Technologie innovante de mesure 3D et optique de découpe laser pour une production précise de piles à combustible
L'énergie d'un véhicule électrique provient soit d'une batterie, soit d'une pile à combustible. Les piles à combustible sont constituées d'un empilement, ce qui signifie qu'elles sont construites en couches. Les éléments individuels sont la plaque bipolaire, le joint, la couche de diffusion de gaz (GDL) et l'assemblage membrane-électrode (MEA).
Que les plaques bipolaires soient en métal ou en graphite, les exigences de notre technologie de mesure 3D sont similaires. Il s'agit de mesurer avec précision des paramètres géométriques tels que la profondeur et l'espacement des canaux, la position de l'âme du canal, la rugosité des canaux ou la détermination de l'épaisseur des couches plastiques ou métalliques. Pour la détermination de l'épaisseur des couches en particulier, nous pouvons nous appuyer sur différentes technologies pour analyser les couches transparentes et non transparentes.
Les plaques bipolaires métalliques sont des feuilles minces d'une épaisseur d'environ 50 à 75 micromètres et sont généralement poinçonnées. Toutefois, les petits trous sur les plaques sont découpés au laser et nos optiques de découpe laser sont utilisées à cet effet. En outre, les plaques bipolaires individuelles sont soudées entre elles. En fonction de la taille et du nombre de plaques bipolaires, une pile à combustible peut donc contenir environ 500 m de soudures au laser. Le contrôle des soudures et de leur qualité est donc une étape essentielle pour la production de masse des piles à combustible.
Solutions pour vos étapes de production dans la fabrication de piles à combustible
Les plaques bipolaires sont un composant important des piles à combustible. Elles séparent les électrodes et l'électrolyte et conduisent en même temps le courant entre les électrodes. Deux plaques d'une épaisseur de 50 à 100 microns chacune doivent donc être soudées ensemble de manière étanche au gaz pour former une structure stable et conductrice. Elles sont souvent en métal, comme l'acier inoxydable.
Lors de l'assemblage des surfaces de contact des plaques minces, la soudure est généralement très étroite et profonde, ce qui permet d'obtenir une résistance et une conductivité élevées de la soudure. La soudure laser peut se présenter sous différentes formes, telles qu'un point (joint de contact) ou une ligne (joint d'étanchéité).
Il faut environ 1 m de soudure par plaque bipolaire. Une pile se compose d'environ 400 plaques bipolaires et comporte donc 400 m de cordon de soudure, qui doit répondre aux normes de qualité les plus strictes. Il doit être étanche. Afin de permettre des temps de cycle élevés, le soudage est également effectué très rapidement à une vitesse d'environ 600 à 800 mm/s, c'est-à-dire juste en dessous de ce que l'on appelle la limite de bosse. Pendant le processus de soudage, une surveillance et un contrôle minutieux du processus sont nécessaires. Nos capteurs détectent les moindres défauts de soudage susceptibles d'entraîner des fuites au niveau des joints d'étanchéité. En outre, le système de surveillance tient compte des vitesses de soudage élevées des joints d'étanchéité ou des courtes durées de soudage des joints de contact. La fréquence d'échantillonnage peut atteindre 250 kHz.
Les dimensions réduites, les exigences de précision élevées et les temps de cycle critiques sont quelques-uns des principaux défis que pose la mesure de la topographie des piles à combustible. Les dimensions des plaques bipolaires doivent être mesurées pour garantir la tolérance dimensionnelle, car la qualité des plaques bipolaires est cruciale pour l'efficacité et la densité de puissance d'une pile à combustible. Les paramètres à contrôler sont l'épaisseur de la feuille, la profondeur et la largeur des canaux, l'entraxe des canaux et les exigences de conception précises.
Pour relever ces défis de mesure, Precitec propose trois solutions spécifiques : le CHRocodile 2 DPS pour les mesures d'épaisseur ;
le CHRocodile CLS 2 pour une inspection 3D ultra-précise des profils;
et le Flying Spot Scanner 310 pour les mesures de géométrie et de forme. Grâce au point de mesure mobile de ce dernier, il peut mesurer exactement la trajectoire requise - même sur de grandes plaques - sans avoir à déplacer ni l'échantillon ni le capteur.
Le défi consiste à mesurer avec précision l'épaisseur des revêtements métalliques (or ou titane) sur les plaques bipolaires. Ces revêtements doivent avoir l'épaisseur exacte nécessaire pour éviter la corrosion et garantir une conductivité électrique élevée.
La solution idéale pour mesurer les revêtements des plaques bipolaires sur les piles à combustible est la technologie photothermique laser de Precitec Enovasense, qui permet de mesurer des surfaces entières avec un niveau de précision exceptionnel. Cette technologie permet des mesures sans contact, non destructives, non intrusives et non radiatives de l'épaisseur des revêtements métalliques avec un niveau de répétabilité exceptionnel, dans le cadre d'un processus rapide et rentable. Vous bénéficiez d'une qualité de processus améliorée grâce à des mesures en ligne ou hors ligne effectuées à partir d'un appareil compact et léger qui s'intègre facilement dans vos processus de production. Plusieurs points de mesure peuvent être couverts en quelques secondes grâce à des cycles préprogrammés si le capteur est intégré dans la station de contrôle 3 axes entièrement automatisée HKL2.
Autres domaines d'application dans l'e-mobilité
Cellule de batterie
Les cellules de batterie sont au cœur de l'électromobilité et sont donc cruciales pour la sécurité, la durée de vie et les performances des véhicules électriques. Nos produits de mesure laser et 3D permettent d'innover en permanence dans la production de batteries, en réduisant les coûts et en augmentant les performances des cellules de batterie.
Groupe motopropulseur
La chaîne de traction électrique se compose entre autres du stator, du rotor et de l'électronique de puissance. Pour un soudage laser de haute qualité des stators (soudage de hairpin), il est essentiel que les fils soient bien dénudés. Nous pouvons détecter les résidus de vernis sur les fils et permettre des process de soudage laser adaptatifs.