金属板电堆具有比功率密度高、结构强度高、低温自启动能力强、量产工艺工序少易于批产、量产成本低等优势，是主流车企的共同选择。金属双极板主要加工工序包括冲压、焊接、涂层等。焊接是一种高效率低成本的金属板连接方式，关系到电堆的密封安全、寿命与可靠性及成本等方面。但在燃料电池领域的焊接要求显著高于传统行业，需要进行针对性的装备与工艺开发。
国玉科技是我国生产金属双极板加工设备的激光公司之一，自2016年至今历经6年燃料电池金属双极板焊接装备与工艺开发和生产实践，具备全体系自主知识产权和丰富的各类材质、各种板型焊接加工和工程技术服务能力。近日，国玉科技成功开发出第二代金属双极板自动激光焊接装备，通过定制化的软件控制系统升级，结合高精度工装治具设计和国际一流的激光器应用，在焊接金属双极板的密封性、平整度、生产效率、成品率、工艺稳定性等方面进一步提升，焊接效果可以与国际上任一款相关设备媲美。
金属双极板焊接的主要工艺指标：
一、 双极板的密封性
密封性是金属双极板焊接的首要目的，良好的薄板气密性同时也是金属板较石墨板的优势之一。焊接双极板如果出现外漏或窜漏，甚至是微量的渗漏，都会对电池的性能和安全性造成不利影响。目前燃料电池实际运行过程的操作压力通常在0-150kPag范围内。考虑设计冗余，众为氢能的金属焊接双极板在500kPag压力下5min后，未发现气体泄漏，显示出极佳的密封效果。
二、 焊接双极板尺寸
金属极板受结构设计、基材、成型等因素影响，通常会有一定的残余应力，这会造成单极板的翘曲。通过激光焊接对金属板形成整平效果，同时避免焊接高温造成额外的应力进而影响双极板的平整度，是对焊接工艺的主要考验。高平整度的双极板是高可靠性电堆的基础，同时也利于提升电池性能和单池一致性。众为氢能的金属焊接双极板总体厚度≤单极板厚度之和，厚度公差<±1%，定位公差<0.01mm。
三、 焊缝影响
在为双极板提供密封能力的同时，也要避免焊缝对双极板功能产生不利影响。
- 焊缝宽度
随着电堆比功率密度要求的不断提升，燃料电池操作电流密度不断增大，相应的流道尺寸向细密化、异型化方向发展。电流密度增大，需要双极板增加焊接面积提升导电能力，流场区增加焊缝成为必然；流道细密化，则双极板之间的接触面积不断减小，接触点的宽度只有零点几毫米；流道异型化，则双极板之间的接触由传统的直线（直流道间的接触）变成点阵。如何快速在流场区焊接相互隔离的点阵，成为行业的新挑战。目前众为氢能已经完全解决了点阵的快速焊接问题，同时焊缝宽度控制在≤0.1mm，在提升双极板导电能力的同时保证了成品率。 - 焊缝深度
当前的金属板基材厚度通常在0.1mm左右，后续将进一步减至0.07mm甚至更薄。焊缝过浅，则焊接的密封性难以保证；焊缝过深则容易对双极板造成烧蚀。针对0.1mm厚基材，众为氢能的焊缝深度为0.16±0.01mm，可在保护双极板不受损失的同时确保密封性。 - 厚度减薄
激光焊接会造成一定程度的双极板厚度减薄，严重时会影响密封性能与可靠性。众为氢能的焊缝处减薄<10%。 - 焊接强度
双极板之间的焊接强度对密封性能和长期运行的可靠性有重要影响。众为氢能的焊缝处结合强度≥600 MPa。
四、 生产效率与成本
产能与成本，是衡量一项量产技术的重要指标。第四代装备焊接速度可到1.5m/s，大大提升了生产效率；焊接成品率≥99.8%，量产阶段全成本可控制在5元/片。
未来，国玉科技将致力于燃料电池金属板焊接装备与工艺的不断升级，以及金属板电堆相关自动化装备与工艺开发，为国产燃料电池电堆的产业化推进不断贡献力量。
进一步了解燃料电池金属板电堆焊接设备：https://www.nbilaser.com/jinshuhanjie/4060.html