一种用于金属双极板制造过程的智能控制方法及系统技术方案

本发明专利技术提出一种用于金属双极板制造过程的智能控制方法及系统，包括获取电堆整体设计数据和部件设计数据并确定第一制造模型；根据第一制造模型和3D打印控制模型制造出第一双极板；获取第一双极板的第一三维图像数据，并生成第一双极板三维模型；将第一双极板三维模型与第一制造模型进行比对，确定是否满足预设的第一质量标准；若不满足，对3D打印参数进行调整，制造出第二双极板，构建第二双极板的第二双极板三维模型；将第二双极板三维模型与第一制造模型进行对比，确定第二双极板是否满足第二质量标准；若不满足第二质量标准，则对第二双极板进行加工处理。通过本发明专利技术方案，不仅能智能高效地打印出双极板，而且能对双极板的质量进行控制。质量进行控制。质量进行控制。

【技术实现步骤摘要】
一种用于金属双极板制造过程的智能控制方法及系统


[0001]本专利技术涉及燃料电池
，具体涉及一种用于金属双极板制造过程的智能控制方法及系统。

技术介绍

[0002]电堆是燃料电池中的发电模块，主要由膜电极和双极板两部分组成。作为电堆的核心组件，双极板在燃料电池中起到分配流体（如氢气、空气和冷却液）、传输电流、传导热、和支撑等作用，对电堆的性能和寿命有着非常重要的影响。目前，双极板的制造材料有石墨、复合材料和金属，与用前两种材料制造的双极板相比，金属双极板具有厚度薄、机械强度高、抗冲击能力强、易于批量制造、成本低等优点，被认为是制造质子交换膜燃料电池双极板的最佳材料。通常来说，金属双极板制造过程是：先将厚度为0.1mm左右的超薄金属板冲压成阴、阳单极板，然后由两块单极板通过连接工艺对应连接而成双极板。阴、阳单极板的品质（如翘曲度、厚度的均一性、流道深度的均一性、凸凹缺陷点等）与磨具的精度有关，也与冲压技术和工艺有关，并直接影响连接工艺（如激光焊接）能否有效实施以及焊接后形成的双极板的品质（如翘曲度、形变、厚度的均一性、气密性、是否过焊或欠焊等）。因此，研究和提升金属双极板的制造加工技术和工艺对提高燃料电池的性能和寿命、降低生产成本具有重要意义。

