創(chuàng)新的 3D 測量技術(shù)和激光切割光學(xué)技術(shù)實(shí)現(xiàn)燃料電池的精確生產(chǎn)
電動(dòng)汽車的能源要么來自電池，要么來自燃料電池。燃料電池由堆棧組成，即層層疊加。單個(gè)元件包括雙極板、墊片、氣體擴(kuò)散層 (GDL) 和膜電極組件 (MEA)。
無論使用的是金屬雙極板還是石墨雙極板，對(duì)我們的 3D 測量技術(shù)的要求都是相似的。這涉及到幾何參數(shù)的精確測量，如通道深度和通道間距、通道網(wǎng)的位置、通道的粗糙度或塑料層或金屬層厚度的測定。特別是在確定層厚度時(shí)，我們可以依靠不同的技術(shù)來分析透明層和非透明層。
金屬雙極板是厚度約為 50 - 75 μm 的極片，通常采用沖壓工藝。不過，金屬板上的小孔是用激光切割的，這里使用的是我們的激光切割光學(xué)儀器。此外，單個(gè)雙極板還可以焊接在一起。因此，根據(jù)雙極板的大小和數(shù)量，一個(gè)燃料電池可包含約 500 米的激光焊縫。因此，對(duì)焊縫及其質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)控是大規(guī)模生產(chǎn)燃料電池的關(guān)鍵步驟。
燃料電池生產(chǎn)步驟的解決方案
雙極板是燃料電池的重要組成部分，它將電極和電解液分開，同時(shí)在電極之間傳導(dǎo)電流。因此，兩塊厚度在50到100微米之間的板必須以氣密的方式焊接在一起，形成穩(wěn)定的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)。它們通常是由金屬制成的，比如不銹鋼。
在連接薄板的接觸面時(shí)，焊縫通常非常窄且深，從而導(dǎo)致焊縫的強(qiáng)度和導(dǎo)電性很高。激光焊接可以有多種形式，如點(diǎn)(斷續(xù)式或者連續(xù)式)或線(密封縫)。
每塊雙極板大約需要1米的焊縫。一個(gè)堆棧由大約400個(gè)雙極板組成，因此需要400米的焊縫，且都必須符合最高質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。焊接必須緊密。為了實(shí)現(xiàn)高循環(huán)次數(shù)，焊接也必須進(jìn)行得非?？?，大約是600 - 800mm /s，即剛好低于所謂的駝峰限制。在焊接過程中，需要對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行仔細(xì)的監(jiān)測和控制。我們的傳感器可以檢測到可能導(dǎo)致密封接縫泄漏的最小焊接缺陷。此外，監(jiān)控系統(tǒng)還考慮到了密封焊縫的高速焊接或接觸焊縫的短時(shí)間焊接。我們的采樣率高達(dá)250kHz。
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小尺寸、高精度要求和關(guān)鍵的周期時(shí)間是測量燃料電池形貌的一些關(guān)鍵挑戰(zhàn)。需要測量雙極板的尺寸以保證尺寸公差，因?yàn)殡p極板的品質(zhì)管控對(duì)燃料電池的效率和功率密度至關(guān)重要。需要監(jiān)測的參數(shù)包括板材厚度、通道深度和寬度、通道中心距以及精確的設(shè)計(jì)要求。
為了應(yīng)對(duì)這些測量挑戰(zhàn)，Precitec 提供了三種針對(duì)特定任務(wù)的解決方案：用于厚度測量的 CHRocodile 2 DPS。
CHRocodile CLS 2 用于超精確 3D 輪廓檢測
以及用于幾何/形狀測量的飛點(diǎn)掃描儀 310。由于 FSS 310 的可移動(dòng)點(diǎn)，它可以精確測量指定的區(qū)域，即使是在大平板上，也無需移動(dòng)樣品。
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這方面的挑戰(zhàn)是如何精確測量雙極板上金屬（金或鈦）鍍膜的厚度。這些鍍膜的厚度必須準(zhǔn)確無誤，以避免腐蝕并確保高導(dǎo)電性。
Precitec Enovasense 公司的激光光熱技術(shù)是測量燃料電池雙極板鍍膜的理想解決方案，該技術(shù)能夠以極高的精度測量整個(gè)表面。該技術(shù)可對(duì)金屬鍍膜厚度進(jìn)行非接觸、非破壞性、非侵入性、非輻射性測量，重復(fù)性極佳，測量過程快速且經(jīng)濟(jì)高效。該設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕，易于集成到生產(chǎn)流程中，可通過在線或離線測量提高流程質(zhì)量。如果將傳感器嵌入到全自動(dòng)三軸控制站 HKL2 中，則可在數(shù)秒內(nèi)通過預(yù)編程循環(huán)覆蓋多個(gè)測量點(diǎn)。
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