众所周知,氢燃料电池汽车凭借其“零排放”的特性,正逐渐成为未来新能源汽车的主力军。车载储氢技术作为氢燃料电池汽车发展的关键环节,直接关系到燃料电池汽车的电池寿命、成本和安全性,也是未来氢燃料电池车发展的关键突破环节。
目前,车载储氢技术主要以“储氢罐”作为储氢容器,以高压储氢技术为主要路线。日本、韩国、美国、欧洲等国家已率先量产了70Mpa Ⅳ型氢燃料电池储氢瓶。在汽车市场方面,国内市场的储氢行业仍在使用III型铝合金内胆全缠绕气瓶,但70MPa储氢技术由于技术瓶颈、监管限制、关键材料碳纤维进口、需求低迷、不达标的配套技术,发展相对滞后。
“实现车用IV型氢能源瓶国产化”一直是燃料电池行业的热门话题,但随着近年来氢燃料电池汽车市场需求的不断增加、国内标准法规的不断完善以及国内企业在70MPa储氢技术上的突破,这种局面正在被改写。
近日,未势能源自主研发的70MPa IV型瓶成功通过欧洲第三方检测机构的防火测试,其性能标准已与欧盟接轨,为进一步提高国产车载储氢设备技术水平提供了重要的技术支撑。
据未势能源储氢系统开发部专家介绍,为保证氢气瓶的安全性、可靠性和基本性能,综合考虑国内外法律法规,在开发过程中需要进行大量测试,包括液压爆破试验和液压循环试验、极限温度压力循环试验、加速应力破裂试验、跌落试验、氢循环试验、渗透试验、火烧试验、枪弹试验、性能试验、耐久性试验等。
其中,耐火试验是车用压缩氢塑料内衬全缠绕气瓶标准中的一项重要型式试验项目,也是确保储氢钢瓶和安全装置能够在氢燃料电池汽车的整个生命周期中使用,能够成为安全可靠运行的必要手段之一。
测试瓶为未势能源自主研发的70MPa IV型瓶,当气态氢介质填充在瓶中时,外置火灾测试装置可以有效模拟车辆发生火灾时气瓶的情况,验证气瓶是否燃烧,瓶阀内压、温升及紧急泄放性能。
同时,为确保纤维高压储氢钢瓶在火烧条件下的安全性,未势能源按照国际欧盟认证要求,对着火位置和火焰温度进行一一验证。
(火烧试验气瓶及火烧系统布置图)
(火烧试验过程)
测试过程表明,在火烧环境下,未势能源70Mpa IV储氢瓶内压维持在70 MPa,压力值基本不变,未势能源自主研发的瓶阀内置TPRD,球泡温度达到110°时被激活,缸内压力在短时间内从70MPa迅速下降到1MPa以下,缸内气体安全释放,缸体表面纤维和内衬层密封结构没有任何迹象开裂,气瓶的安全相关功能在整个防火过程中得到了完整的保存。
(火烧试验后气瓶状态)
测试结果证明,未势能源自主研发的70Mpa IV型储氢瓶在整体关键数据方面满足预期设计要求,具有高安全性、高可靠性、高能效等技术优势,完全符合国际EC79 认证标准。
未势能源70Mpa IV型储氢瓶采用独立内胆-阀座密封结构设计、轻量化金属阀座结构设计、创新内胆成型工艺、改良内胆材料,有效解决透气性、内胆褶皱、屈曲等关键问题密封结构更安全可靠,阀座重量较国际市场主流产品减轻40%。
此外,通过创新的纤维层叠层设计理念和创新的干式缠绕工艺,大大提高了纤维强度利用率、爆破强度和压力循环寿命一致性,复合材料消耗比湿式缠绕降低15%方法,减少固化时间,缩短30%,加注寿命≥15000次,为氢燃料电池汽车轻量化车载供氢系统提供了新的选择。
目前,按照国际欧盟EC79认证要求,产品先后通过了氢循环测试、渗透测试等重点测试项目测试,进入量产前的最终测试阶段。2021年底将批量出口欧洲,将为进一步推动国产70MPa IV型高压储氢钢瓶的商业化应用,大幅降低成本并提供重要的技术支撑。