全球对零排放驱动系统的需求日益迫切,无论是工程机械、商用车、乘用车,还是火车、船舶乃至未来飞机,都需要可靠的燃料电池解决方案。在这一背景下,EKPO Fuel Cell Technologies 公司正凭借通快的光纤激光器打造高效产线,推动交通出行转型。位于德国厄姆河畔德廷根的 EKPO 公司,由全球两大汽车零部件供应商ElringKlinger爱尔铃克铃尔与OPmobility彼欧集团合资组建,致力于为交通出行转型和可持续供电提供燃料电池解决方案,立志成为全球燃料电池行业的优秀企业。
精密焊接:燃料电池制造的关键挑战
实现这一目标的关键在于焊接技术。
EKPO 公司的工业工程部焊接技术负责人 Arno Bayer 解释说,双极板在每个燃料电池中都发挥着关键作用:它们负责连接、分配、导电和散热。双极板由两层厚度仅75至100微米的金属片组成,必须牢固地焊接在一起,中间流动有冷却液。Bayer 指着双极板两侧冲压成型的大量流道结构表示:
一侧流道通过氢气,另一侧则是空气,即反应所需的氧气。双极板集众多技术诀窍于一身,同时又是标准化的大批量产品,因为每个燃料电池需要多达400片双极板。
—— Arno Bayer, EKPO 公司的工业工程部焊接技术负责人
这正是挑战所在:焊接工艺必须确保每一片双极板的焊缝都达到绝对气密,同时又具有很高精度。哪怕只有一片双极板发生泄漏,整个电池堆乃至整个燃料电池都将无法工作。
氢气和氧气正在双极板的微细流道中流动
技术突破:光纤激光器实现高效精密焊接
EKPO 需要一种能够实现超精细焊接、确保气密性并且具备很高焊接速度的激光器。焊缝宽度为0.1毫米,深度约为0.15毫米;每片双极板上的焊缝总长度约为三米。在德廷根工厂内,激光器每年需要焊接约12,000公里的焊缝,相当于汉堡往返纽约的海运里程。
在全球范围内,唯有单模光纤激光器能够胜任这一要求。因此我们最终选择了 TruFiber 激光器,看中其将出色光束质量与工艺安全性结合一体的特点。
—— Arno Bayer, EKPO 公司的工业工程部焊接技术负责人
Arno Baye(左)对通快的光纤激光器深信不疑。这款激光器能够满足 EKPO 公司的严苛要求:实现了超精细焊接、确保了气密性并且具备很高焊接速度
在成功完成多轮激光焊接试验,并为双极板开发出一套创新的夹持与操作系统后, EKPO 公司建设了一条高效生产线:利用激光束将双极板的两层金属片焊接成为气密的一体化结构。焊接后的双极板经过严格的导电性与气密性测试,合格后便可进入堆叠工序,投入到交通出行转型的实际应用中。
随着年产12000公里焊接任务的完成, EKPO 不仅确保了每一片双极板的气密性,更推动了整个零排放交通转型的进程,为全球燃料电池行业发展树立了新的技术榜样。
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