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燃料电池双极板加工方法技术

技术编号:23214478 阅读:51 留言:0更新日期:2020-01-31 22:28
本申请涉及一种燃料电池双极板加工方法。所述加工方法根据目标流道结构图,利用激光在所述石墨双极板毛坯上加工流道,得到成型石墨双极板。本申请中激光的光斑直径为微米级。所述加工方法利用激光进行流道加工,激光加工不产生机械应力,光斑直径小,因此激光能加工脊背宽度更窄,排布更紧密的流道。超密流道有利于反应气体的扩散,提高了双极板的性能。进一步的,所述加工方法还包括对所述成型石墨双极板进行表面洁净处理和表面疏水处理,表面疏水处理后的流道不易积水。所述加工方法加工形成的双极板流道的气体输送能力增强,所述加工方法提高了双极板性能。

Processing method of fuel cell bipolar plate

【技术实现步骤摘要】
燃料电池双极板加工方法
本申请涉及燃料电池
,特别是涉及一种燃料电池双极板加工方法。
技术介绍
双极板是燃料电池的核心零部件,双极板的设计是决定燃料电池性能的核心因素。双极板表面开设阴极流道、阳极流道、冷却流道等结构。流道结构承担燃料电池内反应气体分配、气体冷却、排水等功能。现有技术中通常通过机床加工和模压成型的方式进行双极板流道沟槽加工。降低流道脊背的宽度,可以提高反应气体向脊背下区域的扩散效率,因此提高流道排布的密集度可以提高燃料电池的性能。由于受到石墨材料脆性和加工模具的影响,机床加工和模压成型的方式很难加工脊背很窄的密集流道,导致现有主流产品的双极板流道的脊背宽度在1毫米水平,现有技术继续降低流道脊背宽度会大幅提高加工成本与加工时间。进一步突破燃料电池性能需要将双极板上流道脊背的宽度降低到0.2毫米至0.3毫米水平。
技术实现思路
基于此,有必要针对怎样才能提高双极板的性能的问题,提供一种燃料电池双极板加工方法。一种燃料电池双极板加工方法,包括:提供石墨双极板毛坯。根据目标流道结构图,绘制整体加工路径图。根据所述整体加工路径图,利用激光在所述石墨双极板毛坯表面加工流道,得到成型石墨双极板。对所述成型石墨双极板进行表面洁净处理和表面疏水处理。在一个实施例中,加工石墨双极板毛坯的步骤包括:加工形成硬质双极板原始毛坯。采用机械加工机床在所述硬质双极板原始毛坯表面开设进出口和公共流道气孔,以形成石墨双极板毛坯。<br>在一个实施例中,根据目标流道结构图,绘制整体加工路径图的步骤包括:根据所述目标流道结构图,获取目标流道的流道宽度、流道深度、流道延伸形状和流道间距。根据所述流道宽度选取激光的光斑直径和走光间距。根据所述流道深度选取扫描频率、走光速度和加工扫描次数。根据所述流道延伸形状、所述流道间距、所述光斑直径和所述走光间距,得到所述整体加工路径图。在一个实施例中,根据所述流道延伸形状、所述流道间距、所述光斑直径和所述走光间距,得到所述整体加工路径图的步骤包括:所述目标流道结构图包括多条目标流道,所述整体加工路径图包含多个扫描线组,所述多个扫描线组与所述多条目标流道一一对应设置,每个所述扫描线组包含多条扫描线,根据所述流道延伸形状,得到与所述目标流道对应的所述扫描线的形状。根据所述光斑直径、所述走光间距和所述流道宽度计算每条所述目标流道的走光次数,根据所述走光次数得到所述扫描线的条数,根据所述走光间距得到对应的相邻两条所述扫描线的扫描线间距,相邻两条所述扫描线位于一个所述扫描线组。根据所述流道间距得到对应的相邻两个所述扫描线组的扫描组间距。根据所述扫描线的形状、所述扫描线的条数、所述扫描线间距和所述扫描组间距,得到所述整体加工路径图。在一个实施例中,在根据所述流道深度选取扫描频率、走光速度和扫描次数的步骤之前,所述加工方法还包括:进行预扫描实验,以确定所述扫描频率、所述走光速度和所述加工扫描次数。在一个实施例中,进行预扫描实验,以确定所述扫描频率、所述走光速度和所述加工扫描次数的步骤包括:获取实验石墨双极板毛坯,所述实验石墨双极板毛坯与待加工的所述石墨双极板毛坯材料相同。采用所述扫描频率和所述走光速度对所述实验石墨双极板毛坯进行第一次直线扫描,第一次实验加工扫描次数为N,得到第一凹槽,测量所述第一凹槽的深度,并得到第一深度。采用所述扫描频率和所述走光速度对所述实验石墨双极板毛坯进行第二次直线扫描,第二次实验加工扫描次数为M,得到第二凹槽,测量所述第二凹槽的深度,并得到第二深度,其中M大于N,其中M和N为正整数。根据所述第一深度、所述第二深度、M、N和所述流道深度,确定所述加工扫描次数。在一个实施例中,根据所述第一深度、所述第二深度、M、N和所述流道深度,采用差分法确定所述加工扫描次数。在一个实施例中,根据所述整体加工路径图,采用高能激光器在所述石墨双极板毛坯表面加工流道,得到成型石墨双极板。在一个实施例中,根据所述目标流道的延伸形状,得到对所述目标流道对应的所述扫描线的形状的步骤还包括:判断所述目标流道中是否包含拐角结构。若是,则与所述拐角结构对应的所述扫描线为弧形倒角结构。在一个实施例中,所述多条目标流道包括第一目标流道和第二目标流道,所述多个扫描线组包含第一扫描线组和第二扫描线组,所述第一扫描线组包含多个第一扫描线,所述第一扫描线与所述第一目标流道对应,所述第二扫描线组包含多个第二扫描线,所述第二扫描线与所述第二目标流道对应,根据所述目标流道的延伸形状,得到对所述目标流道对应的所述扫描线的形状的步骤还包括:判断所述第一目标流道起点是否与所述第二目标流道的延伸路径重叠。若是,所述第一扫描线起点设置加工余量间隙。在一个实施例中,加工石墨双极板毛坯的步骤包括:采用石墨粉模压形成所述石墨双极板毛坯,所述石墨双极板毛坯表面已开设进出口、公共流道气孔和主流道。本申请提供的所述燃料电池双极板加工方法。所述加工方法包括获取石墨双极板毛坯。根据目标流道结构图,利用激光在所述石墨双极板毛坯上加工流道,得到成型石墨双极板。现有技术中刀具加工的流道脊背在毫米级宽度,模压的模具成型脊背宽度也为毫米级。所述加工方法利用激光进行流道加工,本申请中激光的光斑直径为微米级,不产生机械应力,激光能加工脊背宽度更窄,排布更紧密的流道。进一步的,所述加工方法还包括对所述成型石墨双极板进行表面洁净处理和表面疏水处理,表面疏水处理后的流道不易积水。进而,所述加工方法加工形成的双极板流道的输送能力增强,所述加工方法提高了双极板性能。附图说明图1为本申请一个实施例中提供的所述燃料电池双极板加工方法的电气原理图;图2为本申请一个实施例中提供的所述目标流道结构图;图3为本申请一个实施例中提供的所述整体加工路径图;图4为本申请一个实施例中提供的所述A-A局部结构图;图5为本申请一个实施例中提供的所述激光雕刻机的结构示意图;图6为本申请一个实施例中提供的所述折射镜的位置示意图;图7为本申请一个实施例中提供的所述成型石墨双极板的聚焦流道底部的影像图。附图标号:燃料电池双极板加工方法10流道101脊102激光发生器120移动结构130平台140折射镜150目标流道结构图30目标流道300流道间距H第一目标流道310第二目标流道320第一目标流道起点B整体加工路径图40扫描线组400扫描组间距h1扫描线间距h2弧形倒角结构402第一扫描线组410第一扫描线411第一扫描线起点b第二扫描线组420第二扫描线421具体实本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种燃料电池双极板加工方法,其特征在于,包括:/n获取石墨双极板毛坯;/n根据目标流道结构图(30),绘制整体加工路径图(40);/n根据所述整体加工路径图(40),利用激光在所述石墨双极板毛坯表面加工流道,得到成型石墨双极板;/n对所述成型石墨双极板进行表面洁净处理和表面疏水处理。/n