技术实现思路

[0003]本专利技术正是基于上述问题，提出了一种用于金属双极板制造过程的智能控制方法及系统，通过本专利技术方案，不仅能智能高效地打印出双极板，而且能对双极板的质量进行精确控制。
[0004]有鉴于此，本专利技术的一方面提出了一种用于金属双极板制造过程的智能控制方法，包括：获取使用金属双极板的燃料电池堆的电堆整体设计数据和所述燃料电池堆的各个部件的部件设计数据；根据所述电堆整体设计数据和所述部件设计数据确定所述金属双极板的第一制造模型；根据所述第一制造模型和预设的3D打印控制模型，利用3D打印设备制造出第一双极板；获取所述第一双极板的第一三维图像数据，根据所述第一三维图像数据生成第一双极板三维模型；将所述第一双极板三维模型与所述第一制造模型进行比对，确定所述第一双极板是否满足预设的第一质量标准；若不满足所述第一质量标准，对所述3D打印设备的3D打印参数进行调整，制造出第二双极板，并构建所述第二双极板对应的第二双极板三维模型；
将所述第二双极板三维模型与所述第一制造模型进行对比，确定所述第二双极板是否满足第二质量标准；若不满足所述第二质量标准，则对所述第二双极板进行加工处理。
[0005]可选地，所述将所述第二双极板三维模型与所述第一制造模型进行对比，确定所述第二双极板是否满足第二质量标准的步骤，包括：从所述第一制造模型中提取出两个单极板的第一连接区的第一连接位置数据和第一连接区数据；在所述第二双极板三维模型上，使用所述第一连接位置数据，确定出所述第二双极板的两个单极板的第二连接位置；根据所述第一连接区数据和所述第二连接位置，确定所述第二双极板对应的两个单极板间的第二连接区并生成所述第二双极板对应的两个单极板间的所述第二连接区的第二连接区三维模型；根据所述第二连接位置，从所述第二双极板三维模型上提取对应的第二双极板连接区模型；将所述第二双极板连接区模型与所述第二连接区三维模型进行对比，确定所述第二双极板的两个单极板间的所述第二连接区是否满足所述第二质量标准。
[0006]可选地，所述将所述第二双极板连接区模型与所述第二连接区三维模型进行对比，确定所述第二双极板的两个单极板间的所述第二连接区是否满足所述第二质量标准的步骤，包括：使用第一预设三维模型配准算法，将所述第二双极板连接区模型与所述第二连接区三维模型进行第一预设精度的三维配准，使二者的坐标系对齐；结合所述第一制造模型，确定判断所述第二连接区的质量的第一对比项，并设置所述第一对比项的第一阈值标准作为所述第二质量标准；提取并测量所述第二双极板连接区模型与所述第二连接区三维模型的点云数据和设定的所述第一对比项的特征参数，并与所述第一阈值标准进行对比，判断质量是否达标。
[0007]可选地，所述若不满足所述第二质量标准，则对所述第二双极板进行加工处理的步骤，包括：根据所述第一制造模型确定所述第一连接区的第一标准焊接模型；根据所述第二双极板连接区模型与所述第二连接区三维模型，对所述第一标准焊接模型进行修改，得到对应所述第二双极板的所述第二连接区的第二标准焊接模型；根据所述第二标准焊接模型对所述第二连接区进行焊接；在焊接过程中，采集焊接监测数据；将所述焊接监测数据反馈到控制系统，实现闭环控制，调节焊接参数；对焊接后的所述第二双极板进行检测、评估以判断所述第二双极板是否满足所述第二质量标准。
[0008]可选地，所述第一制造模型包括几何模型、材料模型、加工模型、装配模型、性能模型、寿命模型、成本模型和公差模型中一个或多个。
[0009]可选地，所述根据所述电堆整体设计数据和所述部件设计数据确定所述金属双极
板的第一制造模型的步骤，包括：根据所述电堆整体设计数据和所述部件设计数据，分别确定单电池、整个电堆和所述金属双极板的尺寸参数、三维点云数据，以及所述金属双极板与其他部件的空间位置关系数据；根据所述尺寸参数、所述三维点云数据和所述空间位置关系数据，建立所述金属双极板的所述几何模型；从所述部件设计数据中提取所述金属双极板的材料参数、流场结构参数，将所述材料参数和所述流场结构参数补充到所述几何模型中；根据所述燃料电池堆的工作条件及性能指标，确定所述金属双极板的性能参数以建立所述性能模型；根据所述金属双极板的所述性能模型和所述几何模型，确定所述材料模型，以及选择适当的加工工艺，建立所述加工模型；根据所述燃料电池堆的装配方式，建立所述金属双极板的所述装配模型。
[0010]可选地，所述根据所述第一连接区数据和所述第二连接位置，确定所述第二双极板对应的两个单极板间的第二连接区并生成所述第二双极板对应的两个单极板间的所述第二连接区的第二连接区三维模型的步骤，包括：根据所述第一连接区数据和所述第二连接位置在所述第二双极板三维模型中标识出所述第二双极板对应的两个单极板的接触面；根据所述两个单极板的形状和大小，计算出所述接触面的轮廓线；在所述接触面的轮廓内选择多个第一连接点的第一位置；根据所述两个单极板的材料类型、厚度和间距，确定所述第一连接点的第一形状、第一大小、第一高度；根据所述燃料电池堆的工作条件，分析得到所述两个单极板间的力学负荷数据；获取所述两个单极板内部的流场分布数据；根据所述力学负荷数据和所述流场分布数据调整所述第一位置、所述第一连接点的第一数量、所述第一形状、所述第一大小和所述第一高度，得到多个第二连接点的第二位置、第二数量、第二形状、第二大小和第二高度；根据所述第二位置、所述第二数量、所述第二形状、所述第二大小、所述第二高度确定所述第二连接区并生成所述第二连接区三维模型。
[0011]可选地，所述根据所述第一制造模型确定所述第一连接区的第一标准焊接模型的步骤，包括：从所述第一制造模型中提取所述第一连接区的第一标准连接区三维模型；从所述第一标准连接区三维模型中确定多个第一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于金属双极板制造过程的智能控制方法，其特征在于，包括：获取使用金属双极板的燃料电池堆的电堆整体设计数据和所述燃料电池堆的各个部件的部件设计数据；根据所述电堆整体设计数据和所述部件设计数据确定所述金属双极板的第一制造模型；根据所述第一制造模型和预设的3D打印控制模型，利用3D打印设备制造出第一双极板；获取所述第一双极板的第一三维图像数据，根据所述第一三维图像数据生成第一双极板三维模型；将所述第一双极板三维模型与所述第一制造模型进行比对，确定所述第一双极板是否满足预设的第一质量标准；若不满足所述第一质量标准，对所述3D打印设备的3D打印参数进行调整，制造出第二双极板，并构建所述第二双极板对应的第二双极板三维模型；将所述第二双极板三维模型与所述第一制造模型进行对比，确定所述第二双极板是否满足第二质量标准；若不满足所述第二质量标准，则对所述第二双极板进行加工处理。2.根据权利要求1所述的用于金属双极板制造过程的智能控制方法，其特征在于，所述将所述第二双极板三维模型与所述第一制造模型进行对比，确定所述第二双极板是否满足第二质量标准的步骤，包括：从所述第一制造模型中提取出两个单极板的第一连接区的第一连接位置数据和第一连接区数据；在所述第二双极板三维模型上，使用所述第一连接位置数据，确定出所述第二双极板的两个单极板的第二连接位置；根据所述第一连接区数据和所述第二连接位置，确定所述第二双极板对应的两个单极板间的第二连接区并生成所述第二双极板对应的两个单极板间的所述第二连接区的第二连接区三维模型；根据所述第二连接位置，从所述第二双极板三维模型上提取对应的第二双极板连接区模型；将所述第二双极板连接区模型与所述第二连接区三维模型进行对比，确定所述第二双极板的两个单极板间的所述第二连接区是否满足所述第二质量标准。3.根据权利要求2所述的用于金属双极板制造过程的智能控制方法，其特征在于，所述将所述第二双极板连接区模型与所述第二连接区三维模型进行对比，确定所述第二双极板的两个单极板间的所述第二连接区是否满足所述第二质量标准的步骤，包括：使用第一预设三维模型配准算法，将所述第二双极板连接区模型与所述第二连接区三维模型进行第一预设精度的三维配准，使二者的坐标系对齐；结合所述第一制造模型，确定判断所述第二连接区的质量的第一对比项，并设置所述第一对比项的第一阈值标准作为所述第二质量标准；提取并测量所述第二双极板连接区模型与所述第二连接区三维模型的点云数据和设定的所述第一对比项的特征参数，并与所述第一阈值标准进行对比，判断质量是否达标。
4.根据权利要求3所述的用于金属双极板制造过程的智能控制方法，其特征在于，所述若不满足所述第二质量标准，则对所述第二双极板进行加工处理的步骤，包括：根据所述第一制造模型确定所述第一连接区的第一标准焊接模型；根据所述第二双极板连接区模型与所述第二连接区三维模型，对所述第一标准焊接模型进行修改，得到对应所述第二双极板的所述第二连接区的第二标准焊接模型；根据所述第二标准焊接模型对所述第二连接区进行焊接；在焊接过程中，采集焊接监测数据；将所述焊接监测数据反馈到控制系统，实现闭环控制，调节焊接参数；对焊接后的所述第二双极板进行检测、评估以判断所述第二双极板是否满足所述第二质量标准。5.根据权利要求4所述的用于金属双极板制造过程的智能控制方法，其特征在于，所述第一制造模型包括几何模型、材料模型、加工模型、装配模型、性能模型、寿命模型、成本模型和公差模型中一个或多个。6.根据权利要求5所述的用于金属双极板制造过程的智能控制方法，其特征在于，所述根据所述电堆整体设计数据和所述部件设计数据确定所述金属双极板的第一制造模型的步骤，包括：根据所述电堆整体设计数据和所述部件设计数据，分别确定单电池、整个电堆和所述金属双极板的尺寸参数、三维点云数据，以及所述金属双极板与其他部件的空间位置关系数据；根据所述尺寸参数、所述三维点云数据和所述空间位置关系数据，建立所述金属双极板的所述几何模型；从所述部件设计数据中提取所述金属双极板的材料参数、流场结构参数，将所述材料参数和所述流场结构参数补充到所述几何模型中；根据所述燃料电池堆的工作条件及性能指标，确定所述金属双极板的性能参数以建立所述性能模型；根据所述金属双极板的所述性能模...

【专利技术属性】
技术研发人员：齐志刚，
申请(专利权)人：新研氢能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：