欧姆龙成功事例 | 膜电极封装线生产升级方案：利用张力控制技术实现柔性生产

设备概况

氢燃料电池的膜电极是进行电化学反应的区域，作为核心部件占据了电池60%的成本，它由二层碳纸和质子交换膜组成。本项目作为国产膜电极封装测试产线，包含GDL冲切机（生成GDL片材）、五合一贴合机（生成5-MEA基材）、七合一贴合机（GDL片材+基材→膜电极）、膜电极气密检测（密封性检测）等设备。

课题

1. 如何保证GDL卷膜张力的稳定控制在20N±1N？

2. 如何保证七合一压合时的压力恒定，压力波动≤2%？

解决方案

张力控制：

a) 为保证张力稳定，采用双PID闭环反馈的控制方式，摆杆角度变化修正放卷速度，传感器检测的张力变化修正摆杆气压。

b) 在设备的加减速阶段，会带来卷膜张力的变化；根据张力变化，对摆杆气压进行补偿，从而保证加减速段卷膜张力恒定。

c) 针对放卷卷径值（传感器测量）跳动，带来张力波动的课题；使用二阶低通滤波算法，对放卷卷径进行干扰滤除，减少扰动。

压力控制：

a) 将当前压力与设定压力进行闭环控制，将输出值MV换算成电缸的周期同步运行速度。

b) 在前期，电缸以位置模式快速下压，确保节拍和效率；然后切换成速度模式，低速接触；当压力达到预设值的50%，再开启PID控制。

c) 作为柔性产线，以配方PID或模糊PID的方式，设定压力值，兼容不同规格的产品。

系统配置

实现价值

1. GDL冲切机：张力稳定在20N±1N，裁切精度330mm±0.1mm，速度100mm/s。

2. 五合一贴合机：5-MEA片材精度±0.2mm、贴合错位精度±0.2mm，节拍6片/分钟。

3. 七合一贴合机：GDL与5-MEA中心错位±0.3mm、阴阳极GDL错位±0.3mm，MEA精度±0.2mm。

【经营层】

■ 推进单设备控制技术向整线系统的能力延伸，分阶段探索规模化应用的工程化路径。

【业务层】

■ 开展产品良率稳定性优化与设备多机型适配能力建设，协同推进制造系统兼容性升级实践，服务柔性化生产需求。

【现场层】

■ 通过NJ系统张力及压力的控制，将MEA膜电极精度由±0.3提升至±0.2mm。

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