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池双极板加工方法,其特征在于,包括:
获取石墨双极板毛坯;
根据目标流道结构图(30),绘制整体加工路径图(40);
根据所述整体加工路径图(40),利用激光在所述石墨双极板毛坯表面加工流道,得到成型石墨双极板;
对所述成型石墨双极板进行表面洁净处理和表面疏水处理。


2.如权利要求1所述的燃料电池双极板加工方法,其特征在于,加工石墨双极板毛坯的步骤包括:
加工形成硬质双极板原始毛坯;
采用机械加工机床在所述硬质双极板原始毛坯表面开设进出口和公共流道气孔,以形成石墨双极板毛坯。


3.如权利要求1所述的燃料电池双极板加工方法,其特征在于,根据目标流道结构图(30),绘制整体加工路径图(40)的步骤包括:
根据所述目标流道结构图(30),获取目标流道(300)的流道宽度、流道深度、流道延伸形状和流道间距;
根据所述流道宽度选取激光的光斑直径和走光间距;
根据所述流道深度选取扫描频率、走光速度和扫描次数;
根据所述流道延伸形状、所述流道间距、所述光斑直径和所述走光间距,得到所述整体加工路径图(40)。


4.如权利要求3所述的燃料电池双极板加工方法,其特征在于,根据所述流道延伸形状、所述流道间距、所述光斑直径和所述走光间距,得到所述整体加工路径图(40)的步骤包括:
所述目标流道结构图(30)包括多条目标流道(300),所述整体加工路径图(40)包含多个扫描线组(400),所述多个扫描线组(400)与所述多条目标流道(300)一一对应设置,每个所述扫描线组(400)包含多条扫描线,根据所述流道延伸形状,得到与所述目标流道(300)对应的所述扫描线的形状;
根据所述光斑直径和所述走光间距计算每条所述目标流道(300)的走光次数,根据所述走光次数得到所述扫描线的条数,根据所述走光间距得到对应的相邻两条所述扫描线的扫描线间距,相邻两条所述扫描线位于一个所述扫描线组(400);
根据所述流道间距得到对应的相邻两个所述扫描线组(400)的扫描组间距;
根据所述扫描线的形状、所述扫描线的条数、所述扫描线间距和所述扫描组间距,得到所述整体加工路径图(40)。


5.如权利要求3所述的燃料电池双极板加工方法,其特征在于,在根据所述流道深度选取扫描频率、走光速度和扫描次数的步骤之前,所述加工方法还包括:
进行预扫描实验,以确定所述扫描频率、所述走光速度和所述加工扫描次数。


6.如权利要求5所述的燃料电池双极...

【专利技术属性】
技术研发人员:胡尊严李建秋徐梁飞刘慧泽徐领欧阳明高
申请(专利权)人:清华大学
类型:发明
国别省市:北京;11

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