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寻找储氢系统技术研究工艺

需求编号:D2019100279 所在地:江苏省 研发经费:面议

发布时间:2019-10-31 有效期:6-12个月 研发周期:6-12个月

联系方式:****** 企业规模:****** 主营业务:******

需求描述

      

      亚普公司具有世界先进水平的汽车燃油系统研发中心。原理性研究上,与北京化工大学常州先进材料研究院进行产学研合作,针对高压储氢性能研究,购买了粘度仪、凝胶时间测定仪、万能材料试验机、FTIR、DSC、TGA、DMTA等设备,针对碳纤维缠绕工艺,购买了六维缠绕机、大型固化炉、大尺寸微波固化器、树脂反应釜、声发射仪等设备。上述设备为储氢产品材料的研究提供了验证手段。

技术背景:

1. 汽车工业正面临优化能源结构,应对气候变化的挑战,燃料电池车作为新能源车之一承担着重要的发展使命,其氢燃料系统是燃料电池车的核心、关键组成部分。四型“车载储氢系统”具有存储氢气容量大,重量轻、使用寿命长、安全性好等技术优势,能助力燃料电池车产业不断向前发展,为绿色未来“加油”;

2. 传统三型储氢系统的储氢瓶主要由铝合金内胆及碳纤维增强层组成。三型储氢系统具有容量小、重量大、使用寿命短等缺点,已经不能满足长续航里程、轻量化等技术发展趋势。

研发目标:

研发的四型储氢系统,其储氢瓶主要由塑料内胆及碳纤维增强层组成(其中塑料内胆通常使用吹塑成型技术,取代了三型笨重的铝合金材质内胆),能够存储70MPa压力的氢气,需要具有存储容量大、重量轻、使用寿命长、安全性好等技术优势

1容量大——塑料内胆壁厚较薄,因此存储氢气容量更大

四型储氢瓶存储氢气压力高达70MPa,内胆壁厚较薄,存储氢气容量更大,拥有容量大的“储氢系统”可以为燃料电池车提供较大的续航里程。

技术指标:塑料内胆壁厚3.5mm左右

 2重量轻——塑料内胆较轻,具有较高的储氢质量比四型储氢瓶塑料内胆较三型的铝合金内胆重量轻,具有较高的储氢质量比,契合汽车轻量化发展趋势,为燃料电池汽车提供相较于纯电动汽车更好的续航里程和燃料经济性。技术指标:储氢瓶质量比大于5.8%,(质量比(wt%)=氢气/储氢瓶)

3使用寿命长——塑料内胆耐温度和压力交变性能好

使用寿命长是四型“储氢系统”的核心技术。传统的70MPa三型“储氢系统”,由于其铝合金内胆耐疲劳、耐氢气脆化性能不佳等问题,目前只能达到10年的寿命周期。而研发的四型“储氢系统”的需要塑料内胆耐温度和压力交变性能更好,可以满足整车15年使用寿命的要求,也就意味着通常情况下整车生命周期内不需要更换。值得一提的是,不需要拆卸四型“车载储氢系统”即可在整车上进行密封性检测,省略了三型系统需要被拆卸后检测内胆是否存在裂纹的工序,进一步保障了安全使用。


研发的四型储氢系统,其储氢瓶主要由塑料内胆及碳纤维增强层组成(其中塑料内胆通常使用吹塑成型技术,取代了三型笨重的铝合金材质内胆),能够存储70MPa压力的氢气,爆破压力175MPa,需要具有存储容量大、重量轻、使用寿命长、安全性好等技术优势

拟需求解决如下两个技术难题:


1.塑料内胆由塑料壳体和金属端头密封组成,如何进行其材料和结构设计,实现储氢瓶耐高压氢气密封,耐氢气渗透,以及生命周期内耐压力-温度交变等性能要求。


2.如何在实现上述质量比大于5.8%的前提下(少用碳纤维),实现储氢瓶仍然满足耐压力,以及生命周期内耐压力-温度交变等性能要求。

       

(希望与哪类高校、科研院所开展产学研合作,共建创新载体,以及对专家及团队所属领域和水平的要求)

对于储氢瓶、高压气瓶或者对高压气体密封技术有相关研究的院校,需要实现四型储氢系统需要实现如下基本功能:

1、能够在3-5分钟内被加注至70MPa,实现良好的加注便捷性

快速加注的氢气在储氢瓶内部产生较大的热量,四型“储氢瓶”的塑料内胆同样可以承受接近85℃的加注温度,能够在3-5分钟内被加注至70MPa,且不会发生性能衰减等问题。

2.具有2.25倍的安全系数,且耐11000次温度压力循环,实现良好的存储功能。四型“储氢系统”的额定工作压力为70MPa, 但在产品研发时,考虑了2.25倍的安全冗余,且考虑90%的制造置信度,所以,实际储氢瓶可以耐压高达175MPa,而不会发生爆破等安全问题。另外,“储氢系统”在氢气加注和供给的交替过程中,储氢瓶内部压力在2MPa和70MPa之间不断循环变化,四型“储氢系统”的塑料内胆具有较强的耐温度压力交变性能,塑料内胆不会失效,因此在整车的寿命周期内四型“储氢系统”能够保持良好的存储功能。

3.为燃料电池供应稳定可靠的氢燃料。一方面,四型“储氢系统”在接受加注氢气时,对氢气进行过滤,并在向燃料电池储氢时会再次对氢气进行过滤,因此为燃料电池提供了清洁的氢气;另一方面,供应氢气时压力会被调节至2MPa左右, 能够满足燃料电池的工作压力和流量要求。

4. 检测温度和压力,保证系统安全性。加注氢气时, 四型“储氢系统”自动监测储氢瓶内部温度和压力,避免过渡加注而导致储氢瓶内部过压的安全问题; 当四型“储氢系统”遇到火灾时, 集成在储氢瓶的瓶口阀TPRD能迅速打开,使储氢瓶内的氢气尽快释放到外界,避免引起爆炸等恶性事件;当检测到向燃料电池供应的氢气压力过大时, 系统同样会通过TPRD迅速释放氢气, 确保燃料电池和周围环境的安全性。

预期效果

研发目标:

研发的四型储氢系统,其储氢瓶主要由塑料内胆及碳纤维增强层组成(其中塑料内胆通常使用吹塑成型技术,取代了三型笨重的铝合金材质内胆),能够存储70MPa压力的氢气,需要具有存储容量大、重量轻、使用寿命长、安全性好等技术优势

1容量大——塑料内胆壁厚较薄,因此存储氢气容量更大

四型储氢瓶存储氢气压力高达70MPa,内胆壁厚较薄,存储氢气容量更大,拥有容量大的“储氢系统”可以为燃料电池车提供较大的续航里程。

技术指标:塑料内胆壁厚3.5mm左右

 2重量轻——塑料内胆较轻,具有较高的储氢质量比四型储氢瓶塑料内胆较三型的铝合金内胆重量轻,具有较高的储氢质量比,契合汽车轻量化发展趋势,为燃料电池汽车提供相较于纯电动汽车更好的续航里程和燃料经济性。技术指标:储氢瓶质量比大于5.8%,(质量比(wt%)=氢气/储氢瓶)

3使用寿命长——塑料内胆耐温度和压力交变性能好

使用寿命长是四型“储氢系统”的核心技术。传统的70MPa三型“储氢系统”,由于其铝合金内胆耐疲劳、耐氢气脆化性能不佳等问题,目前只能达到10年的寿命周期。而研发的四型“储氢系统”的需要塑料内胆耐温度和压力交变性能更好,可以满足整车15年使用寿命的要求,也就意味着通常情况下整车生命周期内不需要更换。值得一提的是,不需要拆卸四型“车载储氢系统”即可在整车上进行密封性检测,省略了三型系统需要被拆卸后检测内胆是否存在裂纹的工序,进一步保障了安全使用。


研发的四型储氢系统,其储氢瓶主要由塑料内胆及碳纤维增强层组成(其中塑料内胆通常使用吹塑成型技术,取代了三型笨重的铝合金材质内胆),能够存储70MPa压力的氢气,爆破压力175MPa,需要具有存储容量大、重量轻、使用寿命长、安全性好等技术优势

拟需求解决如下两个技术难题:


1.塑料内胆由塑料壳体和金属端头密封组成,如何进行其材料和结构设计,实现储氢瓶耐高压氢气密封,耐氢气渗透,以及生命周期内耐压力-温度交变等性能要求。


2.如何在实现上述质量比大于5.8%的前提下(少用碳纤维),实现储氢瓶仍然满足耐压力,以及生命周期内耐压力-温度交变等性能要求。

       

(希望与哪类高校、科研院所开展产学研合作,共建创新载体,以及对专家及团队所属领域和水平的要求)

对于储氢瓶、高压气瓶或者对高压气体密封技术有相关研究的院校,需要实现四型储氢系统需要实现如下基本功能:

1、能够在3-5分钟内被加注至70MPa,实现良好的加注便捷性

快速加注的氢气在储氢瓶内部产生较大的热量,四型“储氢瓶”的塑料内胆同样可以承受接近85℃的加注温度,能够在3-5分钟内被加注至70MPa,且不会发生性能衰减等问题。

2.具有2.25倍的安全系数,且耐11000次温度压力循环,实现良好的存储功能。四型“储氢系统”的额定工作压力为70MPa, 但在产品研发时,考虑了2.25倍的安全冗余,且考虑90%的制造置信度,所以,实际储氢瓶可以耐压高达175MPa,而不会发生爆破等安全问题。另外,“储氢系统”在氢气加注和供给的交替过程中,储氢瓶内部压力在2MPa和70MPa之间不断循环变化,四型“储氢系统”的塑料内胆具有较强的耐温度压力交变性能,塑料内胆不会失效,因此在整车的寿命周期内四型“储氢系统”能够保持良好的存储功能。

3.为燃料电池供应稳定可靠的氢燃料。一方面,四型“储氢系统”在接受加注氢气时,对氢气进行过滤,并在向燃料电池储氢时会再次对氢气进行过滤,因此为燃料电池提供了清洁的氢气;另一方面,供应氢气时压力会被调节至2MPa左右, 能够满足燃料电池的工作压力和流量要求。

4. 检测温度和压力,保证系统安全性。加注氢气时, 四型“储氢系统”自动监测储氢瓶内部温度和压力,避免过渡加注而导致储氢瓶内部过压的安全问题; 当四型“储氢系统”遇到火灾时, 集成在储氢瓶的瓶口阀TPRD能迅速打开,使储氢瓶内的氢气尽快释放到外界,避免引起爆炸等恶性事件;当检测到向燃料电池供应的氢气压力过大时, 系统同样会通过TPRD迅速释放氢气, 确保燃料电池和周围环境的安全性。

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