[發明專利]一種車載復合材料儲氫氣瓶服役性能測試裝置及方法

有效

• 申請號: 201711176033.1
• 申請日: 2017-11-22
• 公開（公告）號: CN108181063B
• 公開（公告）日: 2019-08-30
• 發明（設計）人: 花爭立;劉自亮;朱盛依;張一葦;顧超華;鄭津洋
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01M3/32
• 分類號: G01M3/32
• 代理公司: 杭州中成專利事務所有限公司 33212
• 代理人: 周世駿

本發明涉及氫能與燃料電池汽車領域，旨在提供一種車載復合材料儲氫氣瓶服役性能測試裝置及方法。包括帶有端蓋的試驗腔體，待測儲氫氣瓶安裝在內部空腔中；氫氣瓶組通過進氣管路經端蓋接至儲氫氣瓶，在儲氫氣瓶的內部設有加熱組件；在試驗腔體的側壁上設有液壓油進口，通過管路與液壓油儲罐、液壓油泵和控制閥共同構成液壓油充放系統。本發明僅需在第一次循環開始進行高壓氫氣的快速充裝，而無需進行連續地快速充裝和泄放，對氫氣增壓泵的流量以及高壓儲罐的容積需求大幅度降低；循環過程中通過利用液壓油對氣瓶外部加壓泄壓來模擬氫氣充裝和泄放過程中的載荷，避免了使用高壓氫氣循環過程中所存在的較大安全隱患，提高了測試研究的安全性。

技術領域

本發明屬于氫能與燃料電池汽車領域，特別涉及一種車載復合材料儲氫氣瓶服役性能測試裝置及方法。

背景技術

氫能因具有來源多樣、潔凈環保、可規模儲輸等突出優點而被認為是最具應用前景的二次能源之一。氫能的重要應用終端就是氫能燃料電池汽車。世界許多汽車巨頭在2015年前后紛紛推出了量產化的氫能燃料電池汽車。目前，氫能燃料電池汽車普遍采用車載復合材料儲氫氣瓶進行氫氣的儲存(氣瓶的設計壓力可達到70MPa)，該氣瓶通常由內膽層和外部的碳纖維-樹脂纏繞層構成。依據相關規范標準規定，車載復合材料儲氫氣瓶在使用過程中氫氣的快速充裝時間應控制在3～5min。由于氫氣本身具有的氫脆特性加上快速充裝過程中氫氣產生的溫升現象(溫度升高一般控制在85℃以內)，將對車載復合材料儲氫氣瓶的服役性能產生較大影響，相關學者已在材料層面上證明了氫脆及溫升將對復合材料儲氫氣瓶產生較大的影響，但上述影響規律尚不清楚，亟需建立相應的測試裝置和方法對車載復合材料儲氫氣瓶的服役性能進行研究。

為了研究車載復合材料儲氫氣瓶的整體服役性能，就需要測試裝置能夠模擬氣瓶在實際服役過程中的工況，其中的主要要素包括：1)氣瓶內膽要一直接觸高壓氫氣，且氫氣的最高壓力要達到氣瓶設計壓力的1.25倍；2)氣瓶每次循環加載過程中都伴隨著內部氣體溫度的升高(最高溫升可達85℃)。為了實現上述要素，比較直觀傳統的做法是直接使用高壓氫氣對車載復合材料儲氫氣瓶進行連續地充氫放氫循環，直至氣瓶失效破壞，記錄失效時氫氣循環的次數。但是根據國際范圍內已有的經驗，為了實現連續不斷地氫氣的快速加注(每次加注時間3～5min)，對測試系統氫氣增壓泵的流量要求非常大，整個系統的造價達到億元級別，除成本問題外，大量高壓氫氣的連續循環也帶來了較大的安全隱患，成為制約車載復合材料儲氫氣瓶服役性能研究的重要障礙。

發明內容

本發明要解決的技術問題是，克服現有技術中的不足，提出一種車載復合材料儲氫氣瓶服役性能測試裝置及方法。

為解決技術問題，本發明的解決方案是：

提供一種車載復合材料儲氫氣瓶服役性能測試裝置，包括用于提供測試用氫氣的氫氣瓶組，還包括一個帶有端蓋的試驗腔體，待測儲氫氣瓶安裝在內部空腔中；氫氣瓶組通過進氣管路依次連接氣動增壓泵、氫氣儲罐和氫氣流量控制閥，最后接至設于端蓋上的氫氣進氣口外側端口，氫氣進氣口的內側端口與儲氫氣瓶的瓶口相接；放空閥門和真空泵分別通過管路接至氫氣儲罐之后的進氣管路；在儲氫氣瓶的內部設有加熱組件，加熱組件通過電纜連接至加熱系統；在試驗腔體的側壁上設有液壓油進口，通過管路與液壓油儲罐、液壓油泵和控制閥共同構成液壓油充放系統；所述氣動增壓泵、液壓油泵和加熱系統分別通過信號線接至計算機。

本發明中，該裝置還包括設于端蓋內側的氫氣泄漏探測器，并由信號線通過設于試驗腔體側壁上的通孔連接至計算機，通孔由耐壓密封組件實現密封。

本發明中，液壓油充放系統中的控制閥包括進油流量控制閥和放油流量控制閥；液壓油泵的入口端接至液壓油儲罐的底部，其出口端經進油流量控制閥接至液壓油進口，液壓油進口經放油流量控制閥接至液壓油儲罐的上部。

本發明中，所述加熱組件的長度不小于儲氫氣瓶長度的80％；加熱系統位于試驗腔體的外部，電纜通過設于試驗腔體側壁上的通孔連接加熱組件和加熱系統，通孔由耐壓密封組件實現密封。