3a上的第一气体通道31的正投影和第二板体3b上的第一气体通道31的正投影在同一个平面上组合后即可得到第二气体通道21的正投影。

可选地，第一气体通道31沿上盖板3的厚度方向贯穿上盖板3，使第一气体通道31通入的保护气体能够到达双极板4的上表面，同时也为激光的穿过提供条件，第一气体通道31的上侧通过密封盖板5实现密封，下侧受到双极板4的遮挡形成密封。第二气体通道21在靠近双极板4的一侧贯穿下盖板2，使第二气体通道21通入的保护气体能够与双极板4接触，对双极板4的焊接位置形成保护。第二气体通道21的上侧通过双极板4进行密封。

在本发明一些实施例中，气路系统7包括供气装置71、进气管72和冷却装置73。供气装置71可以采用装有压缩的保护气体的供气气瓶。进气管72的一端连接供气装置71，另一端连接第一气体通道31和第二气体通道21，以将供气装置71提供的保护气体供应至第一气体通道31和第二气体通道21。进气管72经过冷却装置73，由冷却装置73进行气体降温，使保护气体在进入第一气体通道31和第二气体通道21后能够对上盖板3、下盖板2以及双极板4进行降温。

可选地，冷却装置73包括换热器和热交换水箱，进气管72穿过热交换水箱在换热水箱内进行降温，换热器连接热交换水箱，对热交换水箱内的水进行换热。

可选地，进气管72上设置有盘管段721，盘管段721位于进气管72上穿过冷却装置73的部分。盘管段721可以采用螺旋管或蛇形管结构，盘管段721安装在热交换水箱内，能够增大热交换面积，增长热交换时间，达到更好的降温效果。

可选地，盘管段721部分采用不锈钢材质，具有良好的导热性，并且能够避免生锈腐蚀。

在本发明一些实施例中，水冷系统包括进水管、出水管和换热器，进水管一端连接换热器的出水口，另一端连接冷却液通道22的进水口，出水管的一端连接冷却液通道22的出水口，另一端连接换热器的入水口。水冷系统向冷却液通道22循环供应冷却液，从而对下盖板2进行降温。

在本发明一些可选方案中，水冷系统与冷却装置73共用同一个换热器，并且，可将冷却装置73的热交换水箱连接进水管和出水管，通过设置在进水管上的水泵将热交换水箱内的水供应至冷却液通道22。

当然，水冷系统与冷却装置73也可独立设置，只要能够实现冷却液和保护气体的同时供应均应在本申请方案的保护范围内。

在本发明一些实施例中，运动模组6包括升降驱动装置61和平移驱动装置。升降驱动装置61和平移驱动装置设置在固定板12的下方。升降驱动装置61连接下盖板2，以适于驱动下盖板2升降。平移驱动装置62连接机架1和升降驱动装置，以适于驱动升降驱动装置平移。升降驱动装置61和平移驱动装置62均可以采用例如气缸、伸缩电机等直线驱动装置进行驱动。

在一种可选方案中，升降驱动装置61采用竖向设置的气缸，升降驱动装置61顶部设置底板，下盖板2与底板固定连接以适于驱动下盖板2升降。平移驱动装置包括驱动电机、丝杠和滑块，其中，丝杠通过齿轮、链条或皮带等传动方式与驱动电机连接，并与机架1上的支撑板13转动连接。滑块与丝杠螺纹连接，并与支撑板13滑动连接。平移驱动装置的底部与滑块固定连接，当驱动电机运行时可以带动升降驱动装置及升降驱动装置上的下盖板2水平移动。

可选地，下盖板2与底板之间以及上盖板3与固定板12之间通过螺栓、卡接等方式可拆卸连接，以便于进行更换。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种双极板焊接装置，其特征在于，包括：

机架；

上盖板，固定设置在所述机架上，所述上盖板设置有第一气体通道；

密封盖板，设置在所述上盖板上侧；

下盖板，位于所述上盖板下方，适于与所述上盖板配合夹紧双极板，所述下盖板上设置有第二气体通道和冷却液通道；

运动模组，连接所述下盖板，适于驱动所述下盖板与所述上盖板配合夹紧；

气路系统，连接所述第一气体通道和所述第二气体通道，并适于向所述第一气体通道和所述第二气体通道提供保护气体；以及

水冷系统，连接所述冷却液通道，适于为所述冷却液通道循环提供冷却液。

2.根据权利要求1所述的双极板焊接装置，其特征在于，所述冷却液通道由所述下盖板的一端延伸至下盖板的另一端，所述冷却液通道的一端连接所述水冷系统的供液管道，另一端连接所述水冷系统的回液管道。

3.根据权利要求1所述的双极板焊接装置，其特征在于，所述冷却液通道关于垂直于所述下盖板的宽度方向的平面对称设置有两个，两个所述冷却液通道分别连接所述水冷系统。

4.根据权利要求1所述的双极板焊接装置，其特征在于，所述第一气体通道和所述第二气体通道沿所述双极板的焊接路径设置。

5.根据权利要求1所述的双极板焊接装置，其特征在于，所述第一气体通道沿所述上盖板的厚度方向贯穿所述上盖板，所述第二气体通道在靠近所述双极板的一侧贯穿所述下盖板。

6.根据权利要求1所述的双极板焊接装置，其特征在于，所述气路系统包括供气装置、进气管和冷却装置，所述进气管的一端连接所述供气装置，另一端连接所述第一气体通道和所述第二气体通道，所述进气管经过所述冷却装置，由所述冷却装置进行气体降温。

7.根据权利要求6所述的双极板焊接装置，其特征在于，所述进气管上设置有盘管段，所述盘管段位于所述进气管上穿过所述冷却装置的部分。

8.根据权利要求1所述的双极板焊接装置，其特征在于，所述上盖板包括第一板体和第二板体，所述第一板体和所述第二板体分别与所述机架固定连接，且分别适于与所述下盖板配合夹紧所述双极板，所述第一板体和所述第二板体上分别对应设置有密封盖板，所述第一板体上的第一气体通道和所述第二板体上的第一气体通道拼合形成所述双极板的焊接路径。

9.根据权利要求8所述的双极板焊接装置，其特征在于，在所述上盖板的厚度方向上，所述第一板体上的第一气体通道在所述双极板上对应的焊接路径与所述第二板体上的第一气体通道在所述双极板上对应的焊接路径至少部分区段重合。

10.根据权利要求1所述的双极板焊接装置，其特征在于，所述运动模组包括：

升降驱动装置，连接所述下盖板，以适于驱动所述下盖板升降；

平移驱动装置，连接所述机架和所述升降驱动装置，以适于驱动所述升降驱动装置平移。

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