液壓循環爆破試驗室正式開放,長城氫能檢測打造氫能安全“密鑰”

近年來,關於是否需要探尋能源新來源和減少溫室氣體排放的爭論正在持續進行中。與此同時,世界各國對其他清潔、高效的可替代燃料也在進行積極地探索,包括壓縮天然氣,液化丙烷氣體和氫氣等。目前已知的所有能源中,最為清潔的是氫能,氫氣使用過程產物是水,可以真正做到零排放、無汙染,被看做是最具應用前景的能源替代品之一,或將成為能源使用的終極形式。

氫能源應用方式有很多種,從氫能源非工業應用來看,燃料電池是使用氫能源的理想方式,下游交通運輸需求漸成主流,氫燃料電池汽車將成為新能源汽車未來主要發展方向。

液壓循環爆破試驗室正式開放,長城氫能檢測打造氫能安全“密鑰”

氫燃料電池是指氫通過與氧的化學反應而產生電能的裝置,氫燃料電池車的驅動力來自於車上的電動機就像純電動車一樣,因此氫燃料電池車可以理解為一輛“自帶氫燃料發電機的電動車”。

而根據車輛中儲氫系統的類型,可以在加氫站加註液化氫或壓縮氣態氫。目前,車輛壓縮氫氣加註是一種最常見的加註形式,在加氫過程中通過將氫氣加壓至1.25NWP給車輛加註,以對加註時絕熱壓縮過程中產生的瞬態加熱進行一定程度的補償。

儲氫系統的組成零部件,包括儲氫容器保持壓力所需的各種壓力控制部件。儲氫系統的主要功能是在加氫時接收、儲存氫氣,並在車輛需要的時候釋放給燃料電池系統以供汽車發電,目前最常用的儲氫方法是壓縮氣體形式。

另外,氫也可以在低溫條件下儲存為液體,即“液氫”,通過儲氫罐存儲壓縮氫氣。而根據需要存儲的氫氣量以及車輛的物理承載力,存儲系統可能包含多個儲氫罐,由於氫燃料單位體積的能量密度較低,為了克服這一限制,壓縮氫氣儲罐通常在高壓力下進行儲氫。在目前的車輛開發進程中(2011年之前),氫通常以35 MPa或70 MPa的額定工作壓力(NWP)下儲存,最大的燃料加註壓力為1.25NWP(分別為43.8 MPa或87.5 MPa),在一般的快充加註模式下,儲氫罐內的壓力可能會比額定工作壓力上升25%,這是因為氣體絕熱壓縮會導致容器內溫度上升,當容器內的溫度冷卻後,壓力就降低了。根據定義,系統的設定壓力就等於環境溫度15°C下的NWP,不同的壓力(低於35MPa、高於70MPa或介於兩者之間)都有可能實現商業化。

1、儲氫罐介紹及其作用

目前,儲氫罐由複合材料組成,以滿足儲氫罐的高壓要求,其重量應適用於此類車輛,大部分應用於燃料電池汽車的高壓儲氫容器包含兩層材料:一層是內襯材料,防止氫氣洩漏/滲透(通常由金屬或熱塑性聚合物(塑料)構成);還有一層外襯材料,實現氫罐結構的完整性,通常由金屬或熱固性樹脂浸漬纖維增強複合材料纏繞在氣體密封內襯表面。

2、液壓循環及爆破試驗原理、意義

車載液氫儲存系統車輛經驗有限,且限制了示範車隊發展,所以其安全要求還沒有進行綜合評估,已知失效條件可行性和相關性的試驗步驟也未被廣泛使用。氣瓶設計爆破壓力BP0要求和疲勞氣瓶的爆破壓力要求不一樣,前者測試容器為新的未經使用的氣瓶,後者測試容器為已完成一系列性能測試的氣瓶,在全生命週期內重複進行過最壞情況駕駛和極端環境暴露。但是,因為車輛疲勞期通過駕駛和極端環境暴露積累,所以預計疲勞氣瓶的爆破壓力(爆破強度)要比新的未經使用的氣瓶壓力低。

液壓循環試驗要求隨機選擇的新容器液壓壓力循環至1.25NWP,無破裂22000次循環或直到洩漏發生,洩露在一定的壓力循環內不會發生。個別締約方決定循環次數為5,500 - 11,000範圍內,也就是在循環次數不超過11000次的情況下不會發生洩漏,締約方也可設置較低的循環次數,但在15年的車輛使用壽命內,不得低於5500次循環。

本規範中循環次數數值的基本原理如下:基本壓力循環壽命要求的“爆裂前洩漏”方面的理論依據液壓爆破試驗測試設計氣瓶的實際爆破壓力與理論壓力之間的比較,並且要進行驗證氣瓶在其他試驗後的剩餘爆破壓力不低於1.8P。

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(長城氫能檢測液壓循環及爆破設備狀態)

3、儲氫罐液壓循環及爆破試驗介紹

儲氫罐液壓循環及爆破試驗作為長城氫能檢測重點試驗室之一,包含液壓爆破試驗系統一套,儲氫瓶液壓循環測試試驗箱、靜壓試驗箱及儲氫系統零部件疲勞爆破測試試驗箱3組,經過多次調試與測試,設備運行穩定、工作狀態良好,已具備相關試驗測試能力,能夠滿足國際、歐標、美標等儲氫瓶液壓試驗要求,可開展35Mpa儲氫瓶常溫液壓循環試驗、35Mpa儲氫瓶極端溫度液壓循環試驗、35Map儲氫瓶液壓爆破試驗、70Mpa儲氫瓶常溫液壓循環試驗、70Mpa儲氫瓶極端溫度液壓循環試驗、70Map儲氫瓶液壓爆破試驗及儲氫零部件的液壓循環及爆破試驗。

液壓循環爆破試驗室正式開放,長城氫能檢測打造氫能安全“密鑰”

液壓循環爆破試驗室正式開放,長城氫能檢測打造氫能安全“密鑰”

(儲氫罐液壓循環及爆破試驗室)

目前,該試驗室已正式對行業內開放,未來將逐步成為國內氫燃料汽車研發領域試驗能力的重要補充,為氫能產業發展提供安全優質服務,支撐我國氫燃料電池汽車落地規模化發展。(來源:長城氫能檢測 )

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