眾所周知,氫燃料電池汽車憑借其“零排放”的特性,正逐漸成為未來新能源汽車的主力軍。車載儲(chǔ)氫技術(shù)作為氫燃料電池汽車發(fā)展的關(guān)鍵環(huán)節(jié),直接關(guān)系到燃料電池汽車的電池壽命、成本和安全性,也是未來氫燃料電池車發(fā)展的關(guān)鍵突破環(huán)節(jié)。
目前,車載儲(chǔ)氫技術(shù)主要以“儲(chǔ)氫罐”作為儲(chǔ)氫容器,以高壓儲(chǔ)氫技術(shù)為主要路線。日本、韓國(guó)、美國(guó)、歐洲等國(guó)家已率先量產(chǎn)了70Mpa Ⅳ型氫燃料電池儲(chǔ)氫瓶。在汽車市場(chǎng)方面,國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的儲(chǔ)氫行業(yè)仍在使用III型鋁合金內(nèi)膽全纏繞氣瓶,但70MPa儲(chǔ)氫技術(shù)由于技術(shù)瓶頸、監(jiān)管限制、關(guān)鍵材料碳纖維進(jìn)口、需求低迷、不達(dá)標(biāo)的配套技術(shù),發(fā)展相對(duì)滯后。
“實(shí)現(xiàn)車用IV型氫能源瓶國(guó)產(chǎn)化”一直是燃料電池行業(yè)的熱門話題,但隨著近年來氫燃料電池汽車市場(chǎng)需求的不斷增加、國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)的不斷完善以及國(guó)內(nèi)企業(yè)在70MPa儲(chǔ)氫技術(shù)上的突破,這種局面正在被改寫。
近日,未勢(shì)能源自主研發(fā)的70MPa IV型瓶成功通過歐洲第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)的防火測(cè)試,其性能標(biāo)準(zhǔn)已與歐盟接軌,為進(jìn)一步提高國(guó)產(chǎn)車載儲(chǔ)氫設(shè)備技術(shù)水平提供了重要的技術(shù)支撐。
據(jù)未勢(shì)能源儲(chǔ)氫系統(tǒng)開發(fā)部專家介紹,為保證氫氣瓶的安全性、可靠性和基本性能,綜合考慮國(guó)內(nèi)外法律法規(guī),在開發(fā)過程中需要進(jìn)行大量測(cè)試,包括液壓爆破試驗(yàn)和液壓循環(huán)試驗(yàn)、極限溫度壓力循環(huán)試驗(yàn)、加速應(yīng)力破裂試驗(yàn)、跌落試驗(yàn)、氫循環(huán)試驗(yàn)、滲透試驗(yàn)、火燒試驗(yàn)、槍彈試驗(yàn)、性能試驗(yàn)、耐久性試驗(yàn)等。
其中,耐火試驗(yàn)是車用壓縮氫塑料內(nèi)襯全纏繞氣瓶標(biāo)準(zhǔn)中的一項(xiàng)重要型式試驗(yàn)項(xiàng)目,也是確保儲(chǔ)氫鋼瓶和安全裝置能夠在氫燃料電池汽車的整個(gè)生命周期中使用,能夠成為安全可靠運(yùn)行的必要手段之一。
測(cè)試瓶為未勢(shì)能源自主研發(fā)的70MPa IV型瓶,當(dāng)氣態(tài)氫介質(zhì)填充在瓶中時(shí),外置火災(zāi)測(cè)試裝置可以有效模擬車輛發(fā)生火災(zāi)時(shí)氣瓶的情況,驗(yàn)證氣瓶是否燃燒,瓶閥內(nèi)壓、溫升及緊急泄放性能。
同時(shí),為確保纖維高壓儲(chǔ)氫鋼瓶在火燒條件下的安全性,未勢(shì)能源按照國(guó)際歐盟認(rèn)證要求,對(duì)著火位置和火焰溫度進(jìn)行一一驗(yàn)證。
(火燒試驗(yàn)氣瓶及火燒系統(tǒng)布置圖)
(火燒試驗(yàn)過程)
測(cè)試過程表明,在火燒環(huán)境下,未勢(shì)能源70Mpa IV儲(chǔ)氫瓶?jī)?nèi)壓維持在70 MPa,壓力值基本不變,未勢(shì)能源自主研發(fā)的瓶閥內(nèi)置TPRD,球泡溫度達(dá)到110°時(shí)被激活,缸內(nèi)壓力在短時(shí)間內(nèi)從70MPa迅速下降到1MPa以下,缸內(nèi)氣體安全釋放,缸體表面纖維和內(nèi)襯層密封結(jié)構(gòu)沒有任何跡象開裂,氣瓶的安全相關(guān)功能在整個(gè)防火過程中得到了完整的保存。
(火燒試驗(yàn)后氣瓶狀態(tài))
測(cè)試結(jié)果證明,未勢(shì)能源自主研發(fā)的70Mpa IV型儲(chǔ)氫瓶在整體關(guān)鍵數(shù)據(jù)方面滿足預(yù)期設(shè)計(jì)要求,具有高安全性、高可靠性、高能效等技術(shù)優(yōu)勢(shì),完全符合國(guó)際EC79 認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)。
未勢(shì)能源70Mpa IV型儲(chǔ)氫瓶采用獨(dú)立內(nèi)膽-閥座密封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、輕量化金屬閥座結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、創(chuàng)新內(nèi)膽成型工藝、改良內(nèi)膽材料,有效解決透氣性、內(nèi)膽褶皺、屈曲等關(guān)鍵問題密封結(jié)構(gòu)更安全可靠,閥座重量較國(guó)際市場(chǎng)主流產(chǎn)品減輕40%。
此外,通過創(chuàng)新的纖維層疊層設(shè)計(jì)理念和創(chuàng)新的干式纏繞工藝,大大提高了纖維強(qiáng)度利用率、爆破強(qiáng)度和壓力循環(huán)壽命一致性,復(fù)合材料消耗比濕式纏繞降低15%方法,減少固化時(shí)間,縮短30%,加注壽命≥15000次,為氫燃料電池汽車輕量化車載供氫系統(tǒng)提供了新的選擇。
目前,按照國(guó)際歐盟EC79認(rèn)證要求,產(chǎn)品先后通過了氫循環(huán)測(cè)試、滲透測(cè)試等重點(diǎn)測(cè)試項(xiàng)目測(cè)試,進(jìn)入量產(chǎn)前的最終測(cè)試階段。2021年底將批量出口歐洲,將為進(jìn)一步推動(dòng)國(guó)產(chǎn)70MPa IV型高壓儲(chǔ)氫鋼瓶的商業(yè)化應(yīng)用,大幅降低成本并提供重要的技術(shù)支撐。