一种提高封装压力均匀性的燃料电池端板变形加工方法

技术领域

本发明属于燃料电池端板加工技术领域，具体涉及一种提高封装压力均匀性的燃料电池端板加工方法。

背景技术

燃料电池因其具有启动快、能量密度高、噪音低、环境友好无污染等优点逐渐成为可替代传统内燃机的理想动力装置。在汽车、无人机、中小型电站、备用电源等方面已有较为广泛的应用。

实际使用的燃料电池电堆主要由端板、双极板、膜电极组件、密封件和紧固装置等部件组成。端板作为电堆内部电池的端部夹持部件，依靠外围螺栓把持极易发生弯曲变形，导致内部电池的接触不均，电堆性能下降。因此需要通过特殊的辅助结构件或对端板拓扑结构进行设计来提高封装压力的均匀性。

中国专利CN103779586A公开了“一种燃料电池端板”，包括外端板、压力缓冲器和压力分散均衡板三部分。通过发明自身内部的调节实现内部压力的均匀分配。中国专利CN105932318A公开了“一种电堆封装结构”，分别在电堆内外设置两个尾板，并在两尾板之间设置减震体，达到电堆应力分布均匀的目的。上述两种发明均在端板的基础上额外设计压力均匀分布的辅助结构件，但是不可避免地使得电堆结构更加复杂，在制造和装配方面增加难度，成本大幅增加。

另外，也有学者从结构拓扑优化方面进行封装压力的均匀化设计。王浩然在大连理工大学学报2020年02期第142-148页上发表的论文《高温质子交换膜燃料电池电堆端板拓扑优化》通过拓扑结构的优化实现端板的减重和内部接触的均匀，但优化后的端板往往内部结构复杂，有些甚至难以采用现有工艺进行加工。

综上所述，为保证燃料电池接触均匀的复杂端板结构设计与制造困难之间的矛盾是目前该领域仍需解决的问题。

发明内容

为解决现有技术存在的上述问题，本发明要设计一种既不改变原有端板拓扑结构、无需对端板进行重新设计，又能保证电堆内封装压力均匀性、不受电池堆内各零部件尺寸差异性的影响，从而提高封装压力均匀性的燃料电池端板变形加工方法。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种提高封装压力均匀性的燃料电池端板变形加工方法，包括以下步骤：

第一步：将内外表面已加工平整的端板按照所需封装力与电堆装配到一起，所述的端板内外表面的平行度误差要求小于0.02mm；

第二步：将装配在电堆上的端板外表面加工为平面；

第三步：将端板从电堆上卸下；

第四步：将端板翻面，通过吸附方法保证已加工过的端板外表面与加工平台紧密贴合。

第五步：将此时端板的内表面加工为平面；

第六步：从加工平台上卸下端板，此时的内表面即为端板与电堆内部相接触的表面。

作为优选的技术方案，第一步中所述的端板内外表面的平面度误差小于0.02mm。

作为优选的技术方案，第二步和第五步中所述的加工方法，包括铣削加工或者是平面磨削加工。

作为优选的技术方案，第四步所述的吸附方法是真空吸盘吸附方法或电磁吸附方法。

与现有技术相比，本方案有以下优点：

1.本发明通过变形法加工出具有微凸表面的端板，使得端板与电堆接触的微凸面在封装后变形为平面，实现与电堆内部的均匀接触，从而避免了采用额外的结构实现压力分布均匀，使得端板设计和制造成本大大下降。

2.本发明通过对每个电堆端板的个性化加工，避免因内部组件制造误差导致的电堆间内部接触的过大差异，同时该加工方法适用于各式各样的端板，保证每台电堆内部的均匀接触。

附图说明

图1为加工前的端板示意图。

图2为端板与电堆装配后的形状示意图。

图3为端板与电堆装配后的外表面平面加工后的形状示意图。

图4为端板从电堆上卸下后的形状示意图。

图5为端板吸附在加工平台上的形状示意图。

图6为端板吸附在加工平台上的内表面平面加工后的形状示意图。

图7为端板从加工平台上卸下后的形状示意图。

图中：1-端板，2-电堆，3-外表面，4-内表面。图中部件的弯曲变形做了放大处理，实际电堆的变形用肉眼是难以分辨的。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行进一步地描述。一种提高封装压力均匀性的燃料电池端板变形加工方法，首先，应准备好端板1，其外表面3和内表面4应都为平面，如图1所示，其中要求端板内外表面的平行度误差小于0.02mm，否则过大的平面度误差会影响变形法的加工效果。一般来讲，此时已能够区分端板1的外表面3和内表面4。具体加工方法包括以下步骤：

步骤一：针对每一台电堆，将待加工的端板1按照封装力要求装配到电堆2上。此时端板1会出现上凸形式的弹性弯曲变形，如图2所示。

步骤二：以电堆2的底面为定位基准，将电堆固定于机床之上，将已变形的端板1的外表面3加工为平面，如图3所示。

步骤三：将加工完了的端板1卸下，端板1的弹性变形恢复，此时外表面3为下凹面，内表面4仍然为平面，如图4所示。

步骤四：将端板1翻面，使得外表面3向下，并通过真空吸盘或电磁吸盘将外表面3吸附为平面，作为该道工序的定位基准。此时端板1因弹性变形，内表面4变为下凹面，如图5所示。

步骤五：将内表面4加工为平面。此时由于吸附的作用，端板1依然存在弹性变形，如图6所示。

步骤六：将端板1卸下，弹性变形恢复。此时内表面4为上凸面，为所需要的端板表面，如图7所示。

本发明不局限于本实施例，任何在本发明披露的技术范围内的等同构思或者改变，均列为本发明的保护范围。