[發明專利]用于生產金屬雙極板的方法和裝置

有效

• 申請號: 201210563042.7
• 申請日: 2012-12-21
• 公開（公告）號: CN103178276A
• 公開（公告）日: 2013-06-26
• 發明（設計）人: U·施拉特
• 申請（專利權）人: 法因圖爾知識產權股份公司
• 主分類號: H01M8/02
• 分類號: H01M8/02;B21D28/02;B21D28/14;B21D37/10
• 代理公司: 北京市中咨律師事務所 11247
• 代理人: 吳鵬;馬江立

技術領域

本發明涉及一種用于生產由金屬帶薄板/金屬帶箔制成的雙極板的方法，該雙極板具有用于流動區、內部形狀/內輪廓如孔和板里面的縫隙的表面結構以及在其外部形狀/外輪廓上具有至少一基準幾何結構，在該方法中，將金屬帶輸送到在壓機頂桿的下死點中打開并且在壓機頂桿的上死點中閉合的模具里面，在閉合時將金屬帶夾緊在由至少一變形/成形凸模、切割凸模和沖孔凸模和一導向結構組成的、固定在壓機臺上的模具上部分與一包含至少一切割底模的、執行上死點與下死點之間的行程的模具下部分之間，并接著使金屬帶經受切割和變形操作。

本發明還涉及一種用于生產由金屬帶薄板制成的雙極板的裝置，該雙極板具有用于流動區、內部形狀如孔和板里面的縫隙的表面結構以及在其外部形狀上的基準幾何結構，該裝置具有通過壓機頂桿驅動的順序復合模具，該順序復合模具的固定在壓機臺上的模具上部分包含至少一沖孔凸模和切割凸模以及一導向座，而該順序復合模具的執行在頂桿的上、下死點之間的行程的模具下部分包含至少一切割底模。

背景技術

已知用于燃料電池的雙極板包括陽極側和陰極側，它們可選地通過中間壁（連接板）相互分開。陽極側和陰極側設計成具有某種結構（一般為波形結構）的平的板，其在燃料電池中的功能是，保證燃料電池的電連接并且保證對燃料電池的氫氣和作為氧化劑的空氣/氧氣的供給。

為了在燃料電池的橫截面上均勻地實現對燃料電池的供給，雙極板具有流動區，該流動區由多個并排的通道或溝槽形成，通過這些通道或溝槽使工藝氣體沿著溝槽流動到反應區并且排出所產生的產物水。同時雙極板具有相互分開的小孔，通過這些小孔將作為燃燒氣體的氫氣、作為氧化劑的空氣/氧氣和作為冷卻劑的水輸送到相應的流動通道。

對雙極板提出了復雜的技術要求，它們是，能以微小的電阻傳導氣體和電流，具有高的抵制化學侵蝕的抵抗力，能排出所產生的反應熱，對于燃燒氣體、氧氣和水的耐腐蝕性，能使氣體相互分開，具有耐高溫性和高的機械強度、輕重量下的形狀穩定性以及具有小的體積。

已知對于這種雙極板使用薄的金屬薄板/金屬箔，通過沖壓、深拉、沖切或基于有效介質的變形工藝、例如液壓成型使所述金屬薄板成為所期望的形狀（DE102005021487A1，DE102009059769，DE102004016318A1，DE102009036039A1）。

所有這些已知的解決方案都具有以下缺陷，即不能保證所要求的形狀精度。這導致，在雙極板的小孔和通道幾何形狀方面存在錯位，它們可能導致燃料電池的與安全性有關的功能故障。

熱工藝（見DE100210022094A1）由于所產生的毛刺通常需要成本昂貴的后處理。

由DE102010020178A1還已知一種用于生產燃料電池組的金屬雙極板的方法，該雙極板分別在其兩個側上具有氣體分布結構。氣體分布結構在兩側同時通過局部剪切產生。

這種已知方法的厚度范圍限制在0.5mm至5mm上，因此雙極板達到相當大的重量和非常大的尺寸。

發明內容

相對于現有技術，本發明的目的在于，在取消對輪廓的再加工并保持經濟上的優點的條件下通過在精密沖裁壓力機上的變形明顯提高雙極板的形狀精度和尺寸保持性/尺寸穩定性。

這個目的通過一種具有權利要求1特征的開頭所述類型的方法和一種具有權利要求10特征的裝置實現。

在從屬權利要求中給出本方法和裝置的有利擴展方案。

按照本發明的解決方案的重點在于，以盡可能大的變形力在精密沖裁壓力機的中心利用一至少是三級的順序復合模具執行在金屬薄板上的變形操作，在該順序復合模具的第一級中在金屬帶中局部地自由切割坯料，接著在第二級中以至少2500kN至3500kN的變形力通過壓力變形/壓力成形在坯料中加工出表面結構，通過切割在坯料中或坯料上加工出內部形狀、縫隙和基準幾何結構，然后在第三級中順序地以行程的節拍執行對外輪廓的切割和對完成的雙極板坯料的輸出。

有利的是，使表面結構通過模具下部分中的陰模（Gesenkform）和模具上部分中的適合的壓模以及使雙極板中的內部形狀（孔）和縫隙通過模具上部分中的切割凸模和沖孔凸模和設置在模具下部分的底模板中的底模開口順序地、但是在同一個操作內產生。

這保證，所有重要的局部幾何結構實現相互間盡可能最好的尺寸保持性并且不再需要探針以保證被變形的要切割的輪廓的尺寸保持性。