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如何打造高安全性和可靠性的储氢系统

2023-12-06 14:59:27·  来源：特嗨氢能检测  
　
氢能燃料电池汽车关键储能部件的安全性和可靠性研究正被广泛关注。为确保高压条件下储氢容器的使用安全，车载高压储氢瓶的合理应用是当前研究的重点。国标GB/T 35544-2017《车用压缩氢气铝内胆碳纤维全缠绕气瓶》和团体标准T/CATSI 02 007-2020《车用压缩氢气

氢能燃料电池汽车关键储能部件的安全性和可靠性研究正被广泛关注。为确保高压条件下储氢容器的使用安全，车载高压储氢瓶的合理应用是当前研究的重点。


国标GB/T 35544-2017《车用压缩氢气铝内胆碳纤维全缠绕气瓶》和团体标准T/CATSI 02 007-2020《车用压缩氢气塑料内胆碳纤维全缠绕气瓶》（以下简称：该标准）规定了高压储氢瓶的各项型式试验的要求及合格指标，其中B类高压储氢瓶的使用性能试验是除火烧试验外唯一使用了氢气介质的试验项目，其所用试验系统装置见图1。


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图1--试验系统


使用性能试验包含水压试验、常温和极限温度气压循环试验、极限温度渗透试验、常温静压试验、剩余强度液压爆破试验，按图2顺序开展。


特嗨氢能检测作为国内最早具备使用性能试验能力的第三方检测机构，通过四年高压临氢系统安全运营及试验验证，拥有丰富的试验经验。基于具体的试验案例，对使用性能试验中的常温和极限温度气压循环试验进行介绍。


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图2--使用性能试验图示


其中，以环境温度划分，常温和极限温度气压循环试验主要分为低温工况、常温工况及高温工况；结合试验介质温度划分，又会进一步细分为常温+低温工况、低温+低温工况、低温+常温工况、低温+高温工况等四种。这里以低温+低温工况（以下简称：双低温工况）为例，将对车载高压储氢瓶使用性能试验作进一步介绍。


双低温工况开展时，在受试气瓶瓶口阀、筒体中间及气瓶尾部各布置一个温度传感器，以便在试验过程中能够实时监测气瓶表面温度。注：由于碳纤维缠绕原因导致气瓶本体有一定程度的凹凸，建议在温度传感器和气瓶本体之间涂抹一层导热硅脂，增大温度传感器与气瓶接触面积；同时，瓶口阀温度传感器需接入试验系统。达到监测并控制试验系统充放气速率的要求。


在安全方面，因试验气瓶在充装过程中瓶身会发生径向形变，为降低试验安全风险，在气瓶中线两端各布置一个拉线式位移传感器，拉线绕瓶一周，以便试验过程中实时并全程监测气瓶的变形量。见图3

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图3--传感器分布示意图


根据该标准要求，设置充压速率、压力上限（56MPa）以及循环次数（5/15/25），设置气瓶测试环境温度（-40℃）以及预冷氢气温度（-40℃）注：受试气瓶及其附件均达到规定温度后方可进行后续气压循环试验。具体循环曲线见图4


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图4 双低温循环试验曲线


由试验曲线可以看出，试验气瓶在3分钟内由起始压力2MPa迅速充装至试验压力56MPa时，试验气瓶内温度最高升至10℃，充气速率最大为（23-25）g/s，同时，整个充气过程试验气瓶径向膨胀量为5-6mm。放气过程中，试验气瓶以（2.12-2.16）g/s的速率放气，需45min左右压力降至2MPa，经监测，期间气瓶内温度将会降低至-51.25℃，气瓶瓶阀以及气瓶的中部和后部的温度分别可降至-46.67℃、-43.34℃、-45.21℃。

总体来看，特嗨氢能检测所具备的使用性能测试能力中在双低温这种最严酷的工况下，根据气瓶容积不同，单次循环时长约为50min -1.5h左右，各项试验指标均在标准要求范围内。


值得注意的是，在放气阶段，气瓶及其附件本身温度均达到-40℃以下，在对瓶口阀进行验证时，需进一步考虑更低温度下瓶口的性能及功能完好性，其对目前的密封材料也带来了考验。

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