储氢瓶的3个常见应用及检测要求-「拉斯维加斯3499com」

储氢气瓶是指符合 GB/T33145、GBT 42610 等标准要求或符合依据 TSG 23 经相关部门批准的企业标准，且专用于充装氢气的大容积氢气瓶（注：包括瓶体、端塞及密封件）。

今天大家来学习关于氢能储氢瓶常见的应用及其的相关检测要求的内容。

根据氢燃料电池汽车产业上下游市场分析，储氢瓶主要应用于三个环节：

1）车用储氢瓶；

2）加氢站（加氢母站）用储氢瓶；

3）运输设备用储氢瓶。

根据安全制造材质和工艺，气瓶一般分为四型。一型瓶（Ⅰ型）是金属气瓶；二型瓶（Ⅱ型）是金属内胆纤维环向缠绕气瓶；三型瓶（Ⅲ型）是金属内胆纤维全缠绕气瓶；四型瓶（Ⅳ型）是非金属类的纤维全缠绕气瓶。

Ⅳ型气瓶就是通常说的塑料内胆的气瓶，内胆是符合材料内胆的，采用碳纤维、玻璃纤维全缠绕工艺，目前，中国燃料电池车用氢瓶比较成熟的是Ⅲ型瓶，生产厂家包括国富氢能、中材科技、科泰克等；而Ⅳ型瓶技术尚不成熟无法量产，基本被国外厂商垄断，如全球最大的Ⅳ型瓶生产商Hexagon海克斯康，以及ToyodaGosei丰田合成和韩国Iljin的Ⅳ型瓶，已经分别用于丰田Mirai系列燃料电池汽车和现代Nexo系列燃料电池汽车。

Ⅳ型氢气瓶VSⅢ型氢气瓶核心参数对比

Ⅳ型储氢瓶的制造成本在 3000~3500 美金，主要包括：复合材料、阀门、调节器、组装检查、氢气等，其中复合材料的成本占总成本的 75% 以上，而氢气本身的成本只占约 0.5%。储氢瓶技术的发展趋势是轻量化、高压力、高储氢密度、长寿命，相比传统的金属材料，高分子复合材料可以在保持相同耐压等级的同时，减小储罐壁厚，提高容量和氢存储效率，降低长途运输过程中的能耗成本。因此，复合材料的性能和成本是Ⅳ型储氢气瓶制备的关键。

一、Ⅳ型储氢瓶结构

Ⅳ型储氢瓶除了金属瓶阀座外的瓶体全部由非金属复合材料制成。

如上图所示，Ⅳ型储氢瓶的内部结构包括以下部分：

瓶壁总厚度约为 20~30mm，最内层与氢气直接接触的是阻气层，厚度约为 2~3mm，是烯烃类可塑性聚合物，起阻隔氢气的作用；

中间层是比较厚的耐压层，材料是CFRP碳纤维增强复合材料，由碳纤维和环氧树脂构成，在保证耐压等级的前提下，尽量减小该层厚度以提高储氢效率；

最外层是表面保护层，厚度约为 2~3mm，材料是GFRP玻纤增强复合材料，由玻璃纤维和环氧树脂构成。

由于Ⅳ型瓶瓶体全部为树脂，易于成型，因而其外形尺寸可以依照不同厂家和型号的燃料汽车设计要求做相应调整。

Ⅳ型储氢瓶结构剖面图

三、储氢瓶性能测试解析

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《车用压缩氢气铝内胆碳纤维全缠绕气瓶》和团体标准 T/CA TSI 02007《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。

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，按下图顺序开展。

氢气瓶使用性能试验顺序图

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先容。

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。

氢气瓶充放气变形量示意图

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℃。

为保证高压储氢系统及其关键零部件等产品的安全性和可靠性，该标准除规定了高压储氢瓶及瓶阀等需开展各项涉氢试验外，还规定了各项非涉氢的型式试验的要求及合格指标。在整车氢安全方面，涉及高压储氢瓶的耐久性试验、储氢阀门的泄漏及耐压性试验与涉氢试验同样具有重要地位。

以上就是今天的分享！如果您对氢气瓶性能检测设备感兴趣，欢迎与大家联系！

氢气瓶水压试验机氢气瓶水压试验机设备主要用于车用氢气瓶进行水压耐压强度试验，残余变形量测试（根据需要选用外测法或内测法）。设备按GB/T 35544，GB/T 9251、T/CATSI 02 007，GTR13, ECE R134等标准研制，广泛用于氢气瓶生产厂家及相关检测单位。
氢气瓶气密性试验机氢气瓶气密性试验机设备适用于车用氢气瓶进行气密性检测，可以分为沉水冒泡湿式检漏与氦质谱仪干式捡漏两种方法。
氢气瓶水压爆破试验机氢气瓶水压爆破试验机设备适用于车用氢气瓶进行爆破变形量和屈服压力测试，通过压力-进水量-时间曲线来自动判断爆破压力值，并找出屈服点。
加氢系统零部件性能测试台设备满足35MPa和70MPa车载供氢系统零部件：瓶阀、高压电磁阀、减压阀、加氢口（客车）、单向阀、限流阀等加氢系统零部件的气密性、强度、寿命、可靠性等方面的性能测试需求。
氢气瓶常温压力循环试验机氢气瓶压力循环试验机设备适用于车用氢气瓶进行常温压力循环试验或者极限温度（-40~80℃）压力循环试验。
电动气源耐久试验机电动气源耐久试验机设备主要用于对电动空压机、电动真空泵等气源零部件进行耐久试验。
氢气增压系统氢气增压系统主要用氢气源的二次增压，常见用途如氢气填充、加注、管路气体置换、以及检测供氢系统及其零部件以及整车氢系统的气密封性能等。
加氢枪性能试验机加氢枪性能试验机设备是按《GB∕T 34425 燃料电池电动汽车加氢枪》等标准研制，可对加氢枪的气密性、压力循环寿命、静液压强度、耐温和温度循环等性能进行测试。
加氢口性能试验机加氢口性能试验机设备是按《GB/T 26779 燃料电池电动汽车加氢口》等标准研制，主要用于燃料电池电动汽车加氢口进行气密性试验、静液压强度试验、耐温和温度循环试验、耐氧老化特性、耐异常压力特性以及瓶阀循环寿命试验等方面的强制性检验；也可用于对汽车供氢系统进行气密性检验。
氢气瓶极限温度压力循环试验装置氢气瓶极限温度压力循环试验机设备适用于车用氢气瓶在极限温度（-40~80℃）条件下检验其在压力冲击下的寿命疲劳性能测试。
氢气瓶氢气循环试验机氢气瓶氢气循环试验机设备以氢气作为测试介质，适用于车用氢气瓶在常温或者极端温度条件下检验其在压力冲击下的寿命疲劳性能测试。
氢气换热器性能试验机氢气换热器性能试验机设备主要用于氢气换热器进行耐压爆破、气密性、疲劳（氢气疲劳或液压疲劳）等性能测试。
氢气阀门性能试验机氢气阀门性能试验机设备适用于各种氢气阀门（如减压阀，开关阀，单向阀等）等进行耐压强度、气密泄露、耐久性、压力循环（常温或极限温度循环，氢气循环）等性能测试。
高温高压氢环境测试系统该系统主要用于评价加氢站、输氢管道装置用材料在气相氢环境下安全服役行为，可以实现气相氢环境下，样品在温度、氢压和载荷耦合作用下力学性能、断裂行为等服役安全参数评价。
高压储氢与配氢供应系统系统由高压储氢系统与配氢供应系统以及相关配套设备组成。包括但不限于氢气汇流排、氢气一级减压阀、氢气过滤器、氢气泄压阀、氢气用高压球阀、氢气用低压球阀、氢气用二级减压阀、紧急切断与紧急排空阀、手动排放阀、压力传感器、气体泄漏报警、管路接地、气体压力显示系统等。