設備概況

氫燃料電池的膜電極是進行電化學反應的區域，作為核心部件占據了電池60%的成本，它由二層碳紙和質子交換膜組成。本項目作為國產膜電極封裝測試產線，包含GDL沖切機（生成GDL片材）、五合一貼合機（生成5-MEA基材）、七合一貼合機（GDL片材+基材→膜電極）、膜電極氣密檢測（密封性檢測）等設備。

課題

1. 如何保證GDL卷膜張力的穩定控制在20N±1N？

2. 如何保證七合一壓合時的壓力恒定，壓力波動≤2%？

解決方案

張力控制：

a) 為保證張力穩定，采用雙PID閉環反饋的控制方式，擺桿角度變化修正放卷速度，傳感器檢測的張力變化修正擺桿氣壓。

b) 在設備的加減速階段，會帶來卷膜張力的變化；根據張力變化，對擺桿氣壓進行補償，從而保證加減速段卷膜張力恒定。

c) 針對放卷卷徑值（傳感器測量）跳動，帶來張力波動的課題；使用二階低通濾波算法，對放卷卷徑進行干擾濾除，減少擾動。

壓力控制：

a) 將當前壓力與設定壓力進行閉環控制，將輸出值MV換算成電缸的周期同步運行速度。

b) 在前期，電缸以位置模式快速下壓，確保節拍和效率；然后切換成速度模式，低速接觸；當壓力達到預設值的50%，再開啟PID控制。

c) 作為柔性產線，以配方PID或模糊PID的方式，設定壓力值，兼容不同規格的產品。

系統配置

實現價值

1. GDL沖切機：張力穩定在20N±1N，裁切精度330mm±0.1mm，速度100mm/s。

2. 五合一貼合機：5-MEA片材精度±0.2mm、貼合錯位精度±0.2mm，節拍6片/分鐘。

3. 七合一貼合機：GDL與5-MEA中心錯位±0.3mm、陰陽極GDL錯位±0.3mm，MEA精度±0.2mm。

【經營層】

■ 推進單設備控制技術向整線系統的能力延伸，分階段探索規模化應用的工程化路徑。

【業務層】

■ 開展產品良率穩定性優化與設備多機型適配能力建設，協同推進制造系統兼容性升級實踐，服務柔性化生產需求。

【現場層】

■ 通過NJ系統張力及壓力的控制，將MEA膜電極精度由±0.3提升至±0.2mm。

